CN103067069A - 一种功耗动态管理的小型化卫星通信收发装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功耗动态管理的小型化卫星通信收发装置，它是TDMA信道终端的一块板卡，实现TDMA卫星通信单路突发信号发送和双路突发信号接收功能。它由调制基带单元、调制上变频单元、第一解调下变频单元、第二解调下变频单元、解调基带单元、功耗管理单元组成和合路控制单元构成。本发明采用了功耗动态管理技术和突发数据动态合路技术，可根据工作模式不同及业务需求变化动态控制板卡功率消耗，支持双路突发信号同时接收，具有集成度高、性能稳定可靠、重量轻、资源优化、功耗低等优点，特别适用于小型化TDMA卫星通信终端中突发信号的发送和接收。

Description

一种功耗动态管理的小型化卫星通信收发装置

技术领域

本发明涉及卫星通信领域中的一种功耗动态管理的小型化卫星通信收发装置，特别适用于用作小型化TDMA卫星通信终端中的突发信号发送和接收。

背景技术

当前TDMA系统组网时各地球站均职守在一个载波，当大小站型差异较大情况下进行混合组网时，小站发送能力有限使得大站仅能接收小站发送的低速突发信号，这将造成大站接收能力及帧效率的严重下降。为解决大小站差异过大情况下的混合组网问题，系统设计需要增加额外的载波信道，相应站型急需一种可提供两个通道同时接收的装置。

对于体积大小、功耗有严格限制的背负式、手持式终端，低功耗设计是其发展最大挑战之一。作为终端关键部件的信道板卡，其功耗控制对整个终端功耗控制起着至关重要的作用，为降低信道板卡功耗急需其支持功耗动态管理。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种支持功耗动态管理和两路TDMA信号同时解调的接收装置，可以依据终端模式不同和业务需求变化控制相应单元电压通断、芯片休眠、时钟频率调整，大大降低板卡功耗，同时各解调通道每突发信号速率、频率、长度、编译码方式均独立可调整，本发明还具有集成度高、性能稳定可靠、重量轻、资源优化、功耗低、制造和调试简单、能在较恶劣的环境条件(-40℃～55℃)下正常工作等特点。

本发明的目的是这样实现的：它包括调制基带单元1、调制上变频单元2、第一解调下变频单元3和第二解调下变频单元4，其特征在于：还包括解调基带单元5、功耗管理单元6和合路控制单元7；所述调制基带单元1对外部输入调制控制参数B进行解析，生成调制基带参数、上变频控制参数，调制基带单元1在调制基带参数作用下对输入数据A进行加扰、编码、定时发送控制、成形处理和数模转换生成差分模拟基带信号，调制基带单元1将差分模拟基带信号、上变频控制参数分别输出至调制上变频单元2；调制上变频单元2在输入上变频控制参数作用下将输入的差分模拟基带信号正交调制到本振频率、调整正交调制信号电平到指定值后进行输出C；第一解调下变频单元3利用解调基带单元5解析出的本通道下变频控制参数将外部输入C频段中频信号D下变频处理到指定频率、指定电平后输出至解调基带单元5；第二解调下变频单元4利用解调基带单元5解析出的本通道下变频控制参数将外部输入C频段中频信号E下变频处理到指定频率、指定电平后输出至解调基带单元5；解调基带单元5对外部输入的解调控制参数H进行解析，生成两个通道的解调基带参数和两个通道的下变频控制参数，解调基带单元5在两个通道的解调基带参数的作用下，分别对第一解调下变频单元3和第二解调下变频单元4输出的信号进行模数转换、预处理、匹配滤波、突发捕获和定时同步处理，处理之后的两路定时同步数据输出至合路控制单元7；合路控制单元7对接收的两路定时同步数据按照队列排序原则转换成单路定时同步数据后输出至解调基带单元5；解调基带单元5对合路控制单元7输出的单路定时同步数据进行载波恢复、信道译码和信道状态参数复接处理后输出G；功耗管理单元6对外部输入的终端工作模式或业务需求变化信息F进行解析，生成板卡软硬件单元时钟调整、芯片休眠和电压通断控制信息，分别输出至调制基带单元1、调制上变频单元2、第一解调下变频单元3、第二解调下变频单元4和解调基带单元5。

本发明的目的还可以通过以下措施达到：解调基带单元5包括第一A/D变换模块8、第二A/D变换模块9、第一预处理模块10、第二预处理模块11、第一匹配滤波模块12、第二匹配滤波模块13、第一突发捕获模块14、第二突发捕获模块15、第一定时同步模块16、第二定时同步模块17、载波恢复模块18、信道译码模块19，参数复接模块20、第一解调下变频单元配置模块21、第二解调下变频单元配置模块22、第一解调参数控制模块23和第二解调参数控制模块24；第一A/D变换模块8对第一解调下变频单元3输出的中频信号进行模数变换，变换后的数字中频信号输出至第一预处理模块10完成数字下变频和重采样处理，处理后的信号输出至第一匹配滤波模块12完成匹配滤波和抽取处理；第一突发捕获模块14对第一匹配滤波模块12输出的信号进行突发捕获、初始频偏估计和粗定时处理，处理后的信号输出至第一定时同步模块16完成精确定时误差估计、插值滤波处理，生成符号同步数据输出至合路控制单元7；第二A/D变换模块9对第二解调下变频单元4输出的中频信号进行模数变换，变换后的数字中频信号输出至第二预处理模块11完成数字下变频和重采样处理，处理后的信号输出至第二匹配滤波模块13完成匹配滤波和抽取处理；第二突发捕获模块15对第二匹配滤波模块13输出的信号进行突发捕获、初始频偏估计和粗定时处理，处理后的信号输出至第二定时同步模块17完成精确定时误差估计、插值滤波处理，生成符号同步数据输出至合路控制单元7；载波恢复模块18对合路控制单元7输出的符号同步数据进行载波信息恢复和校正处理，生成无同步误差数据输出至信道译码模块19完成纠错译码处理，处理后的数据输出至参数复接模块20；参数复接模块20对输入数据进行信息数据和信道参数提取、缓存和复接处理，处理后的数据采用高速时钟对外输出G；第一解调参数控制模块23对外部输入解调控制参数H进行匹配解析，生成本通道解调基带参数和下变频控制参数，解调基带参数输出至第一预处理模块10、第一匹配滤波模块12和第一突发捕获模块14，下变频控制参数输出至第一解调下变频单元配置模块21；第一解调下变频单元配置模块21对输入下变频参数进行参数分解和并串变换处理，生成比特控制数据输出至第一解调下变频单元3；第二解调参数控制模块24对外部输入解调控制参数H进行匹配解析，生成本通道解调基带参数和下变频控制参数，解调基带参数输出至第二预处理模块11、第二匹配滤波模块13和第二突发捕获模块15，下变频控制参数输出至第二解调下变频单元配置模块22；第二解调下变频单元配置模块22对输入下变频参数进行参数分解和并串变换处理，生成比特控制数据输出至第一解调下变频单元4；第一A/D变换模块8、第二A/D变换模块9、第一预处理模块10、第二预处理模块11分别对功耗管理单元6输出的时钟调整、芯片休眠和电压通断控制信息进行参数分解、控制执行处理，实现软硬件单元功耗控制。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1.支持两路TDMA信号同时解调，各通道突发信号参数独立可变。

2.支持动态功耗管理。

3.本发明采用了解调基带处理单元5、功耗管理单元6、合路控制单元7。

4.本发明集成度高、功耗低、性能稳定可靠，能够在较恶劣的环境-40℃～55℃条件下正常工作。

附图说明

图1是本发明实施例的电原理方框图。

图2是本发明解调基带处理单元5实施例的电原理图。

具体实施方式

参照图1至图2，本发明调制基带单元1、调制上变频单元2、第一解调下变频单元3、第二解调下变频单元4、解调基带单元5、功耗管理单元6、合路控制单元7，图1是本发明实施例的电原理方框图，实施例按图1连接线路。

本发明调制基带单元1其作用是在输入调制基带参数控制下对输入基带数据进行编码、定时发送控制、成形调制和数模转换，生成差分模拟基带信号；调制上变频单元2其作用是在上变频参数控制下实现模拟基带信号的正交调制和设定电平输出；第一解调下变频单元3和第二解调下变频单元4其作用是在相应下变频参数控制下实现输入C中频信号到特定频率的频谱搬移和输出电平控制；功耗管理单元6其作用是依照终端工作模式变化或业务需求变化控制板卡相应软硬件单元的工作方式、电压和时钟频率实现动态功耗管理；实施例调制基带单元1和功耗管理单元6采用一片AD9781型D/A芯片和一片EP3C120F780I7芯片制作；实施例调制上变频单元2采用AD9913型DDS芯片和AD4350型锁相环芯片制作；实施例第一解调下变频单元3和第二解调下变频单元4分别采用AD4350型锁相环芯片制作。

本发明解调基带单元5、合路控制单元7的其作用是在输入解调参数控制下实现两路中频输入信号的独立解调、数据合路、信道译码和信道状态信息复接，图2是本发明解调基带单元5实施例的电原理图，实施例按图2连接线路；第一AD变换模块8和第二AD变换模块9其作用是实现解调下变频单元输出中频信号的模数变换；第一预处理模块10和第二预处理模块11其作用是在解调基带参数控制下实现数字中频信号的数字下变频和重采样；第一匹配滤波模块12和第二匹配滤波模块13其作用是在解调基带参数控制下实现重采样基带数据的匹配接收和抽取；第一突发捕获模块14和第二突发捕获模块15其作用是在解调基带参数控制下实现突发信号捕获、初始频偏估计和粗定时；第一定时同步模块16和第二定时同步模块17其作用是实现精确定时误差估计和符号数据插值恢复；合路控制模块7其作用是实现两路定时同步数据输入到单路定时同步数据输出的合路变换；载波恢复模块18其作用是实现载波信息恢复和校正以保证系统实现更好的信道译码；信道译码模块19其作用是实现解调同步数据的纠错译码处理；参数复接模块20其作用是实现译码恢复信息数据和信道状态参数的复接和CRC校验处理；第一解调下变频单元配置模块21和第二解调下变频单元配置模块22其作用是在对应下变频参数控制下实现相应通道频综参数配置和中频通道衰减控制；第一解调参数控制模块23和第二解调参数控制模块24其作用是实现对应解调通道控制信息匹配接收和参数即时更新；实施例第一A/D变换模块8和第二A/D变换模块9分别采用一片AD9230型A/D芯片制作；实施例第一预处理模块10、第二预处理模块11、第一匹配滤波模块12、第二匹配滤波模块13、第一捕获模块14、第二捕获模块15、第一定时同步模块16、第一解调下变频单元配置模块21、第二解调下变频单元配置模块22、第一解调参数控制模块23、第二解调参数控制模块24采用一片EP3C120F484I7型FPGA芯片制作；实施例第二定时同步模块17、合路控制模块7、载波恢复模块18、信道译码模块19、参数复接模块20采用一片EP3C120F484I7型FPGA芯片制作。

本发明图1、图2中的各电路部件均采用外接直流电源供电，因此图中没有标出电源部件标号。

本发明的结构如下：整个装置可装入标准1U机箱；外形尺寸为260毫米×235毫米×25毫米。

Claims (2)

1.一种功耗动态管理的小型化卫星通信收发装置，包括调制基带单元(1)、调制上变频单元(2)、第一解调下变频单元(3)和第二解调下变频单元(4)，其特征在于：还包括解调基带单元(5)、功耗管理单元(6)和合路控制单元(7)；所述调制基带单元(1)对外部输入调制控制参数(B)进行解析，生成调制基带参数、上变频控制参数，调制基带单元(1)在调制基带参数作用下对输入数据(A)进行加扰、编码、定时发送控制、成形处理和数模转换生成差分模拟基带信号，调制基带单元(1)将差分模拟基带信号、上变频控制参数分别输出至调制上变频单元(2)；调制上变频单元(2)在输入上变频控制参数作用下将输入的差分模拟基带信号正交调制到本振频率、调整正交调制信号电平到指定值后进行输出(C)；第一解调下变频单元(3)利用解调基带单元(5)解析出的本通道下变频控制参数将外部输入C频段中频信号(D)下变频处理到指定频率、指定电平后输出至解调基带单元(5)；第二解调下变频单元(4)利用解调基带单元(5)解析出的本通道下变频控制参数将外部输入C频段中频信号(E)下变频处理到指定频率、指定电平后输出至解调基带单元(5)；解调基带单元(5)对外部输入的解调控制参数(H)进行解析，生成两个通道的解调基带参数和两个通道的下变频控制参数，解调基带单元(5)在两个通道的解调基带参数的作用下，分别对第一解调下变频单元(3)和第二解调下变频单元(4)输出的信号进行模数转换、预处理、匹配滤波、突发捕获和定时同步处理，处理之后的两路定时同步数据输出至合路控制单元(7)；合路控制单元(7)对接收的两路定时同步数据按照队列排序原则转换成单路定时同步数据后输出至解调基带单元(5)；解调基带单元(5)对合路控制单元(7)输出的单路定时同步数据进行载波恢复、信道译码和信道状态参数复接处理后输出(G)；功耗管理单元(6)对外部输入的终端工作模式或业务需求变化信息(F)进行解析，生成板卡软硬件单元时钟调整、芯片休眠和电压通断控制信息，分别输出至调制基带单元(1)、调制上变频单元(2)、第一解调下变频单元(3)、第二解调下变频单元(4)和解调基带单元(5)。

2.根据权利要求1所述的一种功耗动态管理的小型化卫星通信收发装置，其特征在于：解调基带单元(5)包括第一A/D变换模块(8)、第二A/D变换模块(9)、第一预处理模块(10)、第二预处理模块(11)、第一匹配滤波模块(12)、第二匹配滤波模块(13)、第一突发捕获模块(14)、第二突发捕获模块(15)、第一定时同步模块(16)、第二定时同步模块(17)、载波恢复模块(18)、信道译码模块(19)，参数复接模块(20)、第一解调下变频单元配置模块(21)、第二解调下变频单元配置模块(22)、第一解调参数控制模块(23)和第二解调参数控制模块(24)；第一A/D变换模块(8)对第一解调下变频单元(3)输出的中频信号进行模数变换，变换后的数字中频信号输出至第一预处理模块(10)完成数字下变频和重采样处理，处理后的信号输出至第一匹配滤波模块(12)完成匹配滤波和抽取处理；第一突发捕获模块(14)对第一匹配滤波模块(12)输出的信号进行突发捕获、初始频偏估计和粗定时处理，处理后的信号输出至第一定时同步模块(16)完成精确定时误差估计、插值滤波处理，生成符号同步数据输出至合路控制单元(7)；第二A/D变换模块(9)对第二解调下变频单元(4)输出的中频信号进行模数变换，变换后的数字中频信号输出至第二预处理模块(11)完成数字下变频和重采样处理，处理后的信号输出至第二匹配滤波模块(13)完成匹配滤波和抽取处理；第二突发捕获模块(15)对第二匹配滤波模块(13)输出的信号进行突发捕获、初始频偏估计和粗定时处理，处理后的信号输出至第二定时同步模块(17)完成精确定时误差估计、插值滤波处理，生成符号同步数据输出至合路控制单元(7)；载波恢复模块(18)对合路控制单元(7)输出的符号同步数据进行载波信息恢复和校正处理，生成无同步误差数据输出至信道译码模块(19)完成纠错译码处理，处理后的数据输出至参数复接模块(20)；参数复接模块(20)对输入数据进行信息数据和信道参数提取、缓存和复接处理，处理后的数据采用高速时钟对外输出(G)；第一解调参数控制模块(23)对外部输入解调控制参数(H)进行匹配解析，生成本通道解调基带参数和下变频控制参数，解调基带参数输出至第一预处理模块(10)、第一匹配滤波模块(12)和第一突发捕获模块(14)，下变频控制参数输出至第一解调下变频单元配置模块(21)；第一解调下变频单元配置模块(21)对输入下变频参数进行参数分解和并串变换处理，生成比特控制数据输出至第一解调下变频单元(3)；第二解调参数控制模块(24)对外部输入解调控制参数(H)进行匹配解析，生成本通道解调基带参数和下变频控制参数，解调基带参数输出至第二预处理模块(11)、第二匹配滤波模块(13)和第二突发捕获模块(15)，下变频控制参数输出至第二解调下变频单元配置模块(22)；第二解调下变频单元配置模块(22)对输入下变频参数进行参数分解和并串变换处理，生成比特控制数据输出至第一解调下变频单元(4)；第一A/D变换模块(8)、第二A/D变换模块(9)、第一预处理模块(10)、第二预处理模块(11)分别对功耗管理单元(6)输出的时钟调整、芯片休眠和电压通断控制信息进行参数分解、控制执行处理，实现软硬件单元功耗控制。

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