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摘要：分析了星地链路采样点漂移产生的原因，提出了一种基于星历信息的补偿技术，采用Farrow滤波补偿采样点漂移，并在FPGA中进行验证，对滤波前后的波形进行对比，性能几乎不变。

关键词：星地链路; 采样点漂移;Farrow滤波器;FPGA

引言：星地链路间的采样点漂移对星地通信性能影响很大。一般通过分段估计或锁相环对频率进行跟踪。本文提出了一种基于星历信息的补偿技术，对波形改造，采用Farrow滤波器，实现和采样点漂移的动态补偿。

1 卫星链路采样点漂移分析

低轨卫星高速移动，星地通信终端的位置距离实时发生变化，数字信号的采样点会根据星地切向距离的远近产生漂移，如图1所示。

此偏移可以等效为采样钟漂移，由目标移动带来的采样钟漂移类似多普勒频偏，即：

将载波频率换成采样频率，即可得到采样钟漂移。

2 基于星历信息的多普勒补偿关键技术

地面用户基于星历得到卫星的位置及角速率，计算出星地的多普勒频偏和采样点漂移。

星地通信时，地面终端用户正常收发，卫星终端发射时对采样漂移预补偿，接收时对采样漂移校正。漂移补偿算法采用基于Farrow滤波的补偿设计。

通过改造成熟波形验证该算法。波形原基带采样率40Msps。改造后，发送端基带采样率改为50Msps， Farrow滤波后为40Msps;接收端AD采样率改为80Msps，经过Farrow滤波变为40Msps，如图2所示。

3 基于Farrow滤波的采样点漂移校正及FPGA实现

Farrow滤波器实现方法为，先在高速时钟下插值，再在低速时钟下抽取。架构如图3所示。

decim表示抽取倍数，inter表示内插倍数，wr_null_flag为写操作拉低标志， 其他变量分别为双口RAM的读写时钟、使能、地址和数据，时序关系如图4所示。

wr_null_flag>0时，wr_en为高，wr_addr累加，将数据顺序写入双口RAM;wr_null_flag<=0时，wr_en为低，wr_addr不再增加，直到wr_en为高时，继续增加。同时，rd_addr累加，读出数据。

若wr_null_flag大于0，则下一时刻其值为wr_null_flag+inter-decim;若wr_null_flag≤0，则下一时刻其值为wr_null_flag+ inter。

FPGA中，经过Farrow滤波器前后的MSK调制信号如图5所示

mskIdata_out和mskQdata_out为Farrow滤波前50Msps下msk调制的IQ信号，mskIdata_farrow和mskQdata_farrow为滤波后40Msps输出信号，两者基本一致。

4 结语

针对星地链路间的采样点漂移，基于星历信息，采用Farrow滤波器解决采样点漂移问题，并在FPGA中验证，证明该方法可行。

参考文献：

[1] 王伟. 一种Farrow结构数字延时滤波器的设计[J]. 电讯技术. 2018， 58（5）： 601-606

[2] 陈彩莲， 于宏毅， 沈彩耀， 杨珂， 罗柏文. 采样率转换中Farrow滤波器实现结构研究[J]. 信息工程大学学报. 2009， 10（3）： 329-332

[3] 吴诗其， 吴廷勇， 卓宁兴. 卫星通信导论[M]. 第2版. 北京： 电子工业出版社， 2006.