一種基于軟件無(wú)線電技術(shù)的衛(wèi)星信道終端設(shè)計(jì)

朱小流，宋 潁

（南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)衛(wèi)星通信多系統(tǒng)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(huì)組建多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的項(xiàng)目組為目標(biāo)客戶提供高度私有化的解決方案。這樣往往會(huì)造成多系統(tǒng)架構(gòu)、多類型開(kāi)發(fā)平臺(tái)并存的局面。研發(fā)人員通常需要面對(duì)不同的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和系統(tǒng)架構(gòu)，為不同的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)不同的軟硬件，造成了大量重復(fù)勞動(dòng)，極大地增加了人力、物力成本；同時(shí)，項(xiàng)目的后期維護(hù)成本也是巨大的。

為降低開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本，統(tǒng)一的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、統(tǒng)一的平臺(tái)設(shè)計(jì)勢(shì)在必行!統(tǒng)一的架構(gòu)和平臺(tái)設(shè)計(jì)能夠降低50%～70%的人力成本；同時(shí)，模塊品類歸一，研發(fā)人員可以集中精力提升產(chǎn)品研發(fā)效率，提高產(chǎn)品可靠性；公司元器件的統(tǒng)一也必將降低采購(gòu)的難度，有利于集中采購(gòu)價(jià)格談判，縮短生產(chǎn)周期，提升生產(chǎn)效率。

1 設(shè)計(jì)原則

針對(duì)繁多的需求，開(kāi)展系統(tǒng)架構(gòu)或平臺(tái)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，必須做到“抽象需求、概念建設(shè)”、“功能解耦、界定邊界”、“確立標(biāo)準(zhǔn)、迭代擴(kuò)展”。

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

（4）各組件之間必須明確通信機(jī)制和訪問(wèn)協(xié)議，做好數(shù)據(jù)交互體系、接口通信體系的建設(shè)和維護(hù)。

2 設(shè)計(jì)架構(gòu)

本文提供了一種通用架構(gòu)的具體設(shè)計(jì)方法，能夠做到模塊的工程級(jí)引用，并已經(jīng)在產(chǎn)品實(shí)踐中得到了規(guī)模應(yīng)用，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 組成

衛(wèi)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(gè)模塊均為功能、性能獨(dú)立的組件；研制各方將嚴(yán)格遵照公司制定的軟硬件接口標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)交互協(xié)議和通信控制協(xié)議，開(kāi)展獨(dú)立設(shè)計(jì)、調(diào)試、生產(chǎn)和升級(jí)迭代。

2.2 IF模塊

IF模塊完成接收中頻信號(hào)的變頻或跳頻工作，選用FPGA器件完成對(duì)CP模塊的信令交互和IF模塊內(nèi)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(dòng)態(tài)等多種應(yīng)用場(chǎng)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(dú)立實(shí)現(xiàn)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(hào)的采樣、調(diào)制解調(diào)、功率控制和成幀解幀。

⊙ 完成網(wǎng)控代理、隨路信令、空口協(xié)議、業(yè)務(wù)通信協(xié)議等的解析和處理。

⊙ 完成不同通信系統(tǒng)的波形文件保存，用戶可以調(diào)用相應(yīng)通信波形文件。

⊙ 完成發(fā)中頻信號(hào)輸出。

⊙ 完成和IF模塊、AP模塊間的控制和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互。

CP模塊的實(shí)現(xiàn)一般采用CPU+FPGA實(shí)現(xiàn)，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(fù)責(zé)完成各類業(yè)務(wù)的復(fù)分接功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。主要包括：

（1）完成對(duì)話機(jī)終端、E1終端、異步數(shù)據(jù)終端、同步數(shù)據(jù)終端、網(wǎng)絡(luò)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(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互。

（3）完成通信終端內(nèi)各模塊的狀態(tài)管理。

圖4 AP模塊示意

AP模塊的實(shí)現(xiàn)一般采用CPU+FPGA實(shí)現(xiàn)，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(gè)）為母板，承載CP模塊（多個(gè)）和IF模塊（多個(gè)）實(shí)現(xiàn)；各模塊通過(guò)高速接插件和AP模塊進(jìn)行物理連接，同時(shí)以AP模塊為通道進(jìn)行信息交互。各模塊均具有獨(dú)立的槽位號(hào)，并根據(jù)槽位號(hào)生成模塊的管理IP地址（內(nèi)部管理使用，對(duì)外屏蔽）。信道終端各模塊通過(guò)交換機(jī)（芯片）組成局域網(wǎng)，AP模塊通過(guò)IP地址對(duì)IF模塊和CP模塊進(jìn)行管理，如參數(shù)更新、狀態(tài)上報(bào)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(jié)束語(yǔ)

本文所述系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方式，既有利于平臺(tái)的持續(xù)可擴(kuò)展，亦可增強(qiáng)后續(xù)升級(jí)迭代的便捷性。各模塊具有獨(dú)立的功能、性能指標(biāo)，容易形成獨(dú)立產(chǎn)品，作為貨架產(chǎn)品供客戶直接選用，具有較大的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。