Telecom Power Technology
设计应用
一种全数字调制的星载编码调制系统设计
陆格格，郝广凯，魏　祎，雷　鸣，汪思冒
（上海航天电子技术研究所，上海
星载数据传输发射机是卫星数据传输系统的重要组成部分，传统数传发射机产品一般只具备一种数据传
输速率和一种调制模式的传输功能，但随着航天技术的发展，卫星对发射机产品的传输功能集成度需求逐渐增加，
系列现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）电路的全数字星载编电路的作用是对外部接收数据进行编码、加扰、调制、变速滤波处理，形成多种编码方式和传输给单机的高速数字模拟转换器（Digital to Analog Converter，
对中继传输、星间通信传输的功能。上述全数字调制的星载编码调制系统已在单机进行了应用，测试结果显示该调
制系统具有多编码调制的能力，以适应传输功能集成的要求。
全数字；星载；编码调制；系统设计
Design of an All-Digital Modulation On-Board Coded Modulation System
LU Gege, HAO Guangkai, WEI Yi, LEI Ming, WANG Simao
(Shanghai Institute of Aerospace Electronics Technology, Shanghai
 2022年3月25日第39卷第6期
Telecom Power Technology
Ｍａｒ．　２５，　２０２２，　Ｖｏｌ．３９　Ｎｏ．６　
陆格格，等：一种全数字调制的
星载编码调制系统设计
主要包括电源变换器、晶振、倍频器、编码调制器等部分。晶振产生频率的输出信号经65次倍频器后
进入调制器与基带信号进行正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying ，QPSK ）调制，后经过隔离器输出。1.2　数字调制技术及应用
为了满足日益复杂的信道需求，且降低现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array ，FPGA ）和数字信号处理（Digital Signal Processing ，DSP ）成本，调制技术数字化成为发展趋势。相比于模拟调制，数字调制技术的抗干扰性能更优越，信道损耗也更低。数字调制中的调制信号为符号或脉冲的时间序列，其中每个符号可以用n  bit 表示，且每个符号可以有m 种有限状态[4]。根据控制参数的不同主要分为频移键控（Frequency Shift Keying ，FSK ）、幅移键控（(Amplitude Shift Keying ，ASK ）、相移键控（Phase Shift Keying ，PSK ）以及多进制相移键控（Multibase Phase Shift Keying ，MPSK ）。
数字调制用于对I 、Q 两路数据进行数字中频调制，原理如图2所示。扩频后的I 路数据和Q 路数据分别与载波相乘后合路，调制信号与衰减系数相乘可以实现数字模拟转换器（Digital  to Analog converter ，DAC)输出信号幅度可调，实现基带输出功率控制。
I路数据
Q路数据
载波输入Sin(cot)
载波输入Cos(cot)
调制输出
数据合路
幅度控制
图2　数字调制原理
2　全数字调制的星载编码调制系统设计
2.1　系统基本架构modulate
基于上面对模拟调制和数字调制两种调制方式的分析，本文设计了一种全数字调制的星载编码调制系统，
如图3所示，本系统包括电源变换电路、中频处理电路、高速DAC 电路、接口电路、FPGA 电路、配置电路等。
时钟电路
电路交换电源
接口电路
配置电路
并行数据
串行接口并行接口
遥控
数据伴随时钟
DAC分频时钟
中频处理电路
中频模拟信号
输出
遥测
配置信息
串口通信
+1.0 V
+1.2 V +1.8 V +2.5 V +12 V
+5 V
+3.3 V +5.0 V
高速DAC  电路
A O S 数据
FPGA电路 （K7）
图3　一种星载编码调制系统架构
电源变换电路的作用是将外部的输入电源电压转换为配置电路、时钟电路、接口电路以及FPGA 电路。通过采用4片MPD 23774HKSH/EM 能够将输入的+5 V 电源转换成+3.3 V 、+1.8 V 、+1.2 V 及+1.0 V 中频处理电路和高速DAC 电路所要的工作电压值。高速DAC 电路的作用是根据时钟电路的主时钟产生中频信号，然后将中频信号进行数模转换后给中频处理电路进行处理。FPGA 电路的作用是将外部输入的数据进行数字调制、编码、加扰及变速滤波处理后传输给高速DAC 电路。配置电路起辅助作用，主要是对FPGA 电路进行刷新、数据加载及控制操作，首先将存储在FLASH 芯片中的配置信息加载至K 7系列电路，然后对K 7系列电路的FPGA 配置信息完成动态刷新，同时模块的遥测信息采集和遥控功能也同步完成，再通过串口电缆传输回FPGA 电路。接口电路的作用是对外部前端单机发来的不同速率的并行或串行AOS 数据进行接收，并转换为并行数据后转发给FPGA 电路。中频处理电路的作用比较简单，主要将DAC 电路输出的中频信号进行放大滤波处理后传输给外部后端单机。2.2　FPGA 电路
FPGA 电路如图4所示，该电路的硬件组成是Xilink 公司的XC 7K 410T 410T-1FFG 900I 产品。编码调制FPGA 软件主要由时钟生成与监控、帧头判断、数字调制、数据自发与接收、指令接收处理、多速
晶振
倍频器混频器接口电路
数据编码电源变换遥控遥测
隔离器功率调整
滤波器
调制输出
遥测遥控
一次电源输入
二次电源输出
基带时钟、数据
图1　模拟调制原理
Telecom Power Technology
率成型滤波、多模式信道编码与映射以及数据输出等多重功能组成。先判断和检索输入数据帧头的帧长，检索正确后再完成数据加扰、信道编码、星座
两路数据），最后进行数字调制、
电路。编码调制硬件电路不仅可以接收来自接口电路的并行
数据而且可对数据进行缓存，其中两个接口电路数据源可实行选一接收，还可在指令控制下实现内部数据源和外部数据源的切换，从而完成模块自检功
索罗蒙（Reed
Low Density Parity
）、卷积等多种信道编码功能以及正交
QPSK）、成
Shaped Quadrature phase shift keying，
等多种调制方式。编
通过硬件和软件的配合从而保证信道实号功率的值。
输入的工作时钟转换为差分信号，即
作时钟。
数据伴随时钟
DAC分频时钟
高
速
差
分
数
据
3　全数字调制的星载编码调制系统测试结果

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