CN207200699U - 一种多普勒偏移补偿装置及无线通信系统 - Google Patents

一种多普勒偏移补偿装置及无线通信系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种多普勒偏移补偿装置及无线通信系统，包括以下4个组成部分：一颗DSP芯片，一颗ADC芯片，一颗FPGA芯片，一颗DAC芯片，所述FPGA芯片分别和DSP芯片、ADC芯片、DAC芯片连接；通过DSP将已知或者预测得到的相对运动转换为多普勒信息，然后采集信号，提前通过FPGA将转换得到的多普勒偏移补偿掉。将所发明的多普勒补偿的装置应用于通信系统发射机或者接收机，可以在接收机的设计中删除多普勒偏移补偿的功能，简化设计，降低成本。

Description

一种多普勒偏移补偿装置及无线通信系统
技术领域
本实用新型涉及通信、导航特别是卫星通信和导航的技术领域，具体为无线通信系统及多普勒偏移补偿装置。
背景技术
在无线通信领域，发射机和接收机之间往往存在相对运动，在信号特性上表现为存在载波多普勒偏移和多普勒引起的符号或者位定时偏移。一般情况下，这种多普勒偏移需要在接收机进行估计、跟踪和补偿。
现有文献所公布的方案，均在接收机进行多普勒补偿，其基于将接收机和发射机的相对运动看成是未知参数的认识。但是在实际中，很多时候接收机和发射机的相对运动是已知或者可以预测，这时如果还用上述的在接收机进行多普勒补偿的方案，则算法过于复杂，实现难度太大。因此，有必要设计一种独立于接收机的多普勒补偿的装置，提前根据已知或者预测的发射机和接收机的相对运动信息将多普勒偏移补偿掉，以在接收机的设计中删除多普勒偏移补偿的功能，简化设计，降低成本。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种多普勒偏移补偿装置，其独立于接收机或发射机外，既可以应用于无线通信的发射端也可以应用于无线通信的接收端，并能够减少运算量。为此，本实用新型采用如下技术方案：
一种多普勒偏移补偿装置，其特征在于包括以下4个组成部分：
一颗DSP芯片，其作用是实现将发射机和接收机之间的相对运动转换成实时多普勒偏移参数；
一颗ADC芯片，用作待补偿信号采样；
一颗FPGA芯片，用作多普勒偏移补偿；
一颗DAC芯片，用作将已经经过多普勒偏移补偿的数字信号转换成模拟信号输出；
所述FPGA芯片分别和DSP芯片、ADC芯片、DAC芯片连接。
进一步地，所述FPGA芯片的逻辑电路包含了依次连接的下变频装置、降采样滤波和抽取装置、定时偏移补偿装置、插值和升采样滤波装置、上变频装置，所述FPGA芯片的逻辑电路还设置有第一数字控制振荡器NCO和带载波多普勒补偿的第二数字控制振荡器NCO；第一数字控制振荡器NCO和下变频装置连接，第二数字控制振荡器NCO和上变频装置连接，所述定时偏移补偿装置和第二数字控制振荡器NCO还和DSP芯片连接，下变频装置还和ADC芯片连接，上变频装置还和DAC芯片连接。
本实用新型第二个目的是提供一种采用上述多普勒偏移补偿装置的无线通信系统。为此，本实用新型采用如下技术方案：
无线通信系统，其特征在于它包括发射机、接收机射频前端和中频及基带接收机，所述无线通信系统还设置有所述的一种多普勒偏移补偿装置；所述多普勒偏移补偿装置的ADC芯片和接收机射频前端连接，所述DAC芯片和中频及基带接收机连接。
为实现上述目的，本实用新型也可采用如下技术方案：
无线通信系统，其特征在于它包括接收机、发射机射频前端和基带及中频发射机，所述无线通信系统还设置有所述的一种多普勒偏移补偿装置；所述多普勒偏移补偿装置的ADC芯片和基带及中频发射机连接，所述DAC芯片和发射机射频前端连接。
由于采用本实用新型的技术方案，多普勒偏移补偿装置，其独立于接收机或发射机外，既可以应用于无线通信的发射端也可以应用于无线通信的接收端，并能够减小接收机的硬件和算法复杂度，降低运算量，进而降低整个系统的成本。
附图说明
图1为本实用新型所述多普勒偏移补偿装置应用于无线通信系统接收端时的系统框图。
图2为本实用新型所述多普勒偏移补偿装置的功能组成框图。
图3为本实用新型所述多普勒偏移补偿装置应用于无线通信系统发射端时的系统框图。
具体实施方式
为了充分理解本实用新型的技术内容，下面给出具体实施例，结合附图对本实用新型的技术方案进行较为详细的介绍和说明。
图1为本实用新型所述多普勒偏移补偿装置的应用场景，所述多普勒偏移补偿装置应用于发射机和接收机相对运动已知或者可以预测的场景，比如可以预测卫星轨道的卫星通信场合、可以预测弹道的无线通信场合等。这种情况下，可以将接收机射频前端(12)输出的信号送给独立的多普勒偏移补偿装置(13)进行多普勒补偿后送给中频及基带接收机(14)。此时中频及基带接收机(14)无需做多普勒偏移补偿或者简化补偿算法，进而简化计算、降低成本。
所述接收机射频前端(12)是指能够接收射频信号，完成包括射频和中频模拟信号的滤波、变频、放大等射频和中频电路装置，接收机射频前端(12)可以输出射频信号或者中频信号。所属的中频及基带接收机(14)是指能够接收中频信号，完成包括中频信号滤波、放大并变频到基带，并在基带完成信号接收、解调、解码的电路装置。所述多普勒偏移补偿装置(13)的实施方案如图2所示，主要包含 4个器件，分别是用于多普勒偏移计算的数字信号处理芯片DSP(21)、用于信号采集的模数变换芯片ADC(22)、用于多普勒补偿的现场可编程门阵列芯片 FPGA(23)和用于数模变换的数字模拟转换器DAC(24)。
ADC(22)所采集的信号可以是中频信号，甚至可能是射频信号。取决于接收机的设计和系统工作频段。采集得到的信号输入到FPGA(23)进行多普勒补偿。补偿后的信号送给DAC(24)进行数模变换输出。如应用于图1，则ADC(22)和接收机射频前端(12)连接，DAC(24)和中频及基带接收机(14)连接。
图2所示的DSP(21)首先接收相对运动信息，该相对运动信息即可以通过外部输入，也可以通过轨迹预测。然后通过多普勒信息转换将发射机和接收机的相对运动投影到两者连线方向得到径向速度，进而根据载波频率和符号或者位速率计算得到载波多普勒偏移和符号或者位定时偏移。DSP(21)将计算得到的载波多普勒偏移和符号或者位定时偏移分别送入FPGA(23)内部的计算逻辑的带载波多普勒补偿的第二NCO(237)和定时偏移补偿装置(234)，作为多普勒偏移补偿的依据。
图2所示的FPGA(23)完成多普勒偏移补偿计算。为了简化计算，将信号变换到低中频或基带并降采样率后进行定时偏移补偿计算。因此FPGA(23)接收到 ADC(22)采集的信号后，首先采用第一NCO(231)产生的本地振荡信号在下变频装置(232)对信号进行下变频，即将NCO(231)产生的本地复数振荡信号与输入信号进行I、Q复乘，可以将信号变换到低中频或者基带。然后，通过降采样滤波和抽取装置(233)降低采样率。进而，定时偏差补偿装置(234)接收DSP(21)送出的符号或者位定时偏移，在必要的时候补偿位定时即数据位占用的时间长度；其实施方式为一个分数采样的插值滤波器，对中频或基带信号进行插值滤波。然后，插值和升采样滤波装置(235)将经过定时补偿的信号进行升采样，变换到一个合适的高采样率，为将信号调制到更高载波的上变频做准备。最后使用带载波多普勒偏移补偿的第二NCO(237)产生的叠加了多普勒偏移补偿的复数本振信号，在上变频装置(236)与经升采样的信号进行I、Q复乘达到上变频的目的。
DAC(24)最终将经过上变频的数字信号转换成模拟信号送给接收机进行进一步的接收处理。
图3是针对一些应用将多普勒补偿移到了发射机来实现，即提前估计因相对运动引起的多普勒偏移，在发射机进行预先补偿，同样可以简化接收机的设计。这种情况下，可以将基带及中频发射机(31)输出的信号送给独立的多普勒偏移补偿装置(32)进行多普勒补偿后送给发射机射频前端(33)。
所述基带及中频发射机(31)是指完成信息编码和信号基带调制，并将基带信号混频到中频进行滤波、放大的电路装置，基带及中频发射机(31)输出中频发射信号。所述发射机射频前端(33)是指能够接收中频信号，完成包括中频和射频模拟信号的滤波、变频、放大等射频和中频电路装置，发射机射频前端(33)输出射频信号。
本实用新型的所述多普勒偏移补偿包括载波多普勒偏移和位定时偏移补偿。根据实际系统的设计，可以仅补偿载波多普勒偏移，或者同时补偿载波多普勒偏移和定时偏移。
应当理解的是，以上所述的从具体实施例的角度对本实用新型的技术内容进一步地披露，其目的在于让大家更容易了解本实用新型的内容，但不代表本实用新型的实施方式和权利保护局限于此。本实用新型保护范围阐明于所附权利要求书中，凡是在本实用新型的宗旨之内的显而易见的修改，亦应归于本实用新型的保护之内。

Claims (3)

1.一种多普勒偏移补偿装置，其特征在于包括以下4个组成部分：
一颗DSP芯片，其作用是实现将发射机和接收机之间的相对运动转换成实时多普勒偏移参数；
一颗ADC芯片，用作待补偿信号采样；
一颗FPGA芯片，用作多普勒偏移补偿；
一颗DAC芯片，用作将已经经过多普勒偏移补偿的数字信号转换成模拟信号输出；
所述FPGA芯片分别和DSP芯片、ADC芯片、DAC芯片连接；
所述FPGA芯片的逻辑电路包含了依次连接的下变频装置、降采样滤波和抽取装置、定时偏移补偿装置、插值和升采样滤波装置、上变频装置，所述FPGA芯片的逻辑电路还设置有第一数字控制振荡器NCO和带载波多普勒补偿的第二数字控制振荡器NCO；第一数字控制振荡器NCO和下变频装置连接，第二数字控制振荡器NCO和上变频装置连接，所述定时偏移补偿装置和第二数字控制振荡器NCO还和DSP芯片连接，下变频装置还和ADC芯片连接，上变频装置还和DAC芯片连接。
2.无线通信系统，其特征在于它包括发射机、接收机射频前端和中频及基带接收机，所述无线通信系统还设置有权利要求1所述的一种多普勒偏移补偿装置；所述多普勒偏移补偿装置的ADC芯片和接收机射频前端连接，所述DAC芯片和中频及基带接收机连接。
3.无线通信系统，其特征在于它包括接收机、发射机射频前端和基带及中频发射机，所述无线通信系统还设置有权利要求1所述的一种多普勒偏移补偿装置；所述多普勒偏移补偿装置的ADC芯片和基带及中频发射机连接，所述DAC芯片和发射机射频前端连接。
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