问题与挑战卫星通信具有其它众多无线通信方式不具备的优点,例如:覆盖广,稳定可靠,成本低,等等。目前,卫星通信的应用越来越广泛,但同时也面临着诸多挑战,例如:
等等。
解决方案可以使用定为公司的系列产品来组建---快速可重构卫星通信地面站,来解决以上挑战。 图1为快速可重构卫星通信地面站的结构。使用定为公司的USDR平台的系列产品快速组建,并利用定为公司研发的图形化开发软件DPS,快速开发无线通信链路。 图1、快速可重构卫星通信地面站的结构 快速可重构卫星通信地面站的配套设施包括:
快速可重构卫星通信地面站以USDR3数字板卡为平台核心来搭建。USDR3上有三个FMC接口,上面分别连接一块40Gbps光纤接口FMC子卡、两块射频FMC子卡。两块射频子卡为FMC202,可完成遥测通道和业务通道的射频前端功能,FMC202支持的载波频率为70MHz~6GHz。天线与射频子卡之间使用功放和收发(TR)组件来放大发射功率、接收微弱信号、完成收发切换功能。光纤子卡FMC801将数字信号转换为光纤信号并通过交换机连接到互联网。 当需要使用6GHz以上的频率时,FMC的模拟输入、输出端,作为快速可重构卫星通信地面站的中频接口。6GHz以上的模拟接收、发射电路、收发开关、天线,等,可以选配定为的其它单元模块。 数字板卡与PC机之间通过千兆以太网进行连接,PC机需安装有DPS开发软件和控制终端,用于数字通信链路开发和硬件管理。 卫星地面站分为6个单元:数字基带单元、光纤通信接口单元、射频单元、功放和TR单元和电脑软件单元。
数字基带单元数字基带单元使用USDR3板卡[1],该板卡提供两片K7_325T的FPGA,供用户使用。并包含3个标准FMC接口支持同时连接三个FMC子卡,以实现不同的模拟前端功能。USDR3内部架构如图2所示。 USDR3板卡[1]可以从互连网上提取随路时钟,以支持多个地面站的时钟同步,将多个地面站组成一个虚拟的大口径接收发射阵。例如,组成一个虚拟口径2000公里的地面接收站。 图2、USDR3内部架构[1] 射频FMC子卡射频FMC子卡使用FMC202板卡,该子卡是以AD9361为核心,基于高性能宽频段设计的射频FMC。使用FMC VITA57.1标准,该标准在数字信号处理方面运用十分广泛,旨在使开发人员能够方便的使用FPGA资源做嵌入式系统设计,可大大缩短工程研发周期。图3为射频子卡FMC202的内部架构。 图3、FMC202内部架构[3] DPS开发软件DPS(DingWave Platform Studio)定为USDR 软件无线电平台开发套件。是一种能够把复杂的算法或者源码在真实硬件上快速演示验证的工具,深度集成 MATLAB、Xilinx 配套软件工具,所有的硬件接口均以 IP Core 形式呈现,支持 USDR2、USDR3、USDR7、Un等硬件平台。图4为DPS的显示界面,能完成信号处理的FPGA图形化快速开发。 图4、图形化信号处理快速FPGA开发 系统整机测试图5为整机组装完成的效果图。 图5、地面站整机效果 图6为测试结构图。在没有实际卫星情况下,按照卫星通信的信号场景,使用无人机在远端发射模拟卫星信号进行测试。 图6、测试结构图 图7为PC机终端观测到业务通信星座图。 图7、业务通信星座 图8为PC机终端观测到业务通信接收频谱图。 图8、业务通信接收频谱 主要性能指标快速可重构卫星通信地面站主要性能指标包括:
可能应用场景快速可重构卫星通信地面站主要应用场景包括且不限于:
文献资料
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