专利名称：速率自适应散射通信调制解调器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信领域中的一种速率自适应散射通信调制解 调器，特别适用于作信道慢衰落特性下智能型速率自适应跟踪，以传 输IP网络数据的散射通信系统调制解调装置。
背景技术：
传统的散射通信根据传输链路计算采用固定传输速率，在散射信 道电平起伏时间段内，较高的接收电平对传输设备造成浪费，降低了 散射设备的信息传输效率，不能在原散射通信设备基础上采用适于网 络IP数据的多速率传输，以及不能在信道电平起伏时自适应地改变 信道的传输容量，应用范围小，不能满足用户要求。
发明内容
本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供 一种具有信道检测功能使设备始终工作在当前信道的最佳速率上的 速率自适应散射通信调制解调器。本实用新型调制解调器以传输网络 IP数据取代固定群路速率，还消除了信道接收电平起伏变换引起的传 输效率的降低，实时检测衰落信道变化自适应传输速率，达到较高的 传输效率，使传统的散射通信设备向IP网络传输功能转换，适应用 户网络业务的需要，还具有速率无损切换，通信容量覆盖小、中和大 等多速率的散射通信，设备结构简单等特点。
本实用新型的目的是这样实现的
它包括网络协议转换器l、速率自适应复接器2、速率自适应低
中频调制器3、 D/A变换器4、本振模块5、混频器6、带通滤波器7、 放大器8、中频放大器9、 A/D变换器10、速率自适应解调器ll、速 率自适应分接器12、信道检测器13、速率自适应控制器14数字锁相环15、电源28，所述的网络协议转换器1输入端口7、 8通过信号线 分别与输入端口 A、 B连接，其输入端口 1、 2分别与速率自适应复 接器2输出时钟端口1、控制端口2相连，其输出端口3与速率自适 应复接器2输入信码端口 3相连；速率自适应低中频调制器3的输入 端口 1、 2分别与速率自适应复接器2的输出信码端口4、时钟端口 5 相连，其输出端口 3通过数据总线与D/A变换器4输入端口 1相连； 混频器6输入端口 1、 2分别通过信号线与D/A变换器4输出端口 2、 本振模块5输出端口 1相连，其输出端口 3通过信号线与带通滤波器 7输入端口 1相连；放大器8输入端口 1通过信号线与带通滤波器7 输出端口 2相连，输出端口 2通过信号线与发射信号出端口 C相连； 中频放大器9输入端口 1通过中频电缆与接收信号入端口 D相连， 发射信号出端口C与接收信号入端口D通过无线发送/接收信号连接， 中频放大器9输出端口 2与A/D变换器(10)输入端口 1相连；速 率自适应解调器11输入端口 1通过数据总线与A/D变换器IO输出端 口 2相连，其输出端口 2、 3分别与速率自适应分接器12输入信码端 口 1、时钟端口2相连；网络协议转换器l的输入端口4、 5、 6分别 与速率自适应分接器12输出的信码端口3、时钟端口4、控制端口5 相连，其输出端口9、 IO则通过信号线分别与输出端口 E、端口F连 接；速率自适应分接器12各输入端口 6、输出端口 7、 8、 9分别与 速率自适应控制器14各输出端口 2、输入端口 6、 7、 8相连；信道 检测器13输入端口 1至8脚通过数据总线分别与A/D变换器10输 出端口 3至10相连，其输出端口 9通过数据总线与速率自适应控制 器14输入端口 l相连；速率自适应控制器14各输出端口 3、 4、 5通 过控制总线分别与速率自适应复接器2的输入端口 6、速率自适应低 中频调制器3的输入端口 4、速率自适应解调器11的输入端口 4;数
6字锁相环15输入端口 1通过中频电缆与高稳时钟G端口相连，输出
端口 2、 3分别与速率自适应解调器3输入端口 5、速率自适应低中 频调制器11输入端口 5相连；电源28输出端+V电压端与各部件相 应电源端并接。
本实用新型信道检测器13包括码元A/D合并模块组16-1至 16-4、接口及时序控制模块组17-1至17-4、 FFT处理模块组18-1至 18-4、定标模块组19-1至19-4、幅度取模模块组20-1至20-4、幅度 合并模块21、数据缓存模块22，所述的码元A/D合并模块组16-1 至16-4各输入端口 1脚分别与A/D变换器10的输出端口 3、 5、 7、 9相连，其各输入端口2脚分别与A/D变换器10的输出端口4、 6、 8、 IO相连，其各输出端口 3脚分别通过数据总线依次串接接口及时 序控制模块组17-1至17-4、 FFT处理模块组18-1至18-4、定标模 块组19-1至19-4、幅度取模模块组20-1至20-4各入、出端口 1、 2 脚后与幅度合并模块21各输入端口 3、 1、 2、 4脚连接；数据缓存 模块22输入端口 l脚通过数据总线与幅度合并模块21的输出端口 5 脚连接，其输出端口 2脚通过数据总线与速率自适应控制器14的输 入端口 1连接；码元A/D合并模块组16-1至16-4、接口及时序控制 模块组17-1至17-4、 FFT处理模块组18-1至18-4、定标模块组19-1 至19-4、幅度取模模块组20-1至20-4、幅度合并模块2K数据缓存 模块22各输入端7脚与电源28出端+V电压端连接、各输入端8脚 与地端连接。
本实用新型速率自适应控制器14包括电平比较器23 、误码比较 器24、速率选择定时器25、速率控制模块26、速率选择器27，所述的信道检测器13输出端口 1通过数据总线与速率自适应控制器14
中的电平比较器23输入端口 1脚连接；电平比较器23输出端口 2 脚与速率控制模块26的输入端口 1脚连接；速率自适应分接器12 的输出端口7、 8分别与速率控制模块26的输入端口2、 3脚连接， 其输出端口 9与误码比较器24的输入端口 1脚连接，误码比较器24 的输出端口 2脚与速率控制模块26的输入端口 4脚连接；速率选择 定时器25的输出端口 1脚与速率控制模块26的输入端口 5脚连接； 速率选择器27的输入端口 1脚与速率控制模块26的输出端口 6脚 连接，其输出端口2、 3、 4、 5脚分别与速率自适应复接器2的输入 端口 6、速率自适应低中频调制器3的输入端口 4、速率自适应解调 器11的输入端口 4、速率自适应分接器12的输入端口 6连接；电平 比较器23、误码比较器24、速率选择定时器25、速率控制模块26、 速率选择器27各输入端9脚与电源16出端+V电压端连接、各输入 端IO脚与地端相连。
本实用新型相比背景技术具有如下优点
1. 本实用新型采用了信道检测器13和速率自适应控制器14， 主叫实时检测信道接收电平，并根据检测结果反馈到被叫以最佳的 传输速率工作，因而具有较高的传输效率。
2. 本实用新型采用速率自适应控制器14能进行网络IP数据传 输，首次将散射通信设备的固定群路速率转换到多速率的IP网络数 据，拓宽了散射设备的应用范围，同时使通信质量有了明显的改善， 还具有速率无损切换，通信量能覆盖小、中和大等全速率散射通信。3.本实用新型电路部件采用大规模现场可编程器件制作，因此 可通过配置不同的程序灵活地实现对工作参数的修改，使设备的结 构大大简化，成本显着降低。
图1是本实用新型的电原理方框图。
图2是本实用新型信道检测器13实施例的电原理图。
图3是本实用新型速率自适应控制器14实施例的电原理图。
具体实施方式
参照图1至图3，本实用新型由网络协议转换器1、速率自适应 复接器2、速率自适应低中频调制器3、 D/A变换器4、本振模块5、 混频器6、带通滤波器7、放大器8、中频放大器9、 A/D变换器10、 速率自适应解调器11、速率自适应分接器12、信道检测器13、速率 自适应控制器14、数字锁相环15、电源28组成。图1是本实用新 型的电原理方块图，实施例按图1连接线路。其中网络协议转换器1 的作用是将外部网络端口 A、 B输入的网络数据转换为同步码流， 速率自适应复接器2对网络数据码流复接成帧，其输出信码送入速 率自适应低中频调制器3进行调制，经D/A变换器4后转换成模拟 低中频信号，与本振模块5产生的本地载波信号通过混频器6混频 获得混频信号，然后通过带通滤波器7获得所需的中频信号，经放 大器8放大后经过端口 D送至上变频器。速率自适应控制器14的作 用是在帧的开始和结束改变速率自适应复接器2的复接时钟周期并 保证切换时钟的连续性，同时改变速率自适应低中频调制器3的调制载波频率。实施例速率自适应复接器1、速率自适应低中频调制器
2、速率自适应低中频调制器3采用美国Altema公司生产Stratix系 列FPGA芯片制作。D/A变换器4采用美国AD公司的AD9763芯 片制作。本振模块5采用美国SI公司的si4112芯片制作。混频器6 采用天之公司的HSB-3芯片制作。带通滤波器7采用北京长峰公司 的CF70-12芯片制作。放大器8采用美国MINI公司的ERA-3sm芯 片制作.
本实用新型信道检测器13的作用是接收A/D变换器10的电平 信号，并对其频谱进行加权合并，送入速率自适应控制器14进行电 平比较，从而选择出符合当前信号传输的工作速率。它由码元A/D 合并模块组16-1至16-4、接口及时序控制模块组17-1至17-4、 FFT 处理模块组18-1至18-4、定标模块组19-1至19-4、幅度取模模块 组20-1至20-4、幅度合并模块21、数据缓存模块22组成，图2是 本实用新型信道检测器13的电原理图，实施例按图2连接线路。其 中码元A/D合并模块组16-1至16-4用于前半个码元与相应后半个 码元支路信号在时域合路，形成四路时域连续的支路信号；接口及 时序控制模块组17-1至17-4用于接收来自码元A/D合并模块组16-1 至16-4的输出端口 1、 2、 3、 4输出的信道检测信号，并通过数据 及控制总线控制FFT处理模块组18-1至18-4对该数据进行频谱分 析；FFT处理模块组18-1至18-4的作用是在接口及时序控制模块组 17_1至17_4的控制下完成对信道检测信号的频谱分析，并将检测结 果实时的送入定标模块组19-1至19-4;定标模块组19-1至19-4用于将FFT处理模块组18-1至18-4所处理完的浮点数据恢复成为代 表其真实幅度值的定点数据后输入幅度取模模块组20-1至20-4;幅 度取模模块组20-1至20-4用于将定标模块组19-1至19-4所产生的 定点数据进行取模运算输入幅度合并模块21;幅度合并模块21用于 将幅度取模模块组20-1至20-4输出的4路计算模值加权合并，以获 得接收信号电平的模值；数据缓存模块22用于保存若干组接收信号 电平的模值，并对其进行统计平均，由速率自适应控制器14对接收 电平模值进行比较，并将其中选择出的最佳速率值送入速率自适应 复接器2、速率自适应低中频调制器3、速率自适应解调器11、速率 自适应分接器12中，以实现信道传输速率的自适应跟踪。实施例码 元A/D合并模块组16-1至16-4、接口及时序控制模块组17-1至17-4、 FFT处理模块组18-1至18-4、定标模块组19-1至19-4、幅度取模 模块组20-1至20-4、幅度合并模块21、数据缓存模块22均采用美 国Alterna公司生产Stratix系列FPGA芯片制作。
本实用新型速率自适应控制器14的作用是控制设备主叫收端与 被叫发端之间的工作速率切换。它由电平比较器23、误码比较器24、 速率选择定时器25、速率控制模块26、速率选择器27组成。图3 是本实用新型速率自适应控制器14的电原理图，实施例按图3连接 线路。其中电平比较器23用于信道接收FFT模值电平与基准FFT 模值电平比较，匹配出最佳的传输速率送入速率控制模块26;误码 比较器24用于统计每帧和若干帧的错误个数，匹配出最佳的传输速 率送入速率控制模块26;速率选择定时器25用于速率控制模块26速率选择时间定时，定时刷新检测的电平和误码数据；速率控制模
块26用于速率控制流程的处理，对当前电平比较器23和误码比较 器24匹配出的工作参数加权分析，综合出当前最佳传输速率；速率 选择器27用于对速率控制模块26的传输速率进行时隙调整， 一路 选择速率输入自适应复接器2和速率自适应低中频调制器3改变相 应的发送速率，另一路选择速率输入速率自适应解调器11和速率自 适应分接器12改变相应的接收速率，保证收发速率切换时刻对齐工 作。实施例电平比较器23、误码比较器24、速率选择定时器25、速 率控制模块26、速率选择器27均采用美国Alterna公司生产Stratix 系列FPGA芯片制作。
本实用新型中频放大器9输入端口 1接收来自下变频器输出至 端口 D的中频信号，并将接收的中频信号放大后输入A/D变换器10 进行数据采样，A/D变换器IO将输入端口 1的模拟低中频信号变成 数字信号后分成2路输入到信道检测器13和速率自适应解调器11; 信道检测器13的作用是对接收的信道电平作FFT计算并加权合并， 其合并FFT值输入到速率自适应控制器14进行电平比较；速率自适 应解调器11的作用是在速率自适应控制器14的选择速率下解调出 变速率的信码和时钟输入速率自适应分接器12;速率自适应分接器 12的作用是在速率自适应控制器14的选择速率下分接出网络数据 等信息，由网络协议转换器1将分接出的数据信息转换为网络数据 连接到输出端口 E、 F。本实用新型数字锁相环15作用是通过其输 入端口 1接收时钟输入端口 G输入的高稳时钟信号，经其锁相处理后由其出端口2、 3提供给速率自适应低中频调制器3、速率自适应
解调器11 一个高稳时钟源。实施例中频放大器9采用市售XN402 型集成放大器制作。A/D变换器10采用美国A/D公司生产的AD9218 型和AD6604集成芯片制作。信道检测器13、速率自适应控制器14、 速率自适应解调器11、速率自适应分接器12、数字锁相环15均采 用美国Altema公司生产的数字现场可编程器件EP1S40制作。
本实用新型电源28提供整个解调器的直流工作电压，实施例采 用市售通用集成稳压直流电源模块制作，其输出+V电压为+3.3V、 供电电流为1A。
本实用新型简要工作原理如下
在发送工作方式下，网络协议转换器1将外部网络端口 A和B 输入的网络数据转换为同步码流，对高速的网络数据进行缓冲和降 速处理以便适应同步数据码流速率传输要求，其输出的信码送入速 率自适应复接器2;速率自适应复接器2的复接速率由速率自适应控 制器14控制，每帧内传输速率为固定速率，在若干帧后的帧头和帧 尾切换速率时钟并保持时钟相位连续，形成的信码与时钟相位严格 对齐后输入到速率自适应低中频调制器3，速率自适应低中频调制器 3调制载波由速率自适应控制器14的控制速率相应控制，其调制后 的低中频数字信号经D/A变换器4转换成模拟信号，然后该信号在 混频器6中与本振模块5所产生的本振信号相混频，再完成低中频 模拟信号至中频模拟信号的转变，最后此信号再依次通过带通滤波 器7、放大器8对其进行带通滤波和放大后即可送入上变频器中完成中频至射频频谱的搬移。
在接收工作方式下，下变频器输出端口 D所输出的中频接收信
号经中频放大器9、 A/D变换器10后被转化为低中频的数字信号分 两路分别送入信道检测器13和速率自适应解调器11，信道检测器 13对接收的信道电平作FFT计算及合并处理，将测试电平值送入速 率自适应控制器14作速率分析，速率自适应解调器11解调出信码 和时钟由速率自适应控制器14的速率控制，输出的信码和时钟送入 速率自适应分接器12，速率自适应分接器12在速率自适应控制器 14的速率控制下分接出网络数据等信息，其检测出误码送入速率自 适应控制器14作速率分析，经速率自适应控制器14综合分析出速 率再反馈到速率自适应复接器2、速率自适应低中频调制器3、速率 自适应解调器11、速率自适应分接器12。再由网络协议转换器1将 速率自适应分接器12分接出的数据转换成网络格式数据，由输出端 口 E和F输出。
本实用新型安装结构如下
本实用新型安装结构如下把图l、图2、图3中所有电路器件 安装在3块尺寸大小长X宽为280X140mm的印制板上，然后把3 块印制板分别安装在3个长X宽X高为290X150X30mm的屏蔽盒 插件中，屏蔽盒插件安装在调制解调器机箱内，屏蔽盒插件前面板 安装网络端口 A、 B、 E、 F四芯电缆插座及发射信号出端口 C、接 收信号入端口 D的两个电缆插座，后面板上安装外部时钟入端G和 电源入端插座，组装成本实用新型。
权利要求1、一种速率自适应散射通信调制解调器，它包括网络协议转换器(1)、速率自适应复接器(2)、速率自适应低中频调制器(3)、D/A变换器(4)、本振模块(5)、混频器(6)、带通滤波器(7)、放大器(8)、中频放大器(9)、A/D变换器(10)、速率自适应解调器(11)、速率自适应分接器(12)、数字锁相环(15)、电源(28)，其特征在于还包括信道检测器(13)、速率自适应控制器(14)，所述的网络协议转换器(1)输入端口7、8通过信号线分别与输入端口A、B连接，其输入端口1、2分别与速率自适应复接器(2)输出时钟端口1、控制端口2相连，其输出端口3与速率自适应复接器(2)输入信码端口3相连；速率自适应低中频调制器(3)的输入端口1、2分别与速率自适应复接器(2)的输出信码端口4、时钟端口5相连，其输出端口3通过数据总线与D/A变换器(4)输入端口1相连；混频器(6)输入端口1、2分别通过信号线与D/A变换器(4)输出端口2、本振模块(5)输出端口1相连，其输出端口3通过信号线与带通滤波器(7)输入端口1相连；放大器(8)输入端口1通过信号线与带通滤波器(7)输出端口2相连，输出端口2通过信号线与发射信号出端口C相连；中频放大器(9)输入端口1通过中频电缆与接收信号入端口D相连，发射信号出端口C与接收信号入端口D通过无线发送/接收信号连接，中频放大器(9)输出端口2与A/D变换器(10)输入端口1相连；速率自适应解调器(11)输入端口1通过数据总线与A/D变换器(10)输出端口2相连，其输出端口2、3分别与速率自适应分接器(12)输入信码端口1、时钟端口2相连；网络协议转换器(1)的输入端口4、5、6分别与速率自适应分接器(12)输出的信码端口3、时钟端口4、控制端口5相连，其输出端口9、10通过信号线分别与输出端口E、F连接；速率自适应分接器(12)各输入端口7、输出端口6、8、9分别与速率自适应控制器(14)各输出端口6、输入端口2、7、8相连；信道检测器(13)输入端口1至8脚通过数据总线分别与A/D变换器(10)输出端口3至10相连，其输出端口9通过数据总线与速率自适应控制器(14)输入端口1相连；速率自适应控制器(14)输出端口3、4、5通过控制总线分别与速率自适应复接器(2)的输入端口6、速率自适应低中频调制器(3)的输入端口4、速率自适应解调器(11)的输入端口4相连；数字锁相环(15)输入端口1通过中频电缆与高稳时钟端口G相连，输出端口2、3分别与速率自适应解调器(11)输入端口5、速率自适应低中频调制器(3)输入端口5相连；电源(28)输出端+V电压端与各部件相应电源端并接。
2、根据权利要求1所述的速率自适应散射通信调制解调器，其 特征在于信道检测器(13)包括码元A/D合并模块组(16-l至16-4)、 接口及时序控制模块组(17-1至17-4)、FFT处理模块组(18-1至18-4)、 定标模块组(19-1至19-4)、幅度取模模块组(20-1至20-4)、幅度 合并模块(21)、数据缓存模块(22)，所述的码元A/D合并模块组 d6d至16_4)各输入端口 1脚分别与A/D变换器(10)的输出端 口3、 5、 7、 9相连，其各输入端口 2脚分别与A/D变换器(10)的 输出端口4、 6、 8、 IO相连，其各输出端口 3脚分别通过数据总线依 次串接接口及时序控制模块组(17-1至17-4)、 FFT处理模块组(18-1 至18-4)、定标模块组(19-1至19-4)、幅度取模模块组(20-1至20-4) 各入、出端口 1、 2脚后与幅度合并模块(21)各输入端口3、 1、 2、4脚连接；数据缓存模块(22)输入端口 l脚通过数据总线与幅度合并模块(21)的输出端口 5脚连接，其输出端口 2脚通过数据总线与 速率自适应控制器(14)的输入端口 1连接；码元A/D合并模块组 (16-1至16-4)、接口及时序控制模块组(17-1至17-4)、 FFT处理 模块组(18-1至18-4)、定标模块组(19-1至19-4)、幅度取模模块 组(20-1至20-4)、幅度合并模块(21)、数据缓存模块(22)各输入 端7脚与电源(28)出端+V电压端连接、各输入端8脚与地端连接。
3、根据权利要求1或2所述的速率自适应散射通信调制解调器， 其特征在于速率自适应控制器(14)包括电平比较器(23)、误码 比较器(24)、速率选择定时器(25)、速率控制模块(26)、速率选 择器(27)，所述的信道检测器(13)输出端口 1通过数据总线与速 率自适应控制器(14)中的电平比较器(23)输入端口 l脚连接；电 平比较器(23)输出端口 2脚与速率控制模块(26)的输入端口 1脚 连接；速率自适应分接器(12)的输出端口 7、 8分别与速率控制模 块(26)的输入端口2、 3脚连接，其输出端口9与误码比较器(24) 的输入端口 1脚连接，误码比较器(24)的输出端口 2脚与速率控制 模块(26)的输入端口4脚连接；速率选择定时器(25)的输出端口 l脚与速率控制模块(26)的输入端口5脚连接；速率选择器(27) 的输入端口 1脚与速率控制模块(26)的输出端口 6脚连接，其输出 端口2、 3、 4、 5脚分别与速率自适应复接器(2)的输入端口6、速 率自适应低中频调制器(3)的输入端口4、速率自适应解调器(11) 的输入端口4、速率自适应分接器(12)的输入端口6连接；电平比 较器(23)、误码比较器(24)、速率选择定时器(25)、速率控制模 块(26)、速率选择器(27)各输入端9脚与电源(16)出端+V电压 端连接、各输入端10脚与地端相连。
专利摘要本实用新型公开了一种速率自适应散射通信调制解调器，它涉及通信频域中速率自适应技术的散射通信调制解调器装置。它由网络协议转换器、速率自适应控制器、速率自适应调制解调器、信道检测器、数字锁相环、A/D变换器、D/A变换器、本振模块、混频器、滤波放大器等部件组成。它采用速率自适应技术使散射通信系统始终工作在信道最佳速率上，随接收电平起伏传输速率跟踪变化。本实用新型还具在传输距离上的速率自适应，在信道变化的情况下速率无损切换，通信容量覆盖小、中和大容量等全速率的散射通信系统等特点，特别适用于作以传输IP网络数据的散射通信系统调制解调器的装置。
文档编号H04L1/00GK201252555SQ20082010563
公开日2009年6月3日 申请日期2008年8月27日 优先权日2008年8月27日
发明者任香凝, 莹 刘, 坡 卢, 丹 吴, 孙柏昶, 斐 李, 韩明钥 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所