卫星调制器（精选7篇）
卫星调制器 篇1
1 引言
随着广播电视的发展, 利用卫星传输成为了广播电视传输的重要手段。卫星地球站是卫星通信的一个重要组成部分, 卫星地球站调制器的作用是将节目源前端信源编码器输出的信号进行调制、加扰等数字处理, 最终形成中频或射频的载波信号, 通过上变频放大后发往卫星, 供用户接收。调制器是上行系统中的一个重要环节, 它的工作好坏将直接影响到传输业务的正常运行。
2 AZ110调制器工作原理
在实际信道传输中, 为了使基带信号适合于信道传输, 必须用基带信号对载波的某些参量进行控制, 使载波的某些参量随基带信号的变化而变化, 即所谓调制。用基带数字信号来控制高频载波, 把基带数字信号变换为频带数字信号的过程为数字调制。在卫星数字电视广播中, 调制器是一个关键设备, 本文以NEWTEC公司的AZ110调制器为例作相关介绍, 它主要由接口板、调制模块、控制模块和电源模块四部分组成, 编码器输出的数据经过接口单元送入调制模块进行编码、调制和加扰。其工作原理如图1所示。
2.1 接口单元
由图1可以看出, 不同类型的信号进入接口模块进行相关数据处理, 包括数据缓存、码型识别、空数据包插入和删除、PCR数据包重计算、速率自适应、调制模块速率跟随等功能, 主要完成对输入信号的预处理。
2.2 调制模块
调制模块是调制器的核心部分, 其工作原理如图2所示, 主要实现从输入数据码流到信道传输信号的转换。输入数据码流在调制模块里经过扰码器 (随机化) 、前向纠错编码 (FEC) , 然后进行比特流到符号流的星座映射, 进行交织后形成基本数据块, 基本数据块与系统信息复用后, 经过帧体数据处理形成帧体, 帧体与相应的帧头 (PN序列) 复接为信号帧, 经过基带处理后转换为基带输出信号, 经正交上变频后转换为射频信号。现将调制器调制模块各部分做一介绍。
2.2.1 随机化
为改变原信号的统计特性, 使其具有伪随机性质, 需要将输入的数据码流进行扰码。扰码器实际上就是一个伪随机序列发生器。
2.2.2 前向纠错编码
扰码后的比特流接着进行前向纠错编码, 前向纠错编码是由外码 (BCH码) 和内码 (LDPC) 级联实现。BCH码字按顺序输入LDPC编码器, 最前面的比特是信息序列矢量的第一个元素, LDPC编码器输出的码字信息位在后, 校验位在前。
2.2.3 星座映射
前向纠错编码产生的比特流要转换为均匀的n APSK (n为星座点数) 符号流 (最先进入的FEC编码比特作为符号码字的LSB) , 包含32APSK、16APSK、8APSK, QPSK几种符号映射关系。各种符号映射加入相应的功率归一化因子, 使各种符号映射的平均功率趋同。以16APSK为例, 每4比特对应于1个星座符号, FEC编码输出的比特数据被拆分成4比特为一组的符号 (b3b2b1b0) , 其星座映射关系图3所示。
2.2.4 符号交织
时域符号交织编码是在多个信号帧的基本数据块之间进行的, 数据信号 (即星座映射输出的符号) 的基本数据块间交织采用基于星座符号的卷积交织编码, 如图4所示, 其中变量B表示交织宽度 (支路数目) , 变量M表示交织深度 (延迟缓存器尺寸) 。进行符号交织的基本数据块的第一个符号与支路0同步。交织/去交织对的总时延为M× (B-1) ×B符号, 取决于应用情况, 基本数据块间交织的编码器有2种工作模式:模式1为B=52, M=240符号, 交织/解交织总延迟为170个信号帧;模式2为B=52, M=720符号, 交织/解交织总延迟为510个信号帧。
2.3 控制单元
控制单元的主要作用是实现调制器前面板输入操作控制, 以及实现计算机对调制器的控制, 同时实现调制器各种操作的处理, 对调制器异常时发出告警信息的控制。
2.4 电源单元
电源单元主要是提供调制器所需的电源供给。
3 AZ110调制器技术特点
3.1 在DVB-S2模式下可完全兼容DVB-S的标准
DVB-S2的所有改进是通过与DVB-S不兼容的技术方式实现的, 但考虑到业内有大量的DVB-S接收机尚在使用, 它也可通过选配置的模式提供后向兼容, 采用后向兼容模式, 原DVB-S接收机可以接收部分DVB-S2的信号。
后向兼容模式的实质, 是在一个卫星信道上传输两个TS流, 分别为HP (High Priority) TS流和LP (Low Priority) TS流, 二者各自采用不同的纠错编码方式, 然后通过特殊的映射方式在星座图中定位bit, 在接收端可通过现有解调设备将二者分离。HP流可兼容DVB-S接收机, 即使用DVB-S接收机可以解出DVB-S2中的HP TS流信号, 而LP流只能用DVB-S2接收机接收。
后向兼容模式如图5所示, 其实现兼容的核心是采用了非均匀分布的8PSK星座映射结构, 如图6所示。图中8PSK的星座点并非在圆周上等距分布, 而是分别在QPSK的四个星座点周围偏移θ角散开, 合理选择θ值是兼容是否可行的关键, θ值越小, QPSK解调器输出越大, DVB-S接收机接收效果越好, 但此时DVB-S2接收机的抗噪声性能下降, 影响正常接收, 因而θ取值需要权衡两种不同情况后折中考虑。
3.2 多业务支持
广电数字化带来了节目与数据业务在传输流程上的统一, 新的数字卫星广播标准不再局限于广电领域, 而是面向更广阔的业务领域。准确地说, DVB-S2是服务于宽带卫星应用的新一代DVB系统, 服务范围包括广播业务 (BS) 、数字新闻采集 (DSNG) 、数据分配/中继, 以及Internet接入等交互式业务。与DVB-S相比, 在相同的传输条件下, DVB-S2传输容量提高约30%以上, 同样的频谱效率下可得到更强的接收效果。
在广播业务 (BS) 方面, DVB-S2提供DTH (直播卫星) 服务, 也考虑到了地面共用天线系统和有线电视系统的需求。从以往的兼容角度考虑, 有两种模式可选用, 即NBC-BS (不支持后向兼容) 和BC-BS (支持后向兼容) 。由于目前有大量DVB-S接收机投入使用, 后向兼容模式将满足今后一定时期的兼容使用需求, 在这种模式下, 旧的DVB-S接收机可以继续接收原来的节目, 新的接收机则可以接收到比前者更多的信息。当将来DVB-S接收机逐步淘汰后, 采用兼容模式的信号发端将改成非兼容模式, 从而真正意义上充分利用DVB-S2的信道传输优势。
4 AZ110日常维护
4.1 AZ110维护内容
设备投入运行后, 要定期对调制器进行维护, 保证设备工作正常, 才能保护通信业务的正常, 主要有以下几方面:
(1) 每日对设备的工作状态、运行参数和告警信息进行查询和记录, 有条件的可以对调制器进行网管控制, 实现远程监控, 这样不但可以实时监控设备运行状态, 还可以第一时间发现故障, 为故障处理赢得时间。
(2) 每周对调制器线缆接头进行检查, 确认连接牢固;对电源线进行检查, 查看是否有松动和发热现象;对调制器散热风扇进行检查, 保证散热良好;对调制器进行浮尘清洁。
(3) 每月对调制器的倒换功能进行验证, 对输出电平进行校正。
(4) 每半年对调制器进行内部除尘;紧固内部线缆接头, 保证连接牢固;对调制器工作性能和工作指标进行测试, 对各项参数进行修正。
做到上述几点后, 维护中还要注意以下几点:保持机房环境温度适中 (25℃±5℃) , 保持机房清洁;每天定时巡机, 特别要注意温度和各项技术指标, 密切注意细小的变化, 及时查明原因。
4.2 AZ110日常维护注意事项
鉴于在国内的具体使用环境, 我们列出以下使用注意事项:
(1) 电源
随箱发运的设备供电电源线是原产地配置的, 符合欧标电源线, 所以在中国使用时, 可换用符合中国标准的供电电源线, 要求是有中、火和地线的三线制供电电源线, 或者不更换供电电源线, 而是选用欧标的接线板。
(2) 接地
卫星通信设备对接地有一定的要求, 要求接地电阻在2欧姆以下, 或者零地电压在2伏以下。另外, 在使用过程中, 请将设备的外壳地 (后面板右上角的接地螺钉) 和机柜地相接, 这是设备的保护地。
(3) 隔直
ABS-S调制器的电路板有隔直保护, 隔直电压在18伏以下。如果将调制器和机顶盒做测试使用, 建议最好使用一个外置的隔直器。
卫星通信中的调制技术研究 篇2
一、卫星信道特性和调制体制
卫星通信信道包括无线电波到基带信号在内的整个线路。由于电波传播的路径长, 电波在传播过程中受到各种传输损耗, 以及噪声和干扰的影响, 将会受到极大的衰减。对于高速卫星通信系统, 宽带信道对高阶调制信号的影响非常严重。
(一) 卫星信道特性分析
卫星通信信道的基本特征可以从三个方面分析。首先, 带宽取决于使用的频率资源和信道的传播特性;其次, 由于卫星通信工作的电磁环境的原因, 干扰和噪声影响大;第三, 星上能源珍贵, 功率放大器的重量、体积以及散热性要求较高, 致使功率受限。系统的信道特性决定了调制方式的选择。卫星通信信道是较典型的带限和非线性信道, 其调制方式主要有功率有效调制和频谱有效调制两大类。信道的通频带具有带限的特性是发送端和接收端的中频滤波器形成的。信道的带限的目的是所发射的信号对邻近通道不能造成干扰, 因此, 带限一定要滤除信号频谱中的一部分带外能量。
(二) 卫星信道和调制体制
1. 调制体制。
对数字信号进行载波调制, 能够使数字信号在有限带宽的高频信道中得到传输。数字调制与模拟调制都是属正弦波调制。然而, 数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制, 而模拟调制则是调制信号为连续型的正弦波调制。数字通信三大调制方式 (ASK、FSK、PSK) 中, PSK系统性能最好, PSK调制是受键控的载波相位按基带脉冲而改变的一种数字调制方式, 在中、高速数据传输中应用广泛。QPSK是四相绝对移相键控, QPSK调制技术是恒包络, 且具有带宽较窄、频带利用率较高, 抗干扰能力强等特点, 是卫星通信的最佳调制技术。由于卫星转发器功率较大受到一定的限制, 就会造成频带受限, 且通信容量的需求不断增加, 必须运用更高阶的调制技术才能使其正常运行。正交幅度调制解调抗噪声能力较强, 广泛应用于中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输以及卫星通信等领域。
2. 卫星信道对调制体制的要求分析。
首先, 在时域上被调波的波形应具有恒包络特性。原因是卫星通信信道的非线性AM/PM效应, 导致己经调波的包络波动会引起频谱扩展和相位失真。其次, 在领域上, 被调波应具有良好的频谱特性。调制信号的旁瓣越小, 邻道间的干扰就会越小。因此, 被调波的频谱必须具有快速的高频滚降特性。由此看出, 卫星通信系统应对射频频带最少的占用, 并能高效利用有限频带资源且抗衰落和抗干扰性能强的调制技术。同时, 卫星通信系统应对卫星的工作点进行认真选择, 并且还应考虑同步电路的设计, 调制解调设备实现的难易程度等问题。
二、影响卫星信道对调制系统的因素分析
功率放大器的非线性是影响中低速卫星通信系统的主要因素。影响高速卫星通信系统的高阶调制技术不仅有功率放大器的非线性影响, 而且还有群时延、相位噪声、工//Q正交不平衡等因素。高斯噪声影响传输误码, 卫星信道的群时延特性, 会使误比特性能更加恶化。群时延、相位噪声以及调制器的不平衡导致增益不平衡和相位不平衡都是影响中继卫星通信系统的重要原因。
(一) 群时延失真的影响分析。
高速卫星通信系统中, 各个部分系统都有不同程度非线性相位响应。系统的相位响应几乎没有完全线性的。系统中的阻抗不匹配, 经常会造成卫星通信系统中的带通滤波器、发射机以及其他通信设备中周期性的群时延失真。
(二) 相位噪声的影响分析。
由于相位键控调制技术在卫星通信系统中运用的增多, 导致线路质量受到系统中产生的相位噪声影响非常大。发射机载波和接收机本振的相噪如果不能够得到有效地降低, 误码率就会更加恶化, 甚至会导致接收机锁相环不能锁定。
(三) I/Q正交不平衡分析。
MPSK、MQAM、MAPSK等调制技术都存在正交干扰, 如果正交干扰过大, 将会严重影响其误码率性能。实际的调制过程就是不平衡调制, 调制过程中产生的增益不平衡和相位不平衡会对信号传输带来影响, 在解调接收时将会增加误码。
三、高效数字调制技术研究与设计分析
提高传输效率是解决有限卫星传输信道的频带资源的重要措施。数字调制技术相对于模拟通信有很大的优势, 已经被广泛运用。其中, 多进制数字调制虽然是高效的调制技术, 但是抗加性噪声能力较低, 误码率较大。四相制和八相制调制方法多运用于卫星通信。高阶调制技术随着调制技术的发展, 抗噪声性能的提高, 接收机性能越来越稳定。
(一) 卫星通信的高效调制体制选择。
已调波包络、频谱特性以及频带利用率和功率利用率都是对调制解调技术进行评判的标准。在所需信噪比相等的条件下, 可以获得较高的频带利用率的调制方式, 就是高效的调制体制。卫星通信电波主要是在自由空间传播, 穿过大气层的部分占整个路径的比例很小, 信道参数比较稳定, 信道的主要干扰来自加性高斯白噪声, 可认为是恒参信道。选用在加性高斯白噪声信道中抗干扰能力是最强的调制方式, 同时, 用提高频谱利用率解决卫星通信的频带受限问题。
(二) 高阶调制技术研究与设计分析。
信号空间的欧式距离、误码率的解析表达式都是对调制方式性能进行分析的方法。在卫星非线性信道中, 16QAM并不比16PSK以及未编码8PSK系统好, 且经过非线性补偿后的QAM优化星座结构往往不适合卫星信道传输, 很难满足卫星传输中包络恒定的要求。
四、结语
卫星通信的调制技术能够提高带宽利用率与功率利用率。在卫星移动信道中, 其固有的多径效应使传输的数字信号产生时延扩展, 造成接收信号的前后码元交叠, 产生码间串扰, 导致错误判断, 严重影响传输质量。多载波调制技术多应用于高速卫星通信中。卫星通信的特点是通信距离远, 覆盖面积广, 不受地理条件限制, 且可以大容量传输, 建设周期短, 可靠性高等。随着通信行业的不断发展, 卫星高速数传系统成为了卫星通信发展的趋势。
摘要：对卫星通信系统中调制方式的频带利用率和功率利用率进行研究, 能够使卫星通信手段发挥其更大的作用。中低速卫星通信系统的常用恒包络调制, 通过基础理论分析和功率谱密度比较, GMSK调制方式最佳。中高速卫星通信系统的高效调制方式, 通过星座图优化设计、信噪比与误码率、非线性失真影响分析综合比较, 16APSK调制方式性能最佳。采用极化调制技术的解决方案, 可以满足功率放大器高功效和高线性度的要求, 对中高速卫星通信系统具有很大的工程借鉴意义。
关键词：卫星通信,调制技术
参考文献
[1]郝东方.卫星通信干扰技术的研究[D].西安电子科技大学, 2012.
[2]韩培丽.卫星转发式干扰技术研究及性能分析[D].西安电子科技大学, 2012.
卫星调制器 篇3
1 CDM-600卫星调制解调器遥控功能详解
1.1 CDM-600的遥控接口
CDM-600的遥控连接器是一个9脚的‘D’型阳头(DB-9-M),使用EIA-232或EIA-485方式。可以通过设备面板对遥控接口进行设置,一台计算机遥控单个调制解调器可以采用EIA-232方式,如遥控多个本地调制解调器需要工作在EIA-485方式,并为每个调制解调器设置不同的地址。
不管是EIA-232或EIA-485模式,所有的数据都通过异步串行字符发送,异步字符格式包括7O2,7E2和8N1,波特率从1200到38400波特,所有数据都以成帧的包发送。
1.2 CDM-600遥控数据包结构
控制器假定是一台PC或ASCII非智能终端,负责处理监测和控制。控制器是唯一允许任意开始传送数据的设备。目标设备只允许在收到控制器的命令时发送数据。在数据包里的所有字节都是可打印的ASCII字符。
控制器到目标设备数据包结构,如表1所示。
目标设备到控制器数据包结构,如表2所示。
指令码是三个字符组成的字母序列,对CDM-600卫星调制解调器的所有遥控操作都是通过这些指令码和相应的可选参数完成的,例如,从控制器到目标设备的信息TFQ=070.0000代表‘设置发射频率到70MHz’。具体的指令码可以参考用户手册。
1.3 CDM-600 EDMAC功能
EDMAC是嵌入式远端监控(Embedded Distant-end Monitor And Control)的首字母缩写。这个功能允许用户监控卫星链路远端的调制解调器,该功能是通过在用户数据上添加额外的信息来实现的,但这种工作方式对用户是完全透明的。
发送到远端站的数据是通过本地设备的遥控口传送的,它与本地信息具有相同的结构和内容,数据包结构中的目的地址被用于本地设备和远端设备的识别。在监控数据能成功的发送和接收前,成对的调制解调器必须被分为EDMAC主机和EDMAC从机。主机是位于监控计算机端的本地设备,从机是远端设备。现在,被指定为EDMAC主机的设备不但对它自己唯一的总线地址指令做出响应,而且根据配置接收EDMAC从机地址的信息。当一个完整的信息包被EDMAC主机接收后,它将通过可用的报头字节开始在卫星通道上传送监控数据包。在远端,当一个完整的包被接收后,配置了正确地址的EDMAC从机,就能收到这些字节。设备完成相应的操作,接着通过卫星链路将相关的响应发送回EDMAC主机。EDMAC主机组成完整的包,发送响应消息回到监控计算机。
例如:<0135/TFT=1[回车]
例如:>0654/RSW=32[回车][换行]
2 CDM-600卫星调制解调器遥控软件设计
遥控软件分为服务端和客户端两部分,主控计算机中的遥控软件服务端通过RS485总线与受控卫星调制解调器连接,实现计算机对受控设备的直接控制,遥控软件客户端可以安装在主控计算机中也可以安装在远程计算机中通过网络与主控计算机实现通信,从而完成对受控设备的遥控。
遥控软件客户端在设备列表中显示机房中所有的卫星调制解调器,并可以显示名称和备注方便查找设备。对卫星调制解调器的操作以列表的方式显示出来,操作列表可以按功能进行分组显示。点击某项操作进入相应的界面,操作完成点击提交按钮后遥控软件自动把界面中的操作转换成一组命令和参数,并按设定好的通信协议发送给遥控软件服务端。遥控软件服务端通过TCP/IP网络等待用户的控制请求,当收到一组命令后将命令分解逐条发送到RS485总线上,受控设备根据数据包中的目的地址,对属于自己的命令做出应答,对EDMAC从机地址的信息,通过可用的报头字节开始在卫星通道上传送监控数据包,在远端,配置了正确地址的EDMAC从机,就能收到这些字节并完成相应的操作,接着通过卫星链路上的返回报头通路,将相关的响应发送回EDMAC主机,EDMAC主机组成完整的包,发送响应消息回到遥控软件服务端。遥控软件服务端逐条接收设备的应答,然后将这组应答发送给遥控软件客户端,应答经过解析后以图形方式显示在用户操作界面中。
遥控软件服务端实现过程中主要解决的难题有两个方面:一是服务端与卫星调制解调器工作模式匹配。卫星调制解调器工作在串行模式,只能顺序处理接收的命令,而服务端软件网口方向工作在并行模式,可能同时收到多个客户端的控制命令,为解决这个问题服务端软件引入了一个先进先出的命令队列,并用多线程同步机制保证命令队列并发访问时的可靠性,就可以将并行收到的命令顺序发给调制解调器,对服务端与卫星调制解调器工作模式进行了匹配。二是通信时延及突发干扰的防范。卫星通信、网络通信和RS-485通信中存在不确定的时延也可能受到突发干扰的影响。在设计客户端与服务端的通信协议时充分考虑了这些问题。一是对发送的命令进行编号,服务端应答时返回相同编号,这样客户端能处理因通信时延不同引起的命令应答错位问题。二是对命令分组,在一个控制操作中可以包含一组相关的卫星调制解调器命令,如果某条卫星调制解调器命令执行时出现错误,客户端将重新进行这个控制操作,从而保证了控制操作的完整性。
3 结束语
不同卫星站之间进行通联调试时需要电话沟通,设置卫星调制解调器工作参数时要到机架的设备上进行调整,设备的工作状态和参数显示也不直观。在CDM-600遥控功能基础上,通过开发软件实现对本地和远端设备的监测控制和通联调试,为工作带来极大的方便。该软件也适用于Comtech EF Data公司其它具有相应遥控功能的CDM系列卫星调制解调器。
摘要：CDM-600开放网络卫星调制解调器在电信行业有着广泛的应用,本文详细解析了CDM-600卫星调制解调器的遥控功能,探讨了一种基于客户端服务器模式遥控软件的实现方法。
关键词：卫星,调制解调器,遥控
参考文献
[1]CDM-600开放网络卫星调制解调器安装和操作手册[M].Comtech EF Data,2005.
卫星调制器 篇4
卫星访问控制器使用MPC8260的FCC和SCC实现HDLC协议和透传协议。HDLC是帧中继等协议的基础, 要实现帧中继首先要实现HDLC。MPC8260芯片可通过内部部件直接实现HDLC。透传是实现电视编解码等信号传输的技术基础。同时也是总体的一项技术要求。同样地, MPC8260芯片可通过内部部件直接实现透传。但是由于其控制比较复杂, 实现透传需要进行比较多的控制操作, 故将此确定为一个关键技术, 如图1所示。
具体实现方法:
(1) 硬件接口
透传接口通过MPC8260的FCC来完成, 在TDMA项目中使用三个FCC中的FCCl。通用FCC参数放在双端口RAM中。
(2) 内存使用情况
在透传的接收部分, FCC的每个接收通道都有一个独立的BD (Buffer Descriptors) 表, 每个接收BD都对应一块内存, 每个内存块的大小是固定的 (1700BYTE) 。在HDLC的发送部分, FCC的每个发送通道也都有一个独立的BD表, 每个发送BD也对应一块内存, 当要发送的数据不需要拆分, 每个内存块的大小是固定的 (1700BYTE) 。
(3) 初始化模块
初始化模块负责将MPC8260的FCC初始化为透传控制器, 并完成寄存器基本设置, 如FCC模式寄存器的设置, 收发BD表的设置, 事件和屏蔽寄存器的设置, 中断表等等。
FCC透传通道初始化过程:
(a) 初始化片选2 (CS2) , 提供同调制解调器的访问、控制地址。
(b) 初始化中断, 在此将中断挂接, 创建一个二进制信号量, 初始化并启动一个中断处理任务。
(c) 初始化FCC的收发BD表, 印表位置定位于OXF0002000。将BD表的BUFFER指针指向SDRAM中开辟的BUFFER地址。
(d) 初始化通用目的I/0管脚, 因为通用目的I/O端口为一组多用途管脚, 它们与通信能力有关, 它们可以用于通用目的I/0或支持如:FCC、SCC、SMC等通信设备。它有4个端口A、B、C、和D, 每一个管脚可以作为通用目的I/O管脚, 所有管脚支持至少一个功能, 在这里应根据自己的实际需要配置I/0管脚。
(e) 初始化中断控制器, 设置相应的寄存器使之能响应CPM的中断。
初始化FCC, 在这里要初始化FCC的通用参数寄存器和特殊参数寄存器, 使之能完成透传的功能。
(4) 发送的实现
当GFMR寄存器中的ENT位设置, 透传控制器进入发送允许状态, 在这个状态控制器发送空闲位或标志, 这决定于GFMR寄存器中RTSM域的内容。透传控制器在发送缓存描述符中选取第一个缓存描述字, 当发送缓存描述字准备好时, 透传控制器进入发送方式, 在之间插入用户定义的最少标志后开始发送。注意, 一个可以包含多个缓存, 这样, 控制器可以进入一个循环, 发送Last位为0的缓存。然后关闭这个缓存, 处理下一个缓存描述字, 如果一个缓存描述字包含一个准备好位为1控制器发送这个缓存, 后面下去。最终, 控制器遇到一个缓存描述字Last位等于1的一个缓存, 控制器进入关闭发送状态。
如果CRC允许, 控制器附加一个CRC域, 修改缓存描述字, 清除准备好位, 设置事件寄存器中的发送缓存发送位, 然后, 控制器附上标志, 重新进入发送允许状态。
(5) 接收的实现
接收模块完成数据的接收, 当它被接收事件触发后 (或轮询) , 它检查RxBDs中适当的BD (一般情况下是从当前BD检查到BD空为止) 如果该BD非空 (E位为O) 则表明该缓冲区已经有数据, 此时将该缓冲区地址发给上层, 同时将该BD置为空并将此内存地址写入BD的address区, 以备下次使用。然后处理下一个BD, 直到BD为空。
当在GFMR寄存器中的ENR位允许时, 透传控制器进入接收允许状态。如果相配, HADDRX和HMASK地址与进来地址相配, 而且有一个空的缓存, 控制器进入接收状态, 接收进来的数据存入缓存中。
当控制器受到第2个标志, 它进入尾状态, 检测CRC, 将长度写入计数域。设置最后“Last”位, 清除“E”位, 如果接收达到极限并且中断位设置时, 控制器可能会出现长度超过最大定义的值, 这时, 控制器进入太长状态, 它不接收任何多的数据, 但继续纪录位元组的数量, 当结尾标志出现, 控制器进入尾状态, 完成所需步骤然后设置状态和控制域中的LG位。
卫星调制器 篇5
1 卫星天线跟踪控制器的控制原理
卫星天线跟踪控制器系统的操作原理较为简单。卫星天线的调整主要分为搜索和自动跟踪两个过程。通过搜索来调节天线俯仰的角度和方位,使其更好地接收卫星传来的信息,如果天线已经对准了卫星,可以在接收来自卫星的信息时,控制系统进行寻优和自动跟踪。其中,自动跟踪和搜索过程最大的不同是:自动跟踪以接收卫星传来的信息为调节的主要依据,搜索操作完成时所接受的卫星信号,但是天线并没有准确地对准卫星,由控制器所控制的天线在限定的范围内进行反复扫描,找到接收信息的最佳位置,测出信号的强弱并进行存储,之后再对这一信号与后续信号进行比较。如果发现所接收的信号与存储的极限值存在差别,超过了预先设定的范围,就要控制天线重新进行寻优,使天线的指向达到最佳状态,找到新信号的最大值,并且用新的极值替换旧的极值,确保天线指向处于最佳的状态。
2 卫星天线跟踪控制器硬件的电路设计
卫星天线跟踪控制器以AT89C51为主控制器,拓展出一片82551/O为接口的芯片,形成键盘和显示的电路。通过角度传感器收集天线的俯仰方位的角度的信息,角度传感器由恒流源3R3、多圈电位器以及传动机构成,在天线转动时,让传动机构引起角度传感器中多圈电位器的旋转,改变其阻值,因为W7、W8与3CR3形成了串联的关系,所以在它们之间抽出的电压和天线转动的角度形成了线性联系。当3CR3输出的电流是10mA时,多圈电位器W7、W8的阻值是500Ω,方位角的转动范围控制在±90°时,与其相对应的电压范围是0～5000mV,每发生0.1度的变化,电压的变化为2.78mV。经过AD625仪表放大器调整,将电压变化稳定在0～2000mV范围内,加强对MC14433A/D转换器的输入要求的适应,经过MPU转换后的AD625数字信号已经可以显示与其相对应角度的信号,跟踪控制器的参考信号通过LM741调节和整理,与俯仰角度和方位角度同时被送到4052模拟处分时间和阶段对其进行信号的调解和整理。在A/D转换后,MPU通过扩展对74LS377以及与之相适应的隔离控制器件的应用结合所需要的卫星角度及信号大小来进行全方位的扫描,以便精确地对准和跟踪卫星。
3 卫星天线跟踪控制器软件的设计
卫星的跟踪主要有程序跟踪和自动跟踪两种不同的方案,程序跟踪是利用预测的卫星轨道信息和天线波束的指向信息带动跟踪系统的工作;自动跟踪系统是地球基站通过接收到的卫星信号来促使跟踪系统精确地对准卫星。因为影响卫星位置的因素很多,无法对卫星轨道进行长期的预测,所以目前地球的大部分基站都会应用自动跟踪技术。从跟踪的原理来看主要有三个原理:步进跟踪、圆锥扫描跟踪和单脉冲跟踪。目前我们采用的是设备比较简单、能方便地与计算机进行结合的步进跟踪方法。
制定天线控制信号的控制流程图,进入开始状态,出现初始化初始数据,制定工作周标志数P等于0,使P等于P+1,位置反馈书存于B,搜索步选择子程序,让B+S结果等于B,建立位置闭环子程序,建立取场强信号子程序,把平均值存入M1,让B-2S等于B,创建位置闭环的子程序,设立取场强信号子程序,把平均值存入M2,判断M1-M2的结果是否等于A:若是,在判断A是否大于等于0,在此分为两个阶段若是则进入1阶段;若不是,则进入2阶段。1阶段通过判断A是否小于0时也可以分为两个阶段,若是则进入3阶段反之则进入4阶段:进入3阶段时B+S等于B,让B+Z等于B,形成位置闭环的子程序,然后返回到P等于P+1与位置反馈数存于B的阶段之间;进入4阶段后,使B+S等于B,建立位置闭环的子程序,判断P是否等于2,若是则结束程序,若不是,则返回到P等于P+1阶段。
2阶段通过判断M1-M2=A,继而判断A是否小于0,再细致划分为5阶段(A小于0)和6阶段(A大于0),在进入5阶段时,让B+S等于B,建立位置闭环的子程序,继而判断P是否等于2,若是则结束程序,若不是,则返回到P=P+1阶段;在进入6阶段时,让B+S=B,继而确认让B+S=B,建立位置闭环子程序,返回到P=P+1阶段。
软件设计还使用了数字滤波的方法, 通过过滤清除了因角度传感器受到外界的干扰而收集到的没有可靠性的信号;通过实际转动下搜索的步距和所调整的步距,确保反馈角度的数据准确性,而且可以按照反馈的角度数据和电机实际运行的时间两项因素来进行决定,从而有效地提高卫星天线自动跟踪控制系统的可靠性。
4 结语
远程操控数字卫星天线控制器的使用,充分体现了以计算机为核心的自动测试技术在发展上的方向,在设计上基本满足了预先设定设计的要求。但是,信息技术也在日益发展,用户的需求量还会不断提高。所以,这一系统还存在很多不是很完善之处,比如,系统安全上可靠性有待于进一步提高,尤其是要把计算机客户端作为服务器与互联网连接后,确保后台数据库的安全也变得非常重要,目前还需要以手动的方式完成接收天线极化角的调节。因此,要采取相关的措施着重加强对所存在的这些问题进行有效地处理。
摘要：随着社会的不断发展和进步,高科技以不同的方式逐渐渗入到人们生活的方方面面。卫星通信是通信领域最杰出的代表,逐步深入到政治、经济、军事、科研等不同的生活领域,是现代远程教育工程中最重要的技术方法。随着科技的发展,对卫星通信质量要求也在不断提高,这就需要通过引起卫星天线指向偏离卫星原因的分析,本文提出用AT89C51单片机来实现卫星天线跟踪控制器为控制原理的硬件电路结构和软件设计方法,通过简要概述这一跟踪控制软件使用的步进算法和误差补偿技术,以便更为精确地对卫星天线进行控制。
关键词：卫星天线,跟踪控制,单片机
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卫星调制器 篇6
时钟抖动的简单介绍
1.时钟抖动的定义
时钟抖动主要是指在实际的工作过程中系统的时钟沿变化的过程中,出现的时而超前时而滞后的、不会随着时间积累的偏移,把时钟沿的这种变化就称为时钟抖动,也可以将其简称为抖动,在对时钟抖动进行定量的描述时,通常需要引入抖动幅度与抖动频率的概念,在实际的工作过程中,出现的时钟抖动大多表现为一定范围内的,由不同幅度及不同频率的分量所组成的相位噪声。
2.导致时钟抖动的原因
相位噪声的存在是导致时钟抖动出现的最主要的原因,也是出现时钟抖动的最根本的原因,而在系统的电路设计过程中,其设计的不合理是导致系统的时钟抖动加剧的最主要的因素,输入白噪声干扰谱、数字信号所包含的连续谱、位定时信号的离散谱等各种相位的噪声频谱都会对时钟信号产生影响,其中的白噪声对时钟频率的影响,最容易导致时钟抖动的产生,在时钟提取的过程中,对其抖动具有较大影响的是随机码型噪声。
如果其电路设计工作缺乏一定的合理性,很容易加剧系统中的时钟抖动,这是所说的缺乏合理性主要是指存在电路相关设计参数设置不合理、电路设计方案的总体质量不高、印制板的设计不合理等情况,如在进行时钟的提取电路设计时,若将其滤波提取过程设置为简单的滤波提取,就很难提升其电路设计质量,但是如果在其提取电路中加入锁相环,就会明显的提升其电路设计质量,系统中的时钟抖动也会明显的减弱。
3.时钟抖动会对系统产生的影响
如果在数据终端出现较严重的时钟抖动,很容易导致误码的发生,并且容易导致时钟滑动现象出现;如果在数据中继传输的过程中出现时钟抖动,时钟的再生容易受到较严重的影响;另一方面,时钟抖动现象很容易对数据传输系统及相关设备的使用性能产生较严重的影响,在实际的应用工作中,系统中出现的时钟抖动问题是不能忽视的,应该及时的找到造成抖动的原因,并采取有效的措施减弱时钟抖动现象。
4.消除时钟抖动的基本原则
在实际的应用中,如果系统中出现较严重的时钟抖动,采取有效的措施消除时钟抖动是非常必要的,但是不可能将其完全的消除,只能对其进行消弱,实际的应用中,有很多专门消弱时钟抖动的工具,如,锁相环等。要在实际的应用中,对时钟抖动进行有效的预防,最主要的措施就是抑制各种噪声的产生及传播,其中最常用的方法就是应用各种滤波电路。在一些数据传输系统中,为了保证数据传输的稳定性,对于相关的数据接口处的时钟抖动都具有明确的行业标准,在传输系统的设计过程中,还需要保证其时钟抖动能够满足相关的行业标准。
卫星数字调制解调器中的时钟抖动
1.时钟抖动对卫星数字调制解调器的影响卫星数字调制解调器中存在严重的时钟抖动会对系统的正常运行产生较严重的影响,主要表现为:(1)如果在系统的调制端出现时钟抖动,会对其中频调制性能、发端各级锁相环性能、数据的采集性能等产生影响;(2)如果系统的解调端出现较严重的时钟抖动,其收端的数据采集、各级锁相环的性能、解调性能等会受到较严重的影响,甚至会导致相关设备在工作的过程中出现功能异常;(3)如果对卫星数字通信系统的引入时钟抖动不进行妥善的处理,很容易导致系统失步的出现,严重的还有可能会导致数据终端系统中出现崩溃。
2.卫星数字调制解调器中产生时钟抖动的原因
收端时钟的恢复及各级锁相环是导致卫星数字调整解调器中的时钟抖动加剧的最主要的原因。当收端的时钟恢复时,容易导致时钟恢复电路的参数设置不合理、载波信噪比低、马型噪声重等现象,这就会导致时钟抖动的加剧,各级锁相环很容易导致环境噪声、环路噪声通带太宽等现象,这都容易导致时钟抖动的加剧。
3.卫星数字调制解调器中的时钟抖动的预防
要想做好卫星数字调制解调器的时钟抖动的预防工作,首先就要做好整机电源的管理工作,对电源的滤波予以适当的强化,并要对电源中的模块分割进行合理的规划,采取有效的措施降低电源滤波器工作过程中对其中的直流电源的分压作用。另外就是要充分的考虑电源地的划分,为了避免出现干扰,在原则上,不能在印制板上进行模拟地与数字地的连接。
其次,要对锁相环的环路参数急性合理的设计,包括VCO、鉴相器、VCO单独供电、环路带宽设计等,在系统整体的设计过程中,锁相环应该尽量的避免级联,相位噪声引入的环节可以减少,在实际的应用过程中,可以根据实际所需选择适当的锁相环数量,在卫星数字调制解调器中,锁相环的数量是比较多,如何在保证系统正常工作的基础上,减少锁相环的使用数量还需要进行进一步的研究。
对时钟恢复电路进行合理的设计也是一个有效的预防时钟抖动的措施,在实际的应用中,锁相环是一种非常有效的抵抗码型噪声的工具,对锁相环的常规参数及编码方式进行有效的分析,这会对时钟提取带来积极的影响。
4.排除时钟抖动问题的方法
一旦出现严重的时钟抖动,首先应该对造成抖动出现的根本原因进行分析,只有找到根本原因,才能从根本上对其予以消除,在问题的分析过程中,应该从端口处逐渐的向内进行测试与排除,其排除顺序如图1所示。
如果系统中出现的时钟抖动是由单独的因素造成,应用上述的排除方法,大多可以将故障排除,如果故障是由多种因素导致,则需要先找出最主要的故障因素,然后进行逐级的处理。
时钟抖动的基本测量方法
能够对时钟抖动进行测量的方法有很多种,其中比较简单的两种有频谱分析仪测试法与示波器跟踪法,应用频谱仪对时钟抖动进行测量,能够直观的观察到相位噪声,并且能够从频谱仪上得到时钟信号与主要的相位噪声之间的信噪比的值,从而能够方便的计算出主要的相位噪声所引起的时钟抖动的量;引用示波器中的余辉功能,能够对时钟抖动现象进行方便的观测,并且根据其时钟周期、轨迹范围的时间量能够得出时钟的抖动量。
结束语
卫星数字调制解调器在工作的过程中,如果出现较严重的时钟抖动会对系统的正常工作产生严重的影响,对时钟抖动的形成原因及消除进行简单分析,对于消除卫星数字调制解调器中的时钟抖动具有积极的作用。
卫星调制器 篇7
参考文献[1]提出了Interplex,并给出多路复用调制系数和调制效率通式,对两路信号互复用进行了分析。参考文献[4]介绍了Galileo三路信号Interplex和GPS系统三路信号CASM复用如何实现恒包络星座图并比较了功率谱密度。参考文献[5]研究了CASM技术和多数表决法,分别给出GPS系统3、4和5路信号复用情况下,调制效率与功率比之间的关系,以及N路复用调制效率通式。参考文献[6]介绍了GPS Block IIR-M的L1/L2和Galileo系统的E1/E6,导航信号的复用方案。参考文献[7]给出了功率效率最大化的功率配置方式和调制效率的下限。参考文献[8]分析了C/A和P(Y)码互复用的性能。
诸多文献主要分析功率比与调制效率的关系,均未研究功率比与峰均比的关系,也未研究4路信号Interplex互复用,然而峰均比性能限制了功率比的选择范围。本文主要以低轨卫星扩频通信系统为例,深入研究Interplex互复用技术,仿真分析了3、4路信号复用情况下的调制星座图、调制效率和峰均比,并给出功率比合适的选择范围。
1 恒包络调制技术———Interplex
互复用调制是一种特殊的相移键控/相位调制(PSK/PM),其基本原理是生成互调项(IM-Inter-Modulation)信号与各信号组合成具有恒包络特性的混合信号。互调项的个数根据输入信号个数不同而不同,是输入信号的所有或部分与一个特定功率比例因子的乘积,这个比例因子是与各路信号功率有关的函数。
互复用调制可以表示如下[1]:
式(1)、式(2)中:s1,…,sn(t)为调制信号,低轨卫星扩频通信系统中假设sn(t)=dn(t)·cn(t),dn(t)为数据信息,cn(t)为扩频码,且sn(t)=±1;θn为调制系数(调制角度),它的大小决定了各路信号的功率分配;P为信号总功率;fc为载波频率;N为复用信号数,φ为任意初相。
当sn(t)=±1时,把式(2)代入式(1)可化简得式(3):
式(3)中:Pc为未经信号调制的载波功率,其值由调制系数θ1,θ2,…,θN决定;Pk为k路的数据功率(k>1);PIM1PIM2为互调分量IM1(t),IM2(t)的功率。
2 Interplex调制的实现
以下所有公式推导都假设调制系数θ1=-π/2(即可以获得易于实现的正交调制器结构),并将导频信号调制在Q路,即导频作为s1(t),其他数据信号调制在I路。
2.1 三路信号Interplex公式推导
导频信号与两路数据信号复用,由式(1)、式(2)推导3路信号互复用可表示为式(4)[4]。
互调分量为IM(t)=s1(t)s2(t)s3(t)sinθ2sinθ3。实际功率如下式所示:
2.2 4路信号Interplex公式推导
导频信号与3路数据信号复用,由式(1)、式(2)推导得到4路信号互复用可表示为:
互调分量为:
实际功率如下式所示:
2.3 Interplex调制实现框图
由式(4)得三路信号互复用调制实现图,如图1所示。
由式(6)可得到4路信号互复用调制实现框图。
对3、4路信号直接复用星座图和互复用调制星座图进行比较。
直接复用的复用信号公式相对于互复用信号公式(4)和(6),分别不含IM(t)项、IM1(t)和IM2(t)项,直接复用的复用信号zd(t)如下:
对于3路信号互复用,假设|θ2|=|θ3|=0.615 5,则P2=0.5·P1,P2=P3。对于4路信号互复用,假设|θ2|=|θ3|=|θ4|=0.615 5。则P2=0.5·P1,P2=P3=P4。
直接复用星座图和互复用调制星座图如图2所示。
图2左上图和左下图分别是3路信号直接复用和互复用调制星座图,图2右上图和右下图分别是4路信号直接复用和互复用调制星座图,由以上两组图对比可见互复用调制星座图具有恒定包络特性。
3 Interplex调制仿真分析
3.1 调制效率分析
调制效率(η)[1]作为衡量恒包络算法优劣的重要指标,表征了有用信号功率在信号总功率中所占的比重,定义为:
定义功率比:αk=Pk/P1(k>1),α1=1,即αk为Pk(k>1)与P1的功率比。则调制系数和调制效率可表示为:
为了使有用信号调制效率最大,由式(12)得:令载波功率Pc为0,则Pc取决于各调制系数。由式(10)得:Pc取0,则调制系数θ1=±π/2。式(12)可化简为下式:
由于将导频信号调制在Q路,即导频作为s1(t),其他数据信号调制在I路,各路数据信号对功率要求相同,因此令各路数据信号功率相等,则Pk=α·P1(k>1),α为某一路数据信号和导频功率比。
由图3可知,当功率比α相同时,N越大,调制效率越低;当N相同时,功率比α越大,调制效率越低;当N=2时,η=1。
由以上分析有如下结论:
(1)对于各路信号功率确定时,当αk=Pk/P1≤1,即s1(t)取各路信号中功率最大的信号时,可使有用信号的调制效率最高。如图3,功率比α越小(即s1(t)功率越大),调制效率越高。当导频作为s1(t)时,由于下行同一信道信号同步,捕获跟踪导频即可,导频功率最大,便于终端捕获跟踪导频。
(2)当αk→0时,由式(13)可知η→1,故当s1(t)的功率远远大于其他各路信号的功率时,使用互复用调制进行恒包络处理可得到接近1的调制效率。
利用以上结论进一步详细分析调制系数(或信号功率比)与调制效率的关系。
在θ1=-π/2,|θ2|=|θ3|=…=|θn|(n>1),Ppilot代表P1(s1(t)功率强度)的条件下:
假设各数据信号功率相等,即P2=P3=P4=…,令PS代表某一数据信号功率强度,代替P2、P3、P4等,令功率比α=PS/Ppilot。
3、4路互复用调制,将导频信号调制在Q路作为s1(t),其余数据信号调制在I路。部分调制效率如表1所示。
由表1可知,对于3路和4路互复用调制,当α<0.5时,调制效率η大于80%,α在0.1～0.2之间时,调制效率η大于90%,当α<0.1时,调制效率η增加已不明显,趋近于100%。所以保证大于80%的调制效率则选取α在0.1～0.5之间。
3.2 峰均比分析
峰均比[9],或称为峰均功率比PARR(Peak-to-Average Power Ratio)作为衡量恒包络算法优劣的另一个重要指标,表征信号峰值功率和平均功率之比,定义为:
通常使用CCDF(互补累积分布函数)曲线表现峰均比性能。CCDF定义为:
式(15)中z为峰均比的门限值。
CCDF曲线坐标的意义:当y坐标取1%时,PAPR超过x坐标上门限值的概率为1%,
在3.1节给定的调制系数的条件下选取不同功率比α,对扩频通信中成形滤波后的每个码片分别计算峰均比,进行性能分析。
导频信号和其他信号数据速率取2.4 kb/s,采用扩展m序列(m序列最长连0后补一个0)扩频,码长512,码速率取1.228 8 Mb/s,进行8倍过采样,采用滚降因子为0.3的升余弦成型滤波器。
仿真数据符号取24 000个,即利用1.228 8×107个码片,分别对每个码片求峰均比,描绘峰均比性能曲线。3路和4路信号互复用峰均比性能如图4所示。
图4(a)曲线当CCDF<0.1%、图4(b)曲线当CCDF<0.05%时没有超过峰均比门限值的点。所以统计CCDF=1%时的数据,3路和4路信号互复用调制峰均比仿真结果统计如表2所示。
3,4路信号采用直接复用调制,当CCDF=1%时,功率比α=1.0对应的PAPR分别为5.26 dB、6.55 d B,功率比α=0.5对应的PAPR分别为4.73 dB、5.83 dB。可见进行恒包络处理的互复用调制相对于直接复用调制峰均比性能有明显的改善。
3路信号互复用调制,当CCDF=1%时,功率比α与PAPR关系如图5所示。
由图5仿真结果可知:3路信号互复用调制,当CCDF=1%时,α<0.5或1<α<2的情况下,随着功率比α的减小,PAPR增大,峰均比性能变差;α>2或0.5<α<1的情况下,随着功率比α的增大,PAPR增大,峰均比性能变差。α=2或0.5时,峰均比性能最优。在0.125<α<8的范围内,PAPR最大差值为0.23 dB。
4 路信号互复用调制,当CCDF=1%时,功率比α与PAPR关系如图6所示。4路信号互复用调制,当CCDF=1%时,0.55<α<1或0.23<α<0.23的情况下,随着功率比α的增加,PAPR增大,峰均比性能变差。0.33<α<0.55或α<0.23的情况下,随着功率比α的减小,PAPR增大,峰均比性能变差。在0.125<α<8的范围内,α取值为0.33、1和3时,峰均比性能较差;α取值为0.23、0.55、1.89和4时,峰均比性能较优;PAPR最大差值为0.32 dB。
恒包络调制技术-Interplex利用互调项使得互用信号具有恒包络特性。由以上分析得到以下结论:
(1)3路和4路互复用调制,随着功率比α的减小,调制效率增大,保证80%以上调制效率选取功率α比小于0.5。
(2)3路互复用调制,α=2或0.5时,峰均比性能最优。4路互复用调制,在α<0.5范围内,α=0.33峰均比性能较差,α=0.23峰均比性能最优。
综合考虑调制效率和峰均比性能,3路互复用调制,功率比α的最佳选取范围为0.2～0.5。4路互复用调制,功率比α的最佳选取范围0.22～0.24。得到的结果可以作为恒包络调制信号在经过非线性功放后误码率性能分析的输入条件之一。
随着未来系统复用信号数的增加,调制效率与峰均比性能之间的矛盾愈发明显,恒包络调制技术研究愈发重要。
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