[发明专利]一种星载高速数据复接器系统及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种星载高速数据复接器系统及实现方法，属于航天器的数据传输系统领域。

背景技术

数据复接的理论基础是虚拟信道的概念。将一个物理信道划分成多个逻辑信道，每个逻辑信道被单独识别并传输一种数据流，各数据流可以使用不同的业务，一个逻辑信道就是一个虚拟信道。虚拟信道使得一个物理空间信道被多个高层数据流以时分复用的方式共享，从而多种不同类型的数据可以在一个物理信道上传输。

星载数据复接器系统在空间数据传输中负责接收多源数据，即多路不同格式、不同速率的信源数据(可见光压缩数据、光谱数据、SAR数据、侦查载荷数据、卫星平台数据等)，每路信源数据的输入形式一般如图5所示；对每路信源数据，采用“分包”的概念进行组织，按照CCSDS协议形成具有统一格式的协议单元数据；对多路不同信源对应的协议单元数据，采用“虚拟信道”的概念进行复接，将不同信源的数据装配成统一的数据传输帧(帧格式如图4所示)，在加密和编码后，经同一物理信道在星-星或星-地间传输。对星载数据复接器系统的其中一个要求是，在接收端，可根据数据传输帧格式中的虚拟信道标识符、帧计数器、BPDU导头等信息，还原出各个不同信源的完整信息。

数据复接器系统一般包括数据缓存单元、数据协议单元、数据调度单元、信道编码单元4个部分，数据缓存单元用于对输入的多源数据进行时钟域切换及数据缓存，数据协议单元生成符合CCSDS协议具有特定格式的虚拟信道数据单元，数据调度单元对多个虚拟信道数据单元进行动态调度管理和异步复接，组织数据帧，生成一个具有统一格式的数据码流，信道编码单元对上述数据码流进行RS/LDPC编码、加扰，生成适合物理信道传输的数据码流。

现有技术主要涉及百兆级速率下多路数据复接器系统的软硬件设计、复接算法和实现策略。

中国科学院空间科学与应用研究中心2010年陈观兴的论文《基于高级在轨系统的可重构复接器的设计》第3页描述了一种多路数据复接器的结构，为典型的基于现有技术的多路复接器组成结构，如图1所示，可实现4路数据复接。

中国科学院研究生院2007年张文豪的硕士论文《基于CCSDSAOS和FPGA的高速可配置复接器设计》第3章介绍了一种多路数据复接器的实现方法，可实现6路数据复接，处理速率为144Mbps，为典型的基于现有技术的多路复接器实现方法，如图2所示。

中国科学院空间科学与应用研究中心2006年杨宜康的论文《高速多路复接器原理样机及其天-地传输系统》提出了一种多路数据复接器的实现方法，码速率为640Mbps。

1996年中国专利《一种高速多路复接器及其实现方法》(专利号：CN96109329.3)提供一种用于空间飞行器的多路复接器实现方法，可完成3路输入数据的异步复接，处理速率为百兆级。

其它文献介绍的多路复接器实现方法，与上述文献中的实现方法类似，存在如下四个问题：

(1)仅支持突发长度较小，且突发长度固定(图5中t1时间较短，一般小于16K个时钟周期，且对于每路数据，t1长度固定不变)的多源数据复接；

(2)数据缓存单元一般选择片外FIFO、片外SRAM或片内RAM作为缓存器，且与输入信源数据一一对应(每路信源数据对应一个片外缓存器)，数据缓存速率较低，缓存容量较小；

(3)可实现的复接对象较少(一般实现低于8路的不同数据复接)；

(4)处理速率较低(一般小于700Mbps)。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的上述不足，提供一种星载多路数据复接器系统及实现方法，突破百兆级处理速率的限制，可实现G比特级多路数据的高速复接，同时增加数据复接路数，实现30路不同数据的实时复接。

本发明技术解决方案：一种星载高速数据复接器系统，包括：数据分组模块、数据分包模块、SDRAM优化控制模块、虚拟信道调度模块、信道编码模块，该系统以FPGA与SDRAM为实现平台，上述各模块的逻辑功能与片内缓存通过FPGA实现，片外缓存通过SDRAM实现，其中：

数据分组模块：接收30路信源数据，按照传输优先级或平衡数据量的策略分为5组，每组6路数据，作为数据分包模块输入；

数据分包模块：接收数据分组模块的5组数据，每组中的每路信源数据以数据包为单位输入，对所述数据包进行拆分，形成若干分段数据，拆分过程中同时产生若干分段信息，分段信息包括分段计数器和BPDU导头，将分段信息与分段数据进行组织，生成协议单元数据，5组数据对应5组协议单元数据，作为SDRAM优化控制模块的输入；