CN111464229A - 一种适用于vde中的多通道多速率处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于VDE中的多通道多速率处理系统，包括：数据存储控制模块、速率检测模块、解调模块、倍频模块、时钟模块以及：第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块；第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块；N为所述通道的数量。本发明在多通道信号经过所述各个下变频模块下变频后，利用各能量检测模块识别数据有效区，用数据存储控制模块对多通道有效数据按有效机制进行存储和转发，并利用VDE信号的频谱特性对其进行快速的速率检测，识别速率后进行快速解调和处理。本发明资源占用少，处理延时小，低信噪比下检测准确率高，且检测响应迅速，同时适应多通道的检测处理。

Description

一种适用于VDE中的多通道多速率处理系统

技术领域

本发明涉及VDE技术领域，具体涉及一种适用于VDE中的多通道多速率处理系统。

背景技术

基于天基的甚高频(VHF)数据交换系统，旨在实现全球范围内海事VHF移动波段上提供更高、更强的数据交换能力，利用卫星通信技术满足船对船、船对岸相互之间的窄带数据交换服务的需要，开展天地多点通信试验，将整合支持AIS(船舶防撞)、ASM(短报文)、e-Navigation(电子航海)、Enhanced Maritime Communication(增强海事通讯)、ModernizedGMDSS(全球海上遇险与安全系统)。VDES卫星使用航海专用VHF频段，可有效解决目前卫星频率资源瓶颈的现实问题。后续将成为天地一体化甚高频数据交换系统的重要组成部分。

开展星地VDE信号双向收发试验(全双工或者半双工)，验证VDE星地链路通信性能，包括链路层、协议层、网络层的验证，将地面VDES载荷应用扩展到海岸覆盖之外的全球范围，掌握全球船舶的整体态势，实现船舶避免碰撞和导航，海域感知、海面监视以及船-船及船-岸间的信息传输。同时为VDES国际标准协议研究与制定等奠定技术基础。

VDE信号解调、译码等物理层FPGA软件具备固定帧格式数据的自检模式，卫星上行链路通过信号发生器产生3种帧格式的发送信号，实现对上行3种帧格式自适应解调译码软件的误帧率指标测试；卫星下行信号处理软件包括下行帧格式的调制和编码的物理层程序，以及基于ROM的自检数据源，通过信号分析仪观测帧格式的星座图、EVM、误码率等指标。

不同帧格式的数据选择的发射信息速率各不相同，这是因为不同速率的选择与相应的SNR水平相关.高的传输速率为保证一定的误码率BER而要求高的SNR水平，在软件的接收处理端，需要处理不同速率的数据，这就需要对数据的速率进行检测，来识别出相应的信息速率，从而完成信息解调。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于VDE中的多通道多速率处理系统。本发明的技术方案如下：

一种适用于VDE中的多通道多速率处理系统，包括：数据存储控制模块、速率检测模块、解调模块、倍频模块、时钟模块以及：

第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块；

第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块；

其中，N为所述通道的数量；

所述第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块用于分别接收第一通道、第二通道、......、第N通道的信号，并将接收到的信号各自转换为下变频信号后，再分别发给给第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块；

所述第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块，用于分别接收上述第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块发送的对应通道的下变频信号，并各自提取对应通道的下变频信号中的有效数据，再将分别将各自对应通道的有效数据发送给数据存储控制模块；

所述数据存储控制模块，用于接收第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块发送的有效数据，并对接收到的多通道的有效数据进行存储和快速转发，并依照解调模块发送的解调完成信号、按照先进先出的原则将各通道的有效数据逐一地发送至速率检测模块；

所述速率检测模块，用于检测接收到的各通道有效数据的速率后，将检测结果送入解调模块；

所述解调模块，用于逐一接收各通道有效数据的速率检测结果，并在接收到检测结果后，向所述数据存储控制模块反馈解调完成信号；

时钟模块，用于分别向第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块提供时钟信号；

倍频模块，用于向所述数据存储控制单元、所述速率检测模块、解调模块提供倍频后的高速时钟信号。

可选地，所述第n能量检模块对接收到的第n通道的下变频信号的帧头和帧尾进行快速识别，并提取其中的有效数据，并将该通道的有效数据送入数据存储控制模块，n为不大于N的正整数。

可选地，所述数据存储控制模块包含控制子模块以及：第一存储子模块、第二存储子模块、......、第N存储子模块；

所述第一存储子模块、第二存储子模块、......、第N存储子模块分别用于接收来自第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块发送的数据；

上述每一存储子模块均包括两个互为乒乓结构的存储单元；

上述每一存储子模块对接收到的数据以乒乓结构存储并传输给所述控制子模块；

所述控制子模块按先后到来的时间顺序对上述各存储子模块输出的数据进行读取；所述控制子模块读取完当前数据后，需等待解调模块发送的解调完成信号，当其收到解调模块发送的解调完成信号后，再读取下一帧数据；对所有通道读取完成的时间控制在同一时隙内。

可选地，所述控制子模块采用倍频模块提供的倍频后的高速时钟信号对所述各个存储子模块输出的数据进行读取。

可选地，所述速率检测模块，包含M个速率检测子模块，其中：M为需要检测速率的个数；其中：

每个子模块内部均包含窄带低通滤波器、窄带带通滤波器、第一平方检波单元、第二平方检波单元、第一功率求和单元、第二功率求和单元、比较判决器；

所述窄带带通滤波器，用于提取检测信号的高频分量，经窄带带通滤波器输出的信号送入第一平方检波单元；

所述窄带低通滤波器，用于提取检测信号的低频分量，经窄带低通滤波器输出的信号送入第二平方检波单元；

所述第一平方检波单元，用于对输入的信号进行平方运算，用于获取信号经过所述窄带带通滤波器后的带通信号能量值，并将上述获得的能量值送入功率求和单元；

所述第二平方检波单元，用于对输入的信号进行平方运算，用于获取信号经过所述窄带低通滤波器后的低通信号能量值，并将上述获得的能量值送入功率求和单元；

所述第一功率求和单元，用于对带通信号能量值进行累计求和，以获得带通信号的积分能量值，并将带通信号的积分能量值，送入比较判决器；

所述第二功率求和单元，用于对低通信号能量值进行累计求和，以获得低通信号的积分能量值，并将低通信号的积分能量值送入比较判决器；

所述比较判决器，用于对低通信号的积分能量值和带通信号的积分能量值进行相除获得比值；该述比较判决器对应一门限值，若前述比值大于门限值，则比较判决器输出为1，反之，则比较判决器输出为0。

可选地，所述速率检测模块中，送入各个子模块的数据采样倍率相同，采样率大于2的x次方，x为最高速率与最低速率的比值。其中：最高速率为需检测的速率中数值最高的速率；最低速率为需检测的速率中数值最低的速率。

可选地，每一个速率检测子模块对应一个速率检测通道；每个速率检测通道对应不同的待检测速率值；

数据存储控制模块向速率检测模块送入的数据按照一定规则进入M个速率检测子模块，即进入M个速率检测通道；该述规则为：

该述M个速率检测通道，按照需检测速率的值从高到低进行排列；

当前速率检测通道的送入数据是从上一级速率检测通道的送入数据中进行抽取得到的，抽取的倍数为上一级检测速率与当前检测速率之间的比值；

最高速率检测通道的送入数据为下变频后的零中频数据。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明在进行多通道下变频后，利用能量检测识别数据有效区，用数据存储控制模块对多通道有效数据按有效机制进行存储和转发，并利用VDE信号的频谱特性对其进行快速的速率检测，识别速率后进行快速解调和处理。

本发明资源占用少，处理延时小，低信噪比下检测准确率高，且检测响应迅速，同时可适应多通道的检测处理。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明具体实施例的一种适用于VDE中的多通道多速率处理系统结构示意图；

图2是本发明具体实施例的速率检测模块结构示意图；

图3是本发明具体实施例的数据存储控制模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1至图3，本实施例公开了一种适用于VDE中的多通道多速率处理系统，包括：数据存储控制模块、速率检测模块、解调模块、倍频模块、时钟模块以及：

第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块；

第一能量检测模块、第二能量检测模块、.......、第N能量检测模块；

其中，N为所述通道的数量；

所述第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块用于分别接收第一通道、第二通道、......、第N通道的信号，并将接收到的信号各自转换为下变频信号后，再分别发给给第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块；

所述第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块，用于分别接收上述第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块发送的对应通道的下变频信号，并各自提取对应通道的下变频信号中的有效数据，再将分别将各自对应通道的有效数据发送给数据存储控制模块；

所述数据存储控制模块，用于接收第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块发送的有效数据，并对接收到的多通道的有效数据进行存储和快速转发，并依照解调模块发送的解调完成信号、按照先进先出的原则将各通道的有效数据逐一地发送至速率检测模块；

所述速率检测模块，用于检测接收到的各通道有效数据的速率后，将检测结果送入解调模块；

所述解调模块，用于逐一接收各通道有效数据的速率检测结果，并在接收到检测结果后，向所述数据存储控制模块反馈解调完成信号；同时，解调模块也负责将检测结果输出，以备之后的应用需求。

时钟模块，用于分别向第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块提供时钟信号；

倍频模块，用于向所述数据存储控制单元、所述速率检测模块、解调模块提供倍频后的高速时钟信号。

其中：所述第n能量检模块对接收到的第n通道的下变频信号的帧头和帧尾进行快速识别，并提取其中的有效数据，并将该通道的有效数据送入数据存储控制模块，n为不大于N的正整数。

其中，所述数据存储控制模块包含控制子模块以及：第一存储子模块、第二存储子模块、......、第N存储子模块；

所述第一存储子模块、第二存储子模块、......、第N存储子模块分别用于接收来自第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块发送的数据；

上述每一存储子模块均包括两个互为乒乓结构的存储单元；即两个存储单元采用交替存储模式，以提到数据吞吐率。每通道的两个存储单元每次只有一帧数据向外输出。

上述每一存储子模块对接收到的数据以乒乓结构存储并传输给所述控制子模块；

所述控制子模块按先后到来的时间顺序对上述各存储子模块输出的数据进行读取；所述控制子模块读取完当前数据后，需等待解调模块发送的解调完成信号，当其收到解调模块发送的解调完成信号后，再读取下一帧数据；对所有通道读取完成的时间控制在同一时隙内。对于VED信号，该时隙的计算为：一分钟2250个时隙，每个时隙26.67ms。

其中，所述控制子模块采用倍频模块提供的倍频后的高速时钟信号对所述各个存储子模块输出的数据进行读取。其中，所述速率检测模块，选用高速率时钟快速进行，包含M个速率检测子模块，其中：M为需要检测速率的个数；每一个速率检测子模块对应一个速率检测通道；每个速率检测通道对应不同的待检测速率值。

其中：每个子模块内部均包含窄带低通滤波器、窄带带通滤波器、第一平方检波单元、第二平方检波单元、第一功率求和单元、第二功率求和单元、比较判决器；

所述窄带低通滤波器，用于提取检测信号的低频分量，以零频率点为中心取一个窄通带，一般取大于检测速率的20％，以检测出速率为准，经窄带低通滤波器输出的信号送入第二平方检波单元；

所述窄带带通滤波器，用于提取检测信号的高频分量，以截止频率为中心取一个窄通带，一般取大于检测速率的20％，以检测出速率为准，经窄带带通滤波器输出的信号送入第一平方检波单元；

所述第一平方检波单元，用于对输入的信号进行平方运算，用于获取信号经过所述窄带带通滤波器后的带通信号能量值，并将上述获得的能量值送入功率求和单元；

所述第二平方检波单元，用于对输入的信号进行平方运算，用于获取信号经过所述窄带低通滤波器后的低通信号能量值，并将上述获得的能量值送入功率求和单元；

所述第一功率求和单元，用于对带通信号能量值进行累计求和(具体实施时可进行多点累计求和，一般情况下，信噪比在10dB以上，则求和点数取256即可；在10dB以下，则求和点数取1024)，以获得带通信号的积分能量值，并将带通信号的积分能量值，送入比较判决器；

所述第二功率求和单元，用于对低通信号能量值进行累计求和(具体实施时可进行多点累计求和，一般情况下，信噪比在10dB以上，则求和点数取256即可；在10dB以下，则求和点数取1024)，以获得低通信号的积分能量值，并将低通信号的积分能量值送入比较判决器；

所述比较判决器，用于对低通信号的积分能量值和带通信号的积分能量值进行相除获得比值；该述比较判决器对应一门限值，若前述比值大于门限值，则比较判决器输出为1，反之，则比较判决器输出为0。

其中，门限值的选取需要提前根据各个检测速率进行调试，该述门限值的选定标准为：使大于该速率的信号输入比较判决器后得到的比值大于门限，小于该速率的信号输入比较判决器后得到的比值小于门限值。

其中，所述速率检测模块中，送入各个子模块的数据采样倍率相同，采样率大于2的x次方，x为最高速率与最低速率的比值；

这里的最高速率为需检测的速率中数值最高的速率；

最低速率为需检测的速率中数值最低的速率；

数据存储控制模块向速率检测模块送入的数据按照一定规则进入M个速率检测子模块，即进入M个速率检测通道；该述规则为：

该述M个速率检测通道，按照需检测速率的值从高到低进行排列；

当前速率检测通道的送入数据是从上一级速率检测通道的送入数据中进行抽取得到的，抽取的倍数为上一级检测速率与当前检测速率之间的比值。

最高速率检测通道的送入数据为下变频后的零中频数据。

本实施例中，N取3，即假设接收三通道突发信号，通道间相互独立，一分钟2250个时隙，每个时隙26.67ms；M取3，即发射数据为三种不同帧格式数据，信息速率分别为19.2kbps、38.4kbps、76.8kbps，采样时钟为24.576MHz。

各通道经各下变频模块输出四通道零中频信号，该四通道的信号分别进入各能量检测模块进行能量检测，给出帧头标志和帧尾标志并生成数据有效使能，将有效数据送入数据存储控制模块；

在存储部分，每存储子模块有两个存储单元，对有效数据进行交替存储，一个存储单元在读取数据时，将同时到来的有效数据存入下一存储单元，在下一单元读取数据时，再将有效数据送入当前存储单元，即乒乓存储结构，每通道的两个存储单元每次只有一帧数据向外输出。

在控制子模块中，收到解调模块发送的解调完成指示信号后，控制子模块将最先到来数据的通道信号向外输出，其余通道的按照信号到来的先后顺序进行排队等待，读取后的通道给出完成指示，下一通道数据等待下一次解调完成指示信号。被选取的通道数据经倍频后的高速时钟进行快速读取，送入后端进行快速的速率检测。

在速率检测模块中，共有3路，分别是19.2kbps、38.4kbps、76.8kbps检测通道，分别对应三个速率检测子模块；对24.776MHz进行20倍抽取，得到1288.8k的采样数据是76.8k符号速率的16倍，将1288.8k的采样数据送入到76.8k符号速率的检测通道，即采样率是所要检测速率的16倍，再对1288.8k的采样数据进行2倍抽取，得到614.4k采样数据，将其送到38.4k符号速率的检测通道，同样地，数据的采样率是所要检测速率的16倍，再将614.4k的采样数进行2倍抽取得到307.7k采样数据送到19.2k的检测通道。送到在19.2kbps、38.4kbps、76.8kbps检测通道中。

图2中，窄带带通滤波器1和窄带低通滤波器1对应的是76.8kbps速率检测通道，其送入数据为原始数据；窄带带通滤波器2和窄带低通滤波器2对应的是38.4kbps速率检测通道，其送入数据为送入76.8kbps速率检测通道的数据的抽取数据，抽取倍数为2(76.8除以38.4)；窄带带通滤波器3和窄带低通滤波器3对应的是19.2kbps速率检测通道，其送入数据为送入38.4kbps速率检测通道的数据的抽取数据，抽取倍数为2(即38.4除以19.2)。

每一速率检测子模块的窄带带通滤波器的通带取频谱边缘的窄通带，一般取大于20％，具体以调试效果为准，通带宽度与窄带低通滤波器的宽度一致，本实例中，19.2k的带通滤波器带宽设置为5k，38.4k的带通滤波器带宽设置为10K，76.8k的带通滤波器设置为16k。

比较判决器有优先级的区别，当符号速率为76.8k时，在76.8k、38.4k的检测模块和19.2k的检测模块输出均为高电平，即输出指示为“111”，当符号速率为38.4k时，76.8k通道的检测结果为0，而38.4k和19.2k的通道检测结果为高。则输出指示为“011”，当符号速率为19.2k时，只有19.2k的检测通道输出高电平，即检测结果为“001”。

完成速率的快速检测以后，将检测结果送给后端的解调模块，解调模块收到检测结果后，将解调完成指示信息反馈给数据存储控制模块，数据存储控制模块读取下一通道数据。因为选取了高速率的时钟，四个通道的数据读取完成的时间可控制在一个时隙内。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种适用于VDE中的多通道多速率处理系统，其特征在于：

包括：数据存储控制模块、速率检测模块、解调模块、倍频模块、时钟模块以及：

第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块；

第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块；

其中，N为所述通道的数量；

所述第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块用于分别接收第一通道、第二通道、......、第N通道的信号，并将接收到的信号各自转换为下变频信号后，再分别发给给第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块；

所述第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块，用于分别接收上述第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块发送的对应通道的下变频信号，并各自提取对应通道的下变频信号中的有效数据，再将分别将各自对应通道的有效数据发送给数据存储控制模块；

所述数据存储控制模块，用于接收第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块发送的有效数据，并对接收到的多通道的有效数据进行存储和快速转发，并依照解调模块发送的解调完成信号、按照先进先出的原则将各通道的有效数据逐一地发送至速率检测模块；

所述速率检测模块，用于检测接收到的各通道有效数据的速率后，将检测结果送入解调模块；

所述解调模块，用于逐一接收各通道有效数据的速率检测结果，并在接收到检测结果后，向所述数据存储控制模块反馈解调完成信号；

时钟模块，用于分别向第一下变频模块、第二下变频模块、......、第N下变频模块提供时钟信号；

倍频模块，用于向所述数据存储控制单元、所述速率检测模块、解调模块提供倍频后的高速时钟信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第n能量检模块对接收到的第n通道的下变频信号的帧头和帧尾进行快速识别，并提取其中的有效数据，并将该通道的有效数据送入数据存储控制模块，n为不大于N的正整数。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据存储控制模块包含控制子模块以及：第一存储子模块、第二存储子模块、......、第N存储子模块；

所述第一存储子模块、第二存储子模块、......、第N存储子模块分别用于接收来自第一能量检测模块、第二能量检测模块、......、第N能量检测模块发送的数据；

上述每一存储子模块均包括两个互为乒乓结构的存储单元；

上述每一存储子模块对接收到的数据以乒乓结构存储并传输给所述控制子模块；

所述控制子模块按先后到来的时间顺序对上述各存储子模块输出的数据进行读取；所述控制子模块读取完当前数据后，需等待解调模块发送的解调完成信号，当其收到解调模块发送的解调完成信号后，再读取下一帧数据；对所有通道读取完成的时间控制在同一时隙内。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制子模块采用倍频模块提供的倍频后的高速时钟信号对所述各个存储子模块输出的数据进行读取。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述速率检测模块，包含M个速率检测子模块，其中：M为需要检测速率的个数；其中：

每个子模块内部均包含窄带低通滤波器、窄带带通滤波器、第一平方检波单元、第二平方检波单元、第一功率求和单元、第二功率求和单元、比较判决器；

所述窄带带通滤波器，用于提取检测信号的高频分量，经窄带带通滤波器输出的信号送入第一平方检波单元；

所述窄带低通滤波器，用于提取检测信号的低频分量，经窄带低通滤波器输出的信号送入第二平方检波单元；

所述第一平方检波单元，用于对输入的信号进行平方运算，用于获取信号经过所述窄带带通滤波器后的带通信号能量值，并将上述获得的能量值送入功率求和单元；

所述第二平方检波单元，用于对输入的信号进行平方运算，用于获取信号经过所述窄带低通滤波器后的低通信号能量值，并将上述获得的能量值送入功率求和单元；

所述第一功率求和单元，用于对带通信号能量值进行累计求和，以获得带通信号的积分能量值，并将带通信号的积分能量值，送入比较判决器；

所述第二功率求和单元，用于对低通信号能量值进行累计求和，以获得低通信号的积分能量值，并将低通信号的积分能量值送入比较判决器；

所述比较判决器，用于对低通信号的积分能量值和带通信号的积分能量值进行相除获得比值；该述比较判决器对应一门限值，若前述比值大于门限值，则比较判决器输出为1，反之，则比较判决器输出为0。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述速率检测模块中，送入各个子模块的数据采样倍率相同，采样率大于2的x次方，x为最高速率与最低速率的比值；其中：最高速率为需检测的速率中数值最高的速率；最低速率为需检测的速率中数值最低的速率。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，每一个速率检测子模块对应一个速率检测通道；每个速率检测通道对应不同的待检测速率值；

数据存储控制模块向速率检测模块送入的数据按照一定规则进入M个速率检测子模块，即进入M个速率检测通道；该述规则为：

该述M个速率检测通道，按照需检测速率的值从高到低进行排列；

当前速率检测通道的送入数据是从上一级速率检测通道的送入数据中进行抽取得到的，抽取的倍数为上一级检测速率与当前检测速率之间的比值；

最高速率检测通道的送入数据为下变频后的零中频数据。

Images