KSA高速卫星基带数据实时处理架构设计与实现

地面终端站KSA（Ka-band Single Access）高速卫星数据传输接收系统基带数据的处理既要实现基带数据记录存储、实时转发和事后按可控制的帧频转发等业务，又要满足返向高速基带输出的处理时延不大于40 ms实时性需求。针对基带数据的处理业务多样性和实时性之间的矛盾，提出了一种基于CPCI（Compact Peripheral Component Interconnect）结构且满足基带数据的处理应用业务多样性和高实时性的处理架构，实现了一种高速卫星信号基带数据实时处理平台。经搭建测试平台并拷机500 h，该架构下的处理平台能够稳定地实时处理600 Mb/s卫星基带数据的所有业务类型，并在地面终端站KSA卫星信号数据传输系统中得到了工程实践验证。     

新型多通道宽带接收激励器设计

为满足机载综合前端宽带数据高速射频采样和激励合成的要求,以及解决传统接收激励器平台方案中接收激励与信号处理未分离和传输数据带宽不足两大问题,提出了新型多通道宽带接收激励器设计方案。该方案不仅实现了多通道500 Msample/s高速模数、数模转换,还通过对接收激励通道及高速数据接口逻辑巧妙设计实现了在接收端完美复原传输端数据流信号,实现了FPGA的4x高速吉比特传输接口与后端信号处理FPGA之间最高可达10 Gb/s的高速点对点数据通信,实现了真正意义上的多通道宽带接收激励功能,具有推广意义。     

基于RapidIO协议的光纤通信系统设计与实现

为了满足嵌入式系统对高速数据传输的需求,提出了一种基于RapidIO协议的光纤通信系统 解决方案。利用光模块实现光、电信号的转换,高速收发器实现物理层协议,现场可编程门 阵列芯片实现逻辑层协议。测试结果表明,所提方案成本低,性能可靠,数据吞吐率达到 1.25Gb/s。该方案已成功应用于电子不停车收费系统中。     

基于JESD204协议的AD采样数据高速串行传输

为解决传统采样数据并行传输时受码间同步及串扰影响的问题,研究了ADC采样数据的高速串行传输协议——JESD204协议,提出了一种具有自主知识产权的、基于FPGA中高速串行收发器GTX实现JESD204协议IP核的方法,实现了对ADC采样数据的高速串行传输并接收。实验表明,采用基于JESD204协议的高速串行传输方式可实现单通道3.2 Gb/s的传输速度,符合机载通信终端小型化的发展趋势。     

基于AD9735的高性能全数字调制器设计与实现

介绍了全数字调制器的原理,利用高速数模转换器AD9735、Xilinx FPGA和低压差分频率合成器等逻辑器件实现了直接70 MHz中频全数字调制器.该调制器通过在线可编程接口设置不同参数,可适用于100 bit/s～4 Mbit/s符号速率范围内的多速率数据传输,同时支持信道编码,如卷积编码、RS编码和交织等;调制方式可选,如BPSK、QPSK、UQPSK及单载波模式;扩频和编码均可控,是一种通用的高性能全数字调制器.     

基于Nandflash陈列的高速存储技术研究

介绍了传统高速存储的实现方式,分析了用Nandflash实现海量存储的优点,实现了基于Nandflash阵列的实时高速存储模块,存储模块采用光纤FC作为数据输入端,在FPGA控制下实时存储到Nandflash阵列中,并将存储的数据通过CPCIE总线下传给其它模块作实时或事后分析、判读、处理、回放。实验结果表明,基于Nandflash的存储阵列,存储速度可达到900MB/s以上,满足高分辨率高帧频CCD相机及SAR成像存储需求。     

采用16QAM的GSM/EDGE调制技术

分析了GSM/EDGE信号的8PSK调制方案,在兼容现有GSM/EDGE系统、不改变该系统发送和接收滤波器的基础上,将GSM/EDGE的8PSK调制方式改进为16QAM调制方式,使得在相同的信噪比情况下,每时隙数据速率达到91.2 kbit/s,比现有的EDGE系统每时隙传68.4 kbit/s的传输速率多22.8 kbit,从而提高了数据传输速率,进一步改善了GSM/EDGE系统性能.     

基于Nandflash阵列的高速存储技术

介绍了传统高速存储的实现方式,分析了用Nandflash实现海量存储的优点,实现了 基于Nandflash阵列的实时高速存储模块。存储模块采用光纤FC作为数据输入端,在FPGA控 制下实时存储到Nandflash阵列中,并将存储的数据通过CPCIE总线下传给其他模块作实时或 事后分析、判读、处理、回放。实验结果表明,基于Nandflash的存储阵列,存储速度可达 到900 MB/s以上,满足高分辨率高帧频CCD相机及SAR成像存储需求。     

适用于海上卫星通信终端的快速测试系统

针对海上卫星通信终端在性能调试、系统联试和试验现场环节中关键特性的快速检测需求，设计和开发了一套便携式测试系统。测试系统可模拟生成码片速率为3.069 Mchip/s的星地前向扩频信号，接收解调数据速率最大为2.0 Mb/s的返向正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）调制信号，且具备快速检测终端捕获和跟踪卫星信号时间是否优于7.0 s的能力。采用软件无线电思想，基于Matlab的卫星信号模拟程序替代现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)完成数据的组帧、加扰和扩频处理，降低了测试系统开发难度和周期，并提高了适应性和灵活性。各阶段的应用结果表明，便携式测试系统能够快速测试卫星通信终端的关键特性，为现场及时发现并定位问题提供了可靠依据。     

采用CPCI总线的通用高速数传接收机

针对高速数传技术的快速发展和广泛应用,提出了一种DSP实现CPCI总线的高速数传 通用接收机实现方案。该设计兼容模数混合和全数字硬件输入接口,采用ADC采样率在线设 置和程序动态加载技术,可实时完成对不同码速率和不同调制编码方式数据源的解调译码。 对450 Mbit/s和600 Mbit/s两种高速数传性能进行了测试,结果表明其接收机解调 损失分别小于1 dB和1.5 dB,满足工程应用需求。     

基于Nand Flash的星载综合数据固态记录系统

在星载平台资源受限条件下，采用以FPGA+CPU为控制核心、Nand Flash为固态存储阵列的系统架构，实现了高速、大容量、高可靠的数据记录。针对传统双Plane操作与并行扩展对存储速度提升有限、芯片使用较多的问题，采用4级流水线方式控制Flash阵列。为解决标准传输协议传输效率低的问题，设计了一种自定义高速串行传输协议。为减缓空间辐射环境对存储数据的影响，采用了三模冗余、配置回读与部分重构等容错机制。对所提出系统进行的实验验证结果表明，该星载记录系统存储容量达36 Tbit，记录与回放速度分别达到16 Gbit/s与8 Gbit/s，传输误码率为10-12，传输包效率为96.7%，可作为通用存储系统以满足航天应用需求。     

通用一体化测试平台设计

针对航天控制系统灵活性、复用性、可扩展性较差等问题,采用部分动态可重配置和软硬件协同设计等技术,设计了一种基于Microblaze软核的高带宽软件无线电(Software-defined Radio,SDR)通用一体化测试平台。该硬件平台由Kintex7 FPGA与集成式射频(Radio Frequency,RF)收发器AD9371组成,采用Microblaze软核进行功能开发,实现任务调度、功能配置和数据交互;通过Vivado实现测试平台逻辑功能开发,并将功能代码封装成FPGA IP(Intellectual Property)核;最终通过AD9371 RF收发器实现射频数据收发。测试结果表明,该通用一体化测试平台可进行高速率、高带宽数据传输。该平台具有通用性强、互联性强、易操作、易移植等特点,可广泛应用于工业、通信、军事、医疗、汽车、无人机、航天等领域。     

TDRSS返向多模式数传及用户星测距接收机设计

设计了一种应用于中继卫星地面系统的多模式数传及测距接收机 。在本设计中,以软件无线电理论作为指导思想,采用了VLSI可编程芯片作为算法主要实现 器件, 在一块CPCI标准6U板卡中集成了两路相互独立的信号通道,能够分别接收两路信息速率在10 Mbit/s以下的调制、编码、扩频方式均不相同的返向信号,并利用扩频码提取距离数据。 调制方式包括 BPSK、QPSK、SQPSK、UQPSK,编码方式包括RS、卷积、RS+卷积。基于此,接收机还可应用 于其它多通道、多模式的数传系统中。     

基于嵌入式云平台的中继卫星系统地面终端站基带池设计技术

针对中继卫星系统地面终端站测控与数传业务设备套量种类繁多、专用性强、互替性弱的应用现状，通过对地面站基带开放式平台架构的研究，提出了一种嵌入式云平台部署方案和基于蓝图技术的全景动态重构技术路线，解决了地面终端站基带功能可扩展、终端可灵活重构、计算资源可按需配置、业务功能可在线定制和快速切换等问题。研制了原理样机并进行了演示实验，网络互联速率达到40 Gb/s，入网子颗粒5个，微颗粒达到32个，部署业务种类达到4种，单功能重构时间为30 s，与传统测控基带设备相比，在相同的建设成本下，处理能力提升5倍以上。实验结果表明，所提技术能够大大提高中继卫星系统地面终端适应战时快速响应与机动部署的能力，并有效降低设备研发、运营维护以及未来性能升级的成本。     

SC-FDE宽带航空数传接收机的设计与实现

为满足航空信道条件下的远距离宽带数据传输需求,基于单载波频域均衡传输（SC-FDE）体制,采用8PSK调制体制进行了宽带数字接收机的设计,包括传输帧同步、载波同步、定时同步、信道估计和频域均衡。同时,为保证灵活应用的需求,采用数字内插的方式进行了可变传输速率设计。基于Xilinx现场可编程门阵列（FPGA）平台对硬件实现进行优化,最终实现了传输速率能够从112.5 Mbit/s覆盖到900 Mbit/s的数传接收机。仿真分析和硬件测试结果表明,该接收解调设备能够实现很好的性能指标,同时SC-FDE架构具备有效补偿多径传播影响的能力,适合应用于高动态无线宽带航空数据传输系统中。     

雷达图像传输系统的研制

本文介绍了雷达图像传输系统的基本组成、工作原理、关键技术及实现途径。该系统采用数字图像信息压缩/解压、扩频通信及EDA设计等技术,实现了雷达图像的双向传输,同时具有全双工数据通信和话音通信能力,并具备可靠性高、维修性好、通用性及抗干扰能力强等特点。     

恒模数字波束形成器在多天线软件无线电平台中的实现

在一个多天线软件无线电平台上实现了基于恒模算法(CMA)的数字波束形成器。利用DSP的EDMA传输方式可以提高数据传输的速率,增加波束形成的实时性。试验结果表明:采用恒模数字波束形成算法,可以使天线主波束对准用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号达到方向,达到抑制干扰的目的。当采样速率为500 kHz时,在我们的平台上可以实时实现数字波束形成。     

一款光学瞬时测频接收机

采用时间波长映射技术，研制了一款40 Gsample/s高速光采样瞬时测频接收机原理样机。该样机摆脱电模数转换器的电子瓶颈，突破高速高品质光采样脉冲的产生、光电接口匹配和高效瞬时测频软硬件实现等关键技术，能够实现近20 GHz带宽内信号的采样、量化及瞬时测频。     

高度综合总线技术硬件平台设计

为了满足高度综合化机架间和机架内LRM之间大容量数据通信和高速与低速总线之间 数据交互通信需求,集成高速总线FC、RapidIO、PCI和低速总线CAN、RS485、LVDS电平同步 串行总线以及M-LVDS电平同步串行总线,设计了高度综合的总线技术硬件平台,满足了机 架间640 Mbit/s有效数据带宽需求、机架内LRM之间1 024 Mbit/s有效数据带宽需 求以及机架内部低速总线与高速总线交互需求,其综合化和通用化的设计理念以及总线传输 技术的高带宽、低延迟的高性能特性,对各个电子通信系统领域具有重要的借鉴意义。