CN103067105B - 多普勒频移器及通信模块的多普勒频移测试装置、方法 - Google Patents

多普勒频移器及通信模块的多普勒频移测试装置、方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多普勒频移器及通信模块的多普勒频移测试装置、方法。该多普勒频移器包括：双通道中频信号源，用于根据设定的多普勒频移值，并输出一中频信号作为第二射频信号，输出所述中频信号与所述多普勒频移值之和作为第一射频信号；第一混频器，用于接收输入信号，并将所述输入信号与所述第一射频信号混频为二者的和信号及差信号的混合信号；低通滤波器，用于去除所述混合信号中的所述和信号，并保留所述差信号；第二混频器，用于将所述低通滤波器输出的差信号与所述第二射频信号混频，生成所述输入信号经多普勒频移后的结果。本发明能模拟通信过程中产生的多普勒频移，且结构简单、使用方便。

Description

多普勒频移器及通信模块的多普勒频移测试装置、方法
技术领域
本发明涉及空间无线通信领域，特别地，涉及一种多普勒频移器及通信模块的多普勒频移测试装置、方法。
背景技术
在测量及研究相对运动的两个终端之间的无线通信时，需考虑多普勒频移对通信信号的影响。特别是在在卫星通信中，由于非静止卫星本身也具有很高的速度，更要充分考虑“多普勒效应”对通信中的各类问题的影响。
由于多普勒频移是在高速相对运动中产生的，不易测试，故一般采用多普勒频移器模拟多普勒频移值以对多普勒频移对通信模块的影响进行测试。特别是，如将工业级通信模块应用于卫星时，考虑工业级通信模块的空间适应性尤为重要，因此必须进行多普勒频移测试。
现有通信模块的多普勒频移测试通常有两类方法：一是信号发射段能根据用户设置改变发射频率，而接收端维持原工作频率不变；二是采用两个射频信号发生器，配合混频器、滤波器等完成频率搬移功能。对于采购的工业级通信模块，第一类方法是不能实现的，因为很多通信产品作为一个黑匣子或者已固化的设备，不能轻易改变频率；第二类方法成本非常高，因为射频信号发生器非常昂贵，而且体积、质量均很大，不易操作和实现。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构简单、适用方便的多普勒频移器及通信模块的多普勒频移测试装置、方法，以解决现有通信模块的多普勒频移测试不便的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种多普勒频移器，包括：
双通道中频信号源，用于根据设定的多普勒频移值，输出一中频信号作为第二射频信号，输出所述中频信号与所述多普勒频移值之和作为第一射频信号；
第一混频器，用于接收输入信号，并将所述输入信号与所述第一射频信号混频为二者的和信号及差信号的混合信号；
低通滤波器，用于去除所述混合信号中的所述和信号，并保留所述差信号；
第二混频器，用于将所述低通滤波器输出的差信号与所述第二射频信号混频，生成所述输入信号经多普勒频移后的结果。
作为本发明的多普勒频移器进一步改进：
所述多普勒频移器还包括：
第一上变频器，用于对所述中频信号源输出的所述中频信号与所述多普勒频移值之和进行上变频后，作为所述第一射频信号并输出给所述第一混频器；
第二上变频器，用于将所述中频信号进行上变频后，作为所述第二射频信号并输出给所述第二混频器。
所述第一上变频器和所述第二上变频器的频率增加值相等。
所述双通道中频信号发生器的输出为双通道的70MHz～90MHz的正弦信号。
所述低通滤波器的截止频率小于所述和信号且大于所述差信号。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种通信模块的多普勒频移测试装置，其包括：
上述的多普勒频移器，用于将第一通信模块的输出信号经模拟多普勒频移后传输给第二通信模块；
功分器，用于将所述多普勒频移器的输出信号进行功分后输出一路功分信号传输给频谱分析仪；
所述频谱分析仪，用于接收所述功分信号并测试所述功分信号的频谱。
作为本发明的装置进一步改进：
所述第一通信模块与第一计算机连接并接收来自所述第一计算机的信号并转发给所述多普勒频移器；所述第二通信模块与第二计算机连接并将接收到的信号转发给所述第二计算机。
所述第一通信模块与所述多普勒频移器之间为具有屏蔽的有线连接。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种通信模块的多普勒频移测试方法，包括以下步骤：
S1：采用第一通信模块通过上述的多普勒频移器发送数据至第二通信模块；
S3：逐步并分别从正负两个方向增大所述多普勒频移器的多普勒频移值，直至所述第二通信模块无法收到完整的所述数据，并记录所述多普勒频移值与通信质量的关系。
作为本发明的方法进一步改进：
在完成所述步骤S1之后，且在进行所述步骤S3之前，所述方法还包括步骤：
S2：将所述多普勒频移器的输出信号功分分配出一路功分信号以供测量所述频谱范围。
所述步骤S3中，根据所述测量得到的正常通信且满足丢包率≤10-2的临界的所述多普勒频移值作为所述通信模块的抗多普勒频移值。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的多普勒频移器，能模拟中频段的两个通信模块的通信过程中产生的多普勒频移，且结构简单、使用方便。
2、本发明的通信模块的多普勒频移测试装置、方法，能模拟并测试进行通信的两个通信模块之间的允许的多普勒频移范围，以测试通信模块的多普勒频移性能，能实现从工业级通信组件中挑选航空/航天级组件，节约航空/航天设备的造价，降低成本。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的多普勒频移器的组成结构示意图；
图2是本发明优选实施例的多普勒频移器的另一组成结构示意图；
图3是本发明优选实施例的通信模块的多普勒频移测试装置的组成结构示意图；
图4是本发明优选实施例的通信模块的多普勒频移测试方法的流程示意图；以及
图5是本发明优选实施例的通信模块的多普勒频移测试方法的另一流程示意图。
图例说明：
1、多普勒频移器；2、中频信号源；3、第一混频器；4、低通滤波器；5、第二混频器；6、第一上变频器；7、第二上变频器；8、功分器；9、频谱分析仪；10、第一通信模块；11、第二通信模块；12、第一计算机；13、第二计算机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1，本发明的多普勒频移器1，包括双通道中频信号源2、第一混频器3、低通滤波器4和第二混频器5。其中，中频信号源2用于根据设定的多普勒频移值fD，输出一中频信号F2作为第二射频信号Fr2，并输出中频信号与多普勒频移值之和F2+FD作为第一射频信号Fr1；第一混频器3用于接收输入信号FIN，并将输入信号FIN与第一射频信号Fr1混频为二者的和信号FIN+Fr1及差信号FIN-Fr1的混合信号；低通滤波器4用于去除混合信号中的和信号FIN+Fr1，并保留差信号FIN-Fr1；第二混频器5用于将低通滤波器4输出的差信号FIN-Fr1与第二射频信号Fr2混频，生成输入信号经多普勒频移后的结果，即多普勒频移量为设定的多普勒频移值fD，该结果（第二混频器5的输出信号）为fIN-(Fr2-Fr1)=FIN-fD。由此可见，前述的多普勒频移器1，通过控制fD的值，能模拟VHF频段的通信过程中产生的不同的多普勒频移。
本实施例中，低通滤波器4的截止频率小于和信号且大于差信号，能保证去除混合信号中的和信号FIN+Fr1，并保留差信号FIN-Fr1。双通道中频信号发生器的输出为双通道的70MHz～90MHz的正弦信号。能保证上述的多普勒频移器1能有效地模拟0～20MHz范围内的多普勒频移。
实际应用中，如图2所示，如需要在不同频段如UHF、L、S、C、X、Ka、K、Ku等频段应用本发明的多普勒频移器1，则可在上述的多普勒频移器1中增加两个上变频器：第一上变频器6和第二上变频器7。其中，第一上变频器6用于对中频信号源2输出的中频信号与多普勒频移值之和F2+fD进行上变频后作为第一射频信号并输出给第一混频器3。第二上变频器7用于将中频信号F2进行上变频后，作为第二射频信号Fr2并输出给第二混频器5。其中，第一上变频器6和第二上变频器7产生的射频信号与输入射频信号频率相当，第一上变频器6和第二上变频器7的频率增加值相等。如此，便可实现模拟任意频段的通信模块的通信过程中产生的多普勒频移。
如图3所示，本发明的通信模块的多普勒频移测试装置，包括上述的任一种多普勒频移器1、功分器8和频谱分析仪9。其中，多普勒频移器1用于将第一通信模块10的输出信号经模拟多普勒频移后传输给第二通信模块11；功分器8用于将多普勒频移器1的输出信号进行功分后输出一路功分信号传输给频谱分析仪9；频谱分析仪9用于接收功分信号并测试功分信号的频谱。
本实施例中，第一通信模块10与第一计算机12连接并接收来自第一计算机12的信号并转发给多普勒频移器1；第二通信模块11与第二计算机13连接并将接收到的信号转发给第二计算机13。且第一通信模块10与多普勒频移器1之间为具有屏蔽的有线连接。
如图4所示，本发明的通信模块的多普勒频移测试方法，包括以下步骤：
S1：采用第一通信模块10通过上述的任一种的多普勒频移器1发送数据至第二通信模块11。
S3：逐步并分别从正负两个方向增大多普勒频移器1的多普勒频移值，直至第二通信模块11无法收到完整的数据（直到通信出现较多误码或者中断，在这之前的临界频谱对应的多普勒频移值即为该通信模块的临界值），并记录多普勒频移值与通信质量的关系。频移步进值与要求的频移分辨率。优选地，对于最大频移值约60kHz的S波段通信模块，频移步进值选1kHz。
通过上述步骤，能模拟并测试进行通信的两个通信模块之间的允许的多普勒频移范围。
优选地，实际应用中，如图5所示，本发明的通信模块的多普勒频移测试方法的步骤，还可按照以上设置：
S1：采用第一通信模块10通过上述的任一种的多普勒频移器1发送数据至第二通信模块11。
S2：将多普勒频移器1的输出信号功分分配出一路功分信号以供测量频谱范围。
S3：逐步并分别从正负两个方向增大多普勒频移器1的多普勒频移值，直至第二通信模块11无法收到完整的数据，并记录多普勒频移值与通信质量的关系。本实施例中，优选根据所述测量得到的正常通信且满足丢包率≤10-2的临界的多普勒频移值作为所述通信模块的抗多普勒频移值。
按照优选的步骤进行本发明的通信模块的多普勒频移测试方法，能更精确地测量进行通信的两个通信模块之间的允许的多普勒频移范围。通信模块可以为任意频段的通信模块。
综上可知，本发明的多普勒频移器1，能模拟各频段的通信模块的通信过程中产生的多普勒频移，不同频段的通信模块多普勒频移测试仅仅需要更换相应频段的上变频器即可，结构简单、使用方便。本发明的通信模块的多普勒频移测试装置、方法，能模拟并测试进行通信的两个通信模块之间的允许的多普勒频移范围，以测试通信模块的多普勒频移性能，能实现从工业级通信组件中挑选航空/航天级组件，节约航空/航天设备的造价，降低成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通信模块的多普勒频移测试装置，其特征在于，该测试装置包括：
多普勒频移器，用于将第一通信模块的输出信号经模拟多普勒频移后传输给第二通信模块；
功分器，用于将所述多普勒频移器的输出信号进行功分后输出一路功分信号传输给频谱分析仪；
所述频谱分析仪，用于接收所述功分信号并测试所述功分信号的频谱；
其中，所述多普勒频移器包括：
双通道中频信号源，所述双通道中频信号源的输出为双通道的70MHz～90MHz的正弦信号；用于根据设定的多普勒频移值，输出一中频信号作为第二射频信号，输出所述中频信号与所述多普勒频移值之和作为第一射频信号；
第一混频器，用于接收输入信号，并将所述输入信号与所述第一射频信号混频为二者的和信号及差信号的混合信号；
低通滤波器，用于去除所述混合信号中的所述和信号，并保留所述差信号；
第二混频器，用于将所述低通滤波器输出的差信号与所述第二射频信号混频，生成所述输入信号经多普勒频移后的结果。
2.根据权利要求1所述的通信模块的多普勒频移测试装置，其特征在于，所述多普勒频移器还包括：
第一上变频器，用于对所述中频信号源输出的所述中频信号与所述多普勒频移值之和进行上变频后，作为所述第一射频信号并输出给所述第一混频器；
第二上变频器，用于将所述中频信号进行上变频后，作为所述第二射频信号并输出给所述第二混频器。
3.根据权利要求2所述的通信模块的多普勒频移测试装置，其特征在于，所述第一上变频器和所述第二上变频器的频率增加值相等。
4.根据权利要求1至3任一所述的通信模块的多普勒频移测试装置，其特征在于，
所述低通滤波器的截止频率小于所述和信号且大于所述差信号。
5.根据权利要求4所述的通信模块的多普勒频移测试装置，其特征在于，
所述第一通信模块与第一计算机连接并接收来自所述第一计算机的信号并转发给所述多普勒频移器；所述第二通信模块与第二计算机连接并将接收到的信号转发给所述第二计算机。
6.根据权利要求5所述的通信模块的多普勒频移测试装置，其特征在于，
所述第一通信模块与所述多普勒频移器之间为具有屏蔽的有线连接。
7.一种通信模块的多普勒频移测试方法，其特征在于，采用权利要求1至6任一所述的通信模块的多普勒频移测试装置，包括以下步骤：
S1：采用第一通信模块通过所述的多普勒频移器发送数据至第二通信模块；
S3：逐步并分别从正负两个方向增大所述多普勒频移器的多普勒频移值，直至所述第二通信模块无法收到完整的所述数据，并记录所述多普勒频移值与通信质量的关系。
8.根据权利要求7所述的通信模块的多普勒频移测试方法，其特征在于，在完成所述步骤S1之后，且在进行所述步骤S3之前，所述方法还包括步骤：
S2：将所述多普勒频移器的输出信号功分分配出一路功分信号以供测量频谱范围。
9.根据权利要求7所述的通信模块的多普勒频移测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，
根据测量得到的正常通信且满足丢包率≤10-2的临界的所述多普勒频移值作为所述通信模块的抗多普勒频移值。
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