CN110266325A - 一种利用软件无线电进行卫星通信的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用软件无线电进行卫星通信的装置，包括：射频前端模块和中频后端模块，其中所述射频前端模块包括：组合式多频段天线、射频矩阵单元、射频信息处理单元、模数转换器、上变频器及数模转换器；所述中频后端模块包括：现场可编程门阵列、微处理单元、闪存和计算机。本发明使用组合式多频段天线，并采用软件无线电技术，实现了利用一个地面站同时处理航天测控、数据接收和卫星通信等多种业务，节约了资源，同时实现了地面站的可配置、可重构，具有较强的灵活性。

Description

一种利用软件无线电进行卫星通信的装置

技术领域

本发明一般地涉及无线电测控和卫星通信领域。更具体地，本发明涉及一种利用软件无线电进行卫星通信的装置。

背景技术

传统航天任务中，地球站作为通信卫星、互联网卫星、物联网卫星进行天地联系、业务数据传输的重要节点，航天测控、数据接收地面站是各类卫星进行天地联系、卫星测控、对地数传的重要节点。传统地，地球站、航天测控地面站、航天数据接收地面站采用“全硬件”实现信号接收、信号处理、中频变换、扩频解扩、调制解调、上下行数据流生成和测距处理等功能。

图1是示出传统的航天测控、数据接收、卫星通信地面站的基本功能组成框图。传统地，航天测控、航天数据接收、卫星通信地面站的基本功能组成模块有一定的相似性，如图1所示，一般都是由天线、低噪放/高功放、上下变频器、调制解调器、基带处理单元和接口分系统组成。航天测控、航天数据接收、卫星通信地面站因处理业务的不同，低噪放、高功放、上下变频器、调制解调器、基带处理单元等基本功能组成全部采用硬件方式实现，导致了航天测控、数据接收、卫星通信地面站的差异化，进一步导致航天测控、数据接收、卫星通信地面站无法实现通用和共用。

天线主要完成无线电信号接收、发送功能，天线的设计与无线电波的工作频段紧密联系。目前，没有出现一种天线能在所有频段下高效工作，天线部分必须用特定频段下的硬件实现或综合利用一种天线，但会发生增益损失，另外低噪放/高功放等高频信号变换与处理部分，较难采用通用硬件加软件架构实现。

发明内容

随着软件无线电技术的发展，利用通用硬件加软件技术完成扩频接扩、调制解调、编码译码、上下行数据流生成和测距处理等功能已成为可能。利用软件无线电实现航天测控、数据接收、卫星通信一体化业务综合，可大量减少地面站数量。本发明主要解决以下几点问题：

1、射频前端解决方案；

2、中频后端软件无线电解决方案。

为至少解决上述技术问题，本发明提供了一种利用软件无线电技术实现航天测控、数据接收、卫星通信等多种功能于一体的设备，包括：

射频前端模块，其配置用于对多种业务射频信号进行接收、发送和处

理；以及

中频后端模块，其配置用于利用软件无线电技术对中频信号进行处理。

在一个实施例中，所述射频前端模块进一步包括：

组合式多频段天线，其配置用于对包括C、ka、S、X频段的射频信号进行发送和接收；

射频矩阵单元，其配置用于与所述多频段天线相连并对所述天线中的频段进行切换；

射频信息处理单元，其配置用于接收所述多频段天线送来的射频信号并对其进行处理；

模数转换器，其配置用于将射频信息处理单元送来的模拟信号变换成数字信号；

上变频器，其配置用于将通用硬件处理的基带信号进行上变频；以及

数模转换器，其配置用于将上变频器送来的数字信号变换成模拟信号。

在另一个实施例中，所述组合式多频段天线支持C、ka、S、X频段。

在另一个实施例中，所述组合式多频段天线还可以用采用不同馈源的一副天线替代。

在另一个实施例中，所述中频后端模块包括：

现场可编程门阵列，其配置用于对模数转换器采样后的数据进行处理，同时接收微处理单元送出的数据并进行处理；

闪存，其配置用于分别与现场可编程门阵列和微处理单元相连，用于接收并存储微处理单元从闪存中下载的程序；

微处理单元，其配置用于可以分别与闪存、可编程门阵列和计算机相连，进而执行系统控制、对解码后的数据进行分析以及提供和计算机之间的接口；以及

计算机，其配置用于执行与外部接口的数据交换。

在另一个实施例中，所述中频后端模块的工作频率可以分别为中频70MHz和1200MHz，相应的可以分别提供测控业务和数据接收、通信业务。

在另一个实施例中，所述闪存接收并存储的软件可以包括遥测处理、遥控处理、测距处理、数传处理和通信处理软件。

在另一个实施例中，所述计算机可以接收外部发送的遥控指令数据并且对外发送遥测数据、测距数据、数传数据和卫星通信业务数据。

本发明的利用软件无线电实现航天测控、数据接收、卫星通信一体化业务综合，能实现一个地面站同时处理航天测控、数据接收和卫星通信等多种业务，可大量减少地面站数量。具有以下有益效果：

1、节约资源、经费

与目前传统的航天测控站、数据接收站、地球站各自独立建设不同，本发明的利用软件无线电实现一体化业务综合的装置通过分时加载不同软件实现航天测控、数据接收、卫星通信等不同业务功能，可避免多地建站，节约土地资源、节约硬件资源、节约研制经费。

2、节省人力，提高地面站综合效益

由于本发明的利用软件无线电实现一体化业务综合的装置实现了航天测控、数据接收、卫星通信等不同业务功能，可大量节省值班人力，提高同一地面站执行不同任务的综合效益。

3、可配置、可重构，具有较强的灵活性

本发明所采用的软件无线电的架构可通过新研软件适应新业务，实现了地面站的可配置、可重构，具有较强的灵活性。

附图说明

通过阅读仅作为示例提供并且参考附图进行的以下描述，将更好地理解本发明及其优点，其中：

图1是示出传统的航天测控、数据接收、卫星通信地面站的基本功能组成框图；

图2是示出根据本发明实施例的利用软件无线电进行通信的装置的组成框图；

图3是示出根据本发明实施例的射频前端模块的组成框图；以及

图4是示出根据本发明实施例的中频后端模块的组成框图。

具体实施方式

本发明针对传统的航天测控、数据接收、卫星通信等地面站的硬件不能合而为一的缺点，提出一种新的综合业务设备，该设备通过在中频射频模块中采用软件无线电技术实现了航天测控、航天数据接收、卫星通信等业务的处理使用统一硬件设备，能够对多种业务进行统一综合处理，可大量减少地面站数量。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

图2是示出根据本发明实施例的利用软件无线电进行卫星通信的装置的组成框图。如图2所示，本发明所述装置200包括：射频前端模块300，其配置用于对多种业务射频信号进行接收、发送和处理；以及中频后端模块400，其配置用于利用软件无线电技术对中频信号进行处理。

在一个实施例中，对于航天测控、数据接收、卫星通信设备，本发明的射频前端，仍然可以采用传统硬件方式来实现。对于中频后端模块，本发明提出了软件无线电的解决方案，其中，调制解调器和基带处理单元等基本功能可以在包括上下变频的中频上完成，根据目前的硬件处理水平，可以采用通用硬件(如数字信号处理器(“DSP”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)和通用计算机的中央处理单元(“CPU”))加软件方式来实现该中频处理。根据本发明的实施例，航天测控、数据接收、卫星通信一体化业务综合主要集中在中频上，因此可以采用通用硬件(如DSP、FPGA和通用计算机的CPU)，通过分时加载卫星通信处理、航天测控处理、航天数传处理等专用业务软件，进而实现与之对应的业务。

图3是示出根据本发明实施例的射频前端模块的组成框图。如图3所示所述射频前端模块300包括：组合式多频段天线301，其配置用于对不同频段的射频信号进行发送和接收；射频矩阵单元302，其配置用于与所述多频段天线301相连并对所述天线301中的频段进行切换；射频信息处理单元303，其配置用于接收所述多频段天线301送来的射频信号并对其进行处理；模数(“A/D”)转换器304，为便于后端数字处理，在射频信息处理后端连接A/D转换器304，其配置用于对射频信息处理单元303送来的模拟信号变换成数字信号；上变频器305，其配置用于将经过通用硬件处理的基带信号进行上变频；以及数模(“D/A”)转换器306，在上变频器后端连接D/A转换器306，其配置用于将通用硬件(如DSP、FPGA和通用计算机的CPU)处理并经过上变频器305送来的数字信号变换成模拟信号。

在一个实施例中，所述组合式多频段天线301支持C、ka、S、X频段；通信卫星业务频段一般较多地使用C、ka频段，航天测控一般使用S频段，对地数传一般使用X频段。对于航天测控、数据接收、卫星通信一体化业务综合，前端使用组合式多频段天线，包括C、ka、S、X频段天线，通过射频矩阵单元302完成切换。在另一个实施例中，所述组合式多频段天线201用采用不同馈源的一副天线替代。

图4是示出根据本发明实施例的中频后端模块的组成框图。如图4所示，所述中频后端模块400包括：现场编程门阵列(“FPGA”)401，其配置用于对A/D采样后的数据进行处理，同时接收处理单元(“MPU”)403送来的数据并进行处理；闪存(“FLASH”)402，其配置用于分别与FPGA 401和微处理单元403相连，用于接收并存储微处理单元MPU 403从FLASH 402下载的程序；微处理单元MPU 403，其配置用于分别与FPGA 401、FLASH 402和计算机PC 404相连，进而执行系统控制、对解码后的数据进行分析以及提供和计算机之间的接口；以及计算机PC404，其配置用于执行与外部接口的数据交换。

在一个实施例中，所述中频后端模块400的工作频率可以分别为中频70MHz和1200MHz，从而相应的可以分别提供测控业务和数据接收、通信业务。在另一个实施例中，所述FLASH 402接收并存储的软件可以包括遥测处理、遥控处理、测距处理、数传处理和通信处理等软件。

在另一个实施例中，所述计算机PC 404接收外部发送的遥控指令数据并且对外发送遥测数据、测距数据、数传数据和卫星通信业务数据。

本发明的利用软件无线电实现航天测控、数据接收、卫星通信一体化业务综合的设备，能实现一个地面站同时处理航天测控、数据接收和卫星通信等多种业务，可节约资源、经费，节省人力，提高地面站的综合效益，实现了地面站的可配置、可重构，具有较强的灵活性。后期，本发明计划利用军内装备预研项目开展试验验证。

本发明的利用软件无线电实现一体化业务的方案还可以通过在计算机可读的记录介质以计算机可读代码来体现。计算机可读记录介质包括存储可通过计算机系统解读的数据的所有种类的记录介质。该记录介质例如可以包括但不限于只读存储器(ROM，“ReadOnly Memory”)、随机存取存储器(RAM，“Random Access Memory”)、磁盘、磁盘、光盘、闪存等。进一步，这些计算机可读的记录介质可以通过通信网络(包括计算机通信网络、蜂窝通信网络或局域域通信网络)在各个通信实体之间传播或扩散，从而也可以通过任意的方式来运行存储在计算机可读存储介质上的计算机可读指令或计算机可执行代码。

虽然本发明所实施的方式如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种利用软件无线电进行卫星通信的装置，包括：

射频前端模块，其配置用于对多种业务的射频信号进行接收、发送和处理；以及

中频后端模块，其配置用于利用软件无线电技术对中频信号进行处理。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述射频前端模块包括：

组合式多频段天线，其配置用于对不同频段的射频信号进行发送和接收；

射频矩阵单元，其配置用于与所述多频段天线相连并对所述天线中的频段进行切换；

射频信息处理单元，其配置用于接收所述多频段天线传送来的射频信号并对其进行处理；

模数转换器，其配置用于将射频信息处理单元送来的模拟信号变换成数字信号；

上变频器，其配置用于将通用硬件处理的基带信号进行上变频；以及

数模转换器，其配置用于将上变频器送来的数字信号变换成模拟信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述组合式多分频段天线支持的频段包括C、ka、S、X频段。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述组合式多频段天线用采用不同馈源的一副天线替代。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述中频后端模块包括：

现场可编程门阵列，其配置用于对模数转换器采样后的数据进行处理，同时接收微处理单元传送来的数据并进行处理；

闪存，其配置用于分别与所述现场可编程门阵列和微处理单元相连，用于接收并存储微处理单元从所述闪存中下载的程序；

微处理单元，其配置用于分别与所述现场可编程门阵列、闪存和计算机相连，进而执行系统控制、对解码后的数据进行分析以及提供和计算机之间的接口；以及

计算机，其配置用于执行与外部接口的数据交换。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述中频后端模块的工作频率分别为中频70MHz和1200MHz，相应的分别提供测控业务和数据接收、通信业务。

7.根据权利要求5所述的装置，其中所述闪存接收并存储的软件至少包括以下中的至少一个或多个：遥测处理、遥控处理、测距处理、数传处理和通信处理软件。

8.根据权利要求5所述的装置，其中所述计算机接收外部发送的遥控指令数据并且对外发送遥测数据、测距数据、数传数据和卫星通信业务数据。