一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端及其方法

2023-09-22 17:49:00

一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端及其方法，系統包括射頻接收模塊、中頻濾波模塊、ADC和FPGA，射頻接收模塊接收來自外部的通信信號以及來自FPGA的控制信號，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，FPGA的增益控制輸出與射頻接收模塊連接，FPGA還通過內部接口輸出解調數據。本發明對可遙測、遙控、數傳的無人機的系統及其方法中的地空窄帶信號通信子系統及其方法進行完善，適用於空中的無人機接收終端及其方法，具有資源損耗低、數據處理精確等優點。
【專利說明】一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端及其方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端及其方法。

【背景技術】
[0002]無人機具有費效比低、零傷亡和部署靈活等優點，可以幫助甚至是代替人類在很多場景中發揮作用，如災後的人員搜救、基礎設施監察等。無論在民用還是軍用領域，無人機均有著廣闊的應用和發展前景。
[0003]可遙測、遙控、數傳的無人機的系統包括空-地雙向通信和地-地雙向通信兩部分，按照傳輸數據類型進行劃分，可分為寬帶信號通信和窄帶信號通信兩種類型，其中寬帶信號為無人機偵察圖像數據傳輸業務和無人機遙測業務，窄帶信號為手持終端與無人機間遙控通信業務，手持終端與車載終端間通信業務。而窄帶通信中很重要的一個環節就是它的接收終端及其方法，接收終端包括無人機終端。


【發明內容】

[0004]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種資源損耗低、數據處理精確的用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端及其方法。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端，它包括射頻接收模塊、中頻濾波模塊、ADC和FPGA，射頻接收模塊接收來自外部的通信信號以及來自FPGA的控制信號，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，FPGA的時鐘控制輸出與ADC連接，FPGA的增益控制輸出與射頻接收模塊連接，FPGA還通過內部接口輸出解調數據；
所述的FPGA包括下變頻模塊、小數抽取模塊、粗頻偏校正模塊、窄帶濾波模塊、位同步模塊、精頻偏同步模塊、解碼/判決模塊、解交織模塊和勻速緩衝模塊，下變頻模塊的輸入與ADC連接，下變頻模塊的輸出與小數抽取模塊連接，小數抽取模塊的輸出與粗頻偏校正模塊連接，粗頻偏校正模塊的輸出與窄帶濾波模塊連接，窄帶濾波模塊的輸出與位同步模塊連接，位同步模塊的輸出與精頻偏同步模塊連接，精頻偏同步模塊的輸出與解碼/判決模塊連接，解碼/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衝模塊連接，勻速緩衝模塊的輸出通過內部接口輸出解調增益。
[0006]所述的下變頻模塊包括正交混頻電路、低通濾波電路和數控振蕩電路,正交混頻電路的輸入分別與ADC輸入信號和數控振蕩電路連接，正交混頻電路輸出1、Q兩路信號至低通濾波電路，低通濾波電路輸出1、Q兩路信號至小數抽取模塊。所述的數控振蕩電路使用CORDIC算法，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。
[0007]所述的小數抽取模塊對下變頻模塊得到的基帶信號進行小數倍抽取，輸出信號樣值至粗頻偏校正模塊。
[0008]由於解擴後信號帶寬只有180kHz左右，而最高都卜勒頻偏達3kHz，在某些幹擾情況下，頻偏可能會超出常規的鎖相環捕獲帶之外，所以這裡將載波同步部分拆分成「粗頻偏校正」和「精頻偏同步」兩個環節。
[0009]所述的粗頻偏校正模塊包括正交混頻電路、消除調製信息電路、FFT電路、譜線峰值搜索電路、計算頻偏電路和數控振蕩電路，正交混頻電路接收來自小數抽取模塊輸出的信號，正交混頻電路的輸出分別與窄帶濾波模塊和消除調製信息電路連接，消除調製信息電路的輸出與FFT電路連接，FFT電路的輸出與譜線峰值搜索電路連接，譜線峰值搜索電路的輸出與計算頻偏電路連接，計算頻偏電路的輸出與數控振蕩電路連接，數控振蕩電路的輸出與正交混頻電路連接。
[0010]輸入信號是4倍符號採樣率，進入4次方運算模塊，消除QPSK的調製信息，獲得單音頻點信息。經過FFT和譜線峰值搜索，即可獲取粗頻偏信息。其中FFT的點數使用2048點，可以獲得足夠低的殘餘頻偏，保證精頻偏同步模塊的正常捕獲。校正一次後，後續幾次FFT得到的粗頻偏信息接近，峰值足夠，則認為已經穩定，無需再校正；否則認為系統失步，重新進行粗頻偏校正。
[0011]由於頻偏較大，DDC,實施的是稍微寬帶的濾波，保證信號譜不受損壞；在粗頻偏校正完成後，再進行一次窄帶濾波，進一步濾除殘餘的帶外噪聲。所述的窄帶濾波模塊用於進一步濾除殘餘的帶外噪聲。
[0012]由於窄帶信號的信號帶寬較小，不使用SCFDE等均衡技術。
[0013]同步使用Gardner算法，對少量的殘餘頻偏不敏感(按照3kHz最大頻偏，
4.5Mbaud/s左右波特率算,殘餘頻偏大約是碼元速率的0.1%左右)，可以位於頻率同步模塊之前。輸入數據進行小數倍內插/抽取後，得到4倍符號採樣率的信號；對4倍樣值信號進行gardner位定時誤差估計，得到瞬時誤差值，通過環路濾波器濾除高頻噪聲後，驅動NCO產生定時內插使能及內插參數；「Farrow定時內插」模塊使用farrow結構,插值得到準確的碼元判決點，最終通過輸出緩衝輸出；所述的Farrow結構是一種高效的多項式內插實現結構。
[0014]所述的位同步模塊包括輸入緩衝模塊、reg模塊、定時誤差估計模塊、環路濾波器、數控振蕩電路、定時內插模塊、輸出緩衝模塊和兩個移位寄存器，輸入緩衝模塊的輸入與窄帶濾波模塊連接，輸入緩衝模塊的輸出與reg模塊連接，reg模塊的輸出與其中一個移位寄存器連接，此移位寄存器的輸出與定時內插模塊連接，定時內插模塊的一路輸出與另一個移位寄存器連接，此移位寄存器的輸出與定時誤差模塊連接，定時誤差估計模塊的輸出與環路濾波器連接，環路濾波器的輸出與數控振蕩電路連接，數控振蕩電路的輸出與定時內插模塊連接，定時內插模塊的另一路輸出通過輸出緩衝模塊輸出數據；
所述的精頻偏同步模塊包括正交混頻電路、數控振蕩電路、相位誤差估計電路和環路濾波電路，正交混頻電路、數控振蕩電路、相位誤差估計電路和環路濾波電路組成數字鎖相環，外部1、Q兩路輸入與位同步模塊連接，正交混頻電路的輸出分別與相位誤差估計電路和解碼/判決模塊連接，相位誤差估計電路的輸出與環路濾波電路連接，環路濾波電路的輸出與數控振蕩電路連接，數控振蕩電路的輸出與正交混頻電路連接。所述的數控振蕩電路的實現使用的是DDS算法，而不是cordic算法，因為FPGA中cordic邏輯的時序延時量較大，導致環路延遲大，影響頻偏捕獲能力，而DDS只有I到3個elk的延時，可以保證環路捕獲行為和跟蹤行為的性能。
[0015]所述的解碼/判決模塊使用維特比軟判決算法，所述的解交織模塊用於實現簡單的緩衝讀寫。
[0016]所述的勻速緩衝模塊包括數據緩衝模塊、緩衝量監測模塊、環路濾波模塊和數控振蕩模塊，數據緩衝模塊接收輸入數據和輸入時鐘，數據緩衝模塊的一路輸出與緩衝量監測模塊連接，數據緩衝模塊的另一路輸出輸出數據，緩衝量監測模塊的輸出與環路濾波模塊連接，環路濾波模塊的輸出與數控振蕩模塊連接，數控振蕩模塊的一路輸出與數據緩衝模塊連接，數控振蕩模塊的另一路輸出時鐘信號。
[0017]所述的射頻接收模塊包括雙工器、發送端處理模塊、接收端處理模塊和驅動模塊，所述雙工器的用於接收和發送數據，所述的發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，驅動模塊的輸出分別與發送端處理模塊和接收端處理模塊連接；
所述的驅動模塊包括晶振、本振、功分模塊、兩個驅動放大模塊和驅動器，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驅動放大模塊連接，兩個驅動放大模塊的輸出分別與發送端處理模塊和接收端處理模塊連接，驅動器的輸出與發送端處理模塊連接，所述的驅動器輸出5位並行控制碼；
所述的發射端處理模塊包括混頻模塊、濾波模塊、放大模塊、數控衰減模塊、驅放模塊和功放模塊，混頻模塊的一路輸入為中頻信號，混頻模塊的另一路輸入與驅動模塊中的其中一個驅動放大模塊連接，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動模塊的驅動器的輸出均與數控衰減模塊連接，數控衰減模塊的輸出與驅放模塊連接，驅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動模塊的另一個驅動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。
[0018]一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端方法，其特徵在於:它包括以下步驟:
51:射頻接收模塊接受來自外部的通信信號以及來自FPGA的增益控制信號，經過轉換之後發送給中頻濾波模塊；
52:中頻濾波模塊對來自射頻接收模塊輸入的信號進行中頻濾波，並發送給ADC ；
53=ADC接收來自中頻濾波模塊輸出的信號，經過轉換之後發送給FPGA ；
54:FPGA對信號進行處理後，通過內部接口輸出調解數據，FPGA還向射頻接收模塊輸出增益控制信號。
[0019]所述的步驟S4包括以下子步驟:
S41:FPGA中的下變頻模塊對來自ADC的輸入進行下變頻處理，並輸出至小數抽取模塊；
S42:小數抽取模塊對接收到的基帶信號進行小數倍抽取，輸出信號樣值至粗頻偏校正模塊； 543:粗頻偏校正模塊對多倍符號採樣率的輸入信號進行獲取粗頻偏信息處理，並輸出信息至窄帶濾波模塊；
544:窄帶濾波模塊濾除殘餘的帶外噪聲,輸出至位同步模塊；
545:位同步模塊對輸入信號進行位同步處理，輸出信號至精頻偏同步模塊；
S46:精頻偏同步模塊使用數字鎖相環進行載波同步，完成基本的同步解調，輸出信號至解碼/判決模塊；
S47:解碼/判決模塊接收信號進行卷積解碼，保證整體的解調信噪比，並輸出至解交織模塊；所述的卷積解碼使用維特比軟判決算法。
[0020]S48:解交織模塊進行緩衝讀寫，之後將信號輸出至勻速緩衝模塊；
S49:勻速緩衝模塊將解調數據通過內部接口進行勻速輸出。
[0021]所述的步驟S41包括以下子步驟:
5411:正交混頻電路接收來自ADC的輸入以及數控振蕩電路的輸入，輸出1、Q兩路信號至低通濾波電路，所述的數控振蕩電路採用CORDIC算法；
5412:低通濾波模塊對輸入信號進行低通濾波後輸出至小數抽取模塊。
[0022]所述的步驟S43包括以下子步驟:
5431:正交混頻電路接收來自小數抽取模塊輸入的多倍符號採樣率信號，並輸出至消除調製信息模塊；
5432:消除調製信息模塊消除調製信息，獲得單音頻點信息；
5433:FFT模塊對單音頻點信息進行快速傅立葉變換，並輸出至譜線峰值搜索模塊；
5434:譜線峰值搜索模塊進行峰值搜索，獲取粗頻偏信息，並輸出至計算頻偏模塊；
5435:計算頻偏模塊對粗頻偏信息進行計算，判斷是否需要繼續進行校正:
(1)若後續幾次FFT得到的粗頻偏消息接近，峰值足夠，則將結果依次輸出至數控振蕩模塊和正交混頻模塊之後，直接輸出至窄帶濾波模塊；
(2)其它情況下，認為系統失步，將結果依次輸出至數控振蕩模塊、正交混頻模塊和消除調製信息模塊之後返回步驟S432。
[0023]所述的步驟S45包括以下子步驟:
5451:將從窄帶濾波模塊輸入數據進行gardner位定時誤差估計，得到瞬時誤差值；
5452:環路濾波器濾除高頻噪聲；
5453:驅動數控振蕩電路產生定時內插使能及內插參數；
5454:對數據進行定時內插，得到準確的碼元判決點；
5455:通過輸出緩衝電路輸出結果至頻偏同步模塊。
[0024]所述的步驟S46包括以下子步驟:
5461:正交混頻電路對從位同步模塊輸入信號進行正交混頻，輸出信號至相位誤差估計電路；
5462:相位誤差估計電路進行相位估計，輸出信號至環路濾波電路；
5463:環路濾波電路進行濾波，輸出至數控振蕩電路；
5464:數控振蕩電路輸出信號至正交混頻電路，所述的數控振蕩電路採用DDS算法；
5465:正交混頻電路輸出信號至解碼/判決模塊。
[0025]所述的步驟S49包括以下子步驟: 5491:數據緩衝模塊接收從解交織模塊輸入的數據以及時鐘，輸出信號至緩衝量檢測模塊；
5492:緩衝量檢測模塊對數據緩衝模塊的緩衝量進行監測，同時輸出信號至環路濾波模塊；
5493:環路濾波模塊進行濾波後，輸出信號至數控振蕩模塊；
5494:數控振蕩模塊有兩路輸出，一路輸出時鐘,一路輸出信號控制數據緩衝模塊；
5495:數據緩衝模塊輸出數據。
[0026]本發明的有益效果是=(I)ADC輸入的信號經過下變頻得到基帶信號，下變頻中的數控振蕩電路使用CORDIC算法實現，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；(2)基帶信號進行小數倍抽取，得到4倍碼元速率的信號樣值，再進行匹配濾波，這樣做的好處是利於匹配濾波係數的計算；(3)由於解擴後信號帶寬只有180kHz左右，而最高都卜勒頻偏達3kHz，在某些幹擾情況下，頻偏可能會超出常規的鎖相環捕獲帶之外，所以這裡將載波同步部分拆分成「粗頻偏校正」和「精頻偏同步」兩個環節；(4)由於頻偏較大，DDC，實施的是稍微寬帶的濾波，保證信號譜不受損壞；(5)在粗頻偏校正完成後，再進行一次窄帶濾波，進一步濾除殘餘的帶外噪聲；(6)窄帶信號的信號帶寬較小，不再使用SCFDE等均衡技術，節約成本；(7)判決後的比特信息經過信道解碼，得到糾錯後的結果，為了支持遙測的精確時標，解調數據將進行勻速輸出；(8)由於前面幾點，本發明便可適用於一種可遙測、遙控、數傳的無人機的地空窄帶通信系統的接收終端及其方法，接收終端包括無人機終端。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發明結構方框圖；
圖2為FPGA功能模塊結構圖；
圖3為下變頻模塊結構圖；
圖4為粗頻偏校正模塊結構圖；
圖5為位同步模塊結構圖；
圖6為Farrow結構框圖；
圖7為精頻偏同步結構圖；
圖8為勻速緩衝模塊結構圖；
圖9為射頻接收模塊結構圖；
圖10為本發明方法流程圖。

【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖進一步詳細描述本發明的技術方案:如圖1所示，一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端，它包括射頻接收模塊、中頻濾波模塊、ADC和FPGA，射頻接收模塊接收來自外部的通信信號以及來自FPGA的控制信號，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，FPGA的時鐘控制輸出與ADC連接，FPGA的增益控制輸出與射頻接收模塊連接，FPGA還通過內部接口輸出解調數據； 如圖2所示，所述的FPGA包括下變頻模塊、小數抽取模塊、粗頻偏校正模塊、窄帶濾波模塊、位同步模塊、精頻偏同步模塊、解碼/判決模塊、解交織模塊和勻速緩衝模塊，下變頻模塊的輸入與ADC連接，下變頻模塊的輸出與小數抽取模塊連接，小數抽取模塊的輸出與粗頻偏校正模塊連接，粗頻偏校正模塊的輸出與窄帶濾波模塊連接，窄帶濾波模塊的輸出與位同步模塊連接，位同步模塊的輸出與精頻偏同步模塊連接，精頻偏同步模塊的輸出與解碼/判決模塊連接，解碼/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衝模塊連接，勻速緩衝模塊的輸出通過內部接口輸出解調增益。
[0029]如圖3所示，所述的下變頻模塊包括正交混頻電路、低通濾波電路和數控振蕩電路，正交混頻電路的輸入分別與ADC輸入信號和數控振蕩電路連接，正交混頻電路輸出1、Q兩路信號至低通濾波電路，低通濾波電路輸出1、Q兩路信號至小數抽取模塊。所述的數控振蕩電路使用CORDIC算法，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。
[0030]所述的小數抽取模塊對下變頻模塊得到的基帶信號進行小數倍抽取，輸出信號樣值至粗頻偏校正模塊。
[0031]由於解擴後信號帶寬只有180kHz左右，而最高都卜勒頻偏達3kHz，在某些幹擾情況下，頻偏可能會超出常規的鎖相環捕獲帶之外，所以這裡將載波同步部分拆分成「粗頻偏校正」和「精頻偏同步」兩個環節。
[0032]如圖4所示，所述的粗頻偏校正模塊包括正交混頻電路、消除調製信息電路、FFT電路、譜線峰值搜索電路、計算頻偏電路和數控振蕩電路，正交混頻電路接收來自小數抽取模塊輸出的信號，正交混頻電路的輸出分別與窄帶濾波模塊和消除調製信息電路連接，消除調製信息電路的輸出與FFT電路連接，FFT電路的輸出與譜線峰值搜索電路連接，譜線峰值搜索電路的輸出與計算頻偏電路連接，計算頻偏電路的輸出與數控振蕩電路連接，數控振蕩電路的輸出與正交混頻電路連接。
[0033]輸入信號是4倍符號採樣率，進入4次方運算模塊，消除QPSK的調製信息，獲得單音頻點信息。經過FFT和譜線峰值搜索，即可獲取粗頻偏信息。其中FFT的點數使用2048點，可以獲得足夠低的殘餘頻偏，保證精頻偏同步模塊的正常捕獲。校正一次後，後續幾次FFT得到的粗頻偏信息接近，峰值足夠，則認為已經穩定，無需再校正；否則認為系統失步，重新進行粗頻偏校正。
[0034]由於頻偏較大，DDC,實施的是稍微寬帶的濾波，保證信號譜不受損壞；在粗頻偏校正完成後，再進行一次窄帶濾波，進一步濾除殘餘的帶外噪聲。所述的窄帶濾波模塊用於進一步濾除殘餘的帶外噪聲。
[0035]由於窄帶信號的信號帶寬較小，不使用SCFDE等均衡技術。
[0036]同步使用Gardner算法，對少量的殘餘頻偏不敏感(按照3kHz最大頻偏，4.5Mbaud/s左右波特率算,殘餘頻偏大約是碼元速率的0.1%左右)，可以位於頻率同步模塊之前。輸入數據進行小數倍內插/抽取後，得到4倍符號採樣率的信號；對4倍樣值信號進行gardner位定時誤差估計，得到瞬時誤差值，通過環路濾波器濾除高頻噪聲後，驅動NCO產生定時內插使能及內插參數；「Farrow定時內插」模塊使用farrow結構,插值得到準確的碼元判決點，最終通過輸出緩衝輸出；如圖6所示,所述的Farrow結構是一種高效的多項式內插實現結構。
[0037]如圖5所示，所述的位同步模塊包括輸入緩衝模塊、reg模塊、定時誤差估計模塊、環路濾波器、數控振蕩電路、定時內插模塊、輸出緩衝模塊和兩個移位寄存器，輸入緩衝模塊的輸入與窄帶濾波模塊連接，輸入緩衝模塊的輸出與reg模塊連接，reg模塊的輸出與其中一個移位寄存器連接，此移位寄存器的輸出與定時內插模塊連接，定時內插模塊的一路輸出與另一個移位寄存器連接，此移位寄存器的輸出與定時誤差模塊連接，定時誤差估計模塊的輸出與環路濾波器連接，環路濾波器的輸出與數控振蕩電路連接，數控振蕩電路的輸出與定時內插模塊連接，定時內插模塊的另一路輸出通過輸出緩衝模塊輸出數據；
如圖7所示，所述的精頻偏同步模塊包括正交混頻電路、數控振蕩電路、相位誤差估計電路和環路濾波電路，正交混頻電路、數控振蕩電路、相位誤差估計電路和環路濾波電路組成數字鎖相環，外部1、Q兩路輸入與位同步模塊連接，正交混頻電路的輸出分別與相位誤差估計電路和解碼/判決模塊連接，相位誤差估計電路的輸出與環路濾波電路連接，環路濾波電路的輸出與數控振蕩電路連接，數控振蕩電路的輸出與正交混頻電路連接。所述的數控振蕩電路的實現使用的是DDS算法,而不是cordic算法，因為FPGA中cordic邏輯的時序延時量較大，導致環路延遲大，影響頻偏捕獲能力，而DDS只有I到3個elk的延時，可以保證環路捕獲行為和跟蹤行為的性能。
[0038]所述的解碼/判決模塊使用維特比軟判決算法，所述的解交織模塊用於實現簡單的緩衝讀寫。
[0039]如圖8所示，所述的勻速緩衝模塊包括數據緩衝模塊、緩衝量監測模塊、環路濾波模塊和數控振蕩模塊，數據緩衝模塊接收輸入數據和輸入時鐘，數據緩衝模塊的一路輸出與緩衝量監測模塊連接，數據緩衝模塊的另一路輸出輸出數據，緩衝量監測模塊的輸出與環路濾波模塊連接，環路濾波模塊的輸出與數控振蕩模塊連接，數控振蕩模塊的一路輸出與數據緩衝模塊連接，數控振蕩模塊的另一路輸出時鐘信號。
[0040]如圖9所示，所述的射頻接收模塊包括雙工器、發送端處理模塊、接收端處理模塊和驅動模塊，所述雙工器的用於接收和發送數據，所述的發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，驅動模塊的輸出分別與發送端處理模塊和接收端處理模塊連接；
所述的驅動模塊包括晶振、本振、功分模塊、兩個驅動放大模塊和驅動器，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驅動放大模塊連接，兩個驅動放大模塊的輸出分別與發送端處理模塊和接收端處理模塊連接，驅動器的輸出與發送端處理模塊連接，所述的驅動器輸出5位並行控制碼；
所述的發射端處理模塊包括混頻模塊、濾波模塊、放大模塊、數控衰減模塊、驅放模塊和功放模塊，混頻模塊的一路輸入為中頻信號，混頻模塊的另一路輸入與驅動模塊中的其中一個驅動放大模塊連接，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動模塊的驅動器的輸出均與數控衰減模塊連接，數控衰減模塊的輸出與驅放模塊連接，驅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動模塊的另一個驅動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。
[0041]如圖10所示，一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端方法，其特徵在於:它包括以下步驟:
51:射頻接收模塊接受來自外部的通信信號以及來自FPGA的增益控制信號，經過轉換之後發送給中頻濾波模塊；
52:中頻濾波模塊對來自射頻接收模塊輸入的信號進行中頻濾波，並發送給ADC ；
53=ADC接收來自中頻濾波模塊輸出的信號，經過轉換之後發送給FPGA ；
54:FPGA對信號進行處理後，通過內部接口輸出調解數據，FPGA還向射頻接收模塊輸出增益控制信號。
[0042]所述的步驟S4包括以下子步驟:
S41:FPGA中的下變頻模塊對來自ADC的輸入進行下變頻處理，並輸出至小數抽取模塊；
S42:小數抽取模塊對接收到的基帶信號進行小數倍抽取，輸出信號樣值至粗頻偏校正模塊；
543:粗頻偏校正模塊對多倍符號採樣率的輸入信號進行獲取粗頻偏信息處理，並輸出信息至窄帶濾波模塊；
544:窄帶濾波模塊濾除殘餘的帶外噪聲,輸出至位同步模塊；
545:位同步模塊對輸入信號進行位同步處理，輸出信號至精頻偏同步模塊；
S46:精頻偏同步模塊使用數字鎖相環進行載波同步，完成基本的同步解調，輸出信號至解碼/判決模塊；
S47:解碼/判決模塊接收信號進行卷積解碼，保證整體的解調信噪比，並輸出至解交織模塊；所述的卷積解碼使用維特比軟判決算法。
[0043]S48:解交織模塊進行緩衝讀寫，之後將信號輸出至勻速緩衝模塊；
S49:勻速緩衝模塊將解調數據通過內部接口進行勻速輸出。
[0044]所述的步驟S41包括以下子步驟:
5411:正交混頻電路接收來自ADC的輸入以及數控振蕩電路的輸入，輸出1、Q兩路信號至低通濾波電路，所述的數控振蕩電路採用CORDIC算法；
5412:低通濾波模塊對輸入信號進行低通濾波後輸出至小數抽取模塊。
[0045]所述的步驟S43包括以下子步驟:
5431:正交混頻電路接收來自小數抽取模塊輸入的多倍符號採樣率信號，並輸出至消除調製信息模塊；
5432:消除調製信息模塊消除調製信息，獲得單音頻點信息；
5433:FFT模塊對單音頻點信息進行快速傅立葉變換，並輸出至譜線峰值搜索模塊；
5434:譜線峰值搜索模塊進行峰值搜索，獲取粗頻偏信息，並輸出至計算頻偏模塊；
5435:計算頻偏模塊對粗頻偏信息進行計算，判斷是否需要繼續進行校正:
(1)若後續幾次FFT得到的粗頻偏消息接近，峰值足夠，則將結果依次輸出至數控振蕩模塊和正交混頻模塊之後，直接輸出至窄帶濾波模塊；
(2)其它情況下，認為系統失步，將結果依次輸出至數控振蕩模塊、正交混頻模塊和消除調製信息模塊之後返回步驟S432。
[0046]所述的步驟S45包括以下子步驟:
5451:將從窄帶濾波模塊輸入數據進行gardner位定時誤差估計，得到瞬時誤差值；
5452:環路濾波器濾除高頻噪聲；
5453:驅動數控振蕩電路產生定時內插使能及內插參數；
5454:對數據進行定時內插，得到準確的碼元判決點；
5455:通過輸出緩衝電路輸出結果至頻偏同步模塊。
[0047]所述的步驟S46包括以下子步驟:
5461:正交混頻電路對從位同步模塊輸入信號進行正交混頻，輸出信號至相位誤差估計電路；
5462:相位誤差估計電路進行相位估計，輸出信號至環路濾波電路；
5463:環路濾波電路進行濾波，輸出至數控振蕩電路；
5464:數控振蕩電路輸出信號至正交混頻電路，所述的數控振蕩電路採用DDS算法；
5465:正交混頻電路輸出信號至解碼/判決模塊。
[0048]所述的步驟S49包括以下子步驟:
5491:數據緩衝模塊接收從解交織模塊輸入的數據以及時鐘，輸出信號至緩衝量檢測模塊；
5492:緩衝量檢測模塊對數據緩衝模塊的緩衝量進行監測，同時輸出信號至環路濾波模塊；
5493:環路濾波模塊進行濾波後，輸出信號至數控振蕩模塊；
5494:數控振蕩模塊有兩路輸出，一路輸出時鐘,一路輸出信號控制數據緩衝模塊；
5495:數據緩衝模塊輸出數據。
【權利要求】
1.一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端，其特徵在於: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自外部的通信信號以及來自FPGA的控制信號，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，FPGA的時鐘控制輸出與ADC連接，FPGA的增益控制輸出與射頻接收模塊連接，FPGA還通過內部接口輸出解調數據； 所述的FPGA包括下變頻模塊、小數抽取模塊、粗頻偏校正模塊、窄帶濾波模塊、位同步模塊、精頻偏同步模塊、解碼/判決模塊、解交織模塊和勻速緩衝模塊，下變頻模塊的輸入與ADC連接，下變頻模塊的輸出與小數抽取模塊連接，小數抽取模塊的輸出與粗頻偏校正模塊連接，粗頻偏校正模塊的輸出與窄帶濾波模塊連接，窄帶濾波模塊的輸出與位同步模塊連接，位同步模塊的輸出與精頻偏同步模塊連接，精頻偏同步模塊的輸出與解碼/判決模塊連接，解碼/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衝模塊連接，勻速緩衝模塊的輸出通過內部接口輸出解調增益。
2.根據權利要求1所述的一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端，其特徵在於:所述的下變頻模塊包括正交混頻電路、低通濾波電路和數控振蕩電路，正交混頻電路的輸入分別與ADC輸入信號和數控振蕩電路連接，正交混頻電路輸出1、Q兩路信號至低通濾波電路，低通濾波電路輸出1、Q兩路信號至小數抽取模塊，所述的數控振蕩電路使用CORDIC 算法； 所述的粗頻偏校正模塊包括正交混頻電路、消除調製信息電路、FFT電路、譜線峰值搜索電路、計算頻偏電路和數控振蕩電路，正交混頻電路接收來自小數抽取模塊輸出的信號，正交混頻電路的輸出分別與窄帶濾波模塊和消除調製信息電路連接，消除調製信息電路的輸出與FFT電路連接，FFT電路的輸出與譜線峰值搜索電路連接，譜線峰值搜索電路的輸出與計算頻偏電路連接，計算頻偏電路的輸出與數控振蕩電路連接，數控振蕩電路的輸出與正交混頻電路連接； 所述的位同步模塊包括輸入緩衝模塊、reg模塊、定時誤差估計模塊、環路濾波器、數控振蕩電路、定時內插模塊、輸出緩衝模塊和兩個移位寄存器，輸入緩衝模塊的輸入與窄帶濾波模塊連接，輸入緩衝模塊的輸出與reg模塊連接，reg模塊的輸出與其中一個移位寄存器連接，此移位寄存器的輸出與定時內插模塊連接，定時內插模塊的一路輸出與另一個移位寄存器連接，此移位寄存器的輸出與定時誤差模塊連接，定時誤差估計模塊的輸出與環路濾波器連接，環路濾波器的輸出與數控振蕩電路連接，數控振蕩電路的輸出與定時內插模塊連接，定時內插模塊的另一路輸出通過輸出緩衝模塊輸出數據； 所述的精頻偏同步模塊包括正交混頻電路、數控振蕩電路、相位誤差估計電路和環路濾波電路，正交混頻電路、數控振蕩電路、相位誤差估計電路和環路濾波電路組成數字鎖相環，外部1、Q兩路輸入與位同步模塊連接，正交混頻電路的輸出分別與相位誤差估計電路和解碼/判決模塊連接，相位誤差估計電路的輸出與環路濾波電路連接，環路濾波電路的輸出與數控振蕩電路連接，數控振蕩電路的輸出與正交混頻電路連接，所述的數控振蕩電路實用DDS算法； 所述的勻速緩衝模塊包括數據緩衝模塊、緩衝量監測模塊、環路濾波模塊和數控振蕩模塊，數據緩衝模塊接收輸入數據和輸入時鐘，數據緩衝模塊的一路輸出與緩衝量監測模塊連接，數據緩衝模塊的另一路輸出輸出數據，緩衝量監測模塊的輸出與環路濾波模塊連接，環路濾波模塊的輸出與數控振蕩模塊連接，數控振蕩模塊的一路輸出與數據緩衝模塊連接，數控振蕩模塊的另一路輸出時鐘信號。
3.根據權利要求1所述的一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端，其特徵在於:所述的射頻接收模塊包括雙工器、發送端處理模塊、接收端處理模塊和驅動模塊，所述雙工器的用於接收和發送數據，所述的發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，驅動模塊的輸出分別與發送端處理模塊和接收端處理模塊連接； 所述的驅動模塊包括晶振、本振、功分模塊、兩個驅動放大模塊和驅動器，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驅動放大模塊連接，兩個驅動放大模塊的輸出分別與發送端處理模塊和接收端處理模塊連接，驅動器的輸出與發送端處理模塊連接，所述的驅動器輸出5位並行控制碼； 所述的發射端處理模塊包括混頻模塊、濾波模塊、放大模塊、數控衰減模塊、驅放模塊和功放模塊，混頻模塊的一路輸入為中頻信號，混頻模塊的另一路輸入與驅動模塊中的其中一個驅動放大模塊連接，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動模塊的驅動器的輸出均與數控衰減模塊連接，數控衰減模塊的輸出與驅放模塊連接，驅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動模塊的另一個驅動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。
4.一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端方法，其特徵在於:它包括以下步驟: 51:射頻接收模塊接受來自外部的通信信號以及來自FPGA的增益控制信號，經過轉換之後發送給中頻濾波模塊； 52:中頻濾波模塊對來自射頻接收模塊輸入的信號進行中頻濾波，並發送給ADC ； 53=ADC接收來自中頻濾波模塊輸出的信號，經過轉換之後發送給FPGA ； 54:FPGA對信號進行處理後，通過內部接口輸出調解數據，FPGA還向射頻接收模塊輸出增益控制信號。
5.根據權利要求4所述的一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端方法，其特徵在於:所述的步驟S4包括以下子步驟: S41:FPGA中的下變頻模塊對來自ADC的輸入進行下變頻處理，並輸出至小數抽取模塊； S42:小數抽取模塊對接收到的基帶信號進行小數倍抽取，輸出信號樣值至粗頻偏校正模塊； 543:粗頻偏校正模塊對多倍符號採樣率的輸入信號進行獲取粗頻偏信息處理，並輸出信息至窄帶濾波模塊； 544:窄帶濾波模塊濾除殘餘的帶外噪聲,輸出至位同步模塊； 545:位同步模塊對輸入信號進行位同步處理，輸出信號至精頻偏同步模塊； 546:精頻偏同步模塊使用數字鎖相環進行載波同步，完成基本的同步解調，輸出信號至解碼/判決模塊； 547:解碼/判決模塊接收信號進行卷積解碼，保證整體的解調信噪比，並輸出至解交織模塊；所述的卷積解碼使用維特比軟判決算法； 548:解交織模塊進行緩衝讀寫，之後將信號輸出至勻速緩衝模塊； 549:勻速緩衝模塊將解調數據通過內部接口進行勻速輸出。
6.根據權利要求5所述的一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端方法，其特徵在於:所述的步驟S41包括以下子步驟: 5411:正交混頻電路接收來自ADC的輸入以及數控振蕩電路的輸入，輸出1、Q兩路信號至低通濾波電路，所述的數控振蕩電路採用CORDIC算法； 5412:低通濾波模塊對輸入信號進行低通濾波後輸出至小數抽取模塊。
7.根據權利要求5所述的一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端方法，其特徵在於:所述的步驟S43包括以下子步驟: 5431:正交混頻電路接收來自小數抽取模塊輸入的多倍符號採樣率信號，並輸出至消除調製信息模塊； 5432:消除調製信息模塊消除調製信息，獲得單音頻點信息；5433:FFT模塊對單音頻點信息進行快速傅立葉變換，並輸出至譜線峰值搜索模塊；5434:譜線峰值搜索模塊進行峰值搜索，獲取粗頻偏信息，並輸出至計算頻偏模塊； 5435:計算頻偏模塊對粗頻偏信息進行計算，判斷是否需要繼續進行校正: (1)若後續幾次FFT得到的粗頻偏消息接近，峰值足夠，則將結果依次輸出至數控振蕩模塊和正交混頻模塊之後，直接輸出至窄帶濾波模塊； (2)其它情況下，認為系統失步，將結果依次輸出至數控振蕩模塊、正交混頻模塊和消除調製信息模塊之後返回步驟S432。
8.根據權利要求5所述的一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端方法，其特徵在於:所述的步驟S45包括以下子步驟:5451:將從窄帶濾波模塊輸入數據進行gardner位定時誤差估計，得到瞬時誤差值； 5452:環路濾波器濾除高頻噪聲； 5453:驅動數控振蕩電路產生定時內插使能及內插參數； 5454:對數據進行定時內插，得到準確的碼元判決點； 5455:通過輸出緩衝電路輸出結果至頻偏同步模塊。
9.根據權利要求5所述的一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端方法，其特徵在於:所述的步驟S46包括以下子步驟: 5461:正交混頻電路對從位同步模塊輸入信號進行正交混頻，輸出信號至相位誤差估計電路； 5462:相位誤差估計電路進行相位估計，輸出信號至環路濾波電路； 5463:環路濾波電路進行濾波，輸出至數控振蕩電路；5464:數控振蕩電路輸出信號至正交混頻電路，所述的數控振蕩電路採用DDS算法； 5465:正交混頻電路輸出信號至解碼/判決模塊。
10.根據權利要求5所述的一種用於無人機地空窄帶通信系統的接收終端方法，其特徵在於:所述的步驟S49包括以下子步驟: 5491:數據緩衝模塊接收從解交織模塊輸入的數據以及時鐘，輸出信號至緩衝量檢測模塊； 5492:緩衝量檢測模塊對數據緩衝模塊的緩衝量進行監測，同時輸出信號至環路濾波模塊； 5493:環路濾波模塊進行濾波後，輸出信號至數控振蕩模塊；5494:數控振蕩模塊有兩路輸出，一路輸出時鐘,一路輸出信號控制數據緩衝模塊； 5495:數據緩衝模塊輸出數據。
【文檔編號】H04B1/16GK104333393SQ201410689388
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月26日 優先權日:2014年11月26日
【發明者】龍寧, 李亞斌, 張瀾, 張星星 申請人:成都中遠信電子科技有限公司