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DVB-S2X调制解调器(二)

发 布:2016-1-29 14:50:41查 看:2129

转译  原作者:Juan D. Deaton, Brian A. Banister, Tom Hansen, Tony Summers, Adam Bacon, Tim Halvorson, Ryan Hoffman

硬件配置

        我们采用的是USRP X310SBX-120的SDR平台。下图展示了我们的硬件配置。SBX-120子板提供射频前端功能,包括本地振荡器,混频器和衰减器的RX和TX路径。在SBX-120和USRP X310之间的接口,模拟信号和X310进行数据传输。对于USRP X310,我们的设计包括Xilinx kintex-7现场可编程门阵列(FPGA)、数字模拟转换器(DAC),和模拟数字转换器(ADC)。我们的核心的E2IQ,放置在FPGA实现。主机通过串行外设接口(SPI)总线,校准和配置DAC,ADC,和SBX-120前端。外部数据和FPGA的控制,分别采用以太网和RS-232接口。

X310和SBX-120的硬件配置

        我们的E2IQ设计主要包括两个部分:流量控制和数据。E2IQ核心的框图如下图所示。它由主机驱动,控制流的目的是配置和校准编码器,调制器和射频前端。调制解调器控制块的设计是建立在ZPU上,这是一个小型的嵌入式处理器。利用ZPU,控制块能够执行ACM,实现增益控制要求的算法,以及一些其他实时功能。此外,控制块还实现配置调制块使用适当符号率的作用。另外,流适配块向下传递信息并且给后续模块显示块的大小,编码率和调制方式,以便用于传输。最后,中心频率和发射功率可以通过使用调制解调器控制算法或主机的SPI总线配置。

DVB-S2X实现框图

        数据流图会将数字信号转换为以太网数据包,反之亦然。下图所示的是以太网数据包封装的图。对于以太网的I / Q数据或传输以太网数据包的流量,第一次收到是由调制解调器和用流封装(GSE)协议框架实现的。该分组数据然后与加上基带(BB)信号的标示来表示ACM控制,滚降系数,和其它帧的控制信息。整个基带(BB)框架是通过对前向纠错(FEC)编码器,以及输入块的大小来确定的.对于基带(BB)框架,DVB-S2X采用外BCH码和内LDPC码。编码后,FEC帧映射到符号和槽,这是由物理层(PL)帧处理的。然后,通过自己的信息块的头部标示,PL帧会根据整个FEC帧信息创建帧的开始。此外,PL帧插入一些信息,用于定期保持同步。当PL处理完数据包好后,数据被调制成I/Q信号,并发送到射频前端。

框架说明


E2IQ和USRP X310调制解调器的性能演示

        为了测试DVB-S2X性能特性,我们在E2IQ和USRP中都设计了一个回路配置的调制解调器.针对E2IQ的特性,我们在FPGA中建立了一个AWGN信道模型,插入在FEC编码器和解码器之间。然后,通过一个已知的伪随机序列,进入FEC编码器,之后通过AWGN信道,最后回到FEC解码器.当信噪比较低时,我们计算了所有的误码率为0.00001的方案。

        类似的E2IQ的性能特性测试,我们把Ettus SDR连接到一个载波噪声发生器上,来评估每个方案在AWGN信道模型提供的一个可编程的信噪比。RX路径返回相同的调制解调器。与FEC采用同样的方式,TX开始发射已知的SNR值伪随机数序列。通过这些实验,确定了选用SNR在0.00001的方案。在设计Ettus SDR时,我们采用与中档的MODCODs性能比较。E2IQ和Ettus SDR的测试结果如下图所示。

        如图所示,E2IQ和DVB-S2X之间的性能差距很小,平均为0.1dB。在软件无线电实现方面,0.29dB的差距也是十分靠近DVB-S2X的参数标准的。最后,在SDR设计方面,最大的符号速率和频谱效率分别为72MSPS和4.5bits/s/Hz,最大的数据速率为324Mb/s。

总结

        通过实验表明,利用E2IQ核心和USRP X310配合能够实现一个高性价比的DVB-S2X原型。另外,Ettus SDR是一个多功能的软件无线电平台,配合E2IQ核心的灵活性,能够有效的建立各种高性能数据调制解调器的C4ISR应用,我们的实验已经表明,可以利用C4ISR增加DVB-S2X的工作范围和数据吞吐量。



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