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軟件無(wú)線電在小衛(wèi)星多功能地面站中的應(yīng)用
摘要：介紹一個(gè)SDR Software Defined Radio?多功能地面站發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：SDR 地面站 數(shù)字上變頻器 Inverse-SINC預(yù)補(bǔ)償濾波
隨著Ａ／Ｄ／Ａ器件與ＤＳＰ處理器的迅速發(fā)展，使得軟件無(wú)線電技術(shù)廣泛地應(yīng)用于陸上移動(dòng)通信、衛(wèi)星移動(dòng)通信與全球定位系統(tǒng)等。本文利用軟件無(wú)線電的思路，針對(duì)中科院創(chuàng)新一號(hào)低軌移動(dòng)小衛(wèi)星多功能地面站設(shè)計(jì)的具體要求，研制了一套基于軟件無(wú)線電技術(shù)的多信道發(fā)射機(jī)設(shè)備。該地面站發(fā)射系統(tǒng)數(shù)字基帶部分采用全軟件化設(shè)計(jì)，核心部件是可編程的ＤＳＰ及ＦＰＧＡ，可同時(shí)處理三路信號(hào)。該設(shè)備具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：多模工作；無(wú)線通信系統(tǒng)可升級(jí)；發(fā)射配置動(dòng)態(tài)更改。該設(shè)備可根據(jù)實(shí)際需要靈活配置系統(tǒng)，適用范圍大大擴(kuò)展。
１ 系統(tǒng)構(gòu)成
ＳＤＲ地面站發(fā)射系統(tǒng)如圖１所示。該系統(tǒng)的發(fā)射速率為２．４ｋｂｐｓ窄帶、２．４ｋｂｐｓ擴(kuò)頻、１９．２ｋｂｐｓ窄帶或它們混合的速率。中頻分別為１８．４５ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、２１．８５ＭＨｚ。ＤＡＣ的采樣頻率為７８．３３６ＭＨｚ。發(fā)射系統(tǒng)中ＦＰＧＡ實(shí)現(xiàn)ＦＩＦＯ、信道編碼、擴(kuò)頻、內(nèi)插濾波、數(shù)字上變頻、信道合成、ＤＡＣ預(yù)補(bǔ)償濾波器等功能。這些功能都集成在一片Ｘｉｌｉｎｘ ＶｉｒｔｅｘＩＩ芯片中。
圖1 FPGA發(fā)射機(jī)功能模塊圖
２ ＦＰＧＡ部分功能模塊
２．１ ＦＩＦＯ模塊
ＦＩＦＯ完成數(shù)據(jù)緩存功能。為了節(jié)省不必要的資源，設(shè)計(jì)了一個(gè)長(zhǎng)度為３２、深度為２的ＦＩＦＯ。即當(dāng)一個(gè)寄存器３２位取完時(shí)發(fā)出中斷給ＤＳＰ，同時(shí)讀、寫寄存器指針變換，ＤＳＰ響應(yīng)中斷向ＦＩＦＯ寫數(shù)，此時(shí)數(shù)據(jù)還在不斷地讀出。這樣就實(shí)現(xiàn)了用最少的資源實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存。
２．２ 信道編碼
在實(shí)際信道上傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，由于信道傳輸特性不理想及加性噪聲的影響，所收到的數(shù)字信號(hào)不可避免地會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。采用信道編碼可以將誤碼率降低。本系統(tǒng)主要采用性能較優(yōu)的卷積編碼和差分編碼等。
對(duì)于窄帶信號(hào)還有擾碼（ＣＣＩＴＴ Ｖ．３５）。擾碼能改善位定時(shí)恢復(fù)的質(zhì)量，還能使信號(hào)頻譜彌散而保持穩(wěn)恒，能改善幀同步和自適應(yīng)時(shí)域均衡等子系統(tǒng)的性能。
對(duì)于擴(kuò)頻信號(hào)還有擴(kuò)頻編碼。在直擴(kuò)系統(tǒng)中，用偽隨機(jī)序列將傳輸信息擴(kuò)展，在接收時(shí)又用它將信號(hào)壓縮，并使干擾信號(hào)功率擴(kuò)散，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
編碼過程在ＤＳＰ的控制下進(jìn)行，數(shù)據(jù)從ＤＳＰ送出，并標(biāo)識(shí)信道特征，ＦＰＧＡ識(shí)別后進(jìn)入相應(yīng)的編碼通道，這樣三路信道可以分時(shí)進(jìn)行編碼處理。由于硬件速度快的特點(diǎn)，可視為同時(shí)處理。
２．３ 信道合成
信道合成模塊由內(nèi)插濾波器、數(shù)字上變頻、信道復(fù)接三部分組成。
２．３．１ 內(nèi)插濾波器
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