本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信、航天器測(cè)控通信、無線通信相關(guān)，尤其涉及一種符號(hào)速率連續(xù)可變的通信基帶信號(hào)生成器。

背景技術(shù)：

1、在衛(wèi)星通信、航天器測(cè)控通信等無線通信領(lǐng)域中，物理層信號(hào)的基帶波形是承載信息的基本單位，它的樣式直接決定了通信鏈路所占用的帶寬和物理信道速率，并且受itu無線電規(guī)則和頻率分配，通常需要經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)來保證它在不產(chǎn)生碼間串?dāng)_的前提下盡可能少的占用頻率帶寬，是無線通信領(lǐng)域中重要的一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，例如在航天器測(cè)控通信領(lǐng)域廣泛采用的ccsds協(xié)議，以及在衛(wèi)星通信領(lǐng)域采用的dvb-s2/s2x協(xié)議中均對(duì)基帶波形做了詳細(xì)的定義和描述。

2、基帶波形的傳輸速率即符號(hào)速率，符號(hào)速率決定了基帶信號(hào)所占用的帶寬，在通信系統(tǒng)中往往需要基帶信號(hào)的符號(hào)速率可以靈活自由地調(diào)整，這里主要涉及以下三個(gè)場(chǎng)景：1)多址協(xié)議中需要符號(hào)速率根據(jù)頻率分配的情況進(jìn)行調(diào)整，例如在mf-tdma多址方式中，需要根據(jù)隨機(jī)接入的時(shí)頻資源所規(guī)定的帶寬來設(shè)置合適符號(hào)速率；2)不同通信場(chǎng)景對(duì)不同符號(hào)速率的需求，例如在不同的衛(wèi)星仰角下，根據(jù)信噪比的不同需要切換不同的符號(hào)速率來保證通信的可靠；3)認(rèn)知無線電中的空閑頻率的變化也需要相應(yīng)的調(diào)整符號(hào)速率以適應(yīng)帶寬的變化。然而由于需要經(jīng)過基帶成型濾波來壓制基帶信號(hào)的帶外功率并減少頻帶占用，因此現(xiàn)有符號(hào)速率一般是在幾個(gè)固定的速率間調(diào)整，例如二倍關(guān)系的一組符號(hào)速率是一種常見的符號(hào)速率組合形式，這樣粗粒度階躍式的調(diào)整方式導(dǎo)致通信功率效率和帶寬效率難以達(dá)到最優(yōu)，并且對(duì)于變化的頻帶資源中也難以充分利用頻率資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在粗粒度階躍式的符號(hào)速率調(diào)整難以達(dá)到最優(yōu)的功率效率的帶寬效率的問題，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提出了一種符號(hào)速率連續(xù)可變的通信基帶信號(hào)生成器。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種符號(hào)速率連續(xù)可變的通信基帶信號(hào)生成器，包括：

3、成型濾波器，用于對(duì)iq符號(hào)序列進(jìn)行基帶成型，將iq符號(hào)序列轉(zhuǎn)變成符合要求的基帶波形；

4、插值控制器，用于通過輸入的符號(hào)速率控制字確定插值點(diǎn)和分?jǐn)?shù)間隔；和

5、分?jǐn)?shù)插值器，用于通過對(duì)基帶波形，在插值點(diǎn)采用分?jǐn)?shù)插值技術(shù)，生成在da采樣頻率下的基帶波形。

6、優(yōu)選的，所述成型濾波器的輸入為：經(jīng)過調(diào)制映射的iq符號(hào)經(jīng)過兩倍或四倍上采樣得到的iq符號(hào)序列xiq(m)，輸出為：成型后的基帶波形xs(m)，采樣頻率為fi，間隔周期為ti，且滿足fi≤fs,ti≥ts，其中fs為da采樣頻率，ts為采樣間隔。

7、優(yōu)選的，當(dāng)所述成型濾波器采用根升余弦濾波器srrc時(shí)，其頻域響應(yīng)h(f)為：

8、

9、其中，f表示頻率，fn＝rs/2為奈奎斯特頻率，rs為符號(hào)速率；α為滾降系數(shù)，根據(jù)采用的具體通信標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。

10、優(yōu)選的，所述插值控制器采用數(shù)字控制振蕩器nco實(shí)現(xiàn)，輸入為符號(hào)速率控制字sr_ctrl，滿足下式：

11、

12、數(shù)字控制振蕩器nco在fs的工作頻率下執(zhí)行如下累加操作：

13、ph(k)＝[ph(k-1)+sr_ctrl]mod1

14、其中，ph(k)，ph(k-1)分別為第k次和第k-1次的寄存器累加值，且ph(0)＝0；

15、輸出為用于分?jǐn)?shù)插值器每次插值的分?jǐn)?shù)間隔μk，滿足下式：

16、μk＝ph(k)；

17、插值點(diǎn)為每個(gè)fs的采樣點(diǎn)。

18、優(yōu)選的，當(dāng)ph(k-1)+sr_ctrl≥1時(shí)更新一次xs(m)，即xs(m)走了一個(gè)間隔周期ti。

19、優(yōu)選的，所述分?jǐn)?shù)插值器采用farrow結(jié)構(gòu)的三階多項(xiàng)式插值，共有四個(gè)并聯(lián)的有限沖擊響應(yīng)濾波器fir支路，分別為fir1、fir2、fir3和fir4，每個(gè)fir支路結(jié)構(gòu)相同，均有4個(gè)抽頭系數(shù)。

20、優(yōu)選的，所述分?jǐn)?shù)插值器的輸入為：成型后的基帶波形xs(m)和分?jǐn)?shù)間隔μk；輸出為：在da采樣頻率fs下的基帶波形y(k)，符號(hào)速率為rs，滿足下式：

21、

22、其中，l為0～3，分別對(duì)應(yīng)fir1、fir2、fir3和fir4；v1～v4分別對(duì)應(yīng)fir1、fir2、fir3和fir4的輸出，分別完成以下操作：

23、

24、

25、

26、

27、其中，i表示第i個(gè)抽頭，b1(i)～b4(i)分別對(duì)應(yīng)fir1、fir2、fir3和fir4的第i個(gè)抽頭系數(shù)。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：

29、本發(fā)明可以適應(yīng)任意的基帶成型濾波，不同滾降系數(shù)的基帶波形均可生成任意符號(hào)速率的基帶波形，采用本發(fā)明生成的符號(hào)速率步進(jìn)精度可以很容易地控制在1hz以下，甚至可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于10-6hz的步進(jìn)精度，能很好的滿足航天器測(cè)控通信、衛(wèi)星通信等各類無線通信場(chǎng)景中對(duì)符號(hào)速率精細(xì)調(diào)整的需求。

技術(shù)特征：

1.一種符號(hào)速率連續(xù)可變的通信基帶信號(hào)生成器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的符號(hào)速率連續(xù)可變的通信基帶信號(hào)生成器，其特征在于，所述成型濾波器的輸入為：經(jīng)過調(diào)制映射的iq符號(hào)經(jīng)過兩倍或四倍上采樣得到的iq符號(hào)序列xiq(m)，輸出為：成型后的基帶波形xs(m)，采樣頻率為fi，間隔周期為ti，且滿足fi≤fs,ti≥ts，其中fs為da采樣頻率，ts為采樣間隔。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的符號(hào)速率連續(xù)可變的通信基帶信號(hào)生成器，其特征在于，當(dāng)所述成型濾波器采用根升余弦濾波器srrc時(shí)，其頻域響應(yīng)h(f)為：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的符號(hào)速率連續(xù)可變的通信基帶信號(hào)生成器，其特征在于，所述插值控制器采用數(shù)字控制振蕩器nco實(shí)現(xiàn)，輸入為符號(hào)速率控制字sr_ctrl，滿足下式：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的符號(hào)速率連續(xù)可變的通信基帶信號(hào)生成器，其特征在于，當(dāng)ph(k-1)+sr_ctrl≥1時(shí)更新一次xs(m)，即xs(m)走了一個(gè)間隔周期ti。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的符號(hào)速率連續(xù)可變的通信基帶信號(hào)生成器，其特征在于，所述分?jǐn)?shù)插值器采用farrow結(jié)構(gòu)的三階多項(xiàng)式插值，共有四個(gè)并聯(lián)的有限沖擊響應(yīng)濾波器fir支路，分別為fir1、fir2、fir3和fir4，每個(gè)fir支路結(jié)構(gòu)相同，均有4個(gè)抽頭系數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的符號(hào)速率連續(xù)可變的通信基帶信號(hào)生成器，其特征在于，所述分?jǐn)?shù)插值器的輸入為：成型后的基帶波形xs(m)和分?jǐn)?shù)間隔μk；輸出為：在da采樣頻率fs下的基帶波形y(k)，符號(hào)速率為rs，滿足下式：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于航天器測(cè)控通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種符號(hào)速率連續(xù)可變的通信基帶信號(hào)生成器，包括：成型濾波器，用于對(duì)IQ符號(hào)序列進(jìn)行基帶成型，將IQ符號(hào)序列轉(zhuǎn)變成符合要求的基帶波形；插值控制器，用于通過輸入的符號(hào)速率控制字確定插值點(diǎn)和分?jǐn)?shù)間隔；分?jǐn)?shù)插值器，用于通過對(duì)基帶波形，在插值點(diǎn)采用分?jǐn)?shù)插值技術(shù)，生成在DA采樣頻率下的基帶波形。本發(fā)明可以適應(yīng)任意的基帶成型濾波，不同滾降系數(shù)的基帶波形均可生成任意符號(hào)速率的基帶波形，采用本發(fā)明生成的符號(hào)速率步進(jìn)精度可以很容易地控制在1Hz以下，甚至可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于10<supgt;?6</supgt;Hz的步進(jìn)精度，能很好的滿足航天器測(cè)控通信、衛(wèi)星通信等各類無線通信場(chǎng)景中對(duì)符號(hào)速率精細(xì)調(diào)整的需求。

技術(shù)研發(fā)人員：范亞楠,閆毅,李雪,姚秀娟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30