VSAT卫星通信系统调制解调器设计与实现

摘要

卫星通信技术自我国开始投入应用，已有40年的历史。因为其结构紧密、功耗小、成本低、安装方便和对环境要求低以及安全的优势，在海关、银行、商业销售、新闻传递、汽车制造业和交通等部门应用广泛。但是VSAT整个通信链路多为国外设备，售后和维修极为不便，并且存在一定的售后服务的风险；现有VSAT卫星设备技术老旧，体积大，耗电高，并且设备在速率以及调制方式兼容性上差，需要新的技术手段解决以上问题。　　国外对VSAT的整个系统的研究都较国内健全与成熟，从调制解调器的标准制定到产品实施，均走在国内的前列。在调制解调器设计上也采用软件无线电技术，从GMSK、4FSK、BPSK、QPSK调制解调算法逐渐发展成为多波段、多速率、多模式的自适应调制解调必备技术。相比较而言，国内对以软件无线电方式设计的多调制方式多速率支持上的研究相对落后。　　本文从VSAT卫星通信系统调制解调器设备在国内研究匮乏的现状出发，并且结合现有的软件无线电技术以及最新的硬件设计技术，对QPSK VSAT卫星基带调制解调器硬件电路进行研究，并完成一套硬件电路，以及部分适用于本硬件电路的基本FPGA逻辑，并配合算法设计完成部分测试工作。　　在电路原理图设计中，本文分析了VSAT卫星通信系统中所采用的调制解调算法对硬件的资源需求，提出基于双FPGA+DSP的方式以满足VSAT QPSK可变速率自适应调制解调算法开销，对两个FPGA并行逻辑开发，加快项目开展进程；在硬件电路 Layout之前，本文采用信号完整性仿真的设计方法，对关键信号进行仿真，得出 Layout推荐约束；在完成主要器件布局和电源层分割后，本文采用电源完整性设计的方法，合理选择电容器及布局使得整个PCB在0~1GHz的工作频率范围内，电源阻抗低于目标阻抗从而提高系统稳定性；PCB Layout完成后，本文对 PCB进行信号完整性后仿真验证，确保关键信号的合理布线，从而缩短研发测试周期并确保电路设计的成功。　　经过QPSK基带调制解调检测测试，本文设计的VSAT通信基带调制解调器硬件工作稳定，符合硬件资源设计需求，并交由算法部门进行后续算法开发工作。

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景与意义

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.4 论文研究内容与结构

第2章 VSAT调制解调器的系统分析与设计

2.1 VSAT卫星通信系统模型

2.2 QPSK调制解调原理

2.3 QPSK调制解调器设计方案选择

2.4 系统开发需求分析与实现架构设计

2.5 调制解调器数据处理过程设计

2.6 本章小结

第3章 VSAT调制解调器硬件设计

3.1 系统的整体框架设计

3.2 原理图设计

3.3 PCB完整性设计

3.4 本章小结

第4章 VSAT调制解调器调试与验证

4.1 VSAT调制解调器FPGA测试逻辑设计

4.2 硬件测试

4.3 整机测试

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献