基于软件无线电的卫星通信模拟源的实现

信源数据根据数据协议编码成帧和串／并转换后送给基带调制模块，这里初步选用了三种典型协议(ISOHDLC，ANSI ADCCP和JBll98．1A-2004)，用户根据需要可以自行扩充。ISO HDLC为国际化标准组织(ISO)制定的面向比特规程的高级数据链路控制协议(HDLC)。ANSI ADCCP协议帧的基本结构与ISOHDLC基本相同，主要的区别在于前者的帧校验序列字段(FCS)的生成多项式为。  GJ-B1198.1A-2004标准规定了航天器遥测遥控的基本数据结构，其遥控数据帧包括启动序列、地址同步字、方式字、注入数据帧、开关指令帧、循环冗余检错码和结束序列。

I／Q数据在直扩模块中选择需要扩谱与否，扩谱所用PN码为移位寄存器级联生成的m序列，信息数据与PN码直接异或就能实现扩谱。

对于数字相位调制方式(如BPSK，QPSK和OQPSK等)，数据经过成形和内插滤波后再正交调制到中频上，其实现方式遵循软件无线电调制基本理论，如图3所示。

为了将信号频谱限制在一个合理的范围内，需要对信号进行成形滤波。平方根升余弦滚降滤波器是无线通信中最常用的一种成形滤波器，它可以消除理想低通滤波器设计的困难。其过渡带平滑，通过引入滚降系数来改变传输信号的成形波形，可以减小抽样定时脉冲误差所带来的影响。基带信号经过成形滤波以后，在进行数字上变频之前，为了提高信号的采样速率，需要对输入信号进行内插，同时需要滤波器以滤除高频镜像。成形滤波器和内插滤波器可以合并为一个FIR滤波器，其系数可由Matlab中的rcosine()函数生成。滤波器系数可存储在FP-GA的ROM中，使用时以查找表方式读出，由于数据为单比特串行输入，成形内插滤波操作仅为滤波器系数之间的加减运算，无乘法运算。这样既提高了系统的处理速度，又节省了乘法器资源。

从理论上来说，各种通信信号都可以用正交调制方法加以实现。根据图1，可以写出时域表达式为：

式中：fc为载波频率。调制信号的信息包含在I(t)和Q(t)内，各种调制方式下的I／Q数据由基带数据调制模块生成。由于各种调制信号的都是在数字域实现的，故在数字域实现时要对上式进行数字化：

式中：fs为采样频率。当采样频率为载波角频率的4倍时，式(2)中cos和sin项变为0或±1，可省去混频乘法器和数控振荡器(NCO)，使调制模块大为简化。

NCO在软件系统中作用非常重要，它既可产生混频用的本振(LO)信号，又可用来输出FM和FSK调制信号。一种常用的实现NCO的方法是采用坐标旋转数字计算方法(CORDIC)算法。CORDIC的基本思想是采用逐次逼近的算法实现三角函数的计算，其优点是只进行加减运算和移位操作，结合并行处理和加流水线，可以实现每一个时钟周期输出一个经过n位迭代的结果。该NCO模块的基本功能是由相位控制字来产生正弦和余弦分量输出。数据源控制NCO的相位控制字就可产生FM调制数据。数据源控制NCO相位控制字在两个常数频率中选择切换，便可产生2FSK调制数据。

3 模拟源的指标测试

安捷伦公司的矢量信号分析仪89641A可分析各种模拟和数字调制信号，作为接收机可显示调制信号的各种信息(如时域波形、频谱以及星座图等)，作为测试仪表可定量分析被测信号的调制精度(如EVM、相位误差和载波频率误差等)。采用89641A对本卫星通信模拟源中频输出信号进行测试，不同调制方式下的矢量幅度误差(EVM)如表1所示。可以看出，各种调制方式下的EVM指标均良好。目前该信号源已成功应用到某卫星通信系统中，工作正常。

4 结语

基于软件无线电构架的卫星通信模拟源以软件无线电基本理论为依据，以FPGA为基本实现平台，具有很强的适用性与兼容性，无需改动硬件就可按用户要求进行软件升级，可靠性高。它既可应用于国防军事上(如军用卫星通信和电子战系统)，又可应用于和平时期国民生产的各个方面(如GSM，卫星电视，3G通信等)，具有很大的经济效益和推广价值，对雷达通信一体化技术、卫星对抗技术都具有巨大的推动和发展作用，有着良好的社会效益。