CN103532494A - 基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器，该数字上变频器包括DUC、FPGA，DUC与FPGA之间通过数据接口、控制接口相互通信，DUC通过模拟接口连接有第一射频变压器，所述第一射频变压器连接声表滤波器，所述声表滤波器连接第二射频滤波器，所述第二射频滤波器连接可变增益放大器，所述可变增益放大器连接有第三射频滤波器，可变增益放大器还通过控制接口与FPGA相互通信。本发明数字上变频器应用于基于“北斗”的卫星移动通信试验系统，其结构满足了“北斗”的卫星移动通信试验系统的要求，克服了以往的数字上变频器都不能直接使用在“北斗”的卫星移动通信试验系统中的缺陷。

Description

基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器

技术领域

本发明涉及卫星移动通信领域，特别涉及一种基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器。

背景技术

在卫星通信系统中，在空间传输的是电磁波，适用于宇宙通信的频段为1GHz-10GHz，该频段称为无线电窗口，该频段的频率在地球站被称为射频。而从地面终端用户传来的信号是数字基带信号，数字基带信号无法直接在空间进行传输，如果在射频上直接对信号进行调制、解调，利用目前的工艺和技术很难做到，采取的办法是先在一个合适的中间频率（中频：70MHz±18MHz或140MHz±36MHz）上进行调制、解调，然后再进行频谱搬移。数字上变频器的作用就是将基带信号上移到中频。数字上变频器的基本工作原理是，将基带信号通过脉冲形成滤波器进行处理，以适应带限信道和消除码间干扰(ISI),然后通过插值滤波器提高采样率，最后与正交载波进行数字混频。

DUC(Digital Up Converter，数字上变频)无线电发射链路中，数字信号经过转换成模拟信号，模拟信号经过混频后得到比原始信号高的期望的射频中心频率，然后信号经过发大到适当的功率电平，最后经过限制带宽后经天线发射出去。这种混频频率向上变化的方式叫做上变频。数字上变频DUC是软件无线电的核心技术之一。

在基于软件无线电、模块化、可重构的卫星移动通信终端数字上变频器中，数字无线电系统的低频部分采用数字电路，与传统无线电系统相比，软件无线电系统的A/D、D/A变换移到了中频，并尽可能靠近射频端。软件无线电以可编程力强的FPGA、DSP器件代替专用数字电路，使系统硬件结构与功能相对独立。这样就可基于一个相对通用的硬件平台，通过软件实现不同的通信功能，并对工作频率、系统带宽、调制方式、信源编码等进行编程控制，系统灵活性大为增强。

现有的数字变频器都是专门设计的，与基于“北斗”的卫星移动通信终端要求的数字变频器相比，主要存在以下几点关键区别：

（1）、变频的范围不一样，基于“北斗”的卫星移动通信终端要求的数字变频器要求的范围是30MHz～400MHz变成140MHz，市场上没有此类的变频器；

（2）、变频的精度不一样，基于“北斗”的卫星移动通信终端要求的数字变频器要求的精度是1Hz的频率步进，市场上没有此类的变频器；

（3）、变频的增益不一样，基于“北斗”的卫星移动通信终端要求的数字变频器要求的增益是140dB，市场上没有此类的变频器,更没有适合“北斗”的数字变频器；

（4）、变频的控制方式不一样，基于“北斗”的卫星移动通信终端要求的数字变频器要求手动设置衰减值以及自动增益控制（AGC）功能，市场上没有此类控制接口的变频器。

所以，现有的数字上变频器不能直接应用于基于“北斗”的卫星移动通信终端，目前也没有用于基于“北斗”的卫星移动通信终端的数字上变频器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的数字上变频器不能直接应用于基于“北斗”的卫星移动通信终端的缺陷，提供一种基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器，包括DUC，FPGA，所述DUC与FPGA之间通过数据接口、控制接口相互通信，DUC通过模拟接口连接有第一射频变压器，所述第一射频变压器连接声表滤波器，所述声表滤波器连接第二射频滤波器，所述第二射频滤波器连接可变增益放大器，所述可变增益放大器连接有第三射频滤波器，可变增益放大器还通过控制接口与FPGA相互通信。

根据本发明的实施例，所述DUC为芯片AD9957，所述FPGA为芯片XC5VLX50T，所述声表滤波器为芯片LBN70A19，所述可变增益放大器为芯片AD8370。

根据本发明的实施例，所述DUC芯片AD9957、FPGA芯片XC5VLX50T、可变增益放大器芯片AD8370之间的引脚连接关系为：

所述数字上变频器芯片AD9957通过其80引脚、81引脚连接第一射频变压器；所述可变增益放大器芯片AD8370通过其16引脚、1引脚连接第二射频变压器。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明提供的基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器应用于基于“北斗”的卫星移动终端，数字上变频器所覆盖频率包含了卫星通信中常用的70MHz、140MHz、210MHz等中频，通过数字上变频将基带信号通过滤波器进行处理，与正交载波进行数字混频得到卫星通信中常用的140MHz中频，与多种卫星发送前端设备的连接使用，使得系统具有很强的兼容性，在有线或无线通信系统中为数据传输提供基带上变频。

2、AD9957的配置参数的变频精度可达到1Hz，根据卫星信号的特点，该数字上变频器可通过调节AD9957的配置参数，以1Hz的频率稳定步进，使得整个系统在30MHz～400MHz的频率范围内能够很精确的得到卫星通信中常用的中频信号。

3、该数字上变频器具有手动设置衰减值以及自动增益控制（AGC）功能。通过FPGA的程序设置可变增益放大器AD8370的增益为固定值，实现手动设置衰减值；通过监测AD9957和AD8370的信号强度，再通过FPGA的程序自动控制最终输出的信号强度，使输出的信号强度满足模拟射频电路的要求，实现自动增益控制。

4、该数字上变频器通过可变增益放大器AD8370的使用，满足了基于“北斗”的卫星移动通信终端数字变频器140dB增益的要求。

5、该数字上变频器应用于基于“北斗”的卫星移动通信试验系统，其结构满足了“北斗”的卫星移动通信试验系统的要求，克服了以往的数字上变频器都不能直接使用在“北斗”的卫星移动通信试验系统中的缺陷。

附图说明：

图1为本发明实施例基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器的结构框图；

图2本发明实施例中DUC芯片AD9957引脚示意图；

图3本发明实施例中可变增益放大器芯片AD8370引脚示意图；

图4（a）、图4（b）、图4（c）为发明实施例中FPGA芯片XC5VLX50T引脚示意图；

图5（a）、图5（b）、图5（c）为本发明实施例基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器的电路图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

参考图1，本实施例列举的基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器包括DUC芯片AD9957，FPGA芯片XC5VLX50T，FPGA芯片XC5VLX50T通过可编程接口，编程设置有与DUC芯片AD9957数据接口对应的模拟数据接口，编程设置有与DUC芯片AD9957控制接口对应的第一模拟控制接口，DUC芯片AD9957的数据接口与FPGA芯片XC5VLX50T的模拟数据接口相连接，DUC芯片AD9957的控制接口与FPGA芯片XC5VLX50T的第一模拟控制接口相连接，DUC芯片AD9957通过模拟接口连接有第一射频变压器，所述第一射频变压器连接声表滤波器芯片LBN70A19，所述声表滤波器芯片LBN70A19连接第二射频滤波器，所述第二射频滤波器连接可变增益放大器芯片AD8370，所述可变增益放大器芯片AD8370连接有第三射频滤波器，FPGA芯片XC5VLX50T通过可编程接口，设置有与可变增益放大器芯片AD8370控制接口对应的第二模拟控制接口，可变增益放大器芯片AD8370的控制接口与FPGA芯片XC5VLX50T的第二模拟控制接口相连接。

AD9957是具有18位I/Q数据通路和14位DAC的1GSPS正交DUC芯片，它在单片上集成了高速直接数字频率合成器(DDS)、高速14位数模转换器、时钟乘法器电路、数字滤波器以及其他DSP功能。AD9957在正交调制模式下主要设置的工作参数有时钟倍频、频率控制字、内插因子、D／A输出增益控制等。

该数字上变频器的工作流程是：基带信号的I/Q数据从FPGA芯片XC5VLX50T的模拟数据接口输出，进入AD9957的数据接口，AD9957的输出信号通过第一射频变压器进入声表面滤波器LBN70A19，声表面滤波器具有良好的带通滤波的作用；声表面滤波器LBN70A19的输出信号通过第二射频变压器进入可变增益放大器AD8370，AD8370是数字控制的可变增益放大器，它具有高IP 3和低噪声系数，具有优良的失真性能和较宽的带宽，在宽输入动态范围应用中，AD8370可提供两种输入范围，分别对应于高增益模式和低增益模式。AD8370的输出信号通过第三射频变压器输出，可以与多种常用的卫星通信前端发送设备连接。

参考图2～图4，所述DUC芯片AD9957、FPGA芯片XC5VLX50T、可变增益放大器芯片AD8370之间按照表1连接；

表1

所述DUC芯片AD9957、第一射频变压器ADT4-1WT（T203）、声表滤波器为芯片LBN70A19、第二射频变压器ADT4-1WT（T202）、可变增益放大器芯片AD8370之间按照表2连接；

表2

DUC芯片AD9957、FPGA芯片XC5VLX50T、可变增益放大器芯片AD8370之间、第一射频变压器ADT4-1WT（T203）、声表滤波器为芯片LBN70A19、第二射频变压器ADT4-1WT（T202）之间按照表1、表2连接，是为了配合最佳“北斗”卫星信号而优化设计的，完全达到设计要求的性能和可靠性。

参考图5（a）、图5（b）、图5（c），图中VCC1为电源3.3V，VCC2为电源1.8V，VCC 3为交流电源3.3V，VCC4为交流电源1.8V。DUC芯片AD9957的引脚7（SYNC_IN+）、引脚8（SYNC_IN-）、引脚9（SYNC_OUT+）、引脚10（SYNC_OUT-）分别通过电阻R213、R214、R215、R216接地，引脚7与引脚9之间连接有电阻R217、引脚8与引脚10之间连接有电阻R218，R217和R218的作用是使无用的差分信号对应的输入输出端的信号始终相同，防止产生干扰信号。AD9957的引脚2（PLL_LOOP_FILTER）通过串联的电阻R212、电容C218连接电源（1.8V），且AD9957的引脚2（PLL_LOOP_FILTER）同时通过两个串联的电容C216、C217接地，为AD9957芯片内部运行的PLL锁相环电路提供外部最优化的滤波电路。AD9957的引脚91（REF_CLK’）通过电阻R801接地，同时该引脚通过电容C215连接时钟源的差分信号的正端，AD9957的引脚90（REF_CLK）通过电容C214连接时钟源的差分信号的负端，为AD9957提供时钟信号；电阻R801的作用是为调试该引脚的功能时，在差分信号强度不够时改善阻抗；电容C214、C215的作用是为差分时钟提供容性交流耦合，去除直流分量。

声表滤波器为芯片LBN70A19的引脚1（INPUT）通过电阻R206与第一射频变压器ADT4-1WT（T203）的引脚1连接，且LBN70A19的引脚1同时通过电感L201接地，LBN70A19的引脚1还通过电阻R220与SMB201（射频输出接口）连接，在调试时可以用此接口检测AD9957的输出信号。LBN70A19的引脚5（OUTPUT）通过电阻R205与第二射频变压器ADT4-1WT（T202）的引脚3连接，且LBN70A19的引脚5同时通过电感L202接地。

可变增益放大器芯片AD8370的引脚16（INLO）通过电容C205与第二射频变压器ADT4-1WT（T202）的引脚6连接，AD8370的引脚1（INLO）通过电容C206与第二射频变压器ADT4-1WT（T202）的引脚4连接，C206的作用是输出的射频信号容性耦合进入变压器，去除直流分量的影响。AD8370的引脚11（VCCO2）通过电容C203接地，同时该引脚还与FB201（高频滤波磁珠）连接，FB201使高频信号不通过电源影响到系统的其他部分），FB201通过电容C204接地，使交流信号直接接地过滤掉，使高频信号不通过电源影响到系统的其他部分。AD8370的引脚8（OPHI）通过电容C202与第三射频放大器ADT2-1T（T201）的引脚4连接，AD8370的引脚9（OPLO）通过电容C201与第三射频放大器ADT2-1T（T201）的引脚6连接。AD8370的引脚3（VCCI）通过电容C207接地。AD8370的引脚5（VOCM）通过电容C212接地。AD8370的引脚6（VCCO1）通过电容C210接地，同时该引脚还连接有FB203，FB203通过电容C208接地，AD8370的引脚6（VCCO1）还连接有FB202，FB202通过电容C211接地，FB202、FB203还同时通过电容C209接地。

第三射频放大器ADT2-1T（T201）的引脚1、引脚3分别与SMA201（射频输出接口）的两端连接，在调试时可以用该接口检测射频放大器ADT2-1T的输出信号；第三射频放大器ADT2-1T（T201）的引脚5通过电阻R211接地。第一射频变压器ADT4-1WT（T203）的引脚5通过电阻R219接地，ADT4-1WT（T203）的引脚4通过电阻R209接地，引脚6通过电阻R207接地，引脚4与引脚6之间还连接有电阻R208，减少信号的反射、过冲。

数字上变频器的核心部件是内插器和数字振荡器(NCO)。内插器通过在原始的采样间隔内增加新的采样点来提高信号的采样率，因此在频域内产生原始信号的镜像频谱，需要通过低通滤波器。本设计采用滤波器（声表滤波器）低通滤波，上变频采用数字振荡器(NCO)实现。

基于“北斗”的卫星移动通信试验系统是一个支持话音和低速数据的系统，本发明提供的基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器应用在基于“北斗”的卫星移动通信试验系统中，其结构满足了“北斗”的卫星移动通信试验系统的要求，克服了以往的数字上变频器都不能直接使用在“北斗”的卫星移动通信试验系统中的缺陷。

Claims (3)

1.一种基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器，其特征在于，该数字上变频器包括DUC、FPGA，所述DUC与FPGA之间通过数据接口、控制接口相互通信，DUC通过模拟接口连接有第一射频变压器，所述第一射频变压器连接声表滤波器，所述声表滤波器连接第二射频滤波器，所述第二射频滤波器连接可变增益放大器，所述可变增益放大器连接有第三射频滤波器，可变增益放大器还通过控制接口与FPGA相互通信。

2.根据权利要求1所述的基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器，其特征在于，所述DUC为芯片AD9957，所述FPGA为芯片XC5VLX50T，所述声表滤波器为芯片LBN70A19，所述可变增益放大器为芯片AD8370。

3.根据权利要求2所述的基于“北斗”的卫星移动终端数字上变频器，其特征在于，所述DUC芯片AD9957、FPGA芯片XC5VLX50T、可变增益放大器芯片AD8370之间的引脚连接关系为：

所述数字上变频器芯片AD9957通过其80引脚、81引脚连接第一射频变压器；所述可变增益放大器芯片AD8370通过其16引脚、1引脚连接第二射频变压器。

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