一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端，它包括射頻接收模塊、中頻濾波模塊、ADC和FPGA，射頻接收模塊接收通信信號(hào)以及來(lái)自FPGA的控制信號(hào)，射頻接收模塊的輸出與中頻濾波模塊連接，中頻濾波模塊的輸出通過(guò)ADC與FPGA連接，F(xiàn)PGA的增益控制輸出與射頻接收模塊連接，F(xiàn)PGA還輸出解調(diào)數(shù)據(jù)，所述的FPGA包括下變頻模塊、AGC控制模塊、小數(shù)抽取模塊、匹配濾波模塊、位同步模塊、頻偏同步模塊、頻域均衡模塊、譯碼/判決模塊、解交織模塊和勻速緩沖模塊。本實(shí)用新型對(duì)可遙測(cè)、遙控、數(shù)傳的無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)中的地空寬帶信號(hào)通信子系統(tǒng)進(jìn)行完善，同時(shí)適用于地面的手持終端和車載終端。
【專利說(shuō)明】一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端。

【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)人機(jī)具有費(fèi)效比低、零傷亡和部署靈活等優(yōu)點(diǎn)，可以幫助甚至是代替人類在很多場(chǎng)景中發(fā)揮作用，如災(zāi)后的人員搜救、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)察等。無(wú)論在民用還是軍用領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)均有著廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。
[0003]可遙測(cè)、遙控、數(shù)傳的無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)包括空-地雙向通信和地-地雙向通信兩部分，按照傳輸數(shù)據(jù)類型進(jìn)行劃分，可分為寬帶信號(hào)通信和窄帶信號(hào)通信兩種類型，其中寬帶信號(hào)為無(wú)人機(jī)偵察圖像數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)和無(wú)人機(jī)遙測(cè)業(yè)務(wù)，窄帶信號(hào)為手持終端與無(wú)人機(jī)間遙控通信業(yè)務(wù)，手持終端與車載終端間通信業(yè)務(wù)。而寬帶通信中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是它的接收終端，接收終端包括手持終端和車載終端。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于可遙測(cè)、遙控、數(shù)傳的無(wú)人機(jī)的地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端，對(duì)信號(hào)的處理性能高。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端包括射頻接收模塊、中頻濾波模塊、ADC和FPGA，射頻接收模塊接收來(lái)自外部的通信信號(hào)以及來(lái)自FPGA的控制信號(hào)，射頻接收模塊的輸出與中頻濾波模塊連接，中頻濾波模塊的輸出與ADC連接，ADC的輸出與FPGA連接，F(xiàn)PGA的時(shí)鐘控制輸出與ADC連接，F(xiàn)PGA的增益控制輸出與射頻接收模塊連接，F(xiàn)PGA還通過(guò)內(nèi)部接口輸出解調(diào)數(shù)據(jù)，中頻濾波模塊接收來(lái)自射頻接收模塊的信號(hào)的大小為160MHz，通過(guò)FPGA對(duì)射頻接收模塊的增益控制范圍為30db ；
[0006]所述的FPGA包括下變頻模塊、AGC控制模塊、小數(shù)抽取模塊、匹配濾波模塊、位同步模塊、頻偏同步模塊、頻域均衡模塊、譯碼/判決模塊、解交織模塊和勻速緩沖模塊，下變頻模塊的輸入與ADC連接，下變頻模塊的輸出與AGC控制模塊連接，AGC控制模塊的增益控制輸出分與射頻接收模塊連接，AGC控制模塊的調(diào)解輸出與小數(shù)抽取模塊連接，小數(shù)抽取模塊的輸出與匹配濾波模塊連接，匹配濾波模塊的輸出與位同步模塊連接，位同步模塊的輸出與頻偏同步模塊連接，頻偏同步模塊的輸出與頻域均衡模塊連接，頻域均衡模塊的輸出與譯碼/判決模塊連接，譯碼/判決模塊的輸出與解交織模塊連接，解交織模塊的輸出與勻速緩沖模塊連接，勻速緩沖模塊的輸出通過(guò)內(nèi)部接口輸出調(diào)解增益。
[0007]所述的下變頻模塊包括正交混頻電路、低通濾波電路和數(shù)控振蕩電路，正交混頻電路的輸入分別與外部輸入信號(hào)和數(shù)控振蕩電路連接，正交混頻電路輸出1、Q兩路信號(hào)至低通濾波電路，低通濾波電路輸出1、Q兩路信號(hào)至AGC控制模塊。數(shù)控振蕩電路使用CORDIC算法實(shí)現(xiàn)，僅消耗少量的寄存器和加法器資源，不消耗RAM,資源損耗基本上可以忽略不計(jì)。
[0008]所述的AGC控制模塊向射頻接收模塊輸出AGC增益控制信號(hào)，AGC控制模塊還向小數(shù)抽取模塊輸出基帶信號(hào)。因本系統(tǒng)為非高速巡航，所以信號(hào)功率的變化比較緩慢，通過(guò)FPGA判斷再返回控制射頻的電路結(jié)構(gòu)可滿足本系統(tǒng)的接收功率控制要求。
[0009]所述的小數(shù)抽取模塊對(duì)下變頻以及AGC控制得到的基帶信號(hào)進(jìn)行小數(shù)倍抽取，輸出信號(hào)樣值至匹配濾波模塊。
[0010]所述的位同步模塊包括輸入緩沖模塊、reg模塊、定時(shí)誤差估計(jì)模塊、環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩電路、定時(shí)內(nèi)插模塊、輸出緩沖模塊和兩個(gè)移位寄存器，輸入緩沖模塊的輸入與匹配濾波模塊連接，輸入緩沖模塊的輸出與reg模塊連接，reg模塊的輸出與其中一個(gè)移位寄存器連接，此移位寄存器的輸出與定時(shí)內(nèi)插模塊連接，定時(shí)內(nèi)插模塊的一路輸出與另一個(gè)移位寄存器連接，此移位寄存器的輸出與定時(shí)誤差模塊連接，定時(shí)誤差估計(jì)模塊的輸出與環(huán)路濾波器連接，環(huán)路濾波器的輸出與數(shù)控振蕩電路連接，數(shù)控振蕩電路的輸出與定時(shí)內(nèi)插模塊連接，定時(shí)內(nèi)插模塊的另一路輸出通過(guò)輸出緩沖模塊輸出數(shù)據(jù)。位同步使用Gardner算法，對(duì)少量的殘余頻偏不敏感(按照3kHz最大頻偏，4.5Mbaud/s左右波特率算，殘余頻偏大約是碼元速率的0.1%左右)，可以位于頻率同步模塊之前。輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行小數(shù)倍內(nèi)插/抽取后，得到4倍符號(hào)采樣率的信號(hào)；對(duì)4倍樣值信號(hào)進(jìn)行g(shù)ardner位定時(shí)誤差估計(jì)，得到瞬時(shí)誤差值，通過(guò)環(huán)路濾波器濾除高頻噪聲后，驅(qū)動(dòng)NCO產(chǎn)生定時(shí)內(nèi)插使能及內(nèi)插參數(shù)；“Farrow定時(shí)內(nèi)插”模塊使用farrow結(jié)構(gòu)，插值得到準(zhǔn)確的碼元判決點(diǎn)，最終通過(guò)輸出緩沖輸出；所述的Farrow結(jié)構(gòu)是一種高效的多項(xiàng)式內(nèi)插實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
[0011]所述的頻偏同步模塊為精頻偏跟蹤模塊，所述的頻偏同步模塊包括正交混頻電路、NCO電路、相位誤差估計(jì)電路和環(huán)路濾波電路，正交混頻電路、數(shù)控振蕩電路、相位誤差估計(jì)電路和環(huán)路濾波電路組成數(shù)字鎖相環(huán)，外部1、Q兩路輸入與正交混頻電路連接，正交混頻電路的輸出分別與相位誤差估計(jì)電路和頻域均衡電路連接，相位誤差估計(jì)電路的輸出與環(huán)路濾波電路連接，環(huán)路濾波電路的輸出與數(shù)控振蕩電路連接，數(shù)控振蕩電路的輸出與正交混頻電路連接；所述的數(shù)控振蕩電路的實(shí)現(xiàn)使用的是DDS算法，而不是cordic算法，因?yàn)镕PGA中cordic邏輯的時(shí)序延時(shí)量較大，導(dǎo)致環(huán)路延遲大，影響頻偏捕獲能力，而DDS只有I到3個(gè)elk的延時(shí)，可以保證環(huán)路捕獲行為和跟蹤行為的性能。
[0012]頻域均衡采用單載波頻域均衡技術(shù)，將信號(hào)變換到頻域進(jìn)行信道估計(jì)和均衡，均衡完后再變換回時(shí)域；所述的頻域均衡模塊包括三個(gè)FFT模塊即FFT1、FFT2和FFT3、二個(gè)IFFT模塊即IFFTl和IFFT2、獨(dú)特字搜索模塊、信道估計(jì)模塊、本地獨(dú)特字模塊、補(bǔ)O模塊和信道均衡模塊，輸入信號(hào)分別與FFTl和獨(dú)特字搜索模塊連接，本地關(guān)鍵字模塊的輸出與FFT2連接，獨(dú)特字搜索模塊、FFTl和FFT2的輸出與信道估計(jì)模塊連接，信道估計(jì)模塊的輸出與IFFTl連接，IFFTl的輸出與補(bǔ)O模塊連接，補(bǔ)O模塊的輸出與FFT3模塊連接，F(xiàn)FTl和FFT3的輸出與信道均衡模塊連接，信道均衡模塊與IFFT2連接，IFFT2輸出信號(hào)。
[0013]針對(duì)下行鏈路，算上信道糾錯(cuò)、幀結(jié)構(gòu)損耗等，信息速率較高，達(dá)1Mbps左右，多徑延遲在十個(gè)碼元以上，所以應(yīng)該考慮信道均衡。如果使用傳統(tǒng)的單載波時(shí)域均衡，在多徑延時(shí)超過(guò)的碼元數(shù)量較多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致抽自適應(yīng)濾波器的階數(shù)過(guò)大，從而運(yùn)算復(fù)雜并且影響邏輯電路的時(shí)序吞吐能力。本系統(tǒng)采用最新的信道均衡技術(shù)SCFDE(單載波頻域均衡)解決多徑干擾。SCFDE和OFDM (正交頻分復(fù)用)都是在頻域上進(jìn)行信道估計(jì)和均衡，相比于傳統(tǒng)的單載波時(shí)域均衡，具有更高的計(jì)算效率和均衡性能，已經(jīng)成為當(dāng)今通信系統(tǒng)的熱點(diǎn)，并且已經(jīng)作為IEEE802.16和4G通信的均衡技術(shù)方案。而SCFDE相比于0FDM，具有如下優(yōu)勢(shì):(I)SCFDE可克服OFDM技術(shù)PAR(峰值平均功率比)過(guò)高的問(wèn)題，從而發(fā)射端可以使用低成本的RF功放；(2) SCFDE可克服OFDM技術(shù)對(duì)頻偏比較敏感的弱點(diǎn)，在高速飛行器通信中比OFDM更加可靠；(3)SCFDE和OFDM雖然在信號(hào)鏈路運(yùn)算模型類似(都存在IFFT和FFT)，但是OFDM的IFFT放在發(fā)射端，而SCFDE的IFFT和FFT都在接收端，這樣空中載體作為發(fā)射端可以消耗更少的硬件資源，對(duì)于發(fā)射端的小型化及功耗優(yōu)化來(lái)說(shuō)很有好處。(4)SCFDE在不使用信道編碼的情況下，不像OFDM會(huì)受到頻率選擇性衰落的損傷。
[0014]所述的譯碼/判決模塊使用維特比軟判決算法，所述的解交織模塊用于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的緩沖讀寫(xiě)。
[0015]所述的勻速緩沖模塊包括數(shù)據(jù)緩沖模塊、緩沖量監(jiān)測(cè)模塊、環(huán)路濾波模塊和數(shù)控振蕩模塊，數(shù)據(jù)緩沖模塊接收輸入數(shù)據(jù)和輸入時(shí)鐘，數(shù)據(jù)緩沖模塊的一路輸出與緩沖量監(jiān)測(cè)模塊連接，數(shù)據(jù)緩沖模塊的另一路輸出輸出數(shù)據(jù)，緩沖量監(jiān)測(cè)模塊的輸出與環(huán)路濾波模塊連接，環(huán)路濾波模塊的輸出與數(shù)控振蕩模塊連接，數(shù)控振蕩模塊的一路輸出與數(shù)據(jù)緩沖模塊連接，數(shù)控振蕩模塊的另一路輸出輸出時(shí)鐘。
[0016]所述的射頻接收模塊包括雙工器、發(fā)送端處理模塊、接收端處理模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，所述的雙工器用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，所述的發(fā)送端處理模塊的輸出與雙工器連接，接收端處理模塊的輸入與雙工器連接，驅(qū)動(dòng)模塊的輸出分別與發(fā)送端處理模塊和接收端處理模塊連接；
[0017]所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括晶振、本振、功分模塊、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊和驅(qū)動(dòng)器，所述的本振需要SPI碼進(jìn)行控制，所述的驅(qū)動(dòng)器輸出5位并行控制碼，晶振的輸出與本振連接，本振的輸出與功分模塊連接，功分模塊的兩路輸出分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊分別與發(fā)送端處理模塊和接收端處理模塊連接，驅(qū)動(dòng)器與發(fā)送端處理模塊連接；
[0018]所述的發(fā)射端處理模塊包括混頻模塊、濾波模塊、放大模塊、數(shù)控衰減模塊、驅(qū)放模塊和功放模塊，混頻模塊的輸入分別與中頻信號(hào)和驅(qū)動(dòng)模塊中的其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，混頻模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊的輸出與放大模塊連接，放大模塊的輸出與數(shù)控衰減模塊連接，數(shù)控衰減模塊的另一路輸入與驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)器連接，數(shù)控衰減模塊的輸出與驅(qū)放模塊連接，驅(qū)放模塊的輸出與功放模塊連接，功放模塊的輸出與雙工器連接;
[0019]所述的接收端處理模塊包括低噪放大模塊、濾波模塊、放大模塊、混頻模塊、濾波模塊和放大模塊，低噪放大模塊的輸入與雙工器連接，低噪放大模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊的輸出與放大模塊連接，放大模塊的輸出與混頻模塊連接，混頻模塊的另一路輸入與驅(qū)動(dòng)模塊的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，混頻模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊與放大模塊連接，放大模塊輸出信號(hào)。
[0020]它還包括一個(gè)時(shí)鐘，所述的時(shí)鐘的輸出分別與FPGA和ADC連接。
[0021]本實(shí)用新型的有益效果是:(I) ADC輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)下變頻得到基帶信號(hào)，下變頻中的數(shù)控振蕩電路使用CORDIC算法實(shí)現(xiàn)，僅消耗少量的寄存器和加法器資源，不消耗RAM，資源損耗基本上可以忽略不計(jì)；(2)基帶信號(hào)進(jìn)行小數(shù)倍抽取，得到4倍碼元速率的信號(hào)樣值，再進(jìn)行匹配濾波，這樣做的好處是利于成型匹配濾波器系數(shù)的計(jì)算；(3)匹配后的信號(hào)進(jìn)入位同步和頻偏同步模塊，完成基本的同步解調(diào)，由于DDC后殘余頻偏為碼元速率的0.1%左右，頻偏同步模塊的接收算法無(wú)需考慮粗頻偏同步，直接進(jìn)行精頻偏跟蹤即可，精頻偏跟蹤中的數(shù)控振蕩電路的實(shí)現(xiàn)使用的是DDS，而不是cordic算法，因?yàn)镕PGA中cordic邏輯的時(shí)序延時(shí)量較大，導(dǎo)致環(huán)路延遲大，影響頻偏捕獲能力，而DDS只有I到3個(gè)elk的延時(shí)，可以保證環(huán)路捕獲行為和跟蹤行為的性能；(4)隨后，使用頻域均衡技術(shù)進(jìn)行信道解卷，再進(jìn)行碼元判決，保證整體的解調(diào)信噪比，頻域均衡采用單載波頻域均衡技術(shù)，將信號(hào)變換到頻域進(jìn)行信道估計(jì)和均衡，均衡完后再變換回時(shí)域；(5)判決后的比特信息經(jīng)過(guò)信道譯碼，得到糾錯(cuò)后的結(jié)果，為了支持遙測(cè)的精確時(shí)標(biāo)，解調(diào)數(shù)據(jù)將進(jìn)行勻速輸出；(6)由于前面幾點(diǎn)，本實(shí)用新型便可適用于一種可遙測(cè)、遙控、數(shù)傳的無(wú)人機(jī)的地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端，接收終端包括手持終端和車載終端。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)方框圖；
[0023]圖2為FPGA功能模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖3為下變頻模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖4為位同步模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖5為Farrow結(jié)構(gòu)框圖；
[0027]圖6為頻偏同步模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖7為頻域均衡模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖8為幀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖9為勻速緩沖模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖10為射頻接收模塊結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案:如圖1所示，它包括射頻接收模塊、中頻濾波模塊、ADC和FPGA，射頻接收模塊接收來(lái)自外部的通信信號(hào)以及來(lái)自FPGA的控制信號(hào)，射頻接收模塊的輸出與中頻濾波模塊連接，中頻濾波模塊的輸出與ADC連接，ADC的輸出與FPGA連接，F(xiàn)PGA的時(shí)鐘控制輸出與ADC連接，F(xiàn)PGA的增益控制輸出與射頻接收模塊連接，F(xiàn)PGA還通過(guò)內(nèi)部接口輸出解調(diào)數(shù)據(jù)，中頻濾波模塊接收來(lái)自射頻接收模塊的信號(hào)的大小為160MHz，通過(guò)FPGA對(duì)射頻接收模塊的增益控制范圍為30db ；
[0033]如圖2所示，所述的FPGA包括下變頻模塊、AGC控制模塊、小數(shù)抽取模塊、匹配濾波模塊、位同步模塊、頻偏同步模塊、頻域均衡模塊、譯碼/判決模塊、解交織模塊和勻速緩沖模塊，下變頻模塊的輸入與ADC連接，下變頻模塊的輸出與AGC控制模塊連接，AGC控制模塊的增益控制輸出分與射頻接收模塊連接，AGC控制模塊的調(diào)解輸出與小數(shù)抽取模塊連接，小數(shù)抽取模塊的輸出與匹配濾波模塊連接，匹配濾波模塊的輸出與位同步模塊連接，位同步模塊的輸出與頻偏同步模塊連接，頻偏同步模塊的輸出與頻域均衡模塊連接，頻域均衡模塊的輸出與譯碼/判決模塊連接，譯碼/判決模塊的輸出與解交織模塊連接，解交織模塊的輸出與勻速緩沖模塊連接，勻速緩沖模塊的輸出通過(guò)內(nèi)部接口輸出調(diào)解增益。
[0034]ADC輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)下變頻得到基帶信號(hào)；基帶信號(hào)進(jìn)行小數(shù)倍抽取，得到4倍碼元速率的信號(hào)樣值，再進(jìn)行匹配濾波，這樣做的好處是利于成型匹配濾波器系數(shù)的計(jì)算；匹配后的信號(hào)進(jìn)入位同步和頻偏同步模塊，完成基本的同步解調(diào)；隨后，使用頻域均衡技術(shù)進(jìn)行信道解卷，再進(jìn)行碼元判決，保證整體的解調(diào)信噪比；判決后的比特信息經(jīng)過(guò)信道譯碼，得到糾錯(cuò)后的結(jié)果，最終勻速緩沖輸出。
[0035]如圖3所示，所述的下變頻模塊包括正交混頻電路、低通濾波電路和數(shù)控振蕩電路，正交混頻電路的輸入分別與外部輸入信號(hào)和數(shù)控振蕩電路連接，正交混頻電路輸出1、Q兩路信號(hào)至低通濾波電路，低通濾波電路輸出1、Q兩路信號(hào)至AGC控制模塊。數(shù)控振蕩電路使用CORDIC算法實(shí)現(xiàn)，僅消耗少量的寄存器和加法器資源，不消耗RAM,資源損耗基本上可以忽略不計(jì)。
[0036]所述的AGC控制模塊根據(jù)信號(hào)的功率做自適應(yīng)的功率控制，用于保證解調(diào)算法的信噪比，AGC控制模塊向射頻接收模塊輸出AGC增益控制信號(hào)。因本系統(tǒng)為非高速巡航，所以信號(hào)功率的變化比較緩慢，通過(guò)FPGA判斷再返回控制RF的電路結(jié)構(gòu)可滿足本系統(tǒng)的接收功率控制要求。
[0037]所述的小數(shù)抽取模塊對(duì)下變頻以及AGC控制得到的基帶信號(hào)進(jìn)行小數(shù)倍抽取，輸出4倍碼元速率的信號(hào)樣值至匹配濾波模塊，利于成型匹配濾波器系數(shù)的計(jì)算；如圖4所示，所述的位同步模塊采用Gardner算法，輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行小數(shù)倍內(nèi)插/抽取后，得到4倍符號(hào)采樣率的信號(hào)，對(duì)4倍樣值信號(hào)進(jìn)行g(shù)ardner位定時(shí)誤差估計(jì)，得到瞬時(shí)誤差值，通過(guò)環(huán)路濾波器濾除高頻噪聲后，驅(qū)動(dòng)NCO產(chǎn)生定時(shí)內(nèi)插使能及內(nèi)插參數(shù)；“Farr0W定時(shí)內(nèi)插”模塊使用Farrow結(jié)構(gòu)，插值得到準(zhǔn)確的碼元判決點(diǎn)，最終通過(guò)輸出緩沖輸出，所述的Farrow結(jié)構(gòu)是一種高效的多項(xiàng)式內(nèi)插實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖5所示。
[0038]如圖6所示，由于DDC后殘余頻偏為碼元速率的0.1%左右，接收算法無(wú)需考慮粗頻偏同步，直接進(jìn)行精頻偏跟蹤即可，所述的頻偏同步模塊為精頻偏跟蹤模塊，所述的頻偏同步模塊包括正交混頻電路、NCO電路、相位誤差估計(jì)電路和環(huán)路濾波電路，正交混頻電路、數(shù)控振蕩電路、相位誤差估計(jì)電路和環(huán)路濾波電路組成數(shù)字鎖相環(huán)，外部1、Q兩路輸入與正交混頻電路連接，正交混頻電路的輸出分別與相位誤差估計(jì)電路和頻域均衡電路連接，相位誤差估計(jì)電路的輸出與環(huán)路濾波電路連接，環(huán)路濾波電路的輸出與數(shù)控振蕩電路連接，數(shù)控振蕩電路的輸出與正交混頻電路連接；所述的數(shù)控振蕩電路的實(shí)現(xiàn)使用的是DDS算法，而不是cordic算法，因?yàn)镕PGA中cordic邏輯的時(shí)序延時(shí)量較大，導(dǎo)致環(huán)路延遲大，影響頻偏捕獲能力，而DDS只有I到3個(gè)elk的延時(shí)，可以保證環(huán)路捕獲行為和跟蹤行為的性能。
[0039]頻域均衡采用單載波頻域均衡技術(shù)，將信號(hào)變換到頻域進(jìn)行信道估計(jì)和均衡，均衡完后再變換回時(shí)域；針對(duì)下行鏈路，算上信道糾錯(cuò)、幀結(jié)構(gòu)損耗等，信息速率較高，達(dá)1Mbps左右，多徑延遲在十個(gè)碼元以上，所以應(yīng)該考慮信道均衡。如果使用傳統(tǒng)的單載波時(shí)域均衡，在多徑延時(shí)超過(guò)的碼元數(shù)量較多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致抽自適應(yīng)濾波器的階數(shù)過(guò)大，從而運(yùn)算復(fù)雜并且影響邏輯電路的時(shí)序吞吐能力。本系統(tǒng)采用最新的信道均衡技術(shù)SCFDE(單載波頻域均衡)解決多徑干擾。SCFDE和OFDM (正交頻分復(fù)用)都是在頻域上進(jìn)行信道估計(jì)和均衡，相比于傳統(tǒng)的單載波時(shí)域均衡，具有更高的計(jì)算效率和均衡性能，已經(jīng)成為當(dāng)今通信系統(tǒng)的熱點(diǎn)，并且已經(jīng)作為IEEE802.16和4G通信的均衡技術(shù)方案。而SCFDE相比于0FDM，具有如下優(yōu)勢(shì):(I) SCFDE可克服OFDM技術(shù)PAR(峰值平均功率比)過(guò)高的問(wèn)題，從而發(fā)射端可以使用低成本的RF功放；(2) SCFDE可克服OFDM技術(shù)對(duì)頻偏比較敏感的弱點(diǎn)，在高速飛行器通信中比OFDM更加可靠；(3)SCFDE和OFDM雖然在信號(hào)鏈路運(yùn)算模型類似(都存在IFFT和FFT)，但是OFDM的IFFT放在發(fā)射端，而SCFDE的IFFT和FFT都在接收端，這樣空中載體作為發(fā)射端可以消耗更少的硬件資源，對(duì)于發(fā)射端的小型化及功耗優(yōu)化來(lái)說(shuō)很有好處。(4) SCFDE在不使用信道編碼的情況下，不像OFDM會(huì)受到頻率選擇性衰落的損傷。
[0040]如圖7所示，所述的頻域均衡模塊包括三個(gè)FFT模塊即FFTl、FFT2和FFT3、二個(gè)IFFT模塊即IFFTl和IFFT2、獨(dú)特字搜索模塊、信道估計(jì)模塊、本地獨(dú)特字模塊、補(bǔ)O模塊和信道均衡模塊，輸入的信號(hào)分別與FFTl和獨(dú)特字搜索模塊連接，本地關(guān)鍵字模塊的輸出與FFT2連接，獨(dú)特字搜索模塊、FFTl和FFT2的輸出與信道估計(jì)模塊連接，信道估計(jì)模塊的輸出與IFFTl連接，IFFTl的輸出與補(bǔ)O模塊連接，補(bǔ)O模塊的輸出與FFT3模塊連接，F(xiàn)FTl和FFT3的輸出與信道均衡模塊連接，信道均衡模塊與IFFT2連接，IFFT2輸出信號(hào)。如圖8所示，數(shù)據(jù)幀為連續(xù)重復(fù)幀結(jié)構(gòu)，獨(dú)特字UW采用Frank序列，其時(shí)域具有適當(dāng)?shù)腜AR和幅度分布，同時(shí)在頻域上具有頻帶平坦特性，利于作為信道估計(jì)的參考。UW的長(zhǎng)度設(shè)置為128bit，大約對(duì)應(yīng)14.2us的時(shí)間，實(shí)際可克服的多徑時(shí)延不低于5us。數(shù)據(jù)載荷長(zhǎng)度為1024bit。則組幀損耗大約為1/8。數(shù)據(jù)幀為已知，信道估計(jì)是根據(jù)UW進(jìn)行運(yùn)算；而均衡則針對(duì)UW和數(shù)據(jù)載荷均進(jìn)行運(yùn)算。本系統(tǒng)采用最直接的迫零均衡，不需使用反饋調(diào)整。在信道估計(jì)階段，使用的是64點(diǎn)FFT，估計(jì)出64點(diǎn)信道頻域系數(shù)。而均衡運(yùn)算時(shí)使用的時(shí)512點(diǎn)的FFT和IFFT，這樣就需要將64點(diǎn)信道系數(shù)內(nèi)插成512點(diǎn)參數(shù)。具體的方法是，將64點(diǎn)的系數(shù)進(jìn)行IFFT后，末尾補(bǔ)O成512點(diǎn)的長(zhǎng)度，再進(jìn)行FFT轉(zhuǎn)換到頻域，得到512點(diǎn)的頻域參數(shù)，送到信道均衡模塊。均衡時(shí)，F(xiàn)FT和IFFT均使用Steam 1時(shí)序，保證足夠的吞吐能力。實(shí)際上使用Burst 1也可以應(yīng)付，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)碼元速率只有大約15Mbaud/s，可以使用10MHz甚至更高的時(shí)鐘速率獲得時(shí)序復(fù)用。
[0041]所述的譯碼/判決模塊使用維特比軟判決算法，調(diào)用Xilinx官方IPCORE即可。
[0042]所述的解交織模塊用于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的緩沖讀寫(xiě)。
[0043]由于ADC采樣時(shí)鐘和實(shí)際的信號(hào)碼元速率并非整數(shù)倍關(guān)系，加上解調(diào)過(guò)程中可能使用了高倍時(shí)鐘來(lái)提升運(yùn)算速度，所以前面的模塊實(shí)際上是斷續(xù)使能的時(shí)序。為了支持遙測(cè)的精確時(shí)標(biāo)，這里將解調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行勻速輸出。如圖9所示，所述的勻速緩沖模塊包括數(shù)據(jù)緩沖模塊、緩沖量監(jiān)測(cè)模塊、環(huán)路濾波模塊和數(shù)控振蕩模塊，數(shù)據(jù)緩沖模塊接收輸入數(shù)據(jù)和輸入時(shí)鐘，數(shù)據(jù)緩沖模塊的一路輸出與緩沖量監(jiān)測(cè)模塊連接，數(shù)據(jù)緩沖模塊的另一路輸出輸出數(shù)據(jù)，緩沖量監(jiān)測(cè)模塊的輸出與環(huán)路濾波模塊連接，環(huán)路濾波模塊的輸出與數(shù)控振蕩模塊連接，數(shù)控振蕩模塊的一路輸出與數(shù)據(jù)緩沖模塊連接，數(shù)控振蕩模塊的另一路輸出輸出時(shí)鐘。
[0044]如圖10所示，所述的射頻接收模塊包括雙工器、發(fā)送端處理模塊、接收端處理模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，所述的雙工器用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，所述的發(fā)送端處理模塊的輸出與雙工器連接，接收端處理模塊的輸入與雙工器連接，驅(qū)動(dòng)模塊的輸出分別與發(fā)送端處理模塊和接收端處理模塊連接；
[0045]所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括晶振、本振、功分模塊、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊和驅(qū)動(dòng)器，所述的本振需要SPI碼進(jìn)行控制，所述的驅(qū)動(dòng)器輸出5位并行控制碼，晶振的輸出與本振連接，本振的輸出與功分模塊連接，功分模塊的兩路輸出分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊分別與發(fā)送端處理模塊和接收端處理模塊連接，驅(qū)動(dòng)器與發(fā)送端處理模塊連接；
[0046]所述的發(fā)射端處理模塊包括混頻模塊、濾波模塊、放大模塊、數(shù)控衰減模塊、驅(qū)放模塊和功放模塊，混頻模塊的輸入分別與中頻信號(hào)和驅(qū)動(dòng)模塊中的其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，混頻模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊的輸出與放大模塊連接，放大模塊的輸出與數(shù)控衰減模塊連接，數(shù)控衰減模塊的另一路輸入與驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)器連接，數(shù)控衰減模塊的輸出與驅(qū)放模塊連接，驅(qū)放模塊的輸出與功放模塊連接，功放模塊的輸出與雙工器連接;
[0047]所述的接收端處理模塊包括低噪放大模塊、濾波模塊、放大模塊、混頻模塊、濾波模塊和放大模塊，低噪放大模塊的輸入與雙工器連接，低噪放大模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊的輸出與放大模塊連接，放大模塊的輸出與混頻模塊連接，混頻模塊的另一路輸入與驅(qū)動(dòng)模塊的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，混頻模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊與放大模塊連接，放大模塊輸出信號(hào)。
[0048]在接收通道，1520±40MHz (下行遙測(cè)/圖像信號(hào))信號(hào)經(jīng)低噪放大后濾波再放大，混頻到160±4MHz中頻。將中頻放大后輸出，輸出功率為_(kāi)5dBm?OdBm。
【權(quán)利要求】
1.一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端，其特征在于:它包括射頻接收模塊、中頻濾波模塊、ADC和FPGA，射頻接收模塊接收來(lái)自外部的通信信號(hào)以及來(lái)自FPGA的控制信號(hào)，射頻接收模塊的輸出與中頻濾波模塊連接，中頻濾波模塊的輸出與ADC連接，ADC的輸出與FPGA連接，F(xiàn)PGA的時(shí)鐘控制輸出與ADC連接，F(xiàn)PGA的增益控制輸出與射頻接收模塊連接，F(xiàn)PGA還通過(guò)內(nèi)部接口輸出解調(diào)數(shù)據(jù)； 所述的FPGA包括下變頻模塊、AGC控制模塊、小數(shù)抽取模塊、匹配濾波模塊、位同步模塊、頻偏同步模塊、頻域均衡模塊、譯碼/判決模塊、解交織模塊和勻速緩沖模塊，下變頻模塊的輸入與ADC連接，下變頻模塊的輸出與AGC控制模塊連接，AGC控制模塊的增益控制輸出分與射頻接收模塊連接，AGC控制模塊的調(diào)解輸出與小數(shù)抽取模塊連接，小數(shù)抽取模塊的輸出與匹配濾波模塊連接，匹配濾波模塊的輸出與位同步模塊連接，位同步模塊的輸出與頻偏同步模塊連接，頻偏同步模塊的輸出與頻域均衡模塊連接，頻域均衡模塊的輸出與譯碼/判決模塊連接，譯碼/判決模塊的輸出與解交織模塊連接，解交織模塊的輸出與勻速緩沖模塊連接，勻速緩沖模塊的輸出通過(guò)內(nèi)部接口輸出解調(diào)增益。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端，其特征在于:所述的下變頻模塊包括正交混頻電路、低通濾波電路和數(shù)控振蕩電路，正交混頻電路的輸入分別與ADC輸入信號(hào)和數(shù)控振蕩電路連接，正交混頻電路輸出1、Q兩路信號(hào)至低通濾波電路，低通濾波電路輸出1、Q兩路信號(hào)至AGC控制模塊，所述的數(shù)控振蕩電路使用CORDIC算法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端，其特征在于:所述的位同步模塊包括輸入緩沖模塊、reg模塊、定時(shí)誤差估計(jì)模塊、環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩電路、定時(shí)內(nèi)插模塊、輸出緩沖模塊和兩個(gè)移位寄存器，輸入緩沖模塊的輸入與匹配濾波模塊連接，輸入緩沖模塊的輸出與reg模塊連接，reg模塊的輸出與其中一個(gè)移位寄存器連接，此移位寄存器的輸出與定時(shí)內(nèi)插模塊連接，定時(shí)內(nèi)插模塊的一路輸出與另一個(gè)移位寄存器連接，此移位寄存器的輸出與定時(shí)誤差模塊連接，定時(shí)誤差估計(jì)模塊的輸出與環(huán)路濾波器連接，環(huán)路濾波器的輸出與數(shù)控振蕩電路連接，數(shù)控振蕩電路的輸出與定時(shí)內(nèi)插模塊連接，定時(shí)內(nèi)插模塊的另一路輸出通過(guò)輸出緩沖模塊輸出數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端，其特征在于:所述的頻偏同步模塊包括正交混頻電路、數(shù)控振蕩電路、相位誤差估計(jì)電路和環(huán)路濾波電路，正交混頻電路、數(shù)控振蕩電路、相位誤差估計(jì)電路和環(huán)路濾波電路組成數(shù)字鎖相環(huán)，外部1、Q兩路輸入與正交混頻電路連接，正交混頻電路的輸出分別與相位誤差估計(jì)電路和頻域均衡電路連接，相位誤差估計(jì)電路的輸出與環(huán)路濾波電路連接，環(huán)路濾波電路的輸出與數(shù)控振蕩電路連接，數(shù)控振蕩電路的輸出與正交混頻電路連接，所述的數(shù)控振蕩電路實(shí)用DDS算法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端，其特征在于:所述的頻域均衡模塊包括三個(gè)FFT模塊即FFT1、FFT2和FFT3、二個(gè)IFFT模塊即IFFTl和IFFT2、獨(dú)特字搜索模塊、信道估計(jì)模塊、本地獨(dú)特字模塊、補(bǔ)O模塊和信道均衡模塊，輸入信號(hào)分別與FFTl和獨(dú)特字搜索模塊連接，本地關(guān)鍵字模塊的輸出與FFT2連接，獨(dú)特字搜索模塊、FFTl和FFT2的輸出與信道估計(jì)模塊連接，信道估計(jì)模塊的輸出與IFFTl連接，IFFTl的輸出與補(bǔ)O模塊連接，補(bǔ)O模塊的輸出與FFT3模塊連接，F(xiàn)FTl和FFT3的輸出與信道均衡模塊連接，信道均衡模塊與IFFT2連接，IFFT2輸出信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端，其特征在于:所述的勻速緩沖模塊包括數(shù)據(jù)緩沖模塊、緩沖量監(jiān)測(cè)模塊、環(huán)路濾波模塊和數(shù)控振蕩模塊，數(shù)據(jù)緩沖模塊接收輸入數(shù)據(jù)和輸入時(shí)鐘，數(shù)據(jù)緩沖模塊的一路輸出與緩沖量監(jiān)測(cè)模塊連接，數(shù)據(jù)緩沖模塊的另一路輸出輸出數(shù)據(jù)，緩沖量監(jiān)測(cè)模塊的輸出與環(huán)路濾波模塊連接，環(huán)路濾波模塊的輸出與數(shù)控振蕩模塊連接，數(shù)控振蕩模塊的一路輸出與數(shù)據(jù)緩沖模塊連接，數(shù)控振蕩模塊的另一路輸出時(shí)鐘信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端，其特征在于:所述的射頻接收模塊包括雙工器、發(fā)送端處理模塊、接收端處理模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，所述雙工器的用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，所述的發(fā)送端處理模塊的輸出與雙工器連接，接收端處理模塊的輸入與雙工器連接，驅(qū)動(dòng)模塊的輸出分別與發(fā)送端處理模塊和接收端處理模塊連接; 所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括晶振、本振、功分模塊、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊和驅(qū)動(dòng)器，本振的兩路輸入分別與晶振和SPI碼連接，本振的輸出與功分模塊連接，功分模塊的兩路輸出分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊的輸出分別與發(fā)送端處理模塊和接收端處理模塊連接，驅(qū)動(dòng)器的輸出與發(fā)送端處理模塊連接，所述的驅(qū)動(dòng)器輸出5位并行控制碼； 所述的發(fā)射端處理模塊包括混頻模塊、濾波模塊、放大模塊、數(shù)控衰減模塊、驅(qū)放模塊和功放模塊，混頻模塊的一路輸入為中頻信號(hào)，混頻模塊的另一路輸入與驅(qū)動(dòng)模塊中的其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，混頻模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊的輸出與放大模塊連接，放大模塊的輸出和驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)器的輸出均與數(shù)控衰減模塊連接，數(shù)控衰減模塊的輸出與驅(qū)放模塊連接，驅(qū)放模塊的輸出與功放模塊連接，功放模塊的輸出與雙工器連接; 所述的接收端處理模塊包括低噪放大模塊、濾波模塊、放大模塊、混頻模塊、濾波模塊和放大模塊，低噪放大模塊的輸入與雙工器連接，低噪放大模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊的輸出與放大模塊連接，放大模塊的輸出和驅(qū)動(dòng)模塊的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊的輸出均與混頻模塊連接，混頻模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊與放大模塊連接，放大模塊輸出信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無(wú)人機(jī)地空寬帶通信系統(tǒng)的接收終端，其特征在于:它還包括一個(gè)時(shí)鐘，所述的時(shí)鐘的輸出分別與FPGA和ADC連接。
【文檔編號(hào)】H04L25/03GK204180063SQ201420718515
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】龍寧, 李亞斌, 張瀾, 張星星 申請(qǐng)人:成都中遠(yuǎn)信電子科技有限公司