软件无线电在小卫星多功能地面站中的应用

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:596

摘要：介绍一个sdr software defined radio　多功能地面站发射系统的设计与实现。

关键词：sdr 地面站数字上变频器 inverse-sinc预补偿滤波

随着ａ／ｄ／ａ器件与ｄｓｐ处理器的迅速发展，使得软件无线电技术广泛地应用于陆上移动通信、卫星移动通信与全球定位系统等。本文利用软件无线电的思路，针对中科院创新一号低轨移动小卫星多功能地面站设计的具体要求，研制了一套基于软件无线电技术的多信道发射机设备。该地面站发射系统数字基带部分采用全软件化设计，核心部件是可编程的ｄｓｐ及ｆｐｇａ，可同时处理三路信号。该设备具有以下三个优点：多模工作；无线通信系统可升级；发射配置动态更改。该设备可根据实际需要灵活配置系统，适用范围大大扩展。

１系统构成

ｓｄｒ地面站发射系统如图１所示。该系统的发射速率为２．４ｋｂｐｓ窄带、２．４ｋｂｐｓ扩频、１９．２ｋｂｐｓ窄带或它们混合的速率。中频分别为１８．４５ｍｈｚ、２０ｍｈｚ、２１．８５ｍｈｚ。ｄａｃ的采样频率为７８．３３６ｍｈｚ。发射系统中ｆｐｇａ实现ｆｉｆｏ、信道编码、扩频、内插滤波、数字上变频、信道合成、ｄａｃ预补偿滤波器等功能。这些功能都集成在一片ｘｉｌｉｎｘｖｉｒｔｅｘｉｉ芯片中。

图1 fpga发射机功能模块图

２ｆｐｇａ部分功能模块

２．１ｆｉｆｏ模块

ｆｉｆｏ完成数据缓存功能。为了节省不必要的资源，设计了一个长度为３２、深度为２的ｆｉｆｏ。即当一个寄存器３２位取完时发出中断给ｄｓｐ，同时读、写寄存器指针变换，ｄｓｐ响应中断向ｆｉｆｏ写数，此时数据还在不断地读出。这样就实现了用最少的资源实现数据缓存。

２．２信道编码

在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响，所收到的数字信号不可避免地会发生错误。采用信道编码可以将误码率降低。本系统主要采用性能较优的卷积编码和差分编码等。

对于窄带信号还有扰码（ｃｃｉｔｔｖ．３５）。扰码能改善位定时恢复的质量，还能使信号频谱弥散而保持稳恒，能改善帧同步和自适应时域均衡等子系统的性能。

对于扩频信号还有扩频编码。在直扩系统中，用伪随机序列将传输信息扩展，在接收时又用它将信号压缩，并使干扰信号功率扩散，提高了系统的抗干扰能力。

编码过程在ｄｓｐ的控制下进行，数据从ｄｓｐ送出，并标识信道特征，ｆｐｇａ识别后进入相应的编码通道，这样三路信道可以分时进行编码处理。由于硬件速度快的特点，可视为同时处理。

２．３信道合成

信道合成模块由内插滤波器、数字上变频、信道复接三部分组成。

２．３．１内插滤波器

各信道滤波器性能指标如表１所示。

表1 各信道滤波器指标

	滤波器性能要求
19.2kbps窄带收信机	在f0±80khz外，杂散小于50dbc；谐波（二、三次）小于40dbc
2.4kbps窄带发信机	在f0±10khz外，杂散小于50dbc；谐波（二、三次）小于40dbc
2.4kbps扩展发信机	在f0±1.25mhz外，杂散小于50dbc；谐波（二、三次）小于40dbc

为了以最少的滤波器阶数得到较低的符号间干扰和高阻带衰减，成形滤波器采用一个根升余弦滤波器，滚降系数０．４。其频域表达式为：

式中α为滚降因子，取０．４。

成形滤波器设计采用频率采样技术，这样可以得到阶