CN115173927A - 一种uhf频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了通信技术领域的一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，包括UHF模拟天线、通信模拟主机、显控设备、外置电池，通信模拟主机包括射频模拟通道、数字处理和综合模拟控制单元；本发明基于数字孪生的技术路径，设计的终端模拟系统具有在无空间通信卫星转发资源条件下，UHF频段射频信号双工收发和数字处理能力，具备对通信场景配置、通信信道配置和通信链路质量速判的能力，并能够将实时误码率、信道质量、丢包率等统计结果传送至地面信关站模拟系统。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体为一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统。
背景技术
随着大规模、高强度应急通信的减少，局部小规模应急通信成为常态，分队通信的作用将显著增加，在未来应急通信发展，分队通信效能将得到进一步强化，成为应急通信网中的一个节点，具有更强的通信需求，因此将分队通信纳入应急通信中已成为通信变革的关键点。目前，我国分队通信信息化系统建设刚刚起步，与数字化、集成化、宽带化的国外分队通信信息化系统差距较大；另外，与各大网系建设目标不同的是，未来的通信分队信息化系统将兼具宽带数据传输能力，能够完成语音通话、视频传输等多种任务，从而大大提高信息化效率和应急通信生存能力。
卫星通信模拟终端是随着电子技术的发展逐渐发展起来的，可有效解决通信分队训练实装不充分、实装易损坏等问题，从最早期的功能模拟逐渐发展到如今的全套设备模拟。一方面，传统的模拟终端仅仅靠软件来模拟实装终端功能，训练效果不佳，且缺乏实际体验感。另一方面，从应急通信分队使命任务的角度出发，传统的模拟终端缺乏对通信实时状态的更新，并且对于通信情况设计也相对死板，缺乏灵活的设计。
基于此，本发明设计了一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，以解决上述背景技术中提出的传统的模拟终端缺乏对通信实时状态的更新，并且对于通信情况设计也相对死板，缺乏灵活的设计的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，包括：UHF模拟天线、通信模拟主机、显控设备、外置电池，通信模拟主机包括射频模拟通道、数字处理和综合模拟控制单元，所述UHF模拟天线用于完成在没有空间卫星转发资源的条件下，UHF频段卫星射频信号的发射和接收，显控设备用于完成通信模拟主机的控制，所述外置电池为通信主机提供14.4V直流供电，所述通信主机用于完成业务接入和无线信号的调制解调，对外提供2路以太网接口、1路异步数据接口、1路同步数据接口、1路二线话音接口以及1路四线话机接口，所述射频通道用于将数字基带信号转换为无线射频信号，所述数字处理和管控单元用于完成数字基带信号的调制解调、业务接入、通信流程控制。
优选的，所述外置电池匹配有充电适配器，所述充电适配器将220V交流电源转换为14.4V直流电压，可与外置电池同时接入，实现一边为电池充电，一边为通信主机供电功能。
优选的，所述异步数据接口和同步数据接口复用一个对外接口，二线话音接口和四线话机接口复用一个对外接口，所述通信主机具备一个与手持终端的控制接口。
优选的，所述显控设备为便携终端或车载终端，与通信主机通过usb数据线互联，所述便携终端为安卓手持设备，所述车载终端为服务器。
优选的，所述便携终端采用24V电池组供电，所述车载终端通过车载稳压电源模块供电。
优选的，所述天线采用圆极化八木天线，由馈电振子和引向器部分以及通信反射器两部分组成。
优选的，所述射频通道主要由带阻双工器、功率放大器、低噪声放大器组成，所述带阻双工器使系统中的收信机和发信机共用一付天线，实现收发互不干扰地同时工作，所述低噪声放大器用于将来自卫星的下行UHF频段信号放大，传输给CX9261射频模块。
优选的，所述数字处理用于完成用户链路上行信号的组帧、编码、扩频、调制、数字上变频和DA变换，完成链路下行信号的AD采样、解扩、解调、译码、解帧处理过程。
优选的，所述管控单元为FMQL45T900芯片内部PS部分，PS部分具备ARM Cortex™-A7 四核处理器，AMBA互连内部存储器，外部存储器接口和外设。
优选的，所述外设主要包括 USB 总线接口，以太网接口，SD/SDIO 接口，I2C 总线接口，CAN 总线接口，UART 接口，GPIO。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的终端模拟系统具有在没有空间通信卫星转发资源条件下，UHF频段射频信号双工收发和数字处理能力，用以模拟卫星通信系统中地面用户终端的角色，完成话音、数据等通信业务传输以及实时语音通话的功能，同时具备对通信链路质量速判的能力，并能够将实时误码率、信道质量、丢包率等统计结果传送至地面信关站模拟系统。
2.本发明所提出的一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统具有结构简单、设计灵活、性能良好等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明终端模拟系统的总体示意图；
图2为本发明馈电振子和引向器示意图；
图3为本发明通信反射器示意图；
图4为本发明数字处理设计框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：
一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，包括UHF模拟天线、通信模拟主机、显控设备、外置电池，通信模拟主机包括射频模拟通道、数字处理和综合模拟控制单元，所述UHF模拟天线用于完成在没有空间卫星转发资源的条件下，UHF频段卫星射频信号的发射和接收，显控设备用于完成通信模拟主机的控制，所述外置电池为通信主机提供14.4V直流供电，所述通信主机用于完成业务接入和无线信号的调制解调，对外提供2路以太网接口、1路异步数据接口、1路同步数据接口、1路二线话音接口以及1路四线话机接口，所述射频通道用于将数字基带信号转换为无线射频信号，所述数字处理和管控单元用于完成数字基带信号的调制解调、业务接入、通信流程控制。
（一）UHF模拟天线
本发明的天线是圆极化八木天线，由馈电振子和引向器部分以及通信反射器两部分组成。具体性能指标、功能原理与结构特征如下：
（1）馈电振子是十字交叉的对称振子，等幅90°相位差馈电，经引向元的作用，产生沿天线轴向单向辐射的线极化波。如图2所示。
（2）通信反射器由反射网、反射网止动螺钉、方位俯仰止动球绞和三角架构成，如下图1所示。当馈电振子和引向器部分通过快锁头（一）和快锁头（二）插接在通信反射器上时，天线成通信状态，如图3所示。
（二）射频通道
（1）射频通道主要由带阻双工器、功率放大器、低噪声放大器组成。其中，双工器使系统中收信机和发信机共用一付天线，实现收发互不干扰地同时工作。低噪声放大器将将来自卫星的下行UHF频段信号放大，传输给CX9261射频模块。功率放大器将CX9261的发射信号放大到额定功率。
（2）接收器部分含有所有必要模块，用于接收RF信号并将其转换成可供BBP使用的数字数据。有三个可以接收来自不同信号的独立控制通道，使器件可以用于多输入、多输出（MIMO）系统，每个通道都有各自的频率合成器，便于系统各个通道的配置。
（3）发射器部分含有两个相同的独立控制通道，其中包含了所有必要的数字处理、混合信号和RF模块，可以各自实现一个直接变频系统，每个通道各有一个TXPLL频率合成器。
（三）数字处理设备
（1）数字处理设备主要完成用户链路上行信号的组帧、编码、扩频、调制、数字上变频和DA变换，完成洪湖链路下行信号的AD采样、解扩、解调、译码、解帧处理过程。数字处理设备设计框图如图4所示。
（2）本发明设计由Z7芯片组成的最小工作系统，该最小系统主要包括DDR3、EMMC、QSPI FLASH、2路以太网、1路UART、1路同步接口、1路SPI接口以及16位拨码开关等内容。
（3）本发明采用2片QSPI Flash并行加载的方式,国产器件的型号为复旦微电子的JFM25QU，工作温度-40℃~+95℃，单片容量32MB，总容量64MB。
（四）管控设备
（1）管理控制设备为FMQL45T900芯片内部PS部分。PS部分具备ARM Cortex™-A7四核处理器，AMBA互连内部存储器，外部存储器接口和外设。这些外设主要包括 USB 总线接口，以太网接口，SD/SDIO 接口，I2C 总线接口，CAN 总线接口，UART 接口，GPIO 等。PS可以独立运行并在上电或复位下启动。
（2）为了话机语音信号的后续处理，本发明首先将话机的语音收发信号进行分离，将其分到内部四线上的收、发语音信号分开的信号。因此，二线话机接口首先需要通过SLIC模块进行二/四线变换转换四线模拟语音信号，才能进行后级处理。SLIC模块同时具备控制电话机振铃、向电话机传输来电号码等功能。
（3）本发明的语音编解码模块功能为将模拟语音信号转换成为压缩编码后的数字信号，同时也能将压缩编码后的数字信号恢复为模拟语音信号。
（4）本发明设计的受话器具备四根信号线：语音入、语音出、地与PTT，送受话器为“颈环软带式结构”，可配QGF03型新式头盔使用，该产品具有抗噪、防水、小巧轻便等特点。
（5）由于存在二线和四线语音信号，2路信号不会同时工作，同时模拟终端中也只有一颗音频编解码芯片，在本发明设计中，进入音频编解码芯片之前对2路模拟语音信号进行切换。
（五）显控设备
（1）本发明的便携式模拟终端的显控设备为具备安卓系统的手持终端，车载式模拟终端的显控终端为服务器，显控设备通过USB接口与管控设备互联。
（2）本发明设计的软件主要由综合业务软件、FA软件、抗干扰软件及手持终端软件、监控管理软件组成。
（3）本地监控软件需要具备的功能如下：
1) 具有对信道单元的监控功能，同时可以信道单元进行参数设置和操作功能；
2) 具有对异步数据设备的监控和操作功能；
3) 具有对鉴权设备的监控和操作功能；
4) 具有对加密机设备的监控和操作功能；
5) 具有对声码器设备的监控和操作功能；
6) 具有对视频编解码器设备的监控和操作功能；
7) 具有对手持终端监控设备的应答和上报功能。
（六）AC/DC稳压电源
便携式用户模拟终端采用24V电池组供电，车载式用户模拟终端通过车载稳压电源模块供电，其特点如下：
1）90-264VAC或102-370VDC电压输入
2）30mm超薄高度
3）带过压、过流、过温、欠压、短路保护
4）高效率,低纹波
5）宽工作温度范围-30～+70℃
6）高容性负载设计，瞬时负载能力更强
7）高可靠性，100%老化测试。
本发明根据应急通信任务要求，应急通信用户模拟终端具备便携和车载两种形态。为了统一设计，两种形态按照统一的便携式用户模拟终端设计。当便携式模拟终端应用到车载环境时，对便携式模拟终端进行加固处理，使其适用于车载环境。
根据应急通信系统功能要求，模拟终端采用全国产化通用的SDR平台设计，能够逼真的模拟卫星通信用户终端的无线信号波形以及通信呼叫整体流程，能够支持话音、数据等业务。同时，为了支持整个模拟系统的管理控制，也能够与地面自主网设备互联，通过地面自主网设备，接收导控系统的参数配置和模拟终端的状态上报。
本发明的终端模拟系统具有UHF频段射频信号双工收发和数字处理能力，用以模拟卫星通信系统中地面用户终端的角色，完成话音、数据等通信业务传输以及实时语音通话的功能，同时具备对通信链路质量速判的能力，并能够将实时误码率、信道质量、丢包率等统计结果传送至地面信关站模拟系统。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，其特征在于，包括：UHF模拟天线、通信模拟主机、显控设备、外置电池，通信模拟主机包括射频模拟通道、数字处理和综合模拟控制单元，UHF模拟天线用于完成在没有空间卫星转发资源的条件下，UHF频段卫星射频信号的发射和接收，显控设备用于完成通信模拟主机的控制，所述外置电池为通信主机提供14.4V直流供电，所述通信主机用于完成业务接入和无线信号的调制解调，对外提供2路以太网接口、1路异步数据接口、1路同步数据接口、1路二线话音接口以及1路四线话机接口，所述射频通道用于将数字基带信号转换为无线射频信号，所述数字处理和管控单元用于完成数字基带信号的调制解调、业务接入、通信流程控制。
2.根据权利要求1所述的一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，其特征在于：在没有空间卫星转发资源的条件下，实现UHF频段卫星射频信号的发射和接收的模拟，卫星通信业务接入和控制，以及在受控条件，卫星通信环境的模拟。
3.根据权利要求1所述的一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，其特征在于：所述异步数据接口和同步数据接口复用一个对外接口，二线话音接口和四线话机接口复用一个对外接口，所述通信主机具备一个与手持终端的控制接口。
4.根据权利要求1所述的一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，其特征在于：所述显控设备为便携终端或车载终端，与通信主机通过usb数据线互联，所述便携终端为安卓手持设备，所述车载终端为服务器。
5.根据权利要求4所述的一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，其特征在于：所述便携终端采用24V电池组供电，所述车载终端通过车载稳压电源模块供电。
6.根据权利要求1所述的一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，其特征在于：所述天线采用圆极化八木天线，由馈电振子和引向器部分以及通信反射器两部分组成。
7.根据权利要求1所述的一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，其特征在于：所述射频通道主要由带阻双工器、功率放大器、低噪声放大器组成，所述带阻双工器使系统中的收信机和发信机共用一付天线，实现收发互不干扰地同时工作，所述低噪声放大器用于将来自卫星的下行UHF频段信号放大，传输给国产化CX9261射频模块。
8.根据权利要求1所述的一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，其特征在于：所述数字处理用于完成用户链路上行信号的组帧、编码、扩频、调制、数字上变频和DA变换，完成链路下行信号的AD采样、解扩、解调、译码、解帧处理过程。
9.根据权利要求1所述的一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，其特征在于：所述管控单元为FMQL45T900芯片内部PS部分，PS部分具备ARM Cortex™-A7 四核处理器，AMBA互连内部存储器，外部存储器接口和外设。
10.根据权利要求9所述的一种UHF频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统，其特征在于：所述外设主要包括 USB 总线接口，以太网接口，SD/SDIO 接口，I2C 总线接口，CAN 总线接口，UART 接口，GPIO 。
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2022
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