可变带宽数字信道合成器、分解器、信道合成与分解器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种信道合成器、信道分解器，尤其涉及一种可变带宽数字信道合成 器、可变带宽数字信道分解器、具有可变带宽数字信道合成器与可变带宽数字信道分解器 的用于卫星系统的可变带宽数字信道合成与分解器。
【背景技术】
[0002] 数字信道合成与分解器广泛运用于各种地面无线通信系统和卫星通信系统中。在 基于频分复用的卫星通信系统中，每个用户工作在卫星信道的不同频段。卫星载荷完成多 用户信号的接收后，通过数字化处理得到基带多载波宽带信号。多载波信号通过数字信道 化分解器实现频谱搬移。卫星可以将搬到基带的各用户信号进行信道交换，交换以后再送 入数字化信道合成器，构成宽带多载波信号再发送给地面用户，实现不同用户间的信息交 换。
[0003] 然而现有的基于专用集成电路(ASIC)数字信道合成与分解器工作模式固定，只能 支持固定的用户数和子带带宽;而基于现场可编程门阵列(FPGA)构造的数字信道合成与分 解器虽然工作模式可以灵活配置，但是限于现有星载FPGA的器件水平，难以实现大吞吐量 的数字信道合成与分解器。
【发明内容】
[0004] 已有的数字信道化合成与分解器没有考虑到星载环境下对功能多样化的需求，一 种结构只能用于固定用户的固定带宽信号的分解和合成，因此，本发明为解决这个问题提 供一种可变带宽数字信道合成器、可变带宽数字信道分解器、具有可变带宽数字信道合成 器与可变带宽数字信道分解器的用于卫星系统的可变带宽数字信道合成与分解器。
[0005] 本发明的解决方案是:一种可变带宽数字信道合成器，其用于完成不同用户窄带 信号的频谱搬移，并在合成后输出多载波宽带信号；该可变带宽数字信道合成器基于固定 点数FFT和固定滤波器系数架构实现，FFT为快速傅氏变换Fast Fourier Transformation 的简称;在基于K点FFT结构实现的可变带宽数字信道合成器中，多用户窄带信号经过FFT实 现频谱搬移，再通过低通滤波实现镜像分量抑制，最后进行合成，K为正整数。
[0006] 作为上述方案的进一步改进，当用户数发生变化的时候:先，在没有数据输入的端 口输入全零数据;然后，更改合成器的工作时钟;最后，在后端输出时，按照相应的比例进行 抽取和并串转换;完成上述三个步骤即可使数字信道合成器切换工作模式，可支持的用户 数包括:1(、1(/2、1(/4、一和单用户。
[0007] 进一步地，对应于K个用户的窄带信号为丄(/?)，…，经过FFT 变换、多相抗镜像滤波和相位旋转后，通过并串转换实现多用户窄带信号合成宽带信号。
[0008] 再进一步地，实现多相抗镜像滤波的多相抗镜像滤波器为qP(m) = kp(Km-p)，P = 0，1，2，."K-1〇
[0009] 本发明还提供一种可变带宽数字信道分解器，根据工作模式配置，将接收信号依 此送入各输入端口，完成多用户宽带信号的抽取、抗混叠滤波后，送入K点IFFT结构完成频 谱搬移，得到每个用户的基带信号;卫星接收的多载波宽带信号经过数字化以后表示为:x (n)，设x(n)包含K个子带，对应K个用户的窄带信号：jrn(mU _)」(/?)，…，其中K 为数字信道分解器支持的最大子带数，K为2的幂;hLP(n)为抗混叠滤波器，经过多相变换以 后，得到go(m)，gi(m)，…，gK-i(m)，其中gp(m)=hLP(Km+p)，P = 0，1，2,…K-1。
[0010] 作为上述方案的进一步改进，该可变带宽数字信道分解器支持1(、1(/2、1(/4、~单用 户工作模式，且工作模式切换的时候，只需要改变工作时钟。
[0011] 本发明还提供一种用于卫星系统的可变带宽数字信道合成与分解器，其包括可变 带宽数字信道合成器与可变带宽数字信道分解器;该可变带宽数字信道合成器，其用于完 成不同用户窄带信号的频谱搬移，并在合成后输出多载波宽带信号；该可变带宽数字信道 合成器基于固定点数FFT和固定滤波器系数架构实现;在基于K点FFT结构实现的可变带宽 数字信道合成器中，多用户窄带信号经过FFT实现频谱搬移，再通过低通滤波实现镜像分量 抑制，最后进行合成，K为正整数；
[0012] 该可变带宽数字信道分解器，根据工作模式配置，将接收信号依此送入各输入端 口，完成多用户宽带信号的抽取、抗混叠滤波后，送入K点FFT结构完成频谱搬移，得到每个 用户的基带信号;卫星接收的多载波宽带信号经过数字化以后表示为:x(n)，设x(n)包含K 个子带，对应K个用户的窄带信号:…，其中K为数字信道分解器支 持的最大子带数，K为2的幂；hLP(n)为抗混叠滤波器，经过多相变换以后，得到gQ(m)， gl (111)，...41(-1(111)，其中区?(111)=111^(1(111+0)，0 = 〇，1，2，."1(-1。
[0013] 作为上述方案的进一步改进，当用户数发生变化的时候:先，在没有数据输入的端 口输入全零数据;然后，更改合成器的工作时钟;最后，在后端输出时，按照相应的比例进行 抽取和并串转换;完成上述三个步骤即可使数字信道合成器切换工作模式，可支持的用户 数包括:1(、1(/2、1(/4、一和单用户。
[0014] 进一步地，对应于K个用户的窄带信号为.[.:,(/?)，，…，^ ?，经过FFT 变换、多相抗镜像滤波和相位旋转后，通过并串转换实现多用户窄带信号合成宽带信号。 [0015]再进一步地，实现多相抗镜像滤波的多相抗镜像滤波器为qp(m) = hLP(Km-p)，P = 0，1，2，."K_1〇
[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0017] 1.本发明设计的可变带宽数字信道分解器可以适用于设计的最大用户数K，及K/ 2、K/4、…及单用户；
[0018] 2.本发明设计的可变带宽数字信道合成器可以适用于设计的最大用户数K，及K/ 2、K/4、…及单用户；
[0019] 3.本发明设计的可变带宽数字信道分解器在用户数按表1发生变化时，只需要更 改输入时钟即可，其内部结构不用做任何更改；
[0020] 4.本发明设计的可变带宽数字信道合成器在用户数按表2发生变化时，只需要更 改输入时钟即可，其内部结构不用做任何更改；
[0021] 5.本发明能够很好的实现星上数字信道合成与分解器的功能重构，实现载荷功能 自适应匹配应用需求；
[0022] 6.本发明设计的可变带宽数字信道合成与分解器能够应用在设计带宽可变数字 信道合成与分解器的ASIC芯片。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明用于64用户信号合成的可变带宽数字信道分解器的实现结构图；
[0024] 图2为本发明用于64用户信号合成的可变带宽数字信道合成器的实现结构图；
[0025] 图3为利用图2的数字信道合成器，64用户数字信道合成后的功率谱密度图；
[0026] 图4为利用图1的数字信道分解器，64用户数字信道分解后的用户解调星座图；
[0027] 图5为本发明用于4用户信号合成的可变带宽数字信道合成器的实现结构图；
[0028] 图6为利用图5的数字信道合成器，4用户数字信道合成后的功率谱密度图；
[0029] 图7为本发明用于4用户信号合成的可变带宽数字信道分解器的实现结构图；
[0030] 图8为利用图7的数字信道分解器，4用户数字信道分解后的用户解调星座图。
【具体实施方式】
[0031] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032] 本发明的可变带宽数字信道合成与分解器包括可变带宽数字信道合成器和可变 带宽数字信道分解器。本发明设计的可变带宽数字信道合成与分解器可用于卫星通信系 统。可变带宽数字信道合成器完成不同用户窄带信号的频谱搬移，并在合成后输出多载波 宽带信号。可变带宽数字信道合成器可以根据任务需求适配不同用户数的不同带宽信号的 合成。
[0033]可变带宽数字信道合成器基于固定点数FFT和固定滤波器系数架构实现，FFT为快 速傅氏变换Fast Fourier Transformat ion的简称。在基于冗点？?!1结构实现的可变带宽数 字信道合成器中，多用户窄带信号经过FFT实现频谱搬移，再通过低通滤波实现镜像分量抑 制，最后进行合成。当用户数发生变化的时候：
[0034] 1)在没有数据输入的端口输入全零数据；
[0035] 2)更改合成器的工作时钟；
[0036] 3)在后端输出时，按照相应的比例进行抽取和并串转换。
[0037] 完成上述3个步骤即可使数字信道合成器切换工作模式，可支持的用户数包括:K、 K/2、K/4、…和单用户。
[0038]比如对一个基于K = 64点FFT结构的可变带宽数字信道合成器，可以支持如下的工 作模式配置：
[0039] #64个用户，每个用户带宽为B的64路窄带信号合成；
[0040] #32个用户，每个用户带宽为2B的32路窄带信号合成；
[0041 ] #16用户，每个用户带宽为4B的32路窄带信号合成；
[0042] #8用户，每个用户带宽为8B的32路窄带信号