一种扩频解调仿真验证系统技术方案

本发明专利技术涉及一种扩频解调仿真验证系统，包括：仿数据信号源生成模块、仿正弦余弦波生成模块、仿码偏自适应调整的扩频码生成模块、仿扩频调制模块、仿解调数据接收模块、仿工作状态检测模块和记分板模块。本发明专利技术适用于卫星产品中扩频基带处理FPGA的地面仿真验证，可通过更改参数进行仿真环境的配置，从而模拟扩频调制系统在多普勒频偏为任意值情况下，尤其是在动态扫频情况下验证扩频解调模块FPGA各个模块工作的正确性。同时本发明专利技术还可根据FPGA输出的反馈AGC值调整FPGA输入的中频信号，为基带处理FPGA提供闭环的仿真环境。处理FPGA提供闭环的仿真环境。处理FPGA提供闭环的仿真环境。

【技术实现步骤摘要】
一种扩频解调仿真验证系统


[0001]本专利技术涉及卫星产品中的扩频应答机领域，特别是本专利技术涉及一种扩频解调仿真验证系统。

技术介绍

[0002]扩频解调处理器作为通信设备广泛应用于卫星工程。使用FPGA进行扩频解调处理设计的好处是运行速度快、功耗小、成本低，缺点是使用芯片进行设计，算法十分复杂，从而导致内部信号及其繁冗，容易存在设计隐患。而硬件联测观测信号有限，无法观测全部繁冗信号，发现设计隐患。
[0003]现有的仿真验证方法均是用数学建模软件Matlab模拟调制信号产生输入数据文件，在仿真器中在每个系统时钟上升沿读取一个数据，这样依次将数据导入运行，这样做的弊端非常明显。首先，由于扩频应答机系统扩频基带处理FPGA的系统时钟频率均较高，通常为60～100Mhz，而实际单位信号只有1khz，对FPGA输入而言每个时钟就有1个数据，这就导致每个单位信号的数据量达到6万～10万，一帧数据量就达到3k万～5k万。而计算机的缓存有限，因此传统的Matlab模拟调制信号输入方法只能验证1个到几个单位信号的输入，往往只能测试基带处理FPGA的捕获功能，没有办法验证后续的跟踪和位同步功能。其次，即使计算机缓存足够大，使用Matlab一次性产生一帧数据量文件，无法进行动态变化扫频跟踪功能测试。再次，传统的Matlab生成数据模型方法，无法和仿真器之间方便传递，实现AGC反馈，验证基带处理FPGA控制能量稳定功能最后，传统的Matlab生成数据模型方法，无法实现调制前的遥控数据和接收解调后的遥控数据之间数据一致性比对，无法完成闭环测试，因此无法验证基带处理FPGA的错锁丢帧情况。

技术实现思路

[0004]为了模拟实际实时变化的载波中频信号，实现实时闭环测试，以保证对基带处理FPGA的功能测试覆盖率，本申请提出了一种扩频解调仿真验证系统，所述系统包括：仿数据信号源生成模块、仿正弦余弦波生成模块、仿码偏自适应调整的扩频码生成模块、仿扩频调制模块、仿解调数据接收模块、仿工作状态检测模块和记分板模块；
[0005]仿数据信号源生成模块，用于产生可判定是否丢帧的变化数据帧，从而根据信号频率给出有意义的数据信号源；
[0006]仿正弦余弦波生成模块，用于根据载波频率模拟信号调制需要的正弦和余弦波；
[0007]仿码偏自适应调整的扩频码生成模块，用于产生根据扩频频率对数据信号源进行扩频的扩频码；按照基带处理FPGA扩频码生成公式生成1023位扩频码，将所述1023位扩频码放在只读存储器中；产生1个42位的初始值为0的计数器，所述计数器根据码频率和码偏产生的码字进行累加计数，将高10位的计数器值作为扩频码存储器的地址，读出扩频码；
[0008]仿扩频调制模块，用于将所述仿数据信号源生成模块生成的位数据和仿码偏自适应调整的扩频码生成模块生成的扩频码进行异或得到扩频后数据，对扩频后的数据用正弦
值进行二相相移键控BPSK调制得到调制后的数值，然后根据初始参数设置的电压比值和FPGA的输出AGC反馈值调整幅值大小，得到最终输入的中频模拟量；
[0009]仿解调数据接收模块，用于接收所述基带处理FPGA扩频解调输出的遥控数据，在遥控锁定的情况下，对遥控数据进行串并转换，确定帧头后开始接收后续数据，当接收一定量的数据后记录数据到ACT数组即实测结果送到记分板模块进行比对；
[0010]仿工作状态检测模块，用于发送门控和时钟个基带处理FPGA，接收FPGA内部工作状态，并能根据工作帧解析得到多普勒频偏和输入的多普勒频偏进行比对，得到测试精度；
[0011]记分板模块，对仿解调数据接收模块接收到ACT数组后和仿数据信号源生成模块的EXP数组的数据进行比对，若数据一致，则给出第几帧一致的信息；若不一致，则打出错误警报，并分别给出期望结果和实测结果。
[0012]在一个可能的实现方式中，所述仿数据信号源生成模块用于：构建20bit帧头+16bit帧计数+464bit数据位方式定义帧结构，按照该帧结构产生数据帧，并把数据帧打包压缩到堆栈中同时记录下堆栈中数据到记录文件中，将数据存入期望数组EXP数组送到积分板模块，作为后续数据比较的期望值；
[0013]根据信号频率产生信号时钟，在信号时钟上升沿开始计数，根据计数值输出数据堆栈的数据，其中，所述帧头用于标识数据开始的起始位置，每帧数据长度一致。
[0014]在一个可能的实现方式中，所述仿正弦余弦波生成模块包括正弦查找表和余弦查找表、载波频率字f
word
计算和正弦余弦取数地址计数器；
[0015]其中所述正弦查找表和余弦查找表分别是1个完整正弦和余弦波波形数值，数值个数都是13864个，每个数值都是14位的二进制数据分别放在2个只读存储器中；其中载波频率字f
word
计算公式如下所示：
[0016][0017]公式中f
word
为载波频率字，16进制；n表示二进制位宽，fs是系统采样频率，f
频率
是载波频率，可根据FPGA接收范围进行实时调整；
[0018]正弦余弦取数地址计数器采用32bit计数器方式，对载波频率字f
word
进行累加，取高14bit数据用作查找表地址，得到标准的载波频率可实时变化的正弦和余弦载波；产生1个32位的地址累加器，通过载波频率和工作频率得到频率字，地址累加器在每个时钟累加频率字，将累加结果的高14位数据作为只读存储器的地址，分别得到对应的正弦和余弦载波用于后续对扩频后数据进行调制。
[0019]在一个可能的实现方式中，所述载波实现的是从
‑
多普勒频偏～+多普勒频偏扫频的正弦和余弦载波；
[0020]其中，初始所述载波频率字＝中频频率
‑
多普勒频偏，并在每个系统时钟对载波频率字进行累加即当前载波频率字+扫频频率变化字；当频率大于等于中频频率+多普勒频偏，每个系统时钟对载波频率字进行递减即当前载波频率字
‑
扫频频率变化字；其中扫频频率变化字计算方式为并在设计中加入1us扫频载波变化率计算的每个时钟的扫频频率变化字。
[0021]在一个可能的实现方式中，所述仿码偏自适应调整的扩频码生成模块包括扩频码只读存储器、码偏计算、码频率字计算和扩频码取数地址计数器。
[0022]在一个可能的实现方式中，所述码偏计算用于：根据多普勒频偏和码偏对应关系得到的码频率偏移，将码频率偏移+扩频频率得到最终的码速率，并通过“码速率*2
32
/系统工作频率”计算得到码字。
[0023]在一个可能的实现方式中，所述仿扩频调制模块用于：根据FPGA内部反馈的AGC衰减值进行幅值调整；
[0024]所述调整方法包括：设定所述AGC衰减值的最高位为符号位，根据符号位正负，取AGC衰减值的绝对值AGC_abs；符号位为
‘1’
，表示输入能量太小，上调AGC_abs个DB；符号为
‘0’
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扩频解调仿真验证系统，其特征在于，所述系统包括：仿数据信号源生成模块、仿正弦余弦波生成模块、仿码偏自适应调整的扩频码生成模块、仿扩频调制模块、仿解调数据接收模块、仿工作状态检测模块和记分板模块；仿数据信号源生成模块，用于产生可判定是否丢帧的变化数据帧，从而根据信号频率给出有意义的数据信号源；仿正弦余弦波生成模块，用于根据载波频率模拟信号调制需要的正弦和余弦波；仿码偏自适应调整的扩频码生成模块，用于产生根据扩频频率对数据信号源进行扩频的扩频码；按照基带处理FPGA扩频码生成公式生成1023位扩频码，将所述1023位扩频码放在只读存储器中；产生1个42位的初始值为0的计数器，所述计数器根据码频率和码偏产生的码字进行累加计数，将高10位的计数器值作为扩频码存储器的地址，读出扩频码；仿扩频调制模块，用于将所述仿数据信号源生成模块生成的位数据和仿码偏自适应调整的扩频码生成模块生成的扩频码进行异或得到扩频后数据，对扩频后的数据用正弦值进行二相相移键控BPSK调制得到调制后的数值，然后根据初始参数设置的电压比值和FPGA的输出AGC反馈值调整幅值大小，得到最终输入的中频模拟量；仿解调数据接收模块，用于接收所述基带处理FPGA扩频解调输出的遥控数据，在遥控锁定的情况下，对遥控数据进行串并转换，确定帧头后开始接收后续数据，当接收一定量的数据后记录数据到ACT数组即实测结果送到记分板模块进行比对；仿工作状态检测模块，用于发送门控和时钟个基带处理FPGA，接收FPGA内部工作状态，并能根据工作帧解析得到多普勒频偏和输入的多普勒频偏进行比对，得到测试精度；记分板模块，对仿解调数据接收模块接收到ACT数组后和仿数据信号源生成模块的EXP数组的数据进行比对，若数据一致，则给出第几帧一致的信息；若不一致，则打出错误警报，并分别给出期望结果和实测结果。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿数据信号源生成模块用于：构建20bit帧头+16bit帧计数+464bit数据位方式定义帧结构，按照该帧结构产生数据帧，并把数据帧打包压缩到堆栈中同时记录下堆栈中数据到记录文件中，将数据存入期望数组EXP数组送到积分板模块，作为后续数据比较的期望值；根据信号频率产生信号时钟，在信号时钟上升沿开始计数，根据计数值输出数据堆栈的数据，其中，所述帧头用于标识数据开始的起始位置，每帧数据长度一致。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿正弦余弦波生成模块包括正弦查找表和余弦查找表、载波频率字f
word
计算和正弦余弦取数地址计数器；其中所述正弦查找表和余弦查找表分别是1个完整正弦和余弦波波形数值，其中载波频率字f
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计算公式如下所示：公式中f
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【专利技术属性】
技术研发人员：祝周荣，张健，刘国斌，马玉奇，云颖，
申请(专利权)人：上海航天计算机技术研究所，
类型：发明
国别省市：