CN111064502A - 高码速率数传终端 - Google Patents

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李明
林叶嵩
贺群
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Shanghai Jingji Communication Technology Co ltd
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Abstract

本发明涉及于卫星通信领域。高码速率数传终端，主要包括电源模块、数据处理模块和射频模块三个功能模块，电源模块主要实现对电源EMI滤波，并将一次电源转换为基带和射频使用的二次电源；数据处理模块主要接收载荷的数据，进行组帧、编码和中频调制，同时接收中心计算机的总线指令；射频模块主要将中频调制信号变频到X频段，并进行滤波及功率放大，所述数据处理模块主要由Xilinx的V5系列FPGA加E2V的高速DA组成；所述FPGA数据处理包括，首先对输入载荷数据进行编码与数据成帧处理，完成对原始比特的LDPC编码，并加入帧头信息完成帧处理；编码成帧过程采用8并行处理结构，即输入输出比特都以字节为单位运行。本发明将数据传输速率提升50％，产品的成本低功耗低。

Description

高码速率数传终端
技术领域
本发明涉及于卫星通信领域，主要应用于商业卫星高速率遥感数据通信。
背景技术
以往军用遥感通信类卫星的数据量小对星地数据传输的速率要求并不高，目前遥感卫星数传终端应用的大多是QPSK调制模式，速率最高仅为600Mbps。
在当前军民融合国家战略的大背景下，商业航天发展迅速有着广阔的市场前景，商业遥感卫星的数据量越来越大，QPSK模式下600Mbps的数据传输速率已不能满足要求，其对高码速率传输的数传终端有着迫切的需求。
在传统数据处理的方式下，提高数据处理速度需要提高处理芯片及DA芯片的采样时钟频率，目前市场上的可选芯片不多且价格昂贵，同时采用高采样率芯片情况下产品的功耗将大幅提升，这也不符合商业卫星低成本低功耗的发展趋势。另外，针对民用卫星国家无线电管理局在X波段限制其通信带宽为375MHz以下，资源有限，如何在有限的带宽内获得更高的传输数率是值得研究的。
发明内容
本发明的目的，在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种高码速率数传终端。本发明可将数据传输速率提升50％，同时也确保产品的低成本和低功耗特点。
本发明目的是这样实现的：高码速率数传终端，主要包括电源模块、数据处理模块和射+频模块三个功能模块，电源模块主要实现对电源EMI滤波，并将一次电源转换为基带和射频使用的二次电源；数据处理模块主要接收载荷的数据，进行组帧、编码和中频调制，同时接收中心计算机的总线指令；射频模块主要将中频调制信号变频到X频段，并进行滤波及功率放大，所述数据处理模块主要由Xilinx的V5系列FPGA加E2V的高速DA组成；所述FPGA数据处理包括，首先对输入载荷数据进行编码与数据成帧处理，完成对原始比特的LDPC编码，并加入帧头信息完成帧处理；编码成帧过程采用8并行处理结构，即输入输出比特都以字节为单位运行。
所述的高码速率数传终端，所述中频调制部分，完成8PSK的星座映射、成形滤波处理、数字移频操作。
所述的高码速率数传终端，所述FPGA数据处理具体包括：首先对输入比特流通过Iserdes做串并变换，以和并行8PSK中频调制电路相匹配；中频调制部分先将IQ符号做6倍上采样的成型滤波，输出24路并行基带IQ样点，再将基带IQ样点调制到600频点上，得到24路并行的中频样点；最后将24并行中频调制信号经Oserdes做6:1的并串变换，送4路并行数据给DAC4:1处理。
所述的高码速率数传终端，为降低器件稳定工作的时钟频率，并行度为24，可使FPGA的工作时钟频率降低为传统串行模式的1/24。
本发明在有限的带宽资源内将数据传输速率提升至900Mbps，经实测，其射频输出信号的质量优异。且该发明专利具有低成本低功耗特点，符合商业航天发展趋势。
附图说明
图1为本发明的功能模块示意图；
图2为8PSK/900Mbps仿真频谱；
图3为8PSK/900Mbps星座映射图；
图4是8PSK/900Mbps误码实测图。
具体实施方式
参见图1，本发明高码速率数传终端，主要包括电源模块1、数据处理模块2和射频模块3三个功能模块，电源模块主要实现对电源EMI滤波，并将一次电源转换为基带和射频使用的二次电源；数据处理模块主要接收载荷的数据，进行组帧、编码和中频调制，同时接收中心计算机的总线指令；射频模块主要将中频调制信号变频到X频段，并进行滤波及功率放大，数据处理主要由FPGA加高速DA组成。由于数据速率比较高，考虑到对硬件资源及时钟的需求，采用Xilinx的V5系列FPGA和E2V的高速DA器件。其中，V5系列的1300万门FPGA有高等级器件，而且目前有在轨飞行经历，DA器件也有高等级器件，能够满足产品应用的需求。
结合图2和图3，所述FPGA数据处理包括，首先对输入载荷数据进行编码与数据成帧处，完成对原始比特的LDPC编码，并加入帧头信息完成帧处理；编码成帧过程采用8并行处理结构，即输入输出比特都以字节为单位运行。
所述的高码速率数传终端，所述中频调制部分，完成8PSK的星座映射、成形滤波处理、数字移频操作。
所述的高码速率数传终端，所述FPGA数据处理具体包括：首先对输入比特流通过Iserdes做串并变换，以和并行8PSK中频调制电路相匹配；中频调制部分先将IQ符号做6倍上采样的成型滤波，输出24路并行基带IQ样点，再将基带IQ样点调制到600频点上，得到24路并行的中频样点；最后将24并行中频调制信号经Oserdes做6:1的并串变换，送4路并行数据给DAC4:1处理。
所述的高码速率数传终端，为降低器件稳定工作的时钟频率，并行度为24，可使FPGA的工作时钟频率降低为传统串行模式的1/24。
1)时钟关系设计
时钟关系设计主要是在给定调制器的符号率和输出中频频率的条件下，确定调制器的时钟频率，成形滤波上采样倍数，并行度等参数。设计主要受Nyquist采样定理的约束，且必须避免多次谐波之间频谱的混叠和干扰。
为了提高软硬件的工作可靠性，选择在DAC输出600MHz中频，要求给DAC的时钟频率为1800MHz。
2)整体结构
首先对输入比特流通过Iserdes做串并变换，以和并行8PSK中频调制电路相匹配；中频调制部分先将IQ符号做6倍上采样的成型滤波，输出24路并行基带IQ样点，再将基带IQ样点调制到600频点上，得到24路并行的中频样点；最后将24并行中频调制信号经Oserdes做6:1的并串变换，送4路并行数据给DAC(4:1)处理。
3)调制器方案设计
数字调制是将数字基带信号通过正弦型载波相乘调制成带通型信号。其基本原理是用数字基带信号0与1去控制正弦载波中的一个参量。目前的无线和卫星通信中，数字调制以PSK和QAM较为常见。在高速数传系统中，由于信号带宽较宽，在本项目背景下达到600MHz，设计主要针对卫星数传应用较多的QPSK方式。
成形滤波参数确定
根据上述分析，确定成形滤波的参数分别如表1所示。
表1平方根升余弦成形滤波器参数表
滚降系数α 上采样倍数 滤波器长度参数Td
0·25 6 3
。
本发明可以将数据传输速率提升至900Mbps，经实测，其射频输出信号的质量优异(参见图4)，其具体指标详见表2。
表2本发明技术指标
Figure BDA0002337534860000041
。

Claims (4)

1.高码速率数传终端，主要包括电源模块、数据处理模块和射+频模块三个功能模块，电源模块主要实现对电源EMI滤波，并将一次电源转换为基带和射频使用的二次电源；数据处理模块主要接收载荷的数据，进行组帧、编码和中频调制，同时接收中心计算机的总线指令；射频模块主要将中频调制信号变频到X频段，并进行滤波及功率放大，其特征在于，所述数据处理模块主要由Xilinx的V5系列FPGA加E2V的高速DA组成；所述FPGA数据处理包括，首先对输入载荷数据进行编码与数据成帧处理，完成对原始比特的LDPC编码，并加入帧头信息完成帧处理；编码成帧过程采用8并行处理结构，即输入输出比特都以字节为单位运行。
2.根据权利要求1所述的高码速率数传终端，其特征在于，所述中频调制部分，完成8PSK的星座映射、成形滤波处理、数字移频操作。
3.根据权利要求1所述的高码速率数传终端，其特征在于，所述FPGA数据处理具体包括：首先对输入比特流通过Iserdes做串并变换，以和并行8PSK中频调制电路相匹配；中频调制部分先将IQ符号做6倍上采样的成型滤波，输出24路并行基带IQ样点，再将基带IQ样点调制到600频点上，得到24路并行的中频样点；最后将24并行中频调制信号经Oserdes做6:1的并串变换，送4路并行数据给DAC4:1处理。
4.根据权利要求1所述的高码速率数传终端，其特征在于，为降低器件稳定工作的时钟频率，并行度为24，可使FPGA的工作时钟频率降低为传统串行模式的1/24。
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