CN109412613A - 高速数传发送装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速数传发送装置，包括：基带板，所述基带板的输入端与PC端电连接，所述基带板的输出端与上变频板电连接，其中，所述基带板包括：第一通信模块，与PC端电连接，用于接收所述PC端发出的原始数据；基带发送模块，与所述第一通信模块电连接，用于接收所述原始数据，并对所述原始数据进行编码调制处理，生成数传数据；模拟射频前端，与所述基带发送模块电连接，用于接收所述数传数据，并对所述数传数据进行转换速率调节，生成高速数传数据发送给所述上变频板。本发明所提供的高速数传发送装置同时满足精度和速度的要求，解决了高速数字模拟转换器对本振快速响应和精细调整的需求。

Description

高速数传发送装置

技术领域

本发明涉及卫星间高速数传技术领域，特别涉及一种高速数传发送装置。

背景技术

目前我国气象、海洋、国土资源测绘调查等国民经济重要部门已将空间数据源纳入主体业务应用系统，对空间高速数据传输技术提出了持续的业务需求，高速数据传输有效载荷应用日益广泛和深入，各类有效载荷对数据传输速率以及传输质量等要求也越来越高。近年来高速调制解调技术、高效编译码技术、甚长基线测量等技术获得了飞速发展，这些新技术对所传数据内容本身并无要求和限制，因此可以广泛的应用于气象、海洋、资源、环境、通信和侦察等众多领域，为各类星载有效载荷所产生的高速数据提供传输链路，实现高速信息的获取。目前国外星地高速数据卫星射频逐步采用X波段、传输带宽已经达到了Gbps量级，国内也已达到了数百Mbps量级，可预见的未来数年对高码率数据传输的需求还会持续迅猛增长且应用领域不断扩展,码速率600Mbps以上，可适应卫星通信等大容量、高速率兼容多种调制方式的高速数传收发设备的需求显得尤为迫切。

发明内容

本发明提供了一种高速数传发送装置，其目的是提供一种可以灵活配置、精准控制的数传模拟信号源，可以实现任意调制体制、连续码率、连续载波变换，并且支持模拟载波多普勒、位多普勒、信噪比、功率起伏变换等设置功能。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种高速数传发送装置，包括：

基带板，所述基带板的输入端与PC端电连接，所述基带板的输出端与上变频板电连接，其中，所述基带板包括：

第一通信模块，与PC端电连接，用于接收所述PC端发出的原始数据；

基带发送模块，与所述第一通信模块电连接，用于接收所述原始数据，并对所述原始数据进行编码调制处理，生成数传数据；

模拟射频前端，与所述基带发送模块电连接，用于接收所述数传数据，并对所述数传数据进行信号调理，生成高速数传数据发送给所述上变频板。

其中，所述基带发送模块包括：

编码器，所述编码器的输入端与所述第一通信模块电连接，用于根据通信需要对所述原始数据进行编码处理，生成编码数据；

调制器，所述调制器的输入端与所述编码器的输出端电连接，用于接收所述编码数据，并将所述编码数据调制成多种格式的调制数据；

第一数字式频率合成器，所述第一数字式频率合成器的输入端与所述调制器的第一输出端电连接，用于接收所述调制器发出的第一控制信号，并根据所述第一控制信号生成高动态正交单载波信号；

第二数字式频率合成器，所述第二数字式频率合成器的输入端与所述调制器的第二输出端电连接，用于接收所述调制器发出的第二控制信号，并根据所述第二控制信号生成高动态正交单载波信号。

其中，所述模拟射频前端包括：

高速数字模拟转换器，所述高速数字模拟转换器的第一输入端与所述基带发送模块的调制器的第三输出端电连接，所述高速数字模拟转换器的I路与第一滤波器电连接，所述高速数字模拟转换器的Q路与第二滤波器电连接；

第一正交调制器，所述第一正交调制器的输入端分别与所述第一滤波器和所述第二滤波器电连接，所述第一正交调制器的输出端与中频滤波器的输入端电连接，所述中频滤波器的输出端与自动增益控制器电连接。

其中，所述模拟射频前端还包括：

第一温度补偿晶体振荡器，所述第一温度补偿晶体振荡器的第一输出端分别与第一锁相环的时钟输入端和第二锁相环的时钟输入端电连接，用于给所述第一锁相环和所述第二锁相环提供时钟源。

其中，所述基带发送模块还包括：

SPI控制单元，所述SPI控制单元的输出端分别与所述第一锁相环的SPI输入端和所述第二锁相环的SPI输入端电连接，用于使所述第一锁相环和所述第二锁相环产生固定频率的高频率高精度的载波信号。

其中，所述模拟射频前端还包括：

第一数字模拟转换器，所述第一数字模拟转换器输入端与所述第一数字式频率合成器的输出端电连接，用于接收所述第一数字式频率合成器发出的高动态正交单载波信号，并将所述高动态正交单载波信号转换为模拟信号；

第二正交调制器，所述第二正交调制器的第一输入端与所述数字模拟转换器的输出端电连接，所述第二正交调制器的第二输入端与所述第二锁相环输出端电连接，所述第二正交调制器的输出端与所述高速数字模拟转换器电连接，用于接收所述第一数字模拟转换器发出的模拟信号和所述第二锁相环发出的高频率高精度的载波信号，并将所述模拟信号和所述载波信号进行正交调制，生成满足精度和速度要求的频率发送给所述高速数字模拟转换器；第二数字模拟转换器，所述第二数字模拟转换器输入端与所述第二数字式频率合成器的输出端电连接，用于接收所述第二数字式频率合成器发出的高动态正交单载波信号，并将所述高动态正交单载波信号转换为模拟信号；

第三正交调制器，所述第三正交调制器的第一输入端与所述第二数字模拟转换器的输出端相连，所述第三正交调制器的第二输入端与所述第一锁相环的输出端电连接，所述第三正交调制器的输出端与所述第一正交调制器的时钟输入端电连接，用于接收所述第二数字模拟转换器发出的模拟信号和所述第一锁相环发出的高频率高精度的载波信号，并将所述模拟信号和所述载波信号进行正交调制，生成满足精度和速度要求的频率发送给所述第一正交调制器。

其中，所述第一锁相环的时钟输出端与所述第三正交调制器的时钟输入端电连接。

其中，所述第一温度补偿晶体振荡器的第二输出端与所述基带发送模块电连接，用于给所述基带发送模块提供时钟源。

其中，所述上变频板包括：

中频带通滤波器，所述中频带通滤波器输入端与所述自动增益控制器的输出端电连接；

混频器，所述混频器第一输入端与所述中频带通滤波器的输出端电连接；

带通滤波器，所述带通滤波器的输入端与所述混频器的输出端电连接；

射频放大器，所述射频放大器的输入端与所述带通滤波器的输出端电连接；

限幅器，所述限幅器的输入端与所述射频放大器的输出端电连接，所述限幅器的输出端通过SMA接头与发送天线相连。

其中，所述上变频板还包括：

第二通信模块，所述第二通信模块的输入端与所述第一通信模块电连接；

本振，与所述第二通信模块电连接，在所述第二通信模块控制下，产生所需的时钟信号，所述本振的时钟输入端与第二温度补偿晶体振荡器，所述本振的输出端与所述混频器第二输入端电连接。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明的上述实施例所述的高速数传发送装置采用数字式频率合成器DDS，高速数字模拟转换器DAC和锁相环PLL的组合进行高速DAC转换速率调节，所述数字式频率合成器的响应速度快，可以达到ns量级；所述锁相环的特点是精度高，相位噪声小，频率范围比较大，可以工作在高频波段，所述数字式频率合成器产生的高动态正交单载波信号和所述锁相环产生的高精度高频信号进行正交混频，产生新的频率，消除了两者的缺点，可以同时满足精度和速度的要求，能较好解决高速DAC对本振快速响应和精细调整的需求；同时I、Q路信号载波调制部分也采用DDS+DAC+PLL的方式对正交调制器的频率进行精细、快速调整，可以实现任意频率、高精度、高速变化的、相位连续的载波本振，以实现精准载波多普勒效应模拟。

附图说明

图1为本发明的高速数传发送装置的结构示意图。

【附图标记说明】

1-限幅器；2-射频放大器；3-带通滤波器；4-混频器；5-中频带通滤波器；6-第二温度补偿晶体振荡器；7-本振；8-第二通信模块；9-自动增益控制器；10-中频滤波器；11-第一正交调制器；12-第一滤波器；13-第二滤波器；14-高速数字模拟转换器；15-第二锁相环；16-第一锁相环；17-第一温度补偿晶体振荡器；18-调制器；19-编码器；20-第一通信模块；21-SPI控制单元；22-第一数字式频率合成器；23-第一数字模拟转换器；24-第二正交调制器；25-第二数字式频率合成器；26-第二数字模拟转换器；27-第三正交调制器。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的高速数字模拟转换器对本振快速响应和精细调整的需求问题，提供了一种高速数传发送装置。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种高速数传发送装置，包括：基带板，所述基带板的输入端与PC端电连接，所述基带板的输出端与上变频板电连接，其中，所述基带板包括：第一通信模块20，与PC端电连接，用于接收所述PC端发出的原始数据；基带发送模块，与所述第一通信模块20电连接，用于接收所述原始数据，并对所述原始数据进行编码调制处理，生成数传数据；模拟射频前端，与所述基带发送模块电连接，用于接收所述数传数据，并对所述数传数据进行信号调理，生成高速数传数据发送给所述上变频板。

本发明的上述实施例所述的高速数传发送装置的PC机通过PCIe接口将需发送的数据发送给第一通信模块20，所述第一通信模块20为PCIe通信模块，将需编码数据发送给FPGA内部的编码器19，编码器19可根据通信需要选择RS、LDPC、Viterbi等编码方式中对原始数据进行编码，并将编码后数据输出给调制器18，在FPGA内部逻辑的控制下，支持BPSK/SQPSK/QPSK/UQPSK/8PSK/16QAM等调制方式；而且高速数字模拟转换器14的转换频率，直接关系到高速数传发送系统的通信速度，需要根据实际通信需要进行精确快速调节；本发明采用数字式频率合成器22(DDS)，高速数字模拟转换器14(DAC)和锁相环(PLL)的组合进行高速DAC转换速率调节，所述数字式频率合成器22的响应速度快，可以达到ns量级；所述锁相环的特点是精度高，相位噪声小，频率范围比较大，可以工作在高频波段，所述数字式频率合成器22产生的高动态正交单载波信号和所述锁相环产生的高精度高频信号进行正交混频，产生新的频率，消除了两者的缺点，可以同时满足精度和速度的要求，能较好解决高速DAC对本振7快速响应和精细调整的需求。

其中，所述基带发送模块包括：编码器19，所述编码器19的输入端与所述第一通信模块20电连接，用于根据通信需要对所述原始数据进行编码处理，生成编码数据；调制器18，所述调制器18的输入端与所述编码器19的输出端电连接，用于接收所述编码数据，并将所述编码数据调制成多种格式的调制数据；第一数字式频率合成器22，所述第一数字式频率合成器22的输入端与所述调制器18的第一输出端电连接，用于接收所述调制器18发出的第一控制信号，并根据所述第一控制信号生成高动态正交单载波信号；

第二数字式频率合成器25，所述第二数字式频率合成器25的输入端与所述调制器18的第二输出端电连接，用于接收所述调制器18发出的第二控制信号，并根据所述第二控制信号生成高动态正交单载波信号。

本发明的上述实施所述的高速数传发送装置具体实现方式为：在调制器18输出信号的控制下，FPGA内部的数字式频率合成器22产生高动态正交单载波信号，经数字模拟转换器23转换成模拟信号，该模拟信号与锁相环的高精度高频信号通过第二正交调制器24进行正交调制，产生新的DAC转换所需的同时满足精度和速度的频率Fs，确保高速DAC能实现快速高精度的转换。

其中，所述模拟射频前端包括：高速数字模拟转换器14，所述高速数字模拟转换器14的第一输入端与所述基带发送模块的调制器18的第三输出端电连接，所述高速数字模拟转换器14的I路与第一滤波器12电连接，所述高速数字模拟转换器14的Q路与第二滤波器13电连接；第一正交调制器11，所述第一正交调制器11的输入端分别与所述第一滤波器12和所述第二滤波器13电连接，所述第一正交调制器11的输出端与中频滤波器10的输入端电连接，所述中频滤波器10的输出端与自动增益控制器9电连接。

其中，所述模拟射频前端还包括：第一温度补偿晶体振荡器17，所述第一温度补偿晶体振荡器17的第一输出端分别与第一锁相环16的时钟输入端和第二锁相环15的时钟输入端电连接，用于给所述第一锁相环16和所述第二锁相环15提供时钟源。

其中，所述基带发送模块还包括：SPI控制单元21，所述SPI控制单元21的输出端分别与所述第一锁相环16的SPI输入端和所述第二锁相环15的SPI输入端电连接，用于使所述第一锁相环16和所述第二锁相环15产生固定频率的高频率高精度的载波信号。

其中，所述模拟射频前端还包括：第一数字模拟转换器23，所述第一数字模拟转换器23输入端与所述第一数字式频率合成器22的输出端电连接，用于接收所述第一数字式频率合成器22发出的高动态正交单载波信号，并将所述高动态正交单载波信号转换为模拟信号；第二正交调制器24，所述第二正交调制器24的第一输入端与所述第一数字模拟转换器23的输出端电连接，所述第二正交调制器24的第二输入端与所述第二锁相环15输出端电连接，所述第二正交调制器24的输出端与所述高速数字模拟转换器14电连接，用于接收所述第一数字模拟转换器23发出的模拟信号和所述第二锁相环15发出的高频率高精度的载波信号，并将所述模拟信号和所述载波信号进行正交调制，生成满足精度和速度要求的频率发送给所述高速数字模拟转换器14；第二数字模拟转换器26，所述第二数字模拟转换器26输入端与所述第二数字式频率合成器25的输出端电连接，用于接收所述第二数字式频率合成器25发出的高动态正交单载波信号，并将所述高动态正交单载波信号转换为模拟信号；第三正交调制器27，所述第三正交调制器27的第一输入端与所述第二数字模拟转换器26的输出端相连，所述第三正交调制器27的第二输入端与所述第一锁相环16的输出端电连接，所述第三正交调制器27的输出端与所述第一正交调制器11的时钟输入端电连接，用于接收所述第二数字模拟转换器26发出的模拟信号和所述第一锁相环16发出的高频率高精度的载波信号，并将所述模拟信号和所述载波信号进行正交调制，生成满足精度和速度要求的频率发送给所述第一正交调制器11。

其中，所述第一锁相环16的时钟输出端与所述第三正交调制器16的时钟输入端电连接。

其中，所述第一温度补偿晶体振荡器17的第二输出端与所述基带发送模块电连接，用于给所述基带发送模块提供时钟源。

本发明的上述实施例所述的高速数传发送装置在正交调制和功率控制上通过在FPGA内部SPI控制单元21配置下，锁相环产生固定频率的高频率高精度的载波，滤波后的I、Q信号通过第一正交调制器11合并为含有中频载波的中频信号，该信号经中频滤波器10滤波、自动增益控制器9(AGC)功率放大后送入上变频板，由上变频板中的中频滤波器10滤波后进入混频器4，与本振7产生的高频载波信号合成为所需的X波段信号，该信号经滤波和放大后经天线送出；为保证发射系统足够的输出功率，在本系统设计时配置了中频的AGC和高频放大器，以根据发送距离需要调节各级放大器的增益，在中频设置为自动增益控制，可有效降低X波段功放负担，提高发送系统的可靠性。

其中，所述上变频板包括：中频带通滤波器5，所述中频带通滤波器5输入端与所述自动增益控制器9的输出端电连接；混频器4，所述混频器4第一输入端与所述中频带通滤波器5的输出端电连接；带通滤波器3，所述带通滤波器3的输入端与所述混频器4的输出端电连接；射频放大器2，所述射频放大器2的输入端与所述带通滤波器3的输出端电连接；限幅器1，所述限幅器1的输入端与所述射频放大器2的输出端电连接，所述限幅器1的输出端通过SMA接头与发送天线相连。

其中，所述上变频板还包括：第二通信模块8，所述第二通信模块8的输入端与所述第一通信模块20电连接；本振7，与所述第二通信模块8电连接，在第二通信模块8的控制下，产生所需的时钟信号，所述本振7的时钟输入端与第二温度补偿晶体振荡器6，所述本振7的输出端与所述混频器4第二输入端电连接。

本发明的上述实施例所述的高速数传发送装置在正交调制和功率控制上通过在FPGA内部SPI控制单元21配置下，锁相环产生固定频率的高频率高精度的载波，滤波后的I、Q信号通过第一正交调制器11合并为含有中频载波的中频信号，该信号经中频滤波器10滤波、自动增益控制器9(AGC)功率放大后送入上变频板，由上变频板中的中频滤波器10滤波后进入混频器4，与本振7产生的高频载波信号合成为所需的X波段信号，该信号经滤波和放大后经天线送出；为保证发射系统足够的输出功率，在本系统设计时配置了中频的AGC和高频放大器，以根据发送距离需要调节各级放大器的增益，在中频设置为自动增益控制，可有效减轻X波段功放负担，提高发送系统的可靠性。

本发明的上述实施例所述的高速数传发送装置采用数字式频率合成器22(DDS)，高速数字模拟转换器14(DAC)和锁相环(PLL)的组合进行高速DAC转换速率调节，所述数字式频率合成器22的响应速度快，可以达到ns量级；所述锁相环的特点是精度高，相位噪声小，频率范围比较大，可以工作在高频波段，所述数字式频率合成器22产生的高动态正交单载波信号和所述锁相环产生的高精度高频信号进行正交混频，产生新的频率，消除了两者的缺点，可以同时满足精度和速度的要求，能较好解决高速DAC对本振7快速响应和精细调整的需求。

本发明对I、Q路信号进行载波调制部分采用DDS+DAC+PLL对正交调制器的频率进行精细、快速调整，可以实现任意频率、高精度、高速变化的、相位连续的载波本振，以实现精准载波多普勒效应模拟。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高速数传发送装置，其特征在于，包括：

基带板，所述基带板的输入端与PC端电连接，所述基带板的输出端与上变频板电连接，其中，所述基带板包括：

第一通信模块，与PC端电连接，用于接收所述PC端发出的原始数据；

基带发送模块，与所述第一通信模块电连接，用于接收所述原始数据，并对所述原始数据进行编码调制处理，生成数传数据；

模拟射频前端，与所述基带发送模块电连接，用于接收所述数传数据，并对所述数传数据进行信号调理，生成高速数传数据发送给所述上变频板。

2.根据权利要求1所述的高速数传发送装置，其特征在于，所述基带发送模块包括：

编码器，所述编码器的输入端与所述第一通信模块电连接，用于根据通信需要对所述原始数据进行编码处理，生成编码数据；

调制器，所述调制器的输入端与所述编码器的输出端电连接，用于接收所述编码数据，并将所述编码数据调制成多种格式的调制数据；

第一数字式频率合成器，所述第一数字式频率合成器的输入端与所述调制器的第一输出端电连接，用于接收所述调制器发出的第一控制信号，并根据所述第一控制信号生成高动态正交单载波信号；

第二数字式频率合成器，所述第二数字式频率合成器的输入端与所述调制器的第二输出端电连接，用于接收所述调制器发出的第二控制信号，并根据所述第二控制信号生成高动态正交单载波信号。

3.根据权利要求2所述的高速数传发送装置，其特征在于，所述模拟射频前端包括：

高速数字模拟转换器，所述高速数字模拟转换器的第一输入端与所述基带发送模块的调制器的第三输出端电连接，所述高速数字模拟转换器的I路与第一滤波器电连接，所述高速数字模拟转换器的Q路与第二滤波器电连接；

第一正交调制器，所述第一正交调制器的输入端分别与所述第一滤波器和所述第二滤波器电连接，所述第一正交调制器的输出端与中频滤波器的输入端电连接，所述中频滤波器的输出端与自动增益控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的高速数传发送装置，其特征在于，所述模拟射频前端还包括：

第一温度补偿晶体振荡器，所述第一温度补偿晶体振荡器的第一输出端分别与第一锁相环的时钟输入端和第二锁相环的时钟输入端电连接，用于给所述第一锁相环和所述第二锁相环提供时钟源。

5.根据权利要求4所述的高速数传发送装置，其特征在于，所述基带发送模块还包括：

SPI控制单元，所述SPI控制单元的输出端分别与所述第一锁相环的SPI输入端和所述第二锁相环的SPI输入端电连接，用于使所述第一锁相环和所述第二锁相环产生固定频率的高频率高精度的载波信号。

6.根据权利要求5所述的高速数传发送装置，其特征在于，所述模拟射频前端还包括：

第一数字模拟转换器，所述第一数字模拟转换器输入端与所述第一数字式频率合成器的输出端电连接，用于接收所述第一数字式频率合成器发出的高动态正交单载波信号，并将所述高动态正交单载波信号转换为模拟信号；

第二正交调制器，所述第二正交调制器的第一输入端与所述第一数字模拟转换器的输出端电连接，所述第二正交调制器的第二输入端与所述第二锁相环输出端电连接，所述第二正交调制器的输出端与所述高速数字模拟转换器电连接，用于接收所述第一数字模拟转换器发出的模拟信号和所述第二锁相环发出的高频率高精度的载波信号，并将所述模拟信号和所述载波信号进行正交调制，生成满足精度和速度要求的频率发送给所述高速数字模拟转换器；

第二数字模拟转换器，所述第二数字模拟转换器输入端与所述第二数字式频率合成器的输出端电连接，用于接收所述第二数字式频率合成器发出的高动态正交单载波信号，并将所述高动态正交单载波信号转换为模拟信号；

第三正交调制器，所述第三正交调制器的第一输入端与所述第二数字模拟转换器的输出端相连，所述第三正交调制器的第二输入端与所述第一锁相环的输出端电连接，所述第三正交调制器的输出端与所述第一正交调制器的时钟输入端电连接，用于接收所述第二数字模拟转换器发出的模拟信号和所述第一锁相环发出的高频率高精度的载波信号，并将所述模拟信号和所述载波信号进行正交调制，生成满足精度和速度要求的频率发送给所述第一正交调制器。

7.根据权利要求6所述的高速数传发送装置，其特征在于，所述第一锁相环的时钟输出端与所述第三正交调制器的时钟输入端电连接。

8.根据权利要求4所述的高速数传发送装置，其特征在于，所述第一温度补偿晶体振荡器的第二输出端与所述基带发送模块电连接，用于给所述基带发送模块提供时钟源。

9.根据权利要求3所述的高速数传发送装置，其特征在于，所述上变频板包括：

中频带通滤波器，所述中频带通滤波器输入端与所述自动增益控制器的输出端电连接；

混频器，所述混频器第一输入端与所述中频带通滤波器的输出端电连接；

带通滤波器，所述带通滤波器的输入端与所述混频器的输出端电连接；

射频放大器，所述射频放大器的输入端与所述带通滤波器的输出端电连接；

限幅器，所述限幅器的输入端与所述射频放大器的输出端电连接，所述限幅器的输出端通过SMA接头与发送天线相连。

10.根据权利要求9所述的高速数传发送装置，其特征在于，所述上变频板还包括：

第二通信模块，所述第二通信模块的输入端与所述第一通信模块电连接；

本振，与所述第二通信模块电连接，在所述第二通信模块控制下，产生所需的时钟信号，所述本振的时钟输入端与第二温度补偿晶体振荡器，所述本振的输出端与所述混频器第二输入端电连接。