深空网多功能数字基带方案：数传部分模块设计

数传模拟源

图5-32为双通道调制器，一个通道输出数传模拟信号，另一个通道输出高斯白噪声。数传信号和噪声功率可分别由监控计算机控制调节。信号和噪声可分别输出，也可以相加后得到信噪比可变的加噪模拟信号，送数传接收机完成设备自检。

图5-32　数传模拟源硬件框图

图中，滤波放大、功率调节、信号+噪声、功分器等电路在中频信道盒中，信道盒安装于后板。其余电路在信号处理板上实现。

数传接收机

数传接收机由接收机信号处理板、接口板（中频信道盒）构成，完成载波捕获跟踪、中频极化合成、数传信号解调等功能。接收机直接在70MHz中频上进行数字化，输入口设置一个开关，基带设备处于工作状态时，接收下行信道送来的70MHz中频信号。当基带处于自检或测试状态时，输入调制器产生的下行模拟信号，完成数传基带设备的自检或自动化测试。中频信道用于数传基带时分为3条支路，用于各种速率的数传信号解调。

本方案在通用信号处理平台上，采用全数字处理算法，实现多解调模式、数据速率连续可变的任务。

根据任务要求，解调器需要完成2个旋向信号的分集合成，合成在中频完成，根据指标要求，接收中频频率70MHz，信号带宽小于25MHz；根据信号带宽，在实际中频处理中，将中频频率降低到更低的频率进行处理。于是，在信号宽带情况下，将不满足窄带条件；而在低码速率的情况下满足窄带条件且信噪比较低，是本设备捕获门限所在。

根据上述分析，极化合成分两种不同的方案完成：低速数传信号极化合成和中速数传信号极化合成。

在低码速率条件下，信号满足窄带条件，可以将带宽移相等效到中频载波的相位处理，低速数传合成原理框图见图5-33。

图5-33　低速数传合成原理框图

该方案将极化合成与载波锁相环结合起来，接收信号为2路实信号，每路信号为不同旋向接收的信号，每个旋向的信号在经过变频滤波处理后得到2路基带复信号。2路复信号经过相加处理后送入合路鉴相器得到合路本地与输入信号的相位误差信号，相位误差信号经环路滤波后反馈到本地DCO形成环路；2路基带复信号进入差路鉴相器，得到2个旋向残留相位之间的误差，误差信号经过环路滤波器后送可控移相器实现差路的闭环。差路环调整两环路相对相位误差，合路环调整本地与输入信号的相位误差。

中速码速率不满足窄带条件要求，因此，合成在解调星座图完成，实现原理框图如图5-34所示。

2个旋向的信号分别经过各自的载波环、位环锁定后得到2个星座图，2个星座图再进行延迟相关处理，以眼图最大为准则找到合适的合成星座图，合成后的星座图用于数据解调。为满足动态性能要求，由频率快速捕获单元完成输入信号频率和频率变化率测量后，实时将测量结果送载波锁相环，辅助载波环捕获跟踪。

图5-34　中速数传合成原理框图

BPSK/QPSK/OQPSK信号的解调见图5-35、图5-36。

图5-35　低速率数传接收机结构框图

图5-36　中速率数传接收机结构框图

以带宽划分中、低速数据界限，对低速信息流，输入的数字信号经数字下变频后，经过由3级CIC滤波器构成的重采样滤波器，重采样后的信号送入相位误差鉴别模块，得到相位误差信号，送入环路滤波器，控制NCO，去除信号载波；同时重采样后的信号送入位同步恢复模块，得到位同步误差信号，位同步误差控制重采样频率，输出的基带信号经匹配滤波、联合判决模块，得到判决后的解调数据。

中速数传接收机中，各条支路输出信号直接通过低通滤波器，一条支路进入鉴相器获取相位误差，控制NCO除去载波；一条支路通过重采样获取位同步信息，得到的基带信号经过判决输出。

采用这种结构的考虑是：低速解调器中使用重采样，使FPGA工作钟与码速率相关，使后续的匹配滤波器参数固定，简化了后续设计；抑制带外噪声，同时降低了FPGA处理量，使系统工作更可靠。对于中速解调器，重采样降低数据处理量的作用已不明显，噪声主要依靠AGC之前的模拟预滤波器滤除，重采样的目的只是为了获取信息钟信息。