CN110995632A - 卫星通信带宽复用电路 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种卫星通信带宽复用电路，包括：第一接收端口、第二接收端口、延时模块、滤波模块、乘法器、减法器、延时\频偏估计模块以及数字锁相环；所述第一接收端口与所述延时模块连接，用于接收本地设备的发送的干扰信号，并将所述干扰信号发送给所述延时模块；所述第二接收端口与所述数字锁相环、所述延时\频偏估计模块以及所述减法器分别连接，用于接收设备接收的组合信号，并将所述组合信号发送给所述减法器。本申请通过采用软硬件结合的方式降低了系统的运行功率，并且还节约了成本。

Description

卫星通信带宽复用电路
技术领域
本申请涉及卫星通信技术领域，具体而言，涉及一种的卫星通信带宽复用电路。
背景技术
传统的卫星全双工通信需要工作在两个频率带宽上，发送在一个频率，接收在另外毗邻频率上。所以双向通信链接的带宽是单向通信链接需要带宽的两倍。这对于通信带宽资源昂贵的卫星系统，限制了用户的数量，而且用户成本很高。
现有的技术是Mark Dankberg发明的Paired Carrier Multiple Access(PCMA)卫星通信技术。卫星全双工通信只使用一个带宽，上行信号和下行信号公用一个带宽频率，下行的混合信号中包含本地发送的延时和频偏后的信号，只需要根据本地信号自适应消去下行混合信号中的本地信号就可得到需要的通信信号。优点是：信号处理得到信号抑制效果较好；存在的问题：硬件实现复杂，算法繁琐需要大量的解决硬件和算法繁琐问题，节省计算资源。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种卫星通信带宽复用电路，可以降低成本节约计算资源。
本申请实施例提供了一种卫星通信带宽复用电路，包括：第一接收端口、第二接收端口、延时模块、滤波模块、乘法器、减法器、延时\频偏估计模块以及数字锁相环；
所述第一接收端口与所述延时模块连接，用于接收本地设备发送的干扰信号，并将所述干扰信号发送给所述延时模块；
所述延时模块与所述乘法器的第一输入端连接，用于对所述干扰信号进行延时，并将经过延时的干扰信号发送给所述乘法器；
所述第二接收端口与所述延时\频偏估计模块以及所述减法器分别连接，用于接收组合信号，并将所述组合信号发送给所述减法器；
所述延时\频偏估计模块与所述第二接收端口以及所述数字锁相环连接，用于获取所述组合信号的延时及频偏参数，并将所述延时及频偏参数传递给所述数字锁相环；
所述数字锁相环与所述乘法器的第二输入端连接，用于锁定所述组合信号的相差，并输出相位调整量给所述乘法器；
所述乘法器的输出端与所述滤波模块连接，用于根据所述输出相位调整量对经过所述延时模块延时后的干扰信号进行频偏调整以及相位偏移调整，并将经过频偏调整以及相位偏移调的干扰信号传递给所述滤波模块；
所述滤波模块的输出端与所述减法器连接，所述滤波模块用于对经过频偏调整以及相位偏移调整后的干扰信号进行滤波处理，并将经过滤波处理后的干扰信号发送给所述减法器；
所述减法器用于将所述经过滤波处理的干扰信号与所述组合信号进行减法运算，从而去除所述组合信号内的干扰信号成分。
在本申请实施例所述的卫星通信带宽复用电路中，所述延时模块包括固定延时单元以及延时调整单元；
所述固定延时单元与所述第一接收端口连接用于对所述干扰信号进行固定时间的延时，所述延时调整单元与所述固定延时单元以及所述乘法器连接，以用于对经过所述固定延时单元进行固定延时的干扰信号进行延时调整，并将经过延时调整的干扰信号传递给所述乘法器。
在本申请实施例所述的卫星通信带宽复用电路中，所述延时\频偏估计模块包括延时估计单元以及延时及频偏估计单元；
所述延时估计单元分别与所述第二接收端口所述延时调整单元以及所述延时及频偏估计单元连接，所述延时及频偏估计单元分别与所述数字锁相环以及所述延时调整单元连接；
所述延时及频偏估计单元用于获取组合信号的延时及频偏参数；
所述延时估计单元用于根据所述延时及频偏参数调整所述延时调整单元的延时数据。
在本申请实施例所述的卫星通信带宽复用电路中，所述固定延时单元为硬件延时电路。
在本申请实施例所述的卫星通信带宽复用电路中，所述延时调整单元为设置有延时程序的延时芯片。
在本申请实施例所述的卫星通信带宽复用电路中，还包括：延时追踪模块以及权重更新模块；
所述权重更新模块与所述减法器、所述延时追踪模块以及所述滤波模块分别连接，所述延时追踪模块与所述延时调整单元连接；
所述权重更新模块用于根据所述减法器输出的通信信号的平均功率来判断调整的方向，使得经过减法器消去的信号的功率最小；
所述延时追踪模块用于根据所述权重更新模块得到调整方向对所述干扰信号进行采样点的延时调整。
在本申请实施例所述的卫星通信带宽复用电路中，所述延时追踪模块、所述权重更新模块、所述延时调整单元、所述滤波模块、所述乘法器、所述减法器、所述延时估计单元均集成在FPGA内。
在本申请实施例所述的卫星通信带宽复用电路中，所述数字锁相环包括依次连接的鉴相器模块、环路滤波模块以及NCO数字震荡器。
在本申请实施例所述的卫星通信带宽复用电路中，所述滤波模块为5阶FIR自适应滤波器。
本申请通过采用软硬件结合的方式降低了系统的运行功率，并且还节约了成本。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的卫星通信带宽复用电路的结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1，图1是本申请一些实施例中的一种卫星通信带宽复用电路的结构图。该卫星通信带宽复用电路包括：第一接收端口10、第二接收端口20、延时模块30、滤波模块50、乘法器40、减法器80、延时\频偏估计模块60、数字锁相环70、延时追踪模块100以及权重更新模块90。
其中，该第一接收端口10与所述延时模块30连接，用于接收本地设备的发送的干扰信号，并将所述干扰信号发送给所述延时模块30。干扰信号为上行信号，为本地发送设备根据下行信号中“干扰信号”的相关参数重新发送的/向干扰信号逼近的本地发送信号，该信号类似于对下行的干扰信号的复制，所以相当于一个下行的干扰信号的“本地复制信号”。
其中，该延时模块30与所述乘法器40的第一输入端连接，用于对所述干扰信号进行延时，并将经过延时的干扰信号发送给所述乘法器40。延时模块30包括固定延时单元31以及延时调整单元32；所述固定延时单元31与所述第一接收端口10连接用于对所述干扰信号进行固定时间的延时，所述延时调整单元与所述固定延时单元31以及所述乘法器40连接，以用于对经过所述固定延时单元31进行固定延时的干扰信号进行延时调整，并将经过延时调整的干扰信号传递给所述乘法器40。所述固定延时单元31为硬件延时电路。所述延时调整单元32为设置有延时程序的延时芯片。延时调整单元32是通过FPGA芯片内部的Ram存储器来实现，先将数据顺序存入Ram中，然后根据延时长要求一段时间后顺序读出。好处是让第一端口接收的干扰信号的复制信号能与第二端口接收到的下行信号中的干扰信号采样点尽可能对齐，有利于后续运算。固定延时单元31延时270ms左右，延时调整单元32可以调整延时0至60ms。
其中，该第二接收端口20与所述数字锁相环70、所述延时\频偏估计模块以及所述减法器分别连接，用于接收本地设备接收的组合信号，并将所述组合信号发送给所述减法器80。组合信号是下行信号，其包含两种信号：一种是远处发送站发送的有效信号经过卫星中继的信号，另外一种是本地接收方向中继站发送的本地信号经过中继站反射回来信号。
其中，该延时\频偏估计模块60与所述第二接收端口20以及所述数字锁相环70连接，用于获取所述组合信号的延时及频偏参数，并将所述延时及频偏参数传递给所述数字锁相环70连接。
具体地，该延时\频偏估计模块60包括延时估计单元61以及延时及频偏估计单元62；所述延时估计单元61分别与所述第二接收端口20、所述延时调整单元以及所述延时及频偏估计单元连接，所述延时及频偏估计单元62分别与所述数字锁相环70连接；延时及频偏估计单元62用于获取组合信号的延时及频偏参数；延时估计单元61用于根据所述延时及频偏参数调整固定延时单元31的延时数据。延时及频偏估计单元62读取一段延时的数据，在这段数据延时内搜索-200KHz至200KHz范围，计算互相关结果，在频偏和延时对齐时就可以得到互相关峰值，根据峰值得到大致延时和频偏值。再次通过延时及频偏估计单元62进行精确估计。在精确估计中，延时只需要微调1采样点。然后周期性计算1024点数据的互相关值，对周期计算得到的互相关值做离散傅里叶变换得到抽样数据的频谱，根据抽样信号的频谱再次提高了频偏的分辨率，从而提高频偏的估计精度。该延时及频偏估计单元62是在ARM软件中实现的，延时估计单元61的作用仅仅是调整数据延时，以便输入到ARM中完成软件中的延时估计与频偏估计。ARM通过延时估计单元61读取数据可能需要很多次重复读取，直到找到准确的延时和频偏参数。延时及频偏估计单元62包括粗糙估计模块/精确估计模块两部分。在粗糙估计中如果没有找到相关峰，则返回延时估计单元61，重新读取另外一组数据。如果粗糙估计中找到相关峰，则进入下一步精确估计模块。
延时及频偏估计单元62获取延时及频偏参数时，首先从Ram中读取一段上行信号/下行信号两路数据。假设两路的延时对齐点在这段数据中。粗糙的延时/频偏估计运算是对两路数据做互相关运算。互相关运算之前先对上行信号进行频偏量调整，调整范围从-200KHz到200KHz。当频偏调整到某个信号时，两路信号的互相关结果可能出现最大峰值，且超过预先设置互相关阈值。这时可以判断延时估计单元61找到粗糙对齐点，然后可以进入延时及频偏估计单元62。如果这段数据搜索完成也没有找到超过互相关阈值的对齐点，则判断没有找到粗糙估计的对齐点。下一步将返回从Ram中读取另外一段延时后的数据。如此反复直到找到粗糙估计对齐点，得到对齐的延时量Tc/对齐的频偏fc。然后进入延时及频偏估计单元62。在延时及频偏估计单元62，可以直接用粗糙估计结果得到两路信号的大致对齐点。在此基础上，对上行信号和下行信号进行以1024点数据为一个周期的互相关运算(即1024个中数据运算得到一个互相关结果)。同样需要比较互相关结果的均值是否超过粗糙估计中用到的互相关阈值。如果超过阈值则表示找到精确估计对齐点。在找到精确估计对齐点后，对互相关结果做快速傅里叶变换。通过频谱图中峰值分辨频偏残留量fp。此时一个点频率分辨率已经大大提高(傅里叶变换的长度越长，分辨率越高)。此时输出延时对齐量(Tc+1orTc-1)/频偏对齐量(fc+fp)。
其中，该数字锁相环70连接与所述乘法器40的第二输入端连接，用于锁定所述组合信号的相差，并输出相位调整量给所述乘法器40。数字锁相环70锁定组合信号中的干扰信号的相差。滤波模块50提供的是经过滤波处理了微量延时/幅值/相偏差的上行本地复制信号。用滤波模块50的目的就是让上行本地复制信号逼近下行组合信号中的干扰信号，以便完全消去下行干扰信号。另外一路是下行组合信号作为锁相环锁定的对象。数字锁相环70包括依次连接的鉴相器模块、环路滤波模块50以及NCO数字震荡器。
其中，该乘法器40的输出端与所述滤波模块连接，用于根据所述输出相位调整量对经过所述延时模块30延时后的干扰信号进行频偏调整以及相位偏移调整，并将经过频偏调整以及相位偏移调的干扰信号传递给所述滤波模块。
其中，该滤波模块50的输出端与所述减法器连接，所述滤波模块用于对经过频偏调整以及相位偏移调的干扰信号进行滤波处理，并将经过滤波处理后的干扰信号发送给所述减法器。该滤波模块50采用5阶FIR自适应滤波器，根据后续的权重更新模块反馈的权重更新系数来调整信号的相位/幅度/延时。
其中，该减法器用于将所述经过滤波处理的干扰信号与所述组合信号进行减法运算，从而去除所述组合信号内的干扰信号成分。
其中，该权重更新模块90与所述减法器、所述延时追踪模块100以及所述滤波模块50分别连接，所述延时追踪模块100与所述延时调整单元连接；权重更新模块90用于根据所述减法器输出的通信信号的平均功率来判断调整的方向，使得消去得到信号的功率最小；延时追踪模块100用于根据所述权重更新模块90得到延时的方向对所述干扰信号进行采样点的延时调整。
其中，该延时追踪模块100、所述权重更新模块90、所述延时调整单元、所述滤波模块50、所述乘法器40、所述减法器80、所述延时估计单元61均集成在FPGA内。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种卫星通信带宽复用电路，其特征在于，包括：第一接收端口、第二接收端口、延时模块、滤波模块、乘法器、减法器、延时\频偏估计模块以及数字锁相环；
所述第一接收端口与所述延时模块连接，用于接收本地设备发送的干扰信号，并将所述干扰信号发送给所述延时模块；
所述延时模块与所述乘法器的第一输入端连接，用于对所述干扰信号进行延时，并将经过延时的干扰信号发送给所述乘法器；
所述第二接收端口与所述延时\频偏估计模块以及所述减法器分别连接，用于接收组合信号，并将所述组合信号发送给所述减法器；
所述延时\频偏估计模块与所述第二接收端口以及所述数字锁相环连接，用于获取所述组合信号的延时及频偏参数，并将所述延时及频偏参数传递给所述数字锁相环；
所述数字锁相环与所述乘法器的第二输入端连接，用于锁定所述组合信号的相差，并输出相位调整量给所述乘法器；
所述乘法器的输出端与所述滤波模块连接，用于根据所述输出相位调整量对经过所述延时模块延时后的干扰信号进行频偏调整以及相位偏移调整，并将经过频偏调整以及相位偏移调的干扰信号传递给所述滤波模块；
所述滤波模块的输出端与所述减法器连接，所述滤波模块用于对经过频偏调整以及相位偏移调整后的干扰信号进行滤波处理，并将经过滤波处理后的干扰信号发送给所述减法器；
所述减法器用于将所述经过滤波处理的干扰信号与所述组合信号进行减法运算，从而去除所述组合信号内的干扰信号成分。
2.根据权利要求1所述的卫星通信带宽复用电路，其特征在于，所述延时模块包括固定延时单元以及延时调整单元；
所述固定延时单元与所述第一接收端口连接用于对所述干扰信号进行固定时间的延时，所述延时调整单元与所述固定延时单元以及所述乘法器连接，以用于对经过所述固定延时单元进行固定延时的干扰信号进行延时调整，并将经过延时调整的干扰信号传递给所述乘法器。
3.根据权利要求2所述的卫星通信带宽复用电路，其特征在于，所述延时\频偏估计模块包括延时估计单元以及延时及频偏估计单元；
所述延时估计单元分别与所述第二接收端口所述延时调整单元以及所述延时及频偏估计单元连接，所述延时及频偏估计单元分别与所述数字锁相环以及所述延时调整单元连接；
所述延时及频偏估计单元用于获取组合信号的延时及频偏参数；
所述延时估计单元用于根据所述延时及频偏参数调整所述延时调整单元的延时数据。
4.根据权利要求2所述的卫星通信带宽复用电路，其特征在于，所述固定延时单元为硬件延时电路。
5.根据权利要求2所述的卫星通信带宽复用电路，其特征在于，所述延时调整单元为设置有延时程序的延时芯片。
6.根据权利要求3所述的卫星通信带宽复用电路，其特征在于，还包括：延时追踪模块以及权重更新模块；
所述权重更新模块与所述减法器、所述延时追踪模块以及所述滤波模块分别连接，所述延时追踪模块与所述延时调整单元连接；
所述权重更新模块用于根据所述减法器输出的通信信号的平均功率来判断调整的方向，使得经过减法器消去的信号的功率最小；
所述延时追踪模块用于根据所述权重更新模块得到调整方向对所述干扰信号进行采样点的延时调整。
7.根据权利要求6所述的卫星通信带宽复用电路，其特征在于，所述延时追踪模块、所述权重更新模块、所述延时调整单元、所述滤波模块、所述乘法器、所述减法器、所述延时估计单元均集成在FPGA内。
8.根据权利要求6所述的卫星通信带宽复用电路，其特征在于，所述数字锁相环包括依次连接的鉴相器模块、环路滤波模块以及NCO数字震荡器。
9.根据权利要求6所述的卫星通信带宽复用电路，其特征在于，所述滤波模块为5阶FIR自适应滤波器。
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