CN109495237B - 一种基于采样点选取的多速率解调装置 - Google Patents

一种基于采样点选取的多速率解调装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于采样点选取的多速率解调装置，属于星载通信技术领域。其包括正交下变频器、多速率抽取滤波器、最佳样点选取器、载波相位跟踪器、译码器和成帧处理器。本发明通过调整抽取滤波器的数据输出和选取最佳采样点的方法实现定时恢复，具有处理实现简单、资源占用低、支持多种速率等优点，特别适合用作星间或星地资源受限的中低速多速率信号解调装置。

Description

一种基于采样点选取的多速率解调装置
技术领域
本发明涉及星载通信技术领域，特别是指一种基于采样点选取的多速率解调装置。
背景技术
传统的信号解调器大多通过调整AD采样时钟或采用插值处理器的方式实现数字信号的定时恢复处理。调整AD采样时钟的方法需要增加星载器件DDS，而插值处理器的方式需要占用较多的FPGA硬件资源。在星上资源受限的情况下，这些缺点限制了其在星载设备上的应用。
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基于采样点选取的多速率解调装置，其占用资源低，适用于星间或星地资源受限中低速多速率信号的解调。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于采样点选取的多速率解调装置，其包括正交下变频器、多速率抽取滤波器、最佳样点选取器、载波相位跟踪器、译码器和成帧处理器；其中，
正交下变频器将ADC采样后的数字中频信号进行正交下变频，得到数字基带信号,并将数字基带信号送入多速率抽取滤波器；
多速率抽取滤波器对输入的数字基带信号进行抽取滤波处理，采用CIC抽取滤波和匹配滤波级联的方式，实现对数字基带信号的降速和匹配滤波处理；CIC抽取滤波输出的抽取数据样点由最佳样点选取器反馈输出的定时误差控制决定；
最佳样点选取器接收多速率抽取滤波器输出的数据，对数据进行定时误差估计，将定时误差估计值反馈至多速率抽取滤波器并选取出最佳采样点，完成定时恢复，将最佳采样点输出至载波相位跟踪；
载波相位跟踪器进行载波相位估计和相位跟踪，完成载波恢复，恢复出基带数据并将恢复后的基带数据送入译码器；
译码器对基带数据进行Viterbi维特比译码处理，将数据译码为信息比特流并将数据送入数据成帧处理器；
成帧处理器去除信息比特流中的空信息，将有效信息比特处理成既定格式输出给后续设备。
具体的，所述的多速率抽取滤波器包括CIC抽取滤波模块、根升余弦匹配滤波模块和AGC控制模块；其中，
CIC抽取滤波模块对正交下变频器送来的数字基带信号进行CIC抽取滤波处理，抽取倍数根据数字基带信号的符号速率选取6、12、24、48或96，得到四倍符号采样率的数据并输出至根升余弦匹配滤波模块；CIC抽取滤波模块的数据输出由最佳样点选取器输出的定时误差控制决定；
根升余弦匹配滤波模块对CIC抽取滤波模块输出的四倍符号采样率的数据进行匹配滤波处理，并将完成匹配滤波处理的数据输出至AGC控制模块；
AGC控制模块通过统计输入数据的平均能量调整输入数据的增益值，使输出数据幅度保持稳定。
具体的，所述的最佳样点选取器包括误差提取模块、误差转换模块和最佳样点选点输出模块；其中，
误差提取模块对多速率抽取滤波器送来的四倍符号速率基带信号进行平方和定时误差估计处理，提取得到数据的定时误差值，将误差值输出至误差转换模块；
误差转换模块将误差值转换为4倍符号速率的整数倍误差和小数倍误差，将整数倍误差输出至最佳样点选点输出模块，将小数倍误差输出至多速率抽取滤波器用于控制多速率抽取滤波器的数据输出时刻；
最佳样点选点输出模块根据整数倍误差值选取出最佳数据样点值，并将数据输出至载波相位跟踪器。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明采用控制抽取滤波器数据输出的方式有效降低了数据解调时定时恢复占用的星上硬件资源，可适应星载设备低资源占用的需求。
2、本发明中的多速率抽取抽取滤波器可实现多种符号速率信号的解调，从而满足多种速率的通信需求。
3、本发明在完成多种速率信号解调的同时将信号按照设定格式组帧输出，接口协议简单，扩展性强。
4、本发明可通过FPGA大规模现场可编程器件实现，具有线路简单、体积小、成本低廉、性能稳定可靠等优点，适于工程应用。
附图说明
图1是本发明实施例中多速率解调装置的一种电原理图。
图2 是图1中多速率抽取滤波器的一种电原理图。
图3 是图1中最佳样点选取器的一种电原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
参照图1，一种基于采样点选取的多速率解调装置，其包括正交下变频器1、多速率抽取滤波器2、最佳样点选取器3和载波相位跟踪器4，译码器5和成帧处理器6。图1是本发明适用于小卫星平台的基于采样点选取的低资源占用多速率解调装置实施例电原理图，实施例按照图1连接线路。
该装置中，正交下变频器1将ADC采样后的数字中频信号进行正交下变频，得到数字基带信号,并将数字基带信号送入多速率抽取滤波器2；多速率抽取滤波器2对输入的数字基带信号进行抽取滤波处理，采用CIC抽取滤波和匹配滤波级联的方式，实现对数字基带信号的降速和匹配滤波处理，根据数字基带信号的符号速率不同，抽取的倍数也不相同，CIC抽取滤波输出的抽取数据样点由最佳样点选取器3反馈输出的定时误差控制决定，多速率抽取抽取滤波器2可实现250ksps、500ksps、1Msps、2Msps及4Msps符号速率信号的抽取滤波功能；最佳样点选取器3接收多速率抽取滤波器2输出的数据，对数据进行定时误差估计，将定时误差估计值反馈至多速率抽取滤波器2并选取出最佳采样点，完成定时恢复，并将最佳采样点输出至载波相位跟踪器4，载波相位跟踪器4进行载波相位估计和相位跟踪，完成载波恢复，恢复出基带数据并将恢复后的基带数据送入译码器5，译码器5对基带数据进行Viterbi译码处理，将数据译码为信息比特流并将数据送入数据成帧处理器6，成帧处理器6去除信息比特流中的空信息，将有效信息比特处理成既定格式输出给后续设备。
其中，正交下变频器1的作用是对输入的数字中频信号进行正交下变频处理，得到数字基带信号，多速率抽取滤波器2的作用是对输入的信号进行CIC抽取滤波和匹配滤波处理，最佳样点选取器3的作用是对输入信号进行定时误差估计，选取出最佳采样点实现定时恢复，载波相位跟踪器4进行载波相位估计和相位跟踪，完成载波恢复，译码器5完成Viterbi译码，将数据译码为信息比特流，成帧处理器6完成去除信息比特流中的空信息，将有效信息比特处理成既定格式输出给后续设备。
参照图2，所述的多速率抽取滤波器2由CIC抽取滤波模块2-1、根升余弦匹配滤波模块2-2、AGC控制模块2-3组成，CIC抽取滤波模块2-1的输出数据由最佳样点选取器3控制决定；实施例按照图2连接线路。
CIC抽取滤波模块2-1对正交下变频器1送来的数字基带信号进行CIC抽取滤波处理，抽取倍数根据数字基带信号的符号速率可取6、12、24、48、96，得到四倍符号采样率的数据，CIC抽取滤波模块2-1的数据输出由最佳样点选取器3输出的定时误差控制决定，通过调整CIC抽取滤波模块2-1的数据输出时刻可获得良好的定时恢复性能，CIC抽取滤波模块2-1输出的四倍符号采样率的数据输出至根升余弦匹配滤波模块2-2，对数据进行匹配滤波处理，根升余弦匹配滤波模块2-2将完成匹配滤波处理后数据输出至AGC控制模块2-3，AGC控制模块2-3通过统计输入数据的平均能量调整输入数据的增益值，使输出数据幅度稳定在一定范围内。
其中，CIC抽取滤波模块2-1的作用是对正交下变频器1送来的数据进行6、12、24、48、96倍CIC抽取滤波，得到四倍符号采样率的数据，数据的输出时刻由最佳样点选取器3输出的小数倍定时误差控制，根升余弦滤波模块2-2的作用是对输入数据进行根升余弦匹配滤波处理，AGC控制模块2-3的作用是统计输入数据的平均能量，自动调整输入数据的增益值，使输出数据幅度稳定在一定范围内。
参照图3，所述的最佳样点选取器3由误差提取模块3-1、误差转换模块3-2、最佳样点选点输出模块3-3组成，实施例按照图3连接线路。
误差提取模块3-1对多速率抽取滤波器2送来的四倍符号速率基带信号进行平方和定时误差估计处理，提取得到数据的定时误差值，将误差值输出至误差转换模块3-2，误差转换模块3-2将误差值分解为4倍符号速率的整数倍误差和小数倍误差，将整数倍误差输出至最佳样点选点输出模块3-3，将小数倍误差输出至多速率抽取滤波器2用于控制多速率抽取滤波器2的数据输出时刻，最佳样点选点输出模块3-3根据整数倍误差值选取出最佳数据样点值，并将数据输出至载波相位跟踪器4。
其中，误差提取模块3-1的作用是对输入的四倍符号采样数据进行平方和定时误差估计，估计输入数据的定时偏差值，误差转换模块3-2的作用是将定时误差估计值分解为四倍符号速率的整数倍误差值和小数倍误差值，将小数倍误差值反馈输出至多速率抽取滤波模块2，将整数倍误差值输出至最佳样点选点输出模块3-3，最佳样点选点输出模块3-3的作用是根据输入的四倍符号速率整数倍误差值，选取出最佳数据样点值，完成数据的定时恢复。
本发明的简要工作原理如下：
正交下变频器1将接收到的ADC模拟数字转换采样后的数字中频信号进行正交下变频处理，将数据输出至多速率抽取滤波器2；多速率抽取滤波器2采用CIC抽取滤波与根升余弦匹配滤波级联的方式，首先对数据进行CIC抽取滤波处理，使输出的数据速率降低为4倍符号速率采样数据，然后对数据进行根升余弦匹配滤波处理，并对匹配滤波后的数据进行AGC控制，使输出的数据幅度保持在一定范围内，将数据输出至最佳样点选取器3；最佳样点选取器3对输入的数据进行平方和误差定时估计，将估计出的定时误差值反馈至多速率抽取滤波器2，并选取出最佳采样点以完成定时恢复，将数据输出至载波相位跟踪器4；载波相位跟踪器4对数据进行载波相位估计和相位跟踪，完成载波恢复，恢复出基带数据并将基带数据送入译码器5，译码器5对基带数据进行Viterbi译码处理，将数据译码为信息比特流并将数据送入数据成帧处理器6，成帧处理器6去除信息比特流中的空信息，将有效信息比特处理成既定格式输出给后续设备。
该装置可基于FPGA实现，适用于卫星中低速信号的解调。其首先对AD采样的中频数字信号进行正交下变频，正交下变频之后的信号送入多速率抽取滤波器，根据信号速率进行不同倍数的抽取滤波处理，经过抽取滤波后的数据送入最佳样点选取器，选取出最佳采样点完成定时恢复，同时最佳样点选取器输出的定时误差值反馈输出至多速率抽取滤波器，用于调整多速率抽取滤波器输出的抽取样点时刻，经过最佳样点选取器的数据输入至载波相位跟踪器，用于完成载波恢复，经载波恢复后的数据送入译码器和成帧处理器，将数据处理为约定的格式发送给后续设备。
总之，本发明是一种全新的适用于小卫星平台的基于采样点选取的低资源占用的多速率解调装置。其通过调整抽取滤波器的数据输出和选取最佳采样点的方法实现定时恢复，具有处理实现简单、资源占用低、支持多种速率等优点，特别适合用作星间或星地资源受限的中低速多速率信号解调装置。

Claims (2)

1.一种基于采样点选取的多速率解调装置，其特征在于：包括正交下变频器（1）、多速率抽取滤波器（2）、最佳样点选取器（3）、载波相位跟踪器（4）、译码器（5）和成帧处理器（6）；其中，
正交下变频器（1）将ADC采样后的数字中频信号进行正交下变频，得到数字基带信号,并将数字基带信号送入多速率抽取滤波器（2）；
多速率抽取滤波器（2）对输入的数字基带信号进行抽取滤波处理，采用CIC抽取滤波和匹配滤波级联的方式，实现对数字基带信号的降速和匹配滤波处理；CIC抽取滤波输出的抽取数据样点由最佳样点选取器（3）反馈输出的定时误差控制决定；
最佳样点选取器（3）接收多速率抽取滤波器（2）输出的数据，对数据进行定时误差估计，将定时误差估计值反馈至多速率抽取滤波器（2）并选取出最佳采样点，完成定时恢复，将最佳采样点输出至载波相位跟踪器（4）；
载波相位跟踪器（4）进行载波相位估计和相位跟踪，完成载波恢复，恢复出基带数据并将恢复后的基带数据送入译码器（5）；
译码器（5）对基带数据进行Viterbi维特比译码处理，将数据译码为信息比特流并将数据送入数据成帧处理器（6）；
成帧处理器（6）去除信息比特流中的空信息，将有效信息比特处理成既定格式输出给后续设备；
所述的多速率抽取滤波器（2）包括CIC抽取滤波模块（2-1）、根升余弦匹配滤波模块（2-2）和AGC控制模块（2-3）；其中，
CIC抽取滤波模块（2-1）对正交下变频器（1）送来的数字基带信号进行CIC抽取滤波处理，抽取倍数根据数字基带信号的符号速率选取6、12、24、48或96，得到四倍符号采样率的数据并输出至根升余弦匹配滤波模块（2-2）；CIC抽取滤波模块（2-1）的数据输出由最佳样点选取器（3）输出的定时误差控制决定；
根升余弦匹配滤波模块（2-2）对CIC抽取滤波模块（2-1）输出的四倍符号采样率的数据进行匹配滤波处理，并将完成匹配滤波处理的数据输出至AGC控制模块（2-3）；
AGC控制模块（2-3）通过统计输入数据的平均能量调整输入数据的增益值，使输出数据幅度保持稳定。
2.根据权利要求1所述的一种基于采样点选取的多速率解调装置，其特征在于：所述的最佳样点选取器（3）包括误差提取模块（3-1）、误差转换模块（3-2）和最佳样点选点输出模块（3-3）；其中，
误差提取模块（3-1）对多速率抽取滤波器（2）送来的四倍符号速率基带信号进行平方和定时误差估计处理，提取得到数据的定时误差值，将误差值输出至误差转换模块（3-2）；
误差转换模块（3-2）将误差值转换为4倍符号速率的整数倍误差和小数倍误差，将整数倍误差输出至最佳样点选点输出模块（3-3），将小数倍误差输出至多速率抽取滤波器（2）用于控制多速率抽取滤波器（2）的数据输出时刻；
最佳样点选点输出模块（3-3）根据整数倍误差值选取出最佳数据样点值，并将数据输出至载波相位跟踪器（4）。
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