软件无线电在小卫星多功能地面站中的应用

成形滤波器设计采用频率采样技术，这样可以得到阶数较低、性能较好的滤波器。成形滤波器一般采用４倍或８倍的内插系数。先用ＭＡＴＬＡＢ把滤波器阶数和系数确定下来，这样可以用移位加运算代替乘法以节省大量硬件资源。在ＦＰＧＡ实现时，采用ＤＡ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）技术。ＤＡ技术提出了二十多年，广泛应用于线性时不变信号处理，已被证明不适用于可编程ＤＳＰ的固定指令系统结构，但是用ＦＰＧＡ实现却是个好的选择——ＤＡ电路中没有直接的乘法器，乘法可由查找表得到。

ＣＩＣ滤波器是一种灵活的无乘法滤波器，适合于硬件实现，并可处理任意大的数据率变换。由此，第二级内插滤波采用ＣＩＣ滤波器是最佳选择。

在不降低性能的前提下，从节省资源的角度考虑，各信道内插滤波器分为两步实现：第一级ＦＩＲ成形滤波器，第二级内插滤波器采用五级ＣＩＣ滤波器。各信道滤波器内插分解为两级，大内插系数滤波器由ＣＩＣ完成，其结构如图２所示。实验结果表明这样做并不影响性能。

图3 19.2kbps窄带内插滤波器频率响应

    三路信道内插滤波器分别描述如下：

（１）２．４ｋｂｐｓ窄带信号：编码后信号采样率为４．８ｋＨｚ，要用７８．３３６ＭＨｚ进行采样，必须经过７８３３６／４．８＝１６３２０倍内插。第一级采用７５阶８倍内插成形ＦＩＲ滤波器，第二级采用２０４０倍五级ＣＩＣ内插滤波器。

（２）１９．２ｋｂｐｓ窄带信号：编码后信号采样率为３８．４ｋＨｚ，要用７８．３３６ＭＨｚ进行采样，必须经过２０４０倍内插。第一级采用７５阶８倍内插成形ＦＩＲ滤波器，第二级采用２５５倍五级ＣＩＣ内插滤波器。该路信道所有内插滤波器频率响应如图３所示。

（３）２．４ｋｂｐｓ扩频信号：编码后信号采样率为１．２２４ＭＨｚ，要用７８．３３６ＭＨｚ进行采样，必须经过６４倍内插。第一级采用２５阶４倍内插成形ＦＩＲ滤波器，第二级采用１６倍五级ＣＩＣ内插滤波器。

    ２．３．２ 数字上变频

数字上变频器的主要功能是对输入数据进行各种调制和频率变换，即在数字域内实现调制和混频。笔者设计了三个单路数据ＤＵＣ。

在ＢＰＳＫ调制模式中，内插滤波器把数据流采样频率升至时钟频率后，通过载波ＮＣＯ进行混频。ＤＵＣ设计取２２位累加器，ＳＩＮ／ＣＯＳ的分辨率为１２位。其频率输出调谐精度为１８．６８Ｈｚ。ＮＣＯ简单结构如图４所示。

    ２．３．３ 信道复接

三路信道分别完成数字上变频后经过一个加法器变为一路信号送至ＤＡＣ，这样只需要一个ＲＦ模块就可完成发射功能。如图５给出了发射机信道复接后的频谱。

２．４ Ｉｎｖｅｒｓｅ－ＳＩＮＣ预补偿滤波器

Ｉｎｖｅｒｓｅ－ＳＩＮＣ预补偿滤波器用于补偿发射时由ＤＡＣ采样保持工作导致的频率响应的失真。该偏差在２１．８５ＭＨｚ时为－１．１４２ｄＢ。为了达到性能最优化，采用频率采样的方法设计了一个１１阶的补偿滤波器，该滤波器频率响应如图６所示。

    为了分析发射机的性能，用矢量信号分析仪画出各信道的星座图与眼图。图７所示为窄带１９．２ｋｂｐｓ信道的星座图与眼图，其性能可以满足多功能地面站的要求。

本文采用了软件无线电技术。实现卫星地面站，具有很大的灵活性及现实意义。根据“创新一号”小卫星对多功能地面站的研制要求，自行开发了一个软件无线电多信道发