一種基于軟件無線電技術的衛星信道終端設計

朱小流，宋 潁

（南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

當前，我國衛星通信多系統并行，用戶終端品類繁多。為了滿足用戶的多樣化需求，公司往往會組建多個相對獨立的項目組為目標客戶提供高度私有化的解決方案。這樣往往會造成多系統架構、多類型開發平臺并存的局面。研發人員通常需要面對不同的開發平臺和系統架構，為不同的項目開發不同的軟硬件，造成了大量重復勞動，極大地增加了人力、物力成本；同時，項目的后期維護成本也是巨大的。

為降低開發和維護成本，統一的系統架構設計、統一的平臺設計勢在必行!統一的架構和平臺設計能夠降低50%～70%的人力成本；同時，模塊品類歸一，研發人員可以集中精力提升產品研發效率，提高產品可靠性；公司元器件的統一也必將降低采購的難度，有利于集中采購價格談判，縮短生產周期，提升生產效率。

1 設計原則

針對繁多的需求，開展系統架構或平臺的統一設計，必須做到“抽象需求、概念建設”、“功能解耦、界定邊界”、“確立標準、迭代擴展”。

（1）將相同功能的模塊抽象出來，形成獨立的組件，尤其是涉及到信道算法、性能、物理鏈路或空口協議的組件。

（2）各組件之間必須形成固定、通用的硬件和軟件接口。

（3）各組件之間必須做好功能解耦，明確界定各自的任務邊界。

（4）各組件之間必須明確通信機制和訪問協議，做好數據交互體系、接口通信體系的建設和維護。

2 設計架構

本文提供了一種通用架構的具體設計方法，能夠做到模塊的工程級引用，并已經在產品實踐中得到了規模應用，產生了較好的經濟效益。

2.1 組成

衛星通信終端可抽象劃分為IF模塊（Intermediate Frequency）、CP模塊（Communication Processor）和AP模塊（Access Processor）。功能解耦后，三個模塊均為功能、性能獨立的組件；研制各方將嚴格遵照公司制定的軟硬件接口標準、數據交互協議和通信控制協議，開展獨立設計、調試、生產和升級迭代。

2.2 IF模塊

IF模塊完成接收中頻信號的變頻或跳頻工作，選用FPGA器件完成對CP模塊的信令交互和IF模塊內各元件的控制工作，如頻率管理、增益管理等。本文所述IF模塊能夠滿足大帶寬、高動態等多種應用場景，如圖2所示。

圖1 功能解

圖2 IF模塊示意

2.3 CP模塊

CP模塊獨立實現信道能力，包括控制層和鏈路層，完成的主要功能包括：

⊙ 完成信道接收信號的采樣、調制解調、功率控制和成幀解幀。

⊙ 完成網控代理、隨路信令、空口協議、業務通信協議等的解析和處理。

⊙ 完成不同通信系統的波形文件保存，用戶可以調用相應通信波形文件。

⊙ 完成發中頻信號輸出。

⊙ 完成和IF模塊、AP模塊間的控制和業務數據交互。

CP模塊的實現一般采用CPU+FPGA實現，但考慮到小體積、低功耗等因素，本文所述信道終端選用ZYNQ系列芯片。

圖3 CP模塊示意

2.4 AP模塊

AP模塊負責完成各類業務的復分接功能，實現人機交互。主要包括：

（1）完成對話機終端、E1終端、異步數據終端、同步數據終端、網絡終端及各類傳感元件的信息采集和處理。

（2）完成和CP模塊間的業務數據交互。

（3）完成通信終端內各模塊的狀態管理。

圖4 AP模塊示意

AP模塊的實現一般采用CPU+FPGA實現，但考慮到小體積、低功耗等因素，本文所述信道終端選用ZYNQ系列芯片。

2.5 模塊管理

信道終端以AP模塊（1個）為母板，承載CP模塊（多個）和IF模塊（多個）實現；各模塊通過高速接插件和AP模塊進行物理連接，同時以AP模塊為通道進行信息交互。各模塊均具有獨立的槽位號，并根據槽位號生成模塊的管理IP地址（內部管理使用，對外屏蔽）。信道終端各模塊通過交換機（芯片）組成局域網，AP模塊通過IP地址對IF模塊和CP模塊進行管理，如參數更新、狀態上報等。

以兩路IF模塊和CP模塊為例，模塊管理示意圖如圖5所示。

圖5 模塊管理示意圖

3 結束語

本文所述系統架構實現方式，既有利于平臺的持續可擴展，亦可增強后續升級迭代的便捷性。各模塊具有獨立的功能、性能指標，容易形成獨立產品，作為貨架產品供客戶直接選用，具有較大的應用前景和市場潛力。