L波段衛(wèi)星信道監(jiān)測(cè)儀技術(shù)簡(jiǎn)介

1、1 1概述衛(wèi)星通信是最具有平戰(zhàn)結(jié)合功能的通信手段之一，平時(shí)在搶險(xiǎn)救災(zāi)、應(yīng)急調(diào)度等方面發(fā)揮重要作用，在緊急情況下保持通信聯(lián)絡(luò)暢通；戰(zhàn)時(shí)傳送軍事信息，在信息獲取、作戰(zhàn)指揮、后勤保障等方面具備不可替代的作用。隨著我國在高新技術(shù)領(lǐng)域的綜合實(shí)力不斷增強(qiáng)，在軌衛(wèi)星數(shù)量越來越多， 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器容量越來越大， 衛(wèi)星通信在軍用和民用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣，隨之而來的問題是，由于存在大量的通信終端，對(duì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的有效利用提出了更高的要求，如果頻譜資源分配使用不合理， 通信終端之間容易形成相互干擾， 降低通信的可靠性和穩(wěn)定性。衛(wèi)星通信用戶需要一種有效的衛(wèi)星頻譜監(jiān)測(cè)手段，掌握星上轉(zhuǎn)發(fā)器頻譜占用情況，精確地申請(qǐng)使用衛(wèi)星轉(zhuǎn)

2、發(fā)器頻率資源，提高衛(wèi)星頻率資源利用率。目前衛(wèi)星通信領(lǐng)域測(cè)試儀表的絕大部分市場(chǎng)為安捷倫、泰克、安立等國外公司所壟斷，產(chǎn)品主要是供實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)線用高端產(chǎn)品，價(jià)格昂貴，參數(shù)設(shè)置復(fù)雜、操作步驟多，針對(duì)這種情況，打破國外產(chǎn)品壟斷，提供一種價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)便、使用方便的衛(wèi)星頻率資源監(jiān)測(cè)手段，滿足一般衛(wèi)星通信用戶使用需求，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。SF-1207LSF-1207L 波段衛(wèi)星信道監(jiān)測(cè)卡是廣州山鋒測(cè)控技術(shù)有限公司基于軟件無線電、數(shù)字信號(hào)處理和現(xiàn)代信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，完全自主研發(fā)的一種簡(jiǎn)單實(shí)用的衛(wèi)星信道頻譜監(jiān)測(cè)裝置。2 2國內(nèi)外研究開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)SF-1207LSF-1207L 波段衛(wèi)星信道監(jiān)測(cè)卡作為一種

3、通信測(cè)試儀器，技術(shù)上屬于虛擬儀器技術(shù)和軟件無線電技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。虛擬儀器，實(shí)際上就是一種基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試儀器系統(tǒng)，“硬件軟件化”可以說是虛擬儀器開發(fā)的核心思想，通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)地融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起，在計(jì)算機(jī)中插入信號(hào) A/DA/D、D/AD/A 功能模塊，通過軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生采集、顯示存儲(chǔ)、分析處理和結(jié)果輸出，從而把傳統(tǒng)儀器的所有功能模塊集成在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，大大降低了儀器硬件成本。在此基礎(chǔ)上，美國國家儀器公司（簡(jiǎn)稱“NINI 公司”）提出了“軟件就是儀器”的觀點(diǎn)。軟件無線電，實(shí)際上就是在一個(gè)開放的，標(biāo)準(zhǔn)

4、化的、模塊化的通用硬件平臺(tái)上，通過軟件加載實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理和信號(hào)變換，其核心是，集中使用寬帶 A/DA/D、D/AD/A 轉(zhuǎn)換器，盡可能地通過軟件來實(shí)現(xiàn)各種無線電功能。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，這個(gè)通用硬件平臺(tái)同樣可以通過在計(jì)算機(jī)中插入信號(hào) A/DA/D、D/AD/A 功能模塊實(shí)現(xiàn)。19921992 年 5 5 月美國電信系統(tǒng)會(huì)議上， JeoMglaJeoMgla 首次提出了軟件無線電的概念， 由于軟件無線電所具有的靈活性、 開放性等特點(diǎn)，軟件無線電這一概念一經(jīng)提出，就得到了全世界無線電領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。從上述描述不難看出，虛擬儀器技術(shù)與軟件無線電技術(shù)雖然處于不同的技術(shù)研究領(lǐng)域，卻有著“異曲同工”之

5、妙，其共同點(diǎn)在于：一是隨著 PCPC 性能的不斷提升，使得虛擬儀器技術(shù)和軟件無線電技術(shù)更快速發(fā)展起來，并實(shí)現(xiàn)了更多的新應(yīng)用；二是高性能、低成本的 A/DA/D 和 D/AD/A 轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)和發(fā)展，也推動(dòng)了虛擬儀器技術(shù)和軟件無線電技術(shù)的發(fā)展，可以利用大量生產(chǎn)的芯片作為前端硬件組件。三是軟件無線電理論的日益成熟，數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字正交變換技術(shù)的軟件實(shí)現(xiàn)，也成為虛擬儀器技術(shù)提供了一個(gè)新的發(fā)展途徑，為用戶設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)，定義硬件功能等提供了一個(gè)獨(dú)立環(huán)境。從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀看，虛擬儀器技術(shù)、軟件無線電技術(shù)都在圍繞特定的功能需求和技術(shù)要求，在不同的領(lǐng)域進(jìn)行著各自的技術(shù)研究，但總體上兩者的技術(shù)路線都有著共同之

6、處，必然會(huì)形成一種“殊途同歸”的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。SF-1207LSF-1207L 波段衛(wèi)星信道監(jiān)測(cè)卡，以虛擬儀器技術(shù)為基礎(chǔ)，利用快速發(fā)展的 PCPC 架構(gòu)，高性能的 A/DA/D 轉(zhuǎn)換器，以及引入了軟件無線電中的數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字正交變換技術(shù)，使得在提升了技術(shù)性能的同時(shí)降低了成本。3 3技術(shù)方案3.13.1主要戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)3.1.13.1.1主要功能SF-1207LSF-1207L 波段衛(wèi)星信道監(jiān)測(cè)卡特別適合于固定(機(jī)動(dòng)、移動(dòng))衛(wèi)星通信地球站、衛(wèi)星偵聽站長(zhǎng)時(shí)間地對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與質(zhì)量分析，可以直觀顯示信號(hào)頻譜和分析計(jì)算信噪比或者Eb/N0值。(1)(1)頻譜自適應(yīng)顯示：輸入中心頻率與掃描帶寬

7、即可自適應(yīng)顯示頻譜。(2)(2)信號(hào)功率測(cè)量：輸入信號(hào)帶寬即可實(shí)現(xiàn)功率測(cè)量。(3)(3)信噪比估計(jì)：對(duì)于數(shù)字調(diào)制信號(hào)，輸入信號(hào)帶寬即可實(shí)現(xiàn)信噪比估計(jì)，進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量分析。3.1.23.1.2主要技術(shù)指標(biāo)工作頻率范圍：950MHz-1750MHz950MHz-1750MHz 可通過中心頻率間隔選擇，進(jìn)行大步距快速連續(xù)信號(hào)搜索和監(jiān)測(cè)最大輸入承受電平：20dBm20dBm最大輸入工作電平：0dBm0dBm掃描帶寬：0.25MHz0.5MHz0.25MHz0.5MHz、0.75MHz0.75MHz1 1MHz2MHz3MHz4MHz5MHz10MHzMHz2MHz3MHz4MHz5MHz10MHz20M

8、Hz30MHzM20MHz30MHzM 選最小分辨帶寬：100Hz100Hz功率檢測(cè)靈敏度：-90dBm-90dBm功率測(cè)量誤差 1dB1dB信噪比估計(jì)誤差 0.6dB0.6dBo o3.23.2系統(tǒng)組成和配置SF-1207LSF-1207L 波段衛(wèi)星信道監(jiān)測(cè)卡采用開放式的軟硬件體系結(jié)構(gòu)，以及先進(jìn)軟件無線電體系結(jié)構(gòu)，通過系統(tǒng)配置和參數(shù)配置，覆蓋整個(gè) L L 波段的信道參數(shù)監(jiān)測(cè)。3.2.13.2.1軟件組成軟件主要包含四個(gè)部分：MFCMFC 圖形界面、板間通信協(xié)議接口函數(shù)庫、算法接口函數(shù)庫，以及 PCIPCI 芯片驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)庫，其中 PCIPCI 芯片驅(qū)動(dòng)程序使用 PLXPLX 公司提供的 A

9、PIAPI 接口函數(shù)。圖1軟件組成3.2.23.2.2硬件組成硬件組成主要包括模擬前端以及數(shù)字處理板兩個(gè)部分。模擬前端主要對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行變頻調(diào)理，數(shù)字處理板主要對(duì)模擬前端調(diào)理后的信號(hào)進(jìn)行采樣處理并傳輸至 PCPC 機(jī)后進(jìn)行進(jìn)一步的分析。1y-上位機(jī)圖2硬件組成3.33.3系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)3.3.13.3.1硬件體系結(jié)構(gòu)硬件體系結(jié)構(gòu)如圖所示圖2硬件體系結(jié)構(gòu)RFRF 模塊主要進(jìn)行模擬信號(hào)低噪聲放大和濾波等處理，實(shí)現(xiàn)模擬域信號(hào)接收。2.12.1信號(hào)采集通過 ADC1ADC1 行模擬信號(hào)/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集。2.12.1信號(hào)處理(1)(1)數(shù)字正交變換和數(shù)字下變頻主要進(jìn)行數(shù)字信號(hào)正交變換和下變頻

10、、數(shù)字抽取和濾波，通過 FPGAFPGA 程實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的提取，(2)(2)數(shù)據(jù)緩存主要進(jìn)行數(shù)字信號(hào)緩沖存貯，實(shí)現(xiàn) PCIPCI 接口的數(shù)據(jù)傳輸速率適配。(3)(3)PCIPCI 總線接口主要通過 FPGAFPGA 空制 PCIPCI 接口數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)本地總線和 PCIPCI 總線之間的存儲(chǔ)訪問。3.3.23.3.2軟件體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件需要實(shí)現(xiàn)如下 3 3 個(gè)功能：(1)(1)與數(shù)字處理板卡進(jìn)行通信，設(shè)置處理參數(shù)，讀取處理后的數(shù)據(jù)。(2)(2)對(duì)處理后數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行頻譜分析與顯示以及信噪比估計(jì)。(3)(3)對(duì)通道的增益進(jìn)行自動(dòng)控制。根據(jù)上述功能實(shí)現(xiàn)要求，軟件體系結(jié)構(gòu)劃分如下：MFC圖圖圖

11、圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖【PCI圖圖圖圖圖3軟件結(jié)構(gòu)MFC圖形顯示MFCMFC 圖形界面采用 VC+6.0VC+6.0 進(jìn)行編寫，具有比較友好的界面，可擴(kuò)展可移植性強(qiáng)。系統(tǒng)軟件主要對(duì)當(dāng)前信號(hào)的頻譜以及信道參數(shù)進(jìn)行顯示。同時(shí)，接受用戶的設(shè)置，將監(jiān)測(cè)參數(shù)傳遞給板卡進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。信號(hào)分析信號(hào)分析主要包括頻譜分析以及信噪比分析兩個(gè)部分，頻譜分析主要采用經(jīng)典的FFTFFT 算法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，并對(duì)信號(hào)的電平大小進(jìn)行估計(jì)，最后根據(jù)電平的大小調(diào)整通道增益。信噪比分析主要，采用奇異值分解算法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)對(duì)特定信道進(jìn)行信噪比估計(jì)。板卡驅(qū)動(dòng)程序板卡驅(qū)動(dòng)程序完成板卡與應(yīng)用程序之間的協(xié)議的解析與打

12、包，并調(diào)用 PCIPCI 驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用程序與板卡的通信。4操作使用設(shè)備安裝SF-1207LSF-1207L 波段衛(wèi)星信道監(jiān)測(cè)卡可方便地安裝到具有 PCIPCI 擴(kuò)展槽的工控機(jī)中，將 PCIPCI 擴(kuò)展卡插入到安裝有 WINDOWSWINDOWS 操作系統(tǒng)的電腦主機(jī)，安裝相應(yīng)信號(hào)處理和顯示軟件,即可監(jiān)測(cè)處理來自固定(機(jī)動(dòng)、移動(dòng))衛(wèi)星通信地球站、衛(wèi)星偵聽站射頻信道接收單元(LNB)(LNB)的 L L 波段信號(hào)功能用途(1)(1)捕捉監(jiān)視衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)，輔助調(diào)整衛(wèi)星天線準(zhǔn)確對(duì)星。(2)(2)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星信道信號(hào)，分析衛(wèi)星鏈路質(zhì)量和系統(tǒng)工作狀態(tài)。(3)(3)掌握衛(wèi)星信道占用情況，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星信道干擾和

13、非法占用情況。應(yīng)用方式一機(jī)一卡對(duì)于 PCIPCI 擴(kuò)展槽有限(至少 2 2 個(gè)槽)的電腦主機(jī)，可安裝使用一個(gè)插卡，進(jìn)行一個(gè)頻段信號(hào)的監(jiān)測(cè)。如需同時(shí)進(jìn)行不同頻段信號(hào)的監(jiān)視，需要在多臺(tái)電腦主機(jī)上安裝插卡。一機(jī)多卡對(duì)于 PCIPCI 擴(kuò)展槽充足(4(4 個(gè)、6 6 個(gè)、8 8 個(gè)槽)的電腦主機(jī)，可安裝使用一個(gè)或多個(gè)插卡，按需要同時(shí)進(jìn)行不同頻段信號(hào)的監(jiān)視。(3)(3)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)通過將插有信道監(jiān)測(cè)卡的電腦主機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)施遠(yuǎn)程登錄，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)。操作使用(1)(1)按照連接示意圖進(jìn)行系統(tǒng)連接;(2)(2)運(yùn)行應(yīng)用軟件(3)(3)按照顯示界面提示，輸入“掃描寬度”、“中心頻率”；(4)(4)點(diǎn)擊“確認(rèn)”

14、，即進(jìn)行信道頻譜監(jiān)測(cè)；(5)(5)按照顯示界面提示，輸入“信號(hào)帶寬”，即自動(dòng)進(jìn)行信噪比測(cè)量整個(gè)軟件界面分為頻譜顯示模塊、功能顯示模塊以及按鈕控制模塊。(1)(1)頻譜顯示模塊：用戶根據(jù)需要開始或暫停頻譜分析，坐標(biāo)軸中間區(qū)域顯示所采集的信號(hào)頻譜，縱坐標(biāo)軸表示 dB/DIV,dB/DIV,根據(jù)信號(hào)功率自適應(yīng)調(diào)整，橫坐標(biāo)軸表示信號(hào)頻率。單擊鼠標(biāo)左鍵不放即可顯示對(duì)應(yīng)點(diǎn)的十字坐標(biāo)，雙擊鼠標(biāo)右鍵一下即可將十字坐標(biāo)留在頻譜顯示區(qū)域，冉雙擊鼠標(biāo)右鍵即可取消顯示在頻譜區(qū)域的十字坐標(biāo)。(2)(2)功能顯示模塊：用戶可以根據(jù)需要選擇掃描帶寬和掃描間隔。頻譜顯示模塊控制模塊功能顯示模塊掃描帶寬有 1111 種數(shù)值可選

15、擇，分別為 3030、2020、1010、5 5、4 4、3 3、2 2、1 1、0.750.75、0.50.5、0.25MHz0.25MHz掃描間隔有 3 3 種數(shù)值可選擇，分別為 3030、2020、10MHz10MHz中心頻率的范圍為 950MH950MH 莊 ij1750MHzij1750MHz 輸入或調(diào)整中心頻率時(shí)，需要點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，中心頻率也可以根據(jù)掃描間隔來調(diào)整。信號(hào)帶寬可以根據(jù)頻譜顯示區(qū)域的信號(hào)自行設(shè)置(要求小于掃描帶寬)，同時(shí)用戶可以通過功能顯示模塊觀察到采集到信號(hào)功率、信噪比。點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕來復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)。(3)(3)控制模塊：用戶可以根據(jù)需要選擇暫停、工作模式和峰值顯示。點(diǎn)選“暫停”復(fù)選框來暫停信號(hào)監(jiān)測(cè)。點(diǎn)選