CN112671445B - 一种星载抗多普勒频偏的自适应解调器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种星载抗多普勒频偏的自适应解调器，属于星载通信技术领域。其包括多速率预处理器、数字多载波动态分路器、抗多普勒频偏突发捕获器、自适应解调同步器、多模式译码器和数据复接器。本发明具有抗高动态多普勒频偏、支持多速率多调制方式多码率信号自适应解调等优点，特别适用于支持不同速率、不同口径和不同机动性等终端数据传输及通信组网的星载解调设备。
Description
技术领域
本发明涉及星载通信技术领域，特别是指一种星载抗多普勒频偏的自适应解调器，可用于宽带卫星通信系统中不同速率、不同口径和不同机动性等终端通信业务处理的使用场景。
背景技术
现有的星载解调器无法保障高动态多普勒频偏场景下的可靠通信，同时也无法使用同一套FPGA软件完成不同载波模式(高速单载波或中低速单载波)和不同调制编码方式(MPSK或MAPSK)信号的自适应解调。
具体来说，现有的星载解调器需要通过遥控指令加载配置多个不同的FPGA解调软件版本来完成相应的解调功能，解调器所需FPGA以及配置FLASH较多，造成星载解调器重量、体积及功耗过大，也会降低设备的可靠性。
可见，在卫星平台资源受限的情况下，以上这些缺点限制了其在宽带卫星通信系统星载设备中的应用，无法满足未来宽带卫星通信系统的使用需求。
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的一种星载抗多普勒频偏的自适应解调器。本发明实现了对具有高动态多普勒频偏、多速率和多调制方式的多载波/单载波信号进行自适应解调的功能，解决了宽带卫星通信系统中不同速率、不同口径和不同机动性等终端数据传输及通信组网的需求问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种星载抗多普勒频偏的自适应解调器，包括多速率预处理器1、数字多载波动态分路器2、多模式译码器5和数据复接器6；还包括抗多普勒频偏突发捕获器3和自适应解调同步器4；
所述多速率预处理器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,并对数字基带信号进行可变点数抽取滤波处理，送给数字多载波动态分路器2；
数字多载波动态分路器2对输入的多载波信号进行分路处理后并行送给抗多普勒频偏突发捕获器3；数字多载波动态分路器2的处理过程兼容单载波信号；
抗多普勒频偏突发捕获器3对输入的TDMA/MF-TDMA信号进行整体捕获和自动增益控制，对输入的FDMA信号只进行自动增益控制，之后送给自适应解调同步器4；
自适应解调同步器4根据自适应解调参数控制帧完成对多速率、多调制方式信号的自适应解调处理，将解调数据送往多模式译码器5；
多模式译码器5对输入的解调数据进行信道译码恢复为信息比特流，并将信息比特流送往数据复接器6；
数据复接器6将信息比特流复接为设定格式的数据后对外输出。
进一步的，所述抗多普勒频偏突发捕获器3包括差分变换模块3-1、分时复用整体捕获模块3-2、AGC控制模块3-3和串并转换模块3-4；
所述差分变换模块3-1对数字多载波动态分路器2送来的TDMA/MF-TDMA数字基带信号进行前后符号间的差分变换，并计算接收信号能量，如果为FDMA信号，则直接送入AGC控制模块3-3进行自动增益控制；差分变换之后的多路并行数据送入分时复用整体捕获模块3-2进行多载波突发信号整体捕获，并且在突发信号检测有效时送入AGC控制模块3-3进行AGC控制输出，经过AGC控制的信号输出给串并转换模块3-4进行多路信号的并串转换，将多路信号合并为一路高速信号输出给自适应解调同步器4。
进一步的，所述自适应解调同步器4包括定时同步模块4-1、自适应载波同步模块4-2和软解映射模块4-3；
所述定时同步模块4-1采用数字平方滤波定时算法通过频域相位旋转求得的定时误差，自适应载波同步模块4-2通过相位旋转和幂乘使得MPSK和MAPSK调制信号相位信息转换为和QPSK一样的4种相位，然后采用相同结构的判决反馈环完成不同调制方式的自适应载波同步，软解映射模块4-3对载波同步后的数据做相应的MPSK或MAPSK软解映射，输出软信息到多模式译码器5。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明中的抗多普勒频偏突发捕获器可实现在高动态多普勒频偏环境下兼容对N路多载波或1路单载波突发信号进行整体捕获的功能，有效提高了星载解调器的处理能力，同时可满足不同机动性终端特别是机载和弹载终端的通信业务处理需求。
2、本发明中的自适应解调同步器可通过参数配置帧，进行自适应调整，采用一个版本的软件完成不同速率、不同调制方式信号的定时同步、载波同步和软解映射。
3、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是本发明实施例中抗多普勒频偏自适应解调器的一种电原理框图。
图2是图1中抗多普勒频偏突发捕获器的一种电原理框图。
图3是图1中自适应解调同步器的一种电原理框图。
具体实施方式
参照图1，一种星载抗多普勒频偏的自适应解调器，其包括多速率预处理器1、数字多载波动态分路器2、抗多普勒频偏突发捕获器3、自适应解调同步器4、多模式译码器5和数据复接器6。图1是本实施例的电原理框图，实施例按照图1连接线路。
所述的多速率预处理器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,并对数字基带信号进行抽取滤波处理；数字多载波动态分路器2对输入的多载波信号进行分路处理，处理过程兼容单载波信号；抗多普勒频偏突发捕获器3对输入的TDMA/MF-TDMA信号进行整体捕获和自动增益控制，对输入的FDMA信号则只进行自动增益控制；自适应解调同步器4完成对多速率、多调制方式信号的自适应解调处理；多模式译码器5对输入的解调数据进行信道译码恢复为信息比特流；数据复接器6将信息比特流复接为设定格式的数据后对外输出。
所述的抗多普勒频偏突发捕获器3由差分变换模块3-1、分时复用整体捕获模块3-2、AGC控制模块3-3和串并转换模块3-4组成；实施例按照图2连接线路。其中差分变换模块3-1对数字多载波动态分路器2送来的TDMA/MF-TDMA数字基带信号进行前后符号间的差分变换，并计算接收信号能量，如果为FDMA信号，则直接送入AGC控制模块3-3进行自动增益控制；送入分时复用整体捕获模块3-2对差分变换之后的TDMA/MF-TDMA并行多载波突发信号进行整体捕获，并且在突发信号检测有效时送入AGC控制模块3-3进行AGC控制输出，串并转换模块3-4完成多路信号的并串转换，将多路信号合并为一路高速信号输出给自适应解调同步器4。
所述的自适应解调同步器4由定时同步模块4-1、自适应载波同步模块4-2和软解映射模块4-3组成；实施例按照图3连接线路。采用数字平方滤波定时算法通过频域相位旋转求得的定时误差，所以平方定时误差估计算法对于信号的幅度不敏感，适用于MPSK、MAPSK等多种调制方式，自适应载波同步模块4-2由参数配置帧获取当前载波调制模式控制信息，通过相位旋转和幂乘使得MPSK和MAPSK调制信号相位信息转换为和QPSK一样的4种相位，采用一种载波跟踪实现结构完成不同调制方式的自适应载波同步，软解映射模块4-3对载波同步后的数据做相应的MPSK或MAPSK软解映射，输出软信息到多模式译码器5。
总之，本发明实现了对多速率(16kbps～300Mbps)、多调制方式(QPSK、8PSK、16APSK)、多码率(LDPC1/2、3/4、7/8)单载波(TDMA\FDMA)或多载波(MF-TDMA)信号的自适应解调，具有抗高动态多普勒频偏、支持多速率多调制方式多码率信号自适应解调等优点，特别适用于支持不同速率、不同口径和不同机动性等终端数据传输及通信组网的星载解调设备。
Claims (3)
1.一种星载抗多普勒频偏的自适应解调器，包括多速率预处理器（1）、数字多载波动态分路器（2）、多模式译码器（5）和数据复接器（6）；其特征在于，还包括抗多普勒频偏突发捕获器（3）和自适应解调同步器（4）；
所述多速率预处理器（1）接受外部输入的TDMA、MF-TDMA或FDMA信号，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,并对数字基带信号进行可变点数抽取滤波处理，送给数字多载波动态分路器（2）；
数字多载波动态分路器（2）对输入的多载波信号进行分路处理后并行送给抗多普勒频偏突发捕获器（3）；数字多载波动态分路器（2）的处理过程兼容单载波信号；
抗多普勒频偏突发捕获器（3）对输入的TDMA/MF-TDMA信号进行整体捕获和自动增益控制，对输入的FDMA信号只进行自动增益控制，之后送给自适应解调同步器（4）；
自适应解调同步器（4）根据自适应解调参数控制帧完成对多速率、多调制方式信号的自适应解调处理，将解调数据送往多模式译码器（5）；
多模式译码器（5）对输入的解调数据进行信道译码恢复为信息比特流，并将信息比特流送往数据复接器（6）；
数据复接器（6）将信息比特流复接为设定格式的数据后对外输出。
2.根据权利要求1所述的一种星载抗多普勒频偏的自适应解调器，其特征在于，所述抗多普勒频偏突发捕获器（3）包括差分变换模块（3-1）、分时复用整体捕获模块（3-2）、AGC控制模块（3-3）和串并转换模块（3-4）；
所述差分变换模块（3-1）对数字多载波动态分路器（2）送来的TDMA/MF-TDMA数字基带信号进行前后符号间的差分变换，并计算接收信号能量，如果为FDMA信号，则直接送入AGC控制模块（3-3）进行自动增益控制；差分变换之后的多路并行数据送入分时复用整体捕获模块（3-2）进行多载波突发信号整体捕获，并且在突发信号检测有效时送入AGC控制模块（3-3）进行AGC控制输出，经过AGC控制的信号输出给串并转换模块（3-4）进行多路信号的并串转换，将多路信号合并为一路高速信号输出给自适应解调同步器（4）。
3.根据权利要求1所述的一种星载抗多普勒频偏的自适应解调器，其特征在于，所述自适应解调同步器（4）包括定时同步模块（4-1）、自适应载波同步模块（4-2）和软解映射模块（4-3）；
所述定时同步模块（4-1）采用数字平方滤波定时算法通过频域相位旋转求得的定时误差，自适应载波同步模块（4-2）通过相位旋转和幂乘使得MPSK和MAPSK调制信号相位信息转换为和QPSK一样的4种相位，然后采用相同结构的判决反馈环完成不同调制方式的自适应载波同步，软解映射模块（4-3）对载波同步后的数据做相应的MPSK或MAPSK软解映射，输出软信息到多模式译码器（5）。
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