一種通用衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)模塊的設(shè)計

吳 健，崔 森，吳必旗

（南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，江蘇 南京 210014）

一種通用衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)模塊的設(shè)計

吳 健，崔 森，吳必旗

（南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，江蘇 南京 210014）

衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信的重要組成部分，主要是由無線電的通信站結(jié)合衛(wèi)星中繼，完成信息的傳遞。具有覆蓋面積廣、可靠性高、多址和靈活性高等特點(diǎn)，可以廣泛地應(yīng)用到通信中，具有較高的應(yīng)用價值。調(diào)制解調(diào)模塊是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信的基礎(chǔ)部分，是一個完成對基帶的處理模塊。文章就一種通用衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)模塊的設(shè)計展開探討，分析其原理和具體的軟件設(shè)計，旨在為相關(guān)技術(shù)人員提供參考，選擇適宜的加載技術(shù)，推動通用衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)模塊的功能性發(fā)揮，改善調(diào)制信號的功率譜，保障通用衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)質(zhì)量和利用效率，提升通用衛(wèi)星通信利用通信質(zhì)量和通信效率。

通用衛(wèi)星通信；調(diào)制解調(diào)模塊；設(shè)計；數(shù)字化

衛(wèi)星通信具有著較高發(fā)展前景和應(yīng)用前景。衛(wèi)星通信系統(tǒng)中需要對調(diào)制解調(diào)模塊進(jìn)行設(shè)計，結(jié)合數(shù)字化和模塊化的方法，提高調(diào)制解調(diào)模塊功能性和質(zhì)量性，適應(yīng)多種衛(wèi)星的通信需求。為此，需要合理地對這種通用的衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)模塊展開設(shè)計，保障衛(wèi)星通信的質(zhì)量和效率，改善衛(wèi)星通信的功能性。

1 衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)的相關(guān)概述

1.1 衛(wèi)星信道特征性及調(diào)制體制

衛(wèi)星通信信道特征主要有：（1）寬帶的功能性受到的頻率資源和信道等因素的影響；（2）衛(wèi)星通信的質(zhì)量受到電磁環(huán)境和噪聲因素的影響；（3）衛(wèi)星的功率放大器重量對通信功率的影響較大。調(diào)制解調(diào)是對數(shù)字信號進(jìn)行載波調(diào)制，促使數(shù)字信號能夠在有限的寬帶內(nèi)部信道內(nèi)完成傳輸。衛(wèi)星信道對調(diào)制體制具有一定的要求，需要調(diào)制后的波形具有恒包絡(luò)特性，并需要具備較好的抗干擾能力。

1.2 調(diào)制方式的選擇

在實(shí)際的調(diào)制方式選擇中，由于帶寬受限，需要合理地對傳輸?shù)墓β屎托蔬M(jìn)行控制，滿足衛(wèi)星信道對調(diào)制體制的基本需求。選擇調(diào)制方式需要重視對頻帶利用率、功率利用率、同步等內(nèi)容進(jìn)行分析，進(jìn)而選擇適宜的調(diào)制方式，從而完成對通用衛(wèi)星的調(diào)制模塊的設(shè)計。

2 通用衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)模塊的設(shè)計

2.1 基礎(chǔ)參數(shù)

本模塊適用于多種衛(wèi)星通信，且具備組幀、編碼、調(diào)制等功能，并由前向解調(diào)和反向調(diào)制兩個部分構(gòu)成。本設(shè)計是由現(xiàn)場可編程門陣列（Field-Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA），聯(lián)合外圍電路，實(shí)現(xiàn)模塊的設(shè)計。調(diào)制方式采用接收二進(jìn)制相移鍵控（Binary Phase Shift Keying，BPSK），發(fā)射采用BPSK，四相相移鍵控（Quadri Phase Shift Keying，QPSK）。

2.2 原理

該模塊由調(diào)制部分和解調(diào)部分組成，在實(shí)際的模塊設(shè)計中，需要合理地對調(diào)制解調(diào)模塊進(jìn)行設(shè)計，并分別對兩部分的基礎(chǔ)原理進(jìn)行分析。其中調(diào)制部分是由多個部分構(gòu)成，當(dāng)數(shù)據(jù)輸入到模塊中，由FPGA完成對數(shù)據(jù)信息的過濾、編碼和組幀等內(nèi)容進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并完成低通濾波和調(diào)制的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)中頻輸出。輸出后的數(shù)據(jù)信息被轉(zhuǎn)化為中頻輸出，進(jìn)入到解調(diào)部分，再由A/D完成對信號的采樣，并由FPGA實(shí)現(xiàn)對擴(kuò)頻碼捕獲跟蹤、譯碼和解擴(kuò)解調(diào)等內(nèi)容，最后完成對數(shù)據(jù)的輸出。

2.3 硬件設(shè)計

硬件部分是保障衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)模塊功能性的主要內(nèi)容，如圖1所示，為硬件電路框。

圖1 硬件電路框

根據(jù)圖1的基本情況內(nèi)容，明確硬件部分主要由FPGA聯(lián)合外圍電路完成，且由RS422串口設(shè)置完成對模塊的工作模式切換，功能性較強(qiáng)。

（1）模塊設(shè)計采用數(shù)字化的方式，為此，需合理地對芯片進(jìn)行選擇，確保A/D采樣的有效性和穩(wěn)定性。選擇XC5VLX220芯片，主要是由于其具有良好資源量，且能夠支持信號的接收和采樣。

（2）在實(shí)際的可控濾波器組件選擇時，需要其能夠?qū)掃M(jìn)行控制，結(jié)合生存時間（Time To Live，TTL）控制信號的基本情況和0.500～110 Mb/s速率等內(nèi)容，擇取適宜的可控濾波器組件。

（3）由于信息具有較高的速率跨度，為此，需要合理地選擇調(diào)制方式，本模塊采用正交調(diào)制的方式。

（4）電源選擇，電源需要具有良好的保護(hù)功能，以滿足系統(tǒng)的需求情況。

（5）電路需要合理地布局，根據(jù)圖1的基本情況，盡可能減少組件之間的干擾，并保障FPGA芯片最高運(yùn)行時鐘240 MHz，此外，為了保障后續(xù)測試的效率，需要合理地對測試接口進(jìn)行預(yù)留，模塊采用LVTTL測試接口作為測試用接口。

2.4 軟件設(shè)計

調(diào)制軟件的設(shè)計框如圖2所示。

選擇合適的二采樣頻率后，完成對擴(kuò)頻碼的捕獲跟蹤環(huán)設(shè)計，設(shè)計采用的分段相關(guān)快速捕獲算法完成對擴(kuò)頻碼的捕獲，再完成對定時同步、譯碼和軟件動態(tài)加載等內(nèi)容，從而有效地完成對解調(diào)部分的設(shè)計。

解調(diào)部分與調(diào)制部分設(shè)計完成后，需要對接口軟件進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計采用LVDS接口，并通過RS422串口監(jiān)控軟件的應(yīng)用，保障接口軟件的功能性。

圖2 調(diào)制軟件設(shè)計

3 結(jié)語

本文給出了一種通用衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)模塊設(shè)計，能夠適應(yīng)多種衛(wèi)星通信的基本需求，具有較高的應(yīng)用價值。另外，通過實(shí)踐驗(yàn)證，本設(shè)計可適應(yīng)較高的多普勒動態(tài)和跨度較大的信息速率，具有非常好的通用性和適應(yīng)性。

［1］徐遠(yuǎn)超.一種通用衛(wèi)星通信調(diào)制解調(diào)模塊的設(shè)計［J］.通信技術(shù)，2016（2）：238-242.

［2］李輝，吳爭.一種低功耗通用調(diào)制解調(diào)平臺的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)［J］.無線電工程，2014（1）：78-80.

［3］金華松，魯新龍，邱冬冬.基于軟件無線電技術(shù)的通用衛(wèi)星模擬器設(shè)計［J］.電子設(shè)計工程，2014（3）：117-119.

［4］聶偉，王巖嵩，張永杰.軟件無線電中頻解調(diào)器設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011（4）：52-57.

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Design of a general satellite communication modulation and demodulation module

Wu Jian，Cui Sen，Wu Biqi

（Nanjing Panda Handa Electronic Co.，Ltd.，Nanjing 210014，China）

Satellite communication is an important part of modern communication，which complete the transfer of information.mainly by radio communication stations combined with satellite relay. With a wide coverage area，high reliability，multiple access and high flexibility，it can be widely used in the communication，and has a high value of application.Modulation and demodulation module is the basic part of satellite communication，which is a completion of the baseband processing module.This paper discussed the design of a universal satellite communication modulation and demodulation module，analyzing its principle and specific software design，and provided reference for the related technical personnel，Select the appropriate loading technology，promoted the function of general purpose satellite communication modulation demodulation module of the play，improving the power spectrum of the signal modulation，modulation and demodulation of satellite communication security general quality and efficiency，to enhance the communication with common satellite communication quality and efficiency.

universal satellite communication；modulation and demodulation module；design；digital

吳?。?978—），男，江蘇鹽城；研究方向：衛(wèi)星通信領(lǐng)域設(shè)計。