一种基于软件无线电技术的卫星信道终端设计

2020-11-04朱小流

数字通信世界 2020年10期

朱小流，宋颍

（南京熊猫汉达科技有限公司，江苏南京 210000）

0 引言

当前，我国卫星通信多系统并行，用户终端品类繁多。为了满足用户的多样化需求，公司往往会组建多个相对独立的项目组为目标客户提供高度私有化的解决方案。这样往往会造成多系统架构、多类型开发平台并存的局面。研发人员通常需要面对不同的开发平台和系统架构，为不同的项目开发不同的软硬件，造成了大量重复劳动，极大地增加了人力、物力成本；同时，项目的后期维护成本也是巨大的。

为降低开发和维护成本，统一的系统架构设计、统一的平台设计势在必行!统一的架构和平台设计能够降低50%～70%的人力成本；同时，模块品类归一，研发人员可以集中精力提升产品研发效率，提高产品可靠性；公司元器件的统一也必将降低采购的难度，有利于集中采购价格谈判，缩短生产周期，提升生产效率。

1 设计原则

针对繁多的需求，开展系统架构或平台的统一设计，必须做到“抽象需求、概念建设”、“功能解耦、界定边界”、“确立标准、迭代扩展”。

（1）将相同功能的模块抽象出来，形成独立的组件，尤其是涉及到信道算法、性能、物理链路或空口协议的组件。

（2）各组件之间必须形成固定、通用的硬件和软件接口。

（3）各组件之间必须做好功能解耦，明确界定各自的任务边界。

（4）各组件之间必须明确通信机制和访问协议，做好数据交互体系、接口通信体系的建设和维护。

2 设计架构

本文提供了一种通用架构的具体设计方法，能够做到模块的工程级引用，并已经在产品实践中得到了规模应用，产生了较好的经济效益。

2.1 组成

卫星通信终端可抽象划分为IF模块（Intermediate Frequency）、CP模块（Communication Processor）和AP模块（Access Processor）。功能解耦后，三个模块均为功能、性能独立的组件；研制各方将严格遵照公司制定的软硬件接口标准、数据交互协议和通信控制协议，开展独立设计、调试、生产和升级迭代。

2.2 IF模块

IF模块完成接收中频信号的变频或跳频工作，选用FPGA器件完成对CP模块的信令交互和IF模块内各元件的控制工作，如频率管理、增益管理等。本文所述IF模块能够满足大带宽、高动态等多种应用场景，如图2所示。

图1 功能解

图2 IF模块示意

2.3 CP模块

CP模块独立实现信道能力，包括控制层和链路层，完成的主要功能包括：

⊙ 完成信道接收信号的采样、调制解调、功率控制和成帧解帧。

⊙ 完成网控代理、随路信令、空口协议、业务通信协议等的解析和处理。

⊙ 完成不同通信系统的波形文件保存，用户可以调用相应通信波形文件。

⊙ 完成发中频信号输出。

⊙ 完成和IF模块、AP模块间的控制和业务数据交互。

CP模块的实现一般采用CPU+FPGA实现，但考虑到小体积、低功耗等因素，本文所述信道终端选用ZYNQ系列芯片。

图3 CP模块示意

2.4 AP模块

AP模块负责完成各类业务的复分接功能，实现人机交互。主要包括：

（1）完成对话机终端、E1终端、异步数据终端、同步数据终端、网络终端及各类传感元件的信息采集和处理。

（2）完成和CP模块间的业务数据交互。

（3）完成通信终端内各模块的状态管理。

图4 AP模块示意

AP模块的实现一般采用CPU+FPGA实现，但考虑到小体积、低功耗等因素，本文所述信道终端选用ZYNQ系列芯片。

2.5 模块管理

信道终端以AP模块（1个）为母板，承载CP模块（多个）和IF模块（多个）实现；各模块通过高速接插件和AP模块进行物理连接，同时以AP模块为通道进行信息交互。各模块均具有独立的槽位号，并根据槽位号生成模块的管理IP地址（内部管理使用，对外屏蔽）。信道终端各模块通过交换机（芯片）组成局域网，AP模块通过IP地址对IF模块和CP模块进行管理，如参数更新、状态上报等。

以两路IF模块和CP模块为例，模块管理示意图如图5所示。