一种基于DVB-S2标准的超高速数传自适应编码调制方法和装置与流程

本发明涉及通信编码调制，尤其涉及一种基于dvb-s2标准的超高速数传自适应编码调制方法和装置。

背景技术：

1、在卫星通信系统中，数据传输链路用于传递空间探测任务所产生的文本、图像、测控信息等有效数据，随着航天测控和空间探测技术的不断发展，卫星观测任务纷繁复杂，对卫星数据传输技术的主要需求是提高系统数据传输能力，由于受到信道资源和卫星资源的限制，不能简单地通过增加信道带宽及发射功率来提高码速率，必须通过提高系统效率来获得更高的传输能力。传统卫星数字传输系统所使用的固定编码调制模式，已无法满足对卫星链路中数据吞吐量更高速高效的需求，因为该模式为了保证在最差信道条件下可以通信，存在许多链路余量，所以当信道条件较好时会导致链路资源的浪费。

2、自适应编码调制技术通过在接收机对链路信噪比进行实时估计监测来得到链路质量条件，选择出最匹配的编码调制模式，然后将该信息由回传链路反馈给发射端，适配卫星信道的变化。该技术可以降低系统资源的浪费，提高链路数据吞吐量，同时可以对抗降雨衰减，实时适应信道的变化。综上所述，设计一种基于dvb-s2标准的超高速数传自适应编码调制方法具备工程应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的缺点,而提供了一种基于dvb-s2标准的超高速数传自适应编码调制方法和装置，该编码方法可以降低系统资源的浪费，提高链路数据吞吐量，同时可以对抗降雨衰减，实时适应信道的变化。

2、一方面，所述基于dvb-s2标准的超高速数传自适应编码调制方法包括前向链路信号接收及信号处理和反向链路信号处理及信号发送，其中所述前向链路信号接收及信号处理包括如下步骤：

3、s11：通过相控阵天线接收射频信号，对接收到的所述射频信号进行下变频、中频滤波放大以及增益控制，输出中频模拟信号；

4、s12：将所述中频模拟信号进行ad采样，并按照dvb-s2标准进行自适应解调译码以及信道估计、模式选择切换等信号处理，输出解调数字信号；

5、s13：将所述解调数字信号按照dvb-s2协议进行处理后获取业务数据，通过高速光通信aurora接口发送至卫星智能交换单元；

6、所述反向链路信号处理及信号发送包括如下步骤：

7、s21：通过所述高速光通信aurora接口接收所述卫星智能交换单元产生的业务数据，按照dvb-s2协议进行处理后得到待调制数字信号；

8、s22：将所述待调制数字信号按照dvb-s2标准进行自适应编码调制、模式切换选择等信号处理，并进行da转换输出中频调制信号；

9、s23：将所述中频调制信号进行中频滤波放大和隔离、上变频后，产生射频信号通过所述相控阵天线进行发射。

10、进一步地，步骤s12具体包括：

11、所述前向链路接收到所述中频模拟信号后，对其进行adc采样，并进行帧同步，获取承载于所述前向链路物理层的modcod信息，所述modcod为调制编码模式；

12、根据所述modcod信息进行解调、译码，并进行信道估计，输出所述解调数字信号；

13、获取空间探测任务所产生的文本、图像、测控信息等有效数据以及解调状态信息、链路信噪比估计信息，得到实时的信道状态信息，根据变化的信道状况采用modcod决策机制不断地判决下一时刻的最优编码调制模式，从编码调制池中选择新的编码调制模式，更新所述前向链路的modcod信息；

14、将所述前向链路的解调状态、信噪比估计、modcod信息承载于所述反向链路的mac层。

15、进一步地，步骤s22具体包括：

16、所述反向链路接收到所述待调制数字信号后，获取承载于所述前向链路mac层的反向链路信噪比信息、请求的modcod信息以及解调状态信息，通过modcod决策机制更新反向链路的modcod；

17、将所述modcod信息承载于反向链路物理层的编码调制模式指示段；

18、根据所述modcod信息对待调制数字信号进行编码、调制，输出所述中频调制信号。

19、进一步地，步骤s13具体包括：

20、对所述解调数字信号根据modcod信息进行填充帧去除，按照明密指令进行解密处理；解密处理后进行crc校验；

21、步骤s21具体包括：

22、对所述卫星智能交换单元产生的业务数据进行crc校验并进行明密处理；明密处理后的数据，根据所述调制编码模式modcod信息选择相应码速率输出对应速率的数据帧，并添加填充帧完成速率填充。

23、优选地，在所述反向链路信号处理及信号发送中，所述按照dvb-s2标准进行协议处理具体包括如下步骤：

24、s211：数传开启后，当两路高速光通信aurora接口输入智能交换单元业务数据时，对所述业务数据进行crc校验以及缓存，并进行合路选择，选通数据输出；

25、s212：对帧数据进行处理，统计接口的数据信息，包括总帧数、正确帧数以及错误帧数，并通过遥测数据反馈该状态信息；

26、s213：根据加密遥控指令对所述业务数据分别做所述明密处理，在所述明密处理后数据缓存，并向后置的组帧单元输出；

27、s214：接收且缓存所述数据帧，并根据码速率输出对应速率的数据帧，同时在数据帧之间添加填充帧完成速率填充；

28、所述前向链路信号接收及信号处理中的按照dvb-s2标准进行协议处理与所述反向链路信号处理及信号发送中过程相逆。

29、更优地，所述modcod决策机制具体包括如下步骤：

30、s221：由误码率指标得出可用模式中各模式的数据传输效率ηcm和门限(es/n0)n，根据单调性和简化原则优化筛选出所述编码调制方式modcod池；

31、s222：由链路参数和卫星轨道数据进行链路预算，并根据所述信道估计算法监测实时的信道状态信息，获得卫星一次过境各时刻对应的信道信噪比(es/n0)t,t＝t1,t2,…,tn；

32、s223：根据相邻时刻信噪比差值范围指标寻找每个时刻对应的最优modcod模式；

33、s224：据所选择的调制编码模式modcod信息对数据进行相应的编码调制，包括组帧、信道编码、加扰、星座图映射、成形滤波、数字调制，同时进行相应的解调译码，包括载波恢复、码同步、信道均衡、译码、帧同步。

34、其中，步骤s221的所述优化筛选出编码调制方式modcod池中包括以下编码调制方式：

35、qpsk+1/3ldpc、qpsk+2/3ldpc、8psk+2/3ldpc、16apsk+2/3ldpc、16apsk+4/5ldpc、32apsk+4/5ldpc、32apsk+8/9ldpc，第n种编码调制模式的信噪比门限为(es/n0)n,n＝n1,n2,…,nm，按照由低到高的顺序排列，n1为最低阶调制模式，nm为最高阶调制模式。

36、进一步地，步骤s223具体包括如下步骤：

37、s31：首先设置i＝0,j＝0，计算初始过境时刻的链路余量

38、

39、s32：当且n≤nm时，不断计算该时刻信噪比与下一种模式门限的链路余量直到此时选择t1时刻为(es/n0)n对应的模式类型，并跳到步骤s33，否则没有合适的传输模式，终止流程；

40、s33：令t＝t1+δt，进行下一时刻数据模式选择设计；

41、s34：当t≤tn时，计算和根据不同的情况选择相对应的编码调制模式，完成调制编码模式modcod信息更新：

42、若a≤et,n＜b且et,n+1＜a，选择t时刻为(es/n0)n对应的模式类型，令i＝i+1计数，并跳转到步骤s33；

43、若a≤et,n+1＜b，选择t时刻为(es/n0)n+1对应的模式类型，这时可以统计出(es/n0)n对应的模式类型的持续时间为(i+1)·δt，并令n＝n+1，若n≤nm时，跳转到步骤s33；若n＞nm时，没有合适的传输模式，终止流程；

44、若et,n≥b且et,n+1＜a，选择的可用模式无法建立有效通信；

45、若et,n＜a且et,n+1＜a，选择t时刻为(es/n0)n-1对应的模式类型。

46、进一步地，在步骤s12和步骤s22中，对数据进行所述自适应编码调制、解调译码以及信道估计、模式切换选择时，采用高性能fpga对数据进行并行处理和流水处理，并且根据传输需求调整并行处理位宽，进行16位或32位的并行数据处理。

47、另一方面，所述基于dvb-s2标准的超高速数传自适应编码调制装置，包括：射频收发模块、中频信号处理模块、协议处理模块；

48、所述射频收发模块适配ka、q/v、w频段，在前向链路信号接收中，所述射频收发模块接收数据传输系统中所传输的射频信号，并进行下变频、中频滤波放大及增益控制，输出中频模拟信号至所述的中频信号处理模块；在反向链路信号发送中，所述射频收发模块对所述的中频信号处理模块产生的中频调制信号进行中频滤波放大和隔离、上变频，生成射频信号进行发射；

49、所述中频信号处理模块，用于实现自适应编码调制、解调译码以及信道估计、模式选择切换等信号处理流程；在前向链路信号处理中，所述中频信号处理模块接收所述的射频收发模块产生的中频模拟信号，进行adc采样后，按照dvb-s2标准进行自适应解调译码以及信道估计、模式选择切换等信号处理，输出解调数字信号；在反向链路信号处理中，所述中频信号处理模块将所述待调制数字信号按照dvb-s2标准进行自适应编码调制、模式切换选择等信号处理，并进行da转换输出中频调制信号至所述射频收发模块；

50、所述的协议处理模块，用于负责智能交换单元与本装置之间高速的载荷数据传输；在前向链路信号处理中，所述协议处理模块将所述解调数字信号按照dvb-s2协议进行处理后获取业务数据，通过高速光通信aurora接口发送至卫星智能交换单元；在反向链路信号处理中，所述协议处理模块通过高速光通信aurora接口接收所述卫星智能交换单元产生的业务数据，按照dvb-s2协议进行处理后得到待调制数字信号。

51、进一步地，所述装置还包括：

52、电源模块，所述电源模块用于将一次母线电压转化为设备所需的电压，并通过内总线提供给所述射频收发模块、所述中频信号处理模块及所述协议处理模块；

53、vpx高速背板，所述vpx高速背板用于所述装置内部各模块间进行高速信号传输，其中高速数据、供配电及遥控遥测数据均通过vpx内总线进行内部传输。

54、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

55、(1)本发明采用自适应编码调制技术是新一代卫星数传链路技术，能够在相同带宽、相同发射功率的条件下将传统数传链路的能力提高近一倍；

56、(2)本发明能够实时估计监测来得到链路质量条件，选择出最匹配的编码调制模式，降低系统资源的浪费，提高链路数据吞吐量；采用自适应编码调制技术还可以对抗降雨衰减，实时适应信道的变化；

57、(3)本发明采用高性能fpga实现并行位宽可变的数据处理方法，且中频信号处理及协议处理流程均采用流水线方式，可适应不同的数据传输需求，灵活高效配置硬件资源。