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小松美国应用PTC软件改善产品信息交付
PTC公司近日宣布,全球第二大建筑、采矿、小型建筑设备制造商--株式会社小松制作所的子公司小松美国公司选择部署PTC的PLM软件Windchill以及动态信息交付软件Arbortext.
作 者：张文礼 作者单位： 刊 名：中国机电工业 英文刊名：CHINA MACHINERY & ELECTRIC INDUSTRY 年，卷(期)： “”(4) 分类号： 关键词：软件无线电在小卫星多功能地面站中的应用
摘要：介绍一个SDR Software Defined Radio?多功能地面站发射系统的设计与实现。关键词：SDR 地面站 数字上变频器 Inverse-SINC预补偿滤波
随着A／D／A器件与DSP处理器的迅速发展，使得软件无线电技术广泛地应用于陆上移动通信、卫星移动通信与全球定位系统等。本文利用软件无线电的思路，针对中科院创新一号低轨移动小卫星多功能地面站设计的具体要求，研制了一套基于软件无线电技术的多信道发射机设备。该地面站发射系统数字基带部分采用全软件化设计，核心部件是可编程的DSP及FPGA，可同时处理三路信号。该设备具有以下三个优点：多模工作；无线通信系统可升级；发射配置动态更改。该设备可根据实际需要灵活配置系统，适用范围大大扩展。
1 系统构成
SDR地面站发射系统如图1所示。该系统的发射速率为2．4kbps窄带、2．4kbps扩频、19．2kbps窄带或它们混合的速率。中频分别为18．45MHz、20MHz、21．85MHz。DAC的采样频率为78．336MHz。发射系统中FPGA实现FIFO、信道编码、扩频、内插滤波、数字上变频、信道合成、DAC预补偿滤波器等功能。这些功能都集成在一片Xilinx VirtexII芯片中。
图1 FPGA发射机功能模块图
2 FPGA部分功能模块
2．1 FIFO模块
FIFO完成数据缓存功能。为了节省不必要的资源，设计了一个长度为32、深度为2的.FIFO。即当一个寄存器32位取完时发出中断给DSP，同时读、写寄存器指针变换，DSP响应中断向FIFO写数，此时数据还在不断地读出。这样就实现了用最少的资源实现数据缓存。
2．2 信道编码
在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响，所收到的数字信号不可避免地会发生错误。采用信道编码可以将误码率降低。本系统主要采用性能较优的卷积编码和差分编码等。
(本网网收集整理)
对于窄带信号还有扰码（CCITT V．35）。扰码能改善位定时恢复的质量，还能使信号频谱弥散而保持稳恒，能改善帧同步和自适应时域均衡等子系统的性能。
对于扩频信号还有扩频编码。在直扩系统中，用伪随机序列将传输信息扩展，在接收时又用它将信号压缩，并使干扰信号功率扩散，提高了系统的抗干扰能力。
编码过程在DSP的控制下进行，数据从DSP送出，并标识信道特征，FPGA识别后进入相应的编码通道，这样三路信道可以分时进行编码处理。由于硬件速度快的特点，可视为同时处理。
2．3 信道合成
信道合成模块由内插滤波器、数字上变频、信道复接三部分组成。
2．3．1 内插滤波器
各信道滤波器性能指标如表1所示。
表1 各信道滤波器指标
滤波器性能要求
19.2kbps窄带收信机在f0±80kHz外，杂散小于50dBc；谐波（二、三次）小于40dBc2.4kbps窄带发信机在f0±10kHz外，杂散小于50dBc；谐波（二、三次）小于40dBc2.4kbps扩展发信机在f0±1.25MHz外，杂散小于50dBc；谐波（二、三次）小于40dBc为了以最少的滤波器阶数得到较低的符号间干扰和高阻带衰减，成形滤波器采用一个根升余弦滤波器，滚降系数0．4。其频域表达式为：
式中α为滚降因子，取0．4。
成形滤波器设计采用频率采样技术，这样可以得到阶数较低、性能较好的滤波器。成形滤波器一般采用4倍或8倍的内插系数。先用MATLAB把滤波器阶数和系数确定下来，这样可以用移位加运算代替乘法以节省大量硬件资源。在FPGA实现时，采用DA（Distribute Algorithm）技术。DA技术提出了二十多年，广泛应用于线性时不变信号处理，已被证明不适用于可编程DSP的固定指令系统结构，但是用FPGA实现却是个好的选择――DA电路中没有直接的乘法器，乘法可由查找表得到。
CIC滤波器是一种灵活的无乘法滤波器，适合于硬件实现，并可处理任意大的数据率变换。由此，第二级内插滤波采用CIC滤波器是最佳选择。
在不降低性能的前提下，从节省资源的角度考虑，各信道内插滤波器分为两步实现：第一级FIR成形滤波器，第二级内插滤波器采用五级CIC滤波器。各信道滤波器内插分解为两级，大内插系数滤波器由CIC完成，其结构如图2所示。实验结果表明这样做并不影响性能。
图3 19.2kbps窄带内插滤波器频率响应
三路信道内插滤波器分别描述如下：
（1）2．4kbps窄带信号：编码后信号采样率为4．8kHz，要用78．336MHz进行采样，必须经过78336／4．8＝16320倍内插。第一级采用75阶8倍内插成形FIR滤波器，第二级采用2040倍五级CIC内插滤波器。
（2）19．2kbps窄带信号：编码后信号采样率为38．4kHz，要用78．336MHz进行采样，必须经过2040倍内插。第一级采用75阶8倍内插成形FIR滤波器，第二级采用255倍五级CIC内插滤波器。该路信道所有内插滤波器频率响应如图3所示。
（3）2．4kbps扩频信号：编码后信号采样率为1．224MHz，要用78．336MHz进行采样，必须经过64倍内插。第一级采用25阶4倍内插成形FIR滤波器，第二级采用16倍五级CIC内插滤波器。
2．3．2 数字上变频
数字上变频器的主要功能是对输入数据进行各种调制和频率变换，即在数字域内实现调制和混频。笔者设计了三个单路数据DUC。
在BPSK调制模式中，内插滤波器把数据流采样频率升至时钟频率后，通过载波NCO进行混频。DUC设计取22位累加器，SIN／COS的分辨率为12位。其频率输出调谐精度为18．68Hz。NCO简单结构如图4所示。
2．3．3 信道复接
三路信道分别完成数字上变频后经过一个加法器变为一路信号送至DAC，这样只需要一个RF模块就可完成发射功能。如图5给出了发射机信道复接后的频谱。
2．4 Inverse－SINC预补偿滤波器
Inverse－SINC预补偿滤波器用于补偿发射时由DAC采样保持工作导致的频率响应的失真。该偏差在21．85MHz时为－1．142dB。为了达到性能最优化，采用频率采样的方法设计了一个11阶的补偿滤波器，该滤波器频率响应如图6所示。
为了分析发射机的性能，用矢量信号分析仪画出各信道的星座图与眼图。图7所示为窄带19．2kbps信道的星座图与眼图，其性能可以满足多功能地面站的要求。
本文采用了软件无线电技术。实现卫星地面站，具有很大的灵活性及现实意义。根据“创新一号”小卫星对多功能地面站的研制要求，自行开发了一个软件无线电多信道发射机系统，具有功能强、功耗低、体积小、灵活性大等特点，极大地方便了用户。
图7 窄带19.2kbps信道的星座图与眼图
软件无线电在小卫星多功能地面站中的应用
摘要：介绍一个SDR Software Defined Radio?多功能地面站发射系统的设计与实现。关键词：SDR 地面站 数字上变频器 Inverse-SINC预补偿滤波
随着A／D／A器件与DSP处理器的迅速发展，使得软件无线电技术广泛地应用于陆上移动通信、卫星移动通信与全球定位系统等。本文利用软件无线电的思路，针对中科院创新一号低轨移动小卫星多功能地面站设计的具体要求，研制了一套基于软件无线电技术的多信道发射机设备。该地面站发射系统数字基带部分采用全软件化设计，核心部件是可编程的DSP及FPGA，可同时处理三路信号。该设备具有以下三个优点：多模工作；无线通信系统可升级；发射配置动态更改。该设备可根据实际需要灵活配置系统，适用范围大大扩展。
1 系统构成
SDR地面站发射系统如图1所示。该系统的发射速率为2．4kbps窄带、2．4kbps扩频、19．2kbps窄带或它们混合的速率。中频分别为18．45MHz、20MHz、21．85MHz。DAC的采样频率为78．336MHz。发射系统中FPGA实现FIFO、信道编码、扩频、内插滤波、数字上变频、信道合成、DAC预补偿滤波器等功能。这些功能都集成在一片Xilinx VirtexII芯片中。
图1 FPGA发射机功能模块图
2 FPGA部分功能模块
2．1 FIFO模块
FIFO完成数据缓存功能。为了节省不必要的资源，设计了一个长度为32、深度为2的FIFO。即当一个寄存器32位取完时发出中断给DSP，同时读、写寄存器指针变换，DSP响应中断向FIFO写数，此时数据还在不断地读出。这样就实现了用最少的'资源实现数据缓存。
2．2 信道编码
在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响，所收到的数字信号不可避免地会发生错误。采用信道编码可以将误码率降低。本系统主要采用性能较优的卷积编码和差分编码等。
对于窄带信号还有扰码（CCITT V．35）。扰码能改善位定时恢复的质量，还能使信号频谱弥散而保持稳恒，能改善帧同步和自适应时域均衡等子系统的性能。
对于扩频信号还有扩频编码。在直扩系统中，用伪随机序列将传输信息扩展，在接收时又用它将信号压缩，并使干扰信号功率扩散，提高了系统的抗干扰能力。
编码过程在DSP的控制下进行，数据从DSP送出，并标识信道特征，FPGA识别后进入相应的编码通道，这样三路信道可以分时进行编码处理。由于硬件速度快的特点，可视为同时处理。
2．3 信道合成
信道合成模块由内插滤波器、数字上变频、信道复接三部分组成。
2．3．1 内插滤波器
[1] [2] [3]
姬红小松可做组合盆景装饰观赏，也可作花坛镶边或配作插花用。其为中小型盆栽，是理想的室内绿化装饰材料，置于书桌、几案或餐台上，令居室生机盎然。
有一定的观赏价值，盆栽可放置于电视、电脑旁，可吸收辐射，亦可栽植于室内以吸收甲醛等物质，净化空气。
姬红小松的风水学应用
姬红小松多年生常绿亚灌木，极适于盆栽观赏。暖地也可布置花坛。它栽培管理简单，而且耐阴性好，适于中小盆种植用于室内布置，同时也是插花衬叶的极好材料。
这种植物耐阴和喜温暖湿润环境，耐寒，适应性强。从植物五行分析，这种植物属于阴性，五行属金。对二氧化硫抗性较强，能净化空气。适宜配植于庭院、门旁、窗边、墙隅及建筑物背阴处，也可点缀在溪流滴水之旁。
姬红小松在家居中的作用
根部曾被认为含酵母，用于发酵面包和啤酒。
叶形叶色较美，有一定的观赏价值；盆栽可放置于电视、电脑旁，可吸收辐射（未被物理专家认可），亦可栽植于室内以吸收甲醛等物质，净化空气。
姬红小松的养殖方法
栽培姬红小松要注意水不能浇的太多，姬红小松的根为肉质根，积水容易烂根，春秋季节三至四天浇一次，夏季气温高水分蒸发快一天浇两次，早上一次傍晚一次。冬天气温低可以七至十天浇一次，用15℃左右的温水浇，不能用很冷的水浇，要在晴天的中午浇，要浇透。在春夏秋三季的生长期间七至十天浇一次液肥。液肥是动植物残渣加水经过充分发酵腐熟而成的高浓度肥料，使用前要用水以1：5～10的比例稀释后施。
对姬红小松要经常进行修剪，截短过长的枝条留二至三组对叶，删除过密枝，抹去根蘖芽。每年需翻盆换土。三年的时间姬红小松的根便会达到可喜的程度。
姬红小松的繁殖用当年生壮健枝5～6厘米去除枝端1厘米处的叶片，插入培养土1厘米深，压实泥土使插穗稳固，喷水湿润土壤及插穗，放在塑料袋里，封闭袋口，放于半阳处。以后经常开袋察看袋内情况，土干了喷水湿润，只要枝叶依然青翠挺立，二至三个星期便能成活。成活后开袋让姬红小松慢慢适应外界环境，一星期后撤去塑料袋进行正常管理。
姬红小松简介
又名小松波，为番杏科、仙宝属基部木质化的小型亚灌木。原产南非。植株灌木状并茎基部膨大成块根状。株高15-20cm，株幅20cm。茎干肥厚多肉，多分枝，粗糙，黄褐色，顶端丛生纺锥形肉质小叶，淡绿色，长1-2cm，顶端丛生细短白毛。花顶生，雏菊状。桃红色。花期夏季。
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