航天測(cè)控通信系統(tǒng)綜合基帶中頻接收單元數(shù)字化方案

1、文章編號(hào) :1001-893X (2001 03-0019-03航天測(cè)控通信系統(tǒng)綜合基帶中頻接收單元數(shù)字化方案李曉松 , 黃 凌(信息產(chǎn)業(yè)部電子第十研究所 , 四川 成都 610036【摘要】 本文論述了利用 DSP 處理器和 FPG A 完成 70MH z 衛(wèi)星下行信號(hào)的載波捕獲與跟蹤 、 多普勒提取 、 遙測(cè)和測(cè)距信號(hào)的解調(diào) , 從而實(shí)現(xiàn)了中頻接收單元的數(shù)字化 、 軟件化 , , 大大 縮小了系統(tǒng)的體積 。關(guān)鍵詞 :航天測(cè)控通信 ;DSP 處理器 ; 應(yīng)用 ; 中圖分類(lèi)號(hào) :TN911172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A一 的要求 。 中頻接收單元數(shù)字化 , 已成為發(fā)展的必然 趨勢(shì) 。 同時(shí) , 由于

2、大規(guī)模集成電路和高速 DSP 器件 的出現(xiàn) , 使得通信與控制方面一些復(fù)雜的 、 靈敏的信 號(hào)處理方法能在數(shù)字域付諸實(shí)施 。本文采用了 C30DSP 和 FPG A 共同構(gòu)成數(shù)字化接收解調(diào)方案 , 完 成載波跟蹤 、 多普勒提取 、 遙測(cè)和測(cè)距信號(hào)的解調(diào) 。二 、 70MHz 中頻方案11數(shù)字中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)中頻接收由 A/D 前模擬信道部分和 A/D 后數(shù) 字信號(hào)處理部分組成 。 高頻接收前端送來(lái)的 70MH z 輸入信號(hào)經(jīng)帶通濾波器后 , 直接進(jìn)行中頻采樣 。 A/D 變換器同時(shí)相當(dāng)于 1個(gè)混頻器 , 當(dāng)采樣頻率為 16MH z 時(shí) , 采 樣 后 , 16MH z 的 四 次 諧 波 與

3、輸 入 70MH z 混頻產(chǎn)生 6MH z 的二中頻 , 數(shù)字下混頻 DC O 的頻率也為 6MH z 。而由 16MH z 的五次諧波與 70MH z 混頻產(chǎn)生 10MH z 的組合干擾信號(hào) , 與 6MH z 的間隔為 4MH z , 此交調(diào)分量可用濾波器濾除 。由 此 , 為防止噪聲采樣混迭 ,A/D 前的 70MH z 帶通濾 波器雙邊帶寬應(yīng)小于 4MH z 。在此頻率關(guān)系下 , 調(diào)4MH z , 可滿(mǎn)足衛(wèi)星測(cè)控工程信息帶寬 ±1. 5MH z 的需要和 2Mbps 速率 BPSK 數(shù)據(jù) 傳輸?shù)男枰?。數(shù)字電路為正交雙通道 ,6MH z 的第 二中頻經(jīng)正交下混頻和低通濾波后送

4、入由 C30構(gòu)成 的 DSP 中 , 由其完成 FFT 頻率引導(dǎo) 、 環(huán)路濾波 、 AG C 、 鎖定指示及載波多普勒提取 , 其結(jié)構(gòu)如圖 1所示 。圖 1 數(shù)字中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖這種結(jié)構(gòu)由軟件控制可以改變接收機(jī)的工作方式 , 接收解調(diào) PM 、 FM 、 AM 和 BPSK 等多種解調(diào)信號(hào) 。 接收 PM 信號(hào)時(shí) , 完成有殘留載波分量信號(hào)的解調(diào) , 完成下行載波跟蹤和遙測(cè) 、 測(cè)距副載波解調(diào) 。接收 BPSK 信號(hào)時(shí) , 可完成數(shù)傳接收機(jī)的功能 。21工作原理工作在 PM 接收方式下時(shí) , 正交雙通道中的同 向支路完成遙測(cè) 、 測(cè)距副載波解調(diào)和多普勒提取 , 正91 收稿日期 :2001-0

5、4-20作者簡(jiǎn)介 :李曉松 (1969- , 男 , 四川成都人 , 工程師 . 電 訊 技 術(shù) 2001年第 3期研究與開(kāi)發(fā) 交支路完成 AG C 信號(hào)和環(huán)路鎖定指示的提取 。其具體結(jié)構(gòu)如圖 2所示 。圖 2 P M 在此方式 , , 1MH z 。 1MH z 。在進(jìn)行頻率引導(dǎo)時(shí) , 為提 高頻率分辨率 , 可降低重采樣速率 ?？紤]到大調(diào)制 指數(shù)時(shí) , 副載波幅值大于載波幅值 , 因此 , 可在 FFT 運(yùn)算前加一窗函數(shù) , 對(duì)副載波加以抑制 。在 PM 方式下 , 由下混頻同相支路鑒相器完成 解調(diào)功能 , 濾波后輸出遙測(cè) 、 測(cè)距數(shù)字副載波信號(hào) , 也可用 D/A 器件變成模擬信號(hào)輸出

6、。同時(shí) , 同相支 路中的載波相位誤差慢變分量經(jīng)另一個(gè)積分 /清零 器后以較低速率進(jìn)入 C30, 完成環(huán)路濾波后輸出控 制 DC O 完成跟蹤閉環(huán) , 并完成多普勒提取 。 正交支 路也再經(jīng)過(guò)一個(gè)積分清零器后進(jìn)入 C30, 完成信號(hào) 幅度積分 , 提取 AG C 信號(hào)和環(huán)路鎖定指示信號(hào) 。在 BPSK 接收方式下 , 同相和正交 2條支路共 同構(gòu)成數(shù)字 C ostas 環(huán) , 完成環(huán)路鑒相和 AG C 及鎖定 指示提取 , 同相支路并完成 PC M 信息解調(diào) 。 由于篇 幅所限 , 在此就不再詳述 。三 、 低中頻方案A/D 采樣要求輸入信號(hào)有一定的幅度 。 中頻接收機(jī)輸入信號(hào)電平一般很低 ,

7、 直接對(duì) 70MH z 采樣 ,要求 70MH z 的中頻放大器具有很高的增益 。 例如 , 中頻輸入電平 -125dBW , 即 4V , 中放輸出 (A/D 輸入 為 200mV , 則中放增益需要 94dB 。 這樣高增 益的中放制作難度很大 , 為此 , 再加一次變頻可解決, 如圖 3所示 。 變頻前后都設(shè)置放大器 , 增 益各 50dB , 實(shí)現(xiàn)容易得多 。 變頻后的第二中頻頻率 可設(shè)置較低 , 例如 7. 5MH z , 用 16. 77MH z 的采樣頻 率直接采樣 。 本振頻率 62. 5MH z 由 5MH z 頻標(biāo)相 干產(chǎn)生 , 使變頻輸出不帶附加頻率誤差 , 不影響測(cè) 速

8、 。 二中頻的濾波器帶寬應(yīng)足夠?qū)?, 能通過(guò) 2Mbps 速率的 BPSK 載波信號(hào) 。 A/D 采樣后的處理方法與 前述相同 。圖 3 數(shù)字中頻接收機(jī)低中頻方案四 、 實(shí)現(xiàn)方法這種接收機(jī)方案實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單 , 除了 70MH z 帶 通濾 波 器 和 A/D 外 , 主 要 由 一 片 FPG A 和 一 片 C30DSP 構(gòu)成 。 FPG A 完成數(shù)字下混頻和積分 /清零 濾波器等快速運(yùn)算 ,C30完成慢速但比較復(fù)雜的運(yùn) 算 。 也可采用專(zhuān)用芯片代替 FPG A , 完成更多的功 能 , 例如采用 HSP50110和 HSP50210與 C30相結(jié)合 可以完成 PM 、 FM 、 FSK 、

9、 BPSK 、 QPSK 、 AM 等多種信號(hào)02 電 訊 技 術(shù) 2001年第 3期研究與開(kāi)發(fā)的解調(diào) 。五 、 結(jié) 論中頻接收單元數(shù)字化是測(cè)控通信終端數(shù)字化的 關(guān)鍵 。 本文采用了軟硬件結(jié)合的方法 , 將以前龐大 的模擬電路數(shù)字化在一片 FPG A 和一片 C30DSP 上 , 提高了系統(tǒng)的精度 , 還大大縮小了系統(tǒng)的體積 。設(shè) 計(jì)過(guò)程中充分考慮了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性 , 由軟件控制 可改變接收機(jī)的工作方式 , 接收解調(diào)多種調(diào)制信號(hào) , 使其能達(dá)到多功能的目的 。參考文獻(xiàn)1 程佩清 . 數(shù)字信號(hào)處理教程 M.清華大學(xué)出版社 . 19952 樊昌信等 . 通信原理 M.國(guó)防工業(yè)出版社 . 19953

10、 張厥盛等 . 鎖相技術(shù) M.西安電子科技大學(xué)出版社 .19944 呂海寰等 . 衛(wèi)星通信系統(tǒng) M.人民郵電出版社 . 19885 T exas Instruments Inc. T MS320C3x User s G uide US AS.T exas Instruments Inc. 1997Scheme for Digitizing IF R eceiving U nit of TT&C Communication LI Xiao -song , (The E lectronic 10th Institute of 610036,China Abstract :In this p

11、aper , carrier , dem odulation of TT&C and ranging signal of 70MH z satellite downlink process ors and FPG A is introduced , IF receiving unit digitiza 2tion and s oftware is im proved , whihe the size of system is considerably reduced. K ey w ords :S pace ;D own link carrier signal dem odulate“

12、 上海光城” 已初具規(guī)模 來(lái)自上海 S UPERC OM M 展覽會(huì)的消息 , 正在加快建設(shè)中的 “上海光城” 已初具規(guī)模 。上海電信已建 成了以 AT M 和 S DH 為核心技術(shù)的高速光纖傳輸網(wǎng)絡(luò) , 光網(wǎng)絡(luò)已基本覆蓋了政府機(jī)關(guān) 、 大專(zhuān)院校 、 金融 醫(yī)院 、 商務(wù)樓及新建的住宅小區(qū) 。截至目前 , 上海電信的中繼光纜達(dá) 1366條 , 長(zhǎng)度達(dá)到 5700皮長(zhǎng)公里 , 市區(qū)用戶(hù)光纜長(zhǎng)度達(dá) 6300芯線公里 , 中繼光纜和用戶(hù)光纜已覆蓋全上海 。上海電信的國(guó)際出口帶寬達(dá)到 1000兆 , 數(shù)據(jù)庫(kù) 1500個(gè) , 同時(shí)在線人數(shù)可以達(dá) 6萬(wàn)個(gè) , 國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)注冊(cè)用戶(hù)已達(dá) 80萬(wàn)戶(hù) 。上海電信大力推出 ADS L 、 LAN H omePNA 等寬帶接入網(wǎng)方式 , 網(wǎng)絡(luò)速度達(dá)到 1兆和 10兆兩種 。湖南電話用戶(hù)總數(shù)突破千萬(wàn) 截至 4月初 , 湖南省各類(lèi)電話用戶(hù)總數(shù)已達(dá)到 1004萬(wàn)戶(hù) 。 湖南已經(jīng)基本解決了電話初步普及的問(wèn) 題 。在湖南電話用戶(hù)中 , 湖南電信的固定電話用戶(hù)總數(shù)達(dá)到 726萬(wàn)戶(hù) , 占總用戶(hù)數(shù)的 72. 3%; 湖南移動(dòng) 的用戶(hù)總數(shù)達(dá)到 218萬(wàn)戶(hù) , 占總用戶(hù)數(shù)的 21. 7%; 湖南聯(lián)通的各類(lèi)電話用戶(hù)總數(shù)達(dá)到 60萬(wàn)戶(hù) , 占總用戶(hù) 數(shù)的 6%。目前 , 湖南電話發(fā)展勢(shì)頭正健 。從一季度各家電信運(yùn)營(yíng)商提供的數(shù)