CN113824475A - 一种数字柔性转发方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字柔性转发方法及装置，涉及卫星通信领域中的数字柔性转发技术。本发明对现有实现架构进行改造，可实现多体制跨波束组网通信，同时采用输入数据集中存储方式，相较于现有多个存储器寄存方式可降低硬件资源占用，并且可采用与数据时钟相同的低速处理时钟实现，对软件时序要求低，有助于提高系统运行稳定性、降低设备功耗，对于星载柔性转发应用场景有很强的适应性。

Description

一种数字柔性转发方法及装置
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，特别是指一种数字柔性转发方法及装置。
背景技术
数字柔性转发可实现不同波束间信号的灵活交换，随着多波束卫星的发展，数字柔性转发应用愈加频繁。但目前数字柔性转发仅能实现不同波束间信号交换，不支持波束间信号合并功能，无法实现多体制跨波束组网通信，此外硬件架构上需要额外使用数据时钟2倍以上的高速处理时钟，亦或是采用并行处理架构才能实现，使用高速时钟将影响系统运行稳定性、增加设备功耗，采用并行处理架构将大幅增加硬件资源占用，与卫星有效载荷追求高效稳定的理念相悖，对星载应用场景适应性较差。
发明内容
本发明所要解决的问题在于避免上述背景中提到的目前数字柔性转发存在的不足之处而提出一种数字柔性转发方法及装置。本发明结合增强型大容量高速交换方法，可实现多体制跨波束组网通信，同时采用输入数据集中存储方式，相较于原有分散方式降低硬件资源占用，并且可采用与数据时钟相同的低速处理时钟完成，具有多种体制组网灵活，硬件资源占用少，对处理时钟要求低等优点。
本发明的目的是这样实现的：
一种数字柔性转发方法，包括以下步骤：
(1)根据数据时钟对R个上行波束信号进行模数转换，得到R个波束的输入数据，并送入R个分析部分滤波模块，其中R为正整数；分析部分滤波模块包括一个M行N列数据存储器和一个M行N列系数存储器，M和N均为正整数；系数存储器中，同一行的N个滤波系数作为一行复用系数，每次读出一行复用系数；
(2)各波束的输入数据以M个为一组，按列存储在对应的M行N列数据存储器中，同一行的N个输入数据作为一行复用数据；
(3)各波束数据存储器每存储完一组M个输入数据后，数据存储器和系数存储器同时以行为单位读出M行复用数据和M行复用系数，每行复用数据包含N个输入数据，每行复用系数包含N个滤波系数；
(4)各波束相同行的复用数据和复用系数中的N个输入数据与N个滤波系数按列对应相乘再相加，得到分析部分滤波结果；
(5)各波束每得到M个分析部分滤波结果，系数存储器内的N列滤波系数以列为单位循环移位一次；
(6)各波束分析部分滤波结果按照M个一组进行离散傅立叶逆变换；
(7)将R个波束的离散傅立叶逆变换结果进行增强型大容量高速数据交换；
(8)各波束将交换后的离散傅立叶逆变换结果按照M个一组进行离散傅立叶变换；
(9)各波束将离散傅立叶变换结果按组送入综合部分滤波模块，得到综合部分滤波结果；综合部分滤波模块与分析部分滤波模块的结构及操作均相同；
(10)各波束将综合部分滤波结果进行数模转换，得到R个下行波束信号，完成数字柔性转发。
一种数字柔性转发装置，包括R个模数转换模块、R个分析部分滤波模块、R个离散傅立叶逆变换模块、R个离散傅立叶变换模块、R个综合部分滤波模块以及R个数模转换模块，R为正整数；分析部分、综合部分滤波模块均包括一个M行N列数据存储器和一个M行N列系数存储器，M和N均为正整数；
模数转换模块根据数据时钟对上行波束信号进行模数转换，得到波束的输入数据，并送入对应分析部分滤波模块的数据存储器；
分析部分滤波模块的数据存储器将输入数据以M个为一组进行按列存储，同一行的N个输入数据作为一行复用数据；数据存储器每存储完一组M个输入数据后，数据存储器和系数存储器同时以行为单位读出M行复用数据和M行复用系数，将相同行的复用数据和复用系数中的N个输入数据与N个滤波系数按列对应相乘再相加，得到滤波结果，每行复用数据包含N个输入数据，每行复用系数包含N个滤波系数；分析部分滤波模块每得到M个滤波结果，系数存储器内的N列滤波系数以列为单位循环移位一次；
分析部分滤波模块将滤波结果输出给对应的离散傅立叶逆变换模块进行离散傅立叶逆变换，然后将离散傅立叶逆变换结果进行增强型大容量高速数据交换，并将交换后的离散傅立叶逆变换结果按照M个一组输入给对应的离散傅立叶变换模块，进行离散傅立叶变换；
离散傅立叶变换结果按组送入对应的综合部分滤波模块，综合部分滤波模块对输入数据进行与分析部分滤波模块相同的操作；
综合部分滤波模块将滤波结果输出给对应的数模转换模块进行数模转换，得到下行波束信号，完成数字柔性转发。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明结合增强型大容量高速交换方法，可实现多体制跨波束组网通信，同时采用输入数据集中存储方式，相较于现有多个存储器寄存方式可降低硬件资源占用。
2、本发明可采用与数据时钟相同的低速处理时钟实现，对软件时序要求低，有助于提高系统运行稳定性、降低设备功耗，对于星载柔性转发应用场景有很强的适应性。
总之，本发明具有资源占用少，处理时钟要求低，支持多体制跨波束组网能力等优点，可用于星载柔性转发应用场景。
附图说明
图1是本发明实施例中数字柔性转发的电原理框图。
图2是本发明实施例中数据存储器存储结构示意图。
图3是本发明实施例中系数存储器存储结构示意图。
图4是本发明实施例中分析部分滤波模块滤波结构示意图。
图5是本发明实施例中系数存储器滤波系数循环移位示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，一种数字柔性转发装置，它包括多个模数转换模块、R个分析部分滤波模块、R个IDFT(离散傅立叶逆变换)模块、增强型大容量高速交换模块、R个DFT(离散傅立叶变换)模块、R个综合部分滤波模块和R个数模转换模块，R为正整数。分析部分、综合部分滤波模块均包括一个M行N列数据存储器和一个M行N列系数存储器，M和N均为正整数；
模数转换模块根据数据时钟对上行波束信号进行模数转换，得到波束的输入数据，并送入对应分析部分滤波模块的数据存储器；
分析部分滤波模块的数据存储器将输入数据以M个为一组进行按列存储，同一行的N个输入数据作为一行复用数据；数据存储器每存储完一组M个输入数据后，数据存储器和系数存储器同时以行为单位读出M行复用数据和M行复用系数，将相同行的复用数据和复用系数中的N个输入数据与N个滤波系数按列对应相乘再相加，得到滤波结果，每行复用数据包含N个输入数据，每行复用系数包含N个滤波系数；分析部分滤波模块每得到M个滤波结果，系数存储器内的N列滤波系数以列为单位循环移位一次；
分析部分滤波模块将滤波结果输出给对应的离散傅立叶逆变换模块进行离散傅立叶逆变换，然后将离散傅立叶逆变换结果进行增强型大容量高速数据交换，并将交换后的离散傅立叶逆变换结果按照M个一组输入给对应的离散傅立叶变换模块，进行离散傅立叶变换；
离散傅立叶变换结果按组送入对应的综合部分滤波模块，综合部分滤波模块对输入数据进行与分析部分滤波模块相同的操作；
综合部分滤波模块将滤波结果输出给对应的数模转换模块进行数模转换，得到下行波束信号，完成数字柔性转发。
一种数字柔性转发方法，包括以下步骤：
①根据数据时钟对R个上行波束信号进行模数转换，得到R个波束的输入数据，并送入R个数据存储器，其中R为自然数；
②各波束的输入数据以M个为一组，按列存储在对应的M行N列数据存储器中，同一行的N个输入数据作为一行复用数据，其中M和N均为自然数，令Di表示本波束第i个输入数据，输入数据存储结构如图2所示；
③各波束数据存储器每存储完一组M个输入数据后，数据存储器和系数存储器同时以行为单位读出M行复用数据和M行复用系数，每行复用数据包含N个输入数据，每行复用系数包含N个滤波系数；
在本例中，系数存储器包含M行N列滤波系数，同一行的N个滤波系数作为一行复用系数，每次读出一行复用系数，令Ci，j表示初始第i行第j列滤波系数，系数存储器的存储结构如图3所示；
④各波束相同行的复用数据和复用系数中的N个输入数据与N个滤波系数按列对应相乘相加，得到分析部分滤波结果，如图4所示；
⑤各波束每得到M个分析部分滤波结果，系数存储器内的N列滤波系数以列为单位循环移位一次，从而实现分析部分滤波模块。具体方式如图5所示，将第1至第N-1列滤波系数移位至第2至第N列，将第N列滤波系数移位至第1列，从而更新数据存储器内输入数据与系数存储器内滤波系数对应相乘相加关系；
⑥各波束分析部分滤波结果按照M个一组进行IDFT计算；
⑦将R个波束的IDFT计算结果按照增强型大容量高速交换方法进行交换；
其中，增强型大容量高速数据交换方法具体为：
1)分别将从外部R个端口接收到的IDFT计算结果一一对应送入R个复用模块；每个IDFT计算结果作为一个时隙样值，每M个时隙样值组成一帧，其中R和M均为自然数；
2)将所有时隙样值分别以帧为单位按列存储在R个复用存储器，同一行的R个时隙样值作为一个复用帧；
3)当R个复用存储器均写入R帧数据后，根据地址存储器内存储的地址信息，同时按行读出R个复用存储器的复用帧；所述地址存储器内的地址信息通过外部参数进行实时配置；
4)将R个复用存储器读出的R个复用帧按时隙对应关系进行合并后送入解复用模块；
5)将合并后的复用帧根据端口对应关系按行存储到R个解复用存储器；
6)当所有复用帧均存储完毕后，R个解复用存储器同时以时隙为单位按列读取得到交换后的IDFT计算结果；
⑧各波束将交换后的IDFT计算结果按照M个一组进行DFT计算；
⑨各波束将DFT计算结果按组送入综合部分滤波模块，综合部分滤波模块与分析部分滤波模块操作相同；
⑩各波束将综合部分滤波结果进行数模转换，得到R个下行波束信号；
完成改进的数字柔性转发设计。
总之，本发明对现有实现架构进行改造，可实现多体制跨波束组网通信，同时采用输入数据集中存储方式，相较于现有多个存储器寄存方式可降低硬件资源占用，并且可采用与数据时钟相同的低速处理时钟实现，对软件时序要求低，有助于提高系统运行稳定性、降低设备功耗，对于星载柔性转发应用场景有很强的适应性。

Claims (2)

1.一种数字柔性转发方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据数据时钟对R个上行波束信号进行模数转换，得到R个波束的输入数据，并送入R个分析部分滤波模块，其中R为正整数；分析部分滤波模块包括一个M行N列数据存储器和一个M行N列系数存储器，M和N均为正整数；系数存储器中，同一行的N个滤波系数作为一行复用系数，每次读出一行复用系数；
(2)各波束的输入数据以M个为一组，按列存储在对应的M行N列数据存储器中，同一行的N个输入数据作为一行复用数据；
(3)各波束数据存储器每存储完一组M个输入数据后，数据存储器和系数存储器同时以行为单位读出M行复用数据和M行复用系数，每行复用数据包含N个输入数据，每行复用系数包含N个滤波系数；
(4)各波束相同行的复用数据和复用系数中的N个输入数据与N个滤波系数按列对应相乘再相加，得到分析部分滤波结果；
(5)各波束每得到M个分析部分滤波结果，系数存储器内的N列滤波系数以列为单位循环移位一次；
(6)各波束分析部分滤波结果按照M个一组进行离散傅立叶逆变换；
(7)将R个波束的离散傅立叶逆变换结果进行增强型大容量高速数据交换；
(8)各波束将交换后的离散傅立叶逆变换结果按照M个一组进行离散傅立叶变换；
(9)各波束将离散傅立叶变换结果按组送入综合部分滤波模块，得到综合部分滤波结果；综合部分滤波模块与分析部分滤波模块的结构及操作均相同；
(10)各波束将综合部分滤波结果进行数模转换，得到R个下行波束信号，完成数字柔性转发。
2.一种数字柔性转发装置，其特征在于，包括R个模数转换模块、R个分析部分滤波模块、R个离散傅立叶逆变换模块、R个离散傅立叶变换模块、R个综合部分滤波模块以及R个数模转换模块，R为正整数；分析部分、综合部分滤波模块均包括一个M行N列数据存储器和一个M行N列系数存储器，M和N均为正整数；
模数转换模块根据数据时钟对上行波束信号进行模数转换，得到波束的输入数据，并送入对应分析部分滤波模块的数据存储器；
分析部分滤波模块的数据存储器将输入数据以M个为一组进行按列存储，同一行的N个输入数据作为一行复用数据；数据存储器每存储完一组M个输入数据后，数据存储器和系数存储器同时以行为单位读出M行复用数据和M行复用系数，将相同行的复用数据和复用系数中的N个输入数据与N个滤波系数按列对应相乘再相加，得到滤波结果，每行复用数据包含N个输入数据，每行复用系数包含N个滤波系数；分析部分滤波模块每得到M个滤波结果，系数存储器内的N列滤波系数以列为单位循环移位一次；
分析部分滤波模块将滤波结果输出给对应的离散傅立叶逆变换模块进行离散傅立叶逆变换，然后将离散傅立叶逆变换结果进行增强型大容量高速数据交换，并将交换后的离散傅立叶逆变换结果按照M个一组输入给对应的离散傅立叶变换模块，进行离散傅立叶变换；
离散傅立叶变换结果按组送入对应的综合部分滤波模块，综合部分滤波模块对输入数据进行与分析部分滤波模块相同的操作；
综合部分滤波模块将滤波结果输出给对应的数模转换模块进行数模转换，得到下行波束信号，完成数字柔性转发。
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