[发明专利]一种卫星信道高动态时延多普勒模拟系统

说明书

一种卫星信道高动态时延多普勒模拟系统，涉及卫星通信技术领域，解决现有信道模拟器模拟时延和多普勒的范围小且变化速度低的问题。包括输入单元、FPGA控制单元、上位机参数控制单元和输出单元；FPGA控制单元包括静态时延控制单元、动态时延控制单元和多普勒频移模拟单元；本发明基于外部DRAM存储器结构实现的FIFO功能可进行大范围时延；硬件采用PXI架构，实现多通道扩展，采用菊花链形式触发多块板卡。基于最小二乘法的分数时延滤波器保证了在较大带宽范围内的精确时延控制；支持多普勒和时延连续变化；多普勒和时延联合同步控制；基于数字NCO参数更新速率可调整的控制方式；可扩展为多通道结构，多通道之间可精确同步。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种卫星信道高动态时延多普勒模拟系统。

背景技术

在卫星通信系统设计，研发和测试阶段，需要对卫星通信的信道进行模拟，分析卫星在轨的实际通信性能。对于卫星通信来说，实际环境的信道测试成本高昂，几乎是难以实现的，因此，需要借助信道模拟系统进行卫星通信性能的测试。同时，由于卫星时刻处于高速运动当中，因此卫星信道特性也处于时刻变化当中。卫星通信距离远，卫星运动速度快，大时延，高动态是卫星通信信道最主要的特性。信道模拟系统通过定量的数据存储模拟较大的通信时延来模拟卫星远距离通信情况。卫星高速运动造成卫星通信的高动态，所谓高动态，第一是卫星通信中多普勒频移的快速变化，第二是卫星通信中时延的高速动态变化，时延的高动态变化又表现为通信符号速率的相应变化。高动态特性对卫星测距性能和卫星信号的接收性能都有着重要影响，对于高速率通信，尤其是扩频通信，符号速率的快速变化对接收机性能影响更大。本发明对卫星通信的大时延和高动态特征进行了实时和精确的模拟。

在信道模拟器领域，对地面移动通信信道模拟的研究占绝大多数。地面通信链路距离短，但传播环境复杂，受多径衰落和阴影衰落影响较大，但是地面移动通信中，发射机和接收机相对运动速度低，受多普勒频移影响较小，传播时延短，时延变化速度慢。市面上多数信道模拟器基于多径和衰落特性研发，如是德科技的信道模拟器Propsim F8，支持160MHz带宽，最大支持48径，并可自定义每径衰落。然而在卫星通信当中，由于卫星距离地面远距离带来的较大的通信时延和由于卫星高速运动带来的多普勒和时延的快速变化，对通信性能，导航测距等方面带来显著的影响。本发明主要解决上述问题。

发明内容

本发明为解决现有信道模拟器模拟时延和多普勒的范围小且变化速度低的问题。提供一种卫星信道高动态时延多普勒模拟系统。

一种卫星信道高动态时延多普勒模拟系统，包括输入单元、FPGA控制单元、上位机参数控制单元和输出单元；

所述FPGA控制单元包括静态时延控制单元、动态时延控制单元和多普勒频移模拟单元；

所述静态时延控制单元接收输入单元的数字信号，并从上位机参数控制单元获取延时参数，将所述数字信号进行延时处理后传送至动态时延控制单元；所述静态时延控制单元还用于与外部的DRAM进行数据交换；

所述动态时延控制单元接收所述静态时延控制单元输出的数字信号，并接收所述上位机参数控制单元的输出的时延在每个采样周期内的实时变化值，通过数字NCO控制实时变化值的读取，根据上一采样周期的时延值共同计算实时时延，并通过分数时延滤波器和FIFO控制，实现对数字信号的实时时延的控制；所述动态时延控制单元将控制后的数字信号传送至多普勒频移模拟单元；

所述多普勒频移模拟单元接收所述动态时延控制单元传送的数字信号，并接收所述上位机参数控制单元输出的实时多普勒变化值，并通过NCO控制实时变化值的读取，然后通过DDS进行基带信号的数字变频，通过所述输出单元输出；

所述上位机参数控制单元控制界面输入频点、输出频点、固定时延和动态时延参数信息；所述上位机参数控制单元计算动态多普勒模拟和时延的参数，通过PXI总线的DMA通道传输到下位机中；

所述静态时延控制单元进行时延的过程为：