一种用于VDE体制的调制解调系统的制作方法

本发明涉及航海通信领域，具体是一种用于VDE体制的调制解调系统。

背景技术：

现代船舶朝着大型化、高速化方向发展，船舶数量与航道交通密集及危险货物装载数量不断增加，海损事故时有发生，严重威胁船舶航行安全及海洋生态环境。

目前，港口通信标准主要是基于船舶自动识别系统（AIS），系统采用VHF87和88两个频道作为专用频道（AIS1和AIS2频道），使用移频键控GMSK调制方式、开放系统互联的工作模式（OSM）、自组织时分多路访问（SOTDMA）协议、数据链路层遵循HDLC通信规程灯数字通信技术，是航行于开阔水域的船舶不用VHF无线电话即可自动获得来往船舶的各类信息。航行于限制水域的船舶不仅可自动获得其它船舶的信息，而且通过VTS的广播可获得各类航行信息和港口信息，为船舶避碰和航行安全起辅助决策作用。若用于VTS，可增加船舶识别和船舶动态信息广播的功能，扩大了管理范围；另外，还可以为航运公司办公自动化和船队管理，海事监管和船舶交通管理、进出港调度作业和领航协调、航行警告和气象信息、船舶安全与遇险呼叫和搜救服务，实现船岸之间的信息传输。同时，AIS可以用二进制电文发射适用专用电文（ASM），是一种船舶通信的补充手段。它可提供各种预定信息包，能够用于交换区域相关信息，如航行警告、气象信息、船舶报告数据、航路信息和交通管理信息灯，另外，适用专用电文可以减少语音通信，提高信息交换的可靠性和减轻操作人员的工作负担，使船舶能够及时、准确获取信息从而避免海上交通事故的发生及造成严重的经济损失和人员伤亡，同时确保船岸之间更有效的信息交互，有助于改善海事安全，提高海洋环境保护。

随着对AIS系统在VHF频段通信需求的增加，AIS系统的可使用频段内已经非常拥挤，在许多繁忙港口已经达到对频段50%以上的占用率，国际航标组织（IALA）提出当AIS数据链路负载超过50%时，将会导致信息阻塞等问题的发生，严重影响航行安全。相比于AIS系统，VDES系统的通信链路更加丰富，且在原来广播信道基础上增加了VDE的通信信道，不仅如此，VDES系统还在设计之初就考虑了地面与卫星两大系统，在系统设计和兼容性方面可以满足未来复杂、多功能海上通信系统的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于VDE体制的调制解调系统，以至少达到三种通信体制并存、提高航海通信系统通信质量的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于VDE体制的调制解调系统，它包括AIS体制、ASM体制、VDE体制三种体制解调接收回路、解调数据合路器、ARM接收数据接口、内部信号源模块、ARM发送数据接口、AIS调制器、ASM调制器、VDE调制器、调节开关、DAC模块、发送模拟前端和发送定时控制与通道选择模块；所述的AIS体制、ASM体制、VDE体制三种体制解调接收回路的解调数据输出端分别与解调数据合路器的第一、第二、第三数据输入端相连，解调数据合路器的输出端与ARM接收数据接口相连，ARM接收数据接口的第一数据输出端与ARM发送数据接口数据输入端相连，ARM接收数据接口的第二数据输出端与内部信号源的输入端相连，内部信号源的输出端与ARM发送数据接口的检测信号输入端相连，ARM发送数据接口包括AIS体制输出接口、ASM体制输出接口、VDE体制输出接口和控制接口，AIS体制输出接口与AIS调制器输入端连接，ASM体制输出接口与ASM调制器输入端连接，VDE体制输出接口与VDE调制器连接，控制接口与发送定时控制与通道选择模块的输入端相连，发送定时控制与通道选择模块的输出端与调节开关相连，调节开关与DAC模块的输入端相连，DAC模块的输出端与发送模拟前端相连，并且发送定时控制与通道选择模块通过控制调节开关控制DAC模块的输入端与AIS调制器、ASM调制器和VDE调制器的输出端的连接；

所述的AIS体制解调接收回路包括两路AIS通道，第一AIS通道包括第一AIS模拟前端、第一AIS体制ADC转换模块、第一AIS解调器，第一AIS模拟前端输出接口与第一AIS体制ADC转换模块的模拟输入端连接，第一AIS体制ADC转换模块的数字输出端与第一AIS解调器的输入端连接，第一AIS解调器的输出端与解调数据合路器连接；第二AIS通道包括第二AIS模拟前端、第二AIS体制ADC转换模块、第二AIS解调器，第二AIS模拟前端输出接口与第二AIS体制ADC转换模块的模拟输入端连接，第二AIS体制ADC转换模块的数字输出端与第二AIS解调器的输入端连接，第二AIS解调器的输出端与解调数据合路器连接；

所述的ASM体制解调接收回路包括两路ASM通道，第一ASM通道包括第一ASM模拟前端、第一ASM体制ADC转换模块、第一ASM解调器，第一ASM模拟前端输出接口与第一ASM体制ADC转换模块的模拟输入端连接，第一ASM体制ADC转换模块的数字输出端与第一ASM解调器的输入端连接，第一ASM解调器的输出端与解调数据合路器连接；第二ASM通道包括第二ASM模拟前端、第二ASM体制ADC转换模块、第二ASM解调器，第二ASM模拟前端输出接口与第一ASM体制ADC转换模块的模拟输入端连接，第一ASM体制ADC转换模块的数字输出端与第二ASM解调器的输入端连接，第二ASM解调器的输出端与解调数据合路器连接；

所述的VDE体制解调接收回路包括两路VDE通道，第一VDE通道包括第一VDE模拟前端、第一VDE体制ADC转换模块、第一VDE解调器，第一VDE模拟前端输出接口与第一VDE体制ADC转换模块的模拟输入端连接，第一VDE体制ADC转换模块的数字输出端与第一VDE解调器的输入端连接，第一VDE解调器的输出端与解调数据合路器连接；第二VDE通道包括第二VDE模拟前端、第二VDE体制ADC转换模块、第二VDE解调器，第二VDE模拟前端输出接口与第二VDE体制ADC转换模块的模拟输入端连接，第二VDE体制ADC转换模块的数字输出端与第二VDE解调器的输入端连接，第二VDE解调器的输出端与解调数据合路器连接；

所述的AIS调制器包括基带帧组帧模块、物理帧组帧模块、NRZI编码器、第一乘法器、高斯滤波器、积分器、第二乘法器、DUC模块和振荡器；基带帧组帧模块对基带信号数据进行分组打包后在信道传输，通过所述物理帧组帧模块进行检错、纠错后的基带信号数据进入NRZI编码器，NRZI编码器将基带信号转换为NRZI码，NRZI码进入第一乘法器，第一乘法器将NRZI码与累加信号相乘以后生成NRZI脉冲序列，NRZI脉冲序列进入所述高斯滤波器，高斯滤波器将载有基带信号的NRZI脉冲序列处理为高斯脉冲序列以后传输到所述积分器进行累加，得到积分相位信号q(t)后输出到第二乘法器，在第二乘法器进行载波信号相位调节，得到基带相位信号S_I(t)和S_Q(t)，S_I(t)和S_Q(t)信号进入DUC模块，DUC模块与振荡器的频率震荡信号f_c输出端连接，DUC模块利用频率震荡信号f_c调节S_I(t)和S_Q(t)信号后生成AIS体制调制信号输出。

所述的AIS体制解调器包括数字下变频DDC、数字鉴频器、低通滤波器、FFT模块、载波频偏校正模块、定时重采样模块、第一匹配滤波器、第二匹配滤波器、维特比算法解码器、NRZI编码器和基带帧成帧模块；数字下变频DDC接收调制信号r(t)后传输到数字鉴频器进行解调，解调后的信号通过FFT模块提取频域特征，并且进行载波频偏校正和定时重采样后的数据分为两路分别传输到第一匹配滤波器和第二匹配滤波器，通过第一匹配滤波器和第二匹配滤波器处理后的信号数据传输到维特比算法解码器进行解码，解码以后的数据传输到NRZI编码器，NRZI编码器将NRZI转换为二进制数据输出到基带帧成帧模块。

所述的ASM体制调制器包括基带帧组帧模块、Turbo FEC编码模块、物理帧成帧模块、NRZI编码器、相位调制模块、第一成形滤波器、第二成形滤波器、DUC模块和振荡器；基带信号进入基带帧组帧模块进行打包分发后传输到Turbo FEC编码模块，通过物理帧成帧模块进行检错、纠错后的基带信号数据进入NRZI编码器，NRZI编码器将二级制编码的基带信号转换为NRZI码，NRZI码传输到相位调制器进行相位调制，相位调制器调制以后的信号分为两路分别进入第一成形滤波器、第二成形滤波器，通过第一成形滤波器滤波以后得到的信号S_I(t)和通过第二成形滤波器滤波以后得到的信号S_Q(t)进入DUC模块进行合路处理，所述的DUC模块的频率震荡信号输入端与振荡器的频率震荡信号输出端连接，振荡器输出频率震荡信号调节DUC模块合成ASM体制信号S_ASM(t)后输出。

所述的ASM体制解调器包括数字下变频DDC、第一平方根升余弦匹配滤波器、前导码检测模块、定时相位估计模块、定时重采样模块、第二平方根升余弦匹配滤波器、载波频偏模块、载波相位同步模块、解调映射模块、Turbo FEC解码模块、基带帧恢复与校验模块和振荡器；所述振荡器的频率震荡信号输出端与数字下变频DDC的数字输入端连接，所述数字下变频DDC接收调制信号后在频率震荡信号的调节下输出到第一平方根升余弦匹配滤波器进行滤波，通过前导码检测模块进行传输码元检测，通过定时相位估计模块进行调制信号的相位估计，通过定时重采样模块对数字下变频DDC输出信号、定时相位估计模块的定时估计进行定时采样以后传输到第二平方根升余弦匹配滤波器进行滤波，滤波以后的信号通过载波频偏模块进行频率偏移校正，进行频率偏移校正以后的信号通过载波相位同步模块进行相位调节，相位调节以后的信号通过解调映射模块进行解调后传输到Turbo FEC解码模块解码，解码以后的信号通过基带帧恢复与校验模块处理后输出解调信号。

所述的VDE调制器包括基带帧组帧模块、Turbo FEC编码模块、映射模块、物理帧成帧模块、符号串并转换模块、32点FFT模块、多相滤波器、调节开关、DUC模块和振荡器；基带帧组帧模块接收基带信号并进行打包分发处理后传输到Turbo FEC编码模块进行编码，编码以后的数据传输到映射模块进行多种载波调制方式调制后传输到物理帧成帧模块处理后进入符号串并转换模块，符号串并转换模块按照载波数量比例处理后传输到32点IFFT模块进行快速傅里叶变换，所述32点IFFT模块处理后的信号分别传输到多组多相滤波器进行滤波，滤波以后的信号通过调节开关与DUC模块连接，DUC模块的数字输入端与振荡器的频率振荡信号输出端连接，DUC模块在频率振荡信号的调节下输出VDE体制的调制信号S_VDE(t)。

所述的 VDE体制解调器包括数字下变频DDC、振荡器、调节开关、多相滤波器、32点DFT模块、均衡器、映射模块、32路并串转换器、Turbo 解码模块、基带帧恢复与校验模块；数字下变频DDC的数字输入端与振荡器的频率振荡信号输出端连接，所述数字下变频DDC接收调制信号以后在频率振荡信号调节下对调制信号数据进行处理，处理后的信号数据通过调节开关与多路多相滤波器连接，通过所述的调节开关选择数字下变频DDC信号输出端与对应的一路多相滤波器连接，多相滤波器对信号数据进行滤波处理后传输到32点DFT模块进行快速傅里叶变换后输出到多路均衡器进行均衡处理，所述的多路均衡器分别输出均衡以后的数据到对应的映射模块，映射模块进行映射关系对应以后输出到32路并串转换器，经过并串转换以后的信号数据输出到Turbo解码模块解码，解码后的数据传输到基带帧恢复与校验模块处理后输出解调信号。

它还包括PPS协议解析模块，通过PPS协议解析模块能够外接GNSS、GPS设备，用于向发送定时控制与通道选择模块输入位置信号数据。

它还包括监控寄存器，通过SPI接口连接监控寄存器与外设ARM处理器，用于扩展监控能力。

它还包括调试功能接口，通过所述的调试功能接口外接上位机，用于各项性能参数的调制测验，通过设置LED指示灯提示用户设备工作状态。

本发明的有益效果是：本发明出了一种多种调制解调体制并存的综合基带板系统，既能兼容AIS通信体制，又能使用VDES系统满足后续航海通信系统的要求，既能承载当前的AIS系统业务，也能处理新一代的VDES业务；多种调制解调体制并存的综合基带用于完成在VHF频段实现多信道数据半双工收发功能，具备以下能力：

（1）具备在VHF频段实现VDE1-A\VDE1-B\AIS1\AIS2\ASM1\ASM2信道数据半双工收发功能；

（2）具备支持同时接收多路信号的功能；

（3）支持GMSK-FM、π/4 QPSK、8PSK、16QAM等多种调制体制，并具备自适应解码解调技术向发射调制、返向接收解调能力；

（4）具有接收1pps信号的能力。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的AIS体制调制原理示意图；

图3为本发明的AIS体制解调原理示意图；

图4为本发明的ASM体制调制原理示意图；

图5为本发明的ASM体制解调原理示意图；

图6为本发明的VDE体制调制原理示意图；

图7为本发明的VDE体制解调原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种用于VDE体制的调制解调系统，它包括AIS体制、ASM体制、VDE体制三种体制解调接收回路、解调数据合路器、ARM接收数据接口、内部信号源模块、ARM发送数据接口、AIS调制器、ASM调制器、VDE调制器、调节开关、DAC模块、发送模拟前端和发送定时控制与通道选择模块；所述的AIS体制、ASM体制、VDE体制三种体制解调接收回路的解调数据输出端分别与解调数据合路器的第一、第二、第三数据输入端相连，解调数据合路器的输出端与ARM接收数据接口相连，ARM接收数据接口的第一数据输出端与ARM发送数据接口数据输入端相连，ARM接收数据接口的第二数据输出端与内部信号源的输入端相连，内部信号源的输出端与ARM发送数据接口的检测信号输入端相连，ARM发送数据接口包括AIS体制输出接口、ASM体制输出接口、VDE体制输出接口和控制接口，AIS体制输出接口与AIS调制器输入端连接，ASM体制输出接口与ASM调制器输入端连接，VDE体制输出接口与VDE调制器连接，控制接口与发送定时控制与通道选择模块的输入端相连，发送定时控制与通道选择模块的输出端与调节开关相连，调节开关与DAC模块的输入端相连，DAC模块的输出端与发送模拟前端相连，并且发送定时控制与通道选择模块通过控制调节开关控制DAC模块的输入端与AIS调制器、ASM调制器和VDE调制器的输出端的连接；

所述的AIS体制解调接收回路包括两路AIS通道，第一AIS通道包括第一AIS模拟前端、第一AIS体制ADC转换模块、第一AIS解调器，第一AIS模拟前端输出接口与第一AIS体制ADC转换模块的模拟输入端连接，第一AIS体制ADC转换模块的数字输出端与第一AIS解调器的输入端连接，第一AIS解调器的输出端与解调数据合路器连接；第二AIS通道包括第二AIS模拟前端、第二AIS体制ADC转换模块、第二AIS解调器，第二AIS模拟前端输出接口与第二AIS体制ADC转换模块的模拟输入端连接，第二AIS体制ADC转换模块的数字输出端与第二AIS解调器的输入端连接，第二AIS解调器的输出端与解调数据合路器连接；

所述的ASM体制解调接收回路包括两路ASM通道，第一ASM通道包括第一ASM模拟前端、第一ASM体制ADC转换模块、第一ASM解调器，第一ASM模拟前端输出接口与第一ASM体制ADC转换模块的模拟输入端连接，第一ASM体制ADC转换模块的数字输出端与第一ASM解调器的输入端连接，第一ASM解调器的输出端与解调数据合路器连接；第二ASM通道包括第二ASM模拟前端、第二ASM体制ADC转换模块、第二ASM解调器，第二ASM模拟前端输出接口与第一ASM体制ADC转换模块的模拟输入端连接，第一ASM体制ADC转换模块的数字输出端与第二ASM解调器的输入端连接，第二ASM解调器的输出端与解调数据合路器连接；

所述的VDE体制解调接收回路包括两路VDE通道，第一VDE通道包括第一VDE模拟前端、第一VDE体制ADC转换模块、第一VDE解调器，第一VDE模拟前端输出接口与第一VDE体制ADC转换模块的模拟输入端连接，第一VDE体制ADC转换模块的数字输出端与第一VDE解调器的输入端连接，第一VDE解调器的输出端与解调数据合路器连接；第二VDE通道包括第二VDE模拟前端、第二VDE体制ADC转换模块、第二VDE解调器，第二VDE模拟前端输出接口与第二VDE体制ADC转换模块的模拟输入端连接，第二VDE体制ADC转换模块的数字输出端与第二VDE解调器的输入端连接，第二VDE解调器的输出端与解调数据合路器连接；

如图2所示，所述的AIS调制器包括基带帧组帧模块、物理帧组帧模块、NRZI编码器、第一乘法器、高斯滤波器、积分器、第二乘法器、DUC模块和振荡器；基带帧组帧模块对基带信号数据进行分组打包后在信道传输，通过所述物理帧组帧模块进行检错、纠错后的基带信号数据进入NRZI编码器，NRZI编码器将基带信号转换为NRZI码，NRZI码进入第一乘法器，第一乘法器将NRZI码与累加信号相乘以后生成NRZI脉冲序列，NRZI脉冲序列进入所述高斯滤波器，高斯滤波器将载有基带信号的NRZI脉冲序列处理为高斯脉冲序列以后传输到所述积分器进行累加，得到积分相位信号q(t)后输出到第二乘法器，在第二乘法器进行载波信号相位调节，得到基带相位信号S_I(t)和S_Q(t)，S_I(t)和S_Q(t)信号进入DUC模块，DUC模块与振荡器的频率震荡信号f_c输出端连接，DUC模块利用频率震荡信号f_c调节S_I(t)和S_Q(t)信号后生成AIS体制调制信号输出。

如图3所示，所述的AIS体制解调器包括数字下变频DDC、数字鉴频器、低通滤波器、FFT模块、载波频偏校正模块、定时重采样模块、第一匹配滤波器、第二匹配滤波器、维特比算法解码器、NRZI编码器和基带帧成帧模块；数字下变频DDC接收调制信号r(t)后传输到数字鉴频器进行解调，解调后的信号通过FFT模块提取频域特征，并且进行载波频偏校正和定时重采样后的数据分为两路分别传输到第一匹配滤波器和第二匹配滤波器，通过第一匹配滤波器和第二匹配滤波器处理后的信号数据传输到维特比算法解码器进行解码，解码以后的数据传输到NRZI编码器，NRZI编码器将NRZI转换为二进制数据输出到基带帧成帧模块。

如图4所示，所述的ASM体制调制器包括基带帧组帧模块、Turbo FEC编码模块、物理帧成帧模块、NRZI编码器、相位调制模块、第一成形滤波器、第二成形滤波器、DUC模块和振荡器；基带信号进入基带帧组帧模块进行打包分发后传输到Turbo FEC编码模块，通过物理帧成帧模块进行检错、纠错后的基带信号数据进入NRZI编码器，NRZI编码器将二级制编码的基带信号转换为NRZI码，NRZI码传输到相位调制器进行相位调制，相位调制器调制以后的信号分为两路分别进入第一成形滤波器、第二成形滤波器，通过第一成形滤波器滤波以后得到的信号S_I(t)和通过第二成形滤波器滤波以后得到的信号S_Q(t)进入DUC模块进行合路处理，所述的DUC模块的频率震荡信号输入端与振荡器的频率震荡信号输出端连接，振荡器输出频率震荡信号调节DUC模块合成ASM体制信号S_ASM(t)后输出。

如图5所示，所述的ASM体制解调器包括数字下变频DDC、第一平方根升余弦匹配滤波器、前导码检测模块、定时相位估计模块、定时重采样模块、第二平方根升余弦匹配滤波器、载波频偏模块、载波相位同步模块、解调映射模块、Turbo FEC解码模块、基带帧恢复与校验模块和振荡器；所述振荡器的频率震荡信号输出端与数字下变频DDC的数字输入端连接，所述数字下变频DDC接收调制信号后在频率震荡信号的调节下输出到第一平方根升余弦匹配滤波器进行滤波，通过前导码检测模块进行传输码元检测，通过定时相位估计模块进行调制信号的相位估计，通过定时重采样模块对数字下变频DDC输出信号、定时相位估计模块的定时估计进行定时采样以后传输到第二平方根升余弦匹配滤波器进行滤波，滤波以后的信号通过载波频偏模块进行频率偏移校正，进行频率偏移校正以后的信号通过载波相位同步模块进行相位调节，相位调节以后的信号通过解调映射模块进行解调后传输到Turbo FEC解码模块解码，解码以后的信号通过基带帧恢复与校验模块处理后输出解调信号。

如图6所示，所述的VDE调制器包括基带帧组帧模块、Turbo FEC编码模块、映射模块、物理帧成帧模块、符号串并转换模块、32点FFT模块、多相滤波器、调节开关、DUC模块和振荡器；基带帧组帧模块接收基带信号并进行打包分发处理后传输到Turbo FEC编码模块进行编码，编码以后的数据传输到映射模块进行多种载波调制方式调制后传输到物理帧成帧模块处理后进入符号串并转换模块，符号串并转换模块按照载波数量比例处理后传输到32点IFFT模块进行快速傅里叶变换，所述32点IFFT模块处理后的信号分别传输到多组多相滤波器进行滤波，滤波以后的信号通过调节开关与DUC模块连接，DUC模块的数字输入端与振荡器的频率振荡信号输出端连接，DUC模块在频率振荡信号的调节下输出VDE体制的调制信号S_VDE(t)。

如图7所示，所述的VDE体制解调器包括数字下变频DDC、振荡器、调节开关、多相滤波器、32点DFT模块、均衡器、映射模块、32路并串转换器、Turbo 解码模块、基带帧恢复与校验模块；数字下变频DDC的数字输入端与振荡器的频率振荡信号输出端连接，所述数字下变频DDC接收调制信号以后在频率振荡信号调节下对调制信号数据进行处理，处理后的信号数据通过调节开关与多路多相滤波器连接，通过所述的调节开关选择数字下变频DDC信号输出端与对应的一路多相滤波器连接，多相滤波器对信号数据进行滤波处理后传输到32点DFT模块进行快速傅里叶变换后输出到多路均衡器进行均衡处理，所述的多路均衡器分别输出均衡以后的数据到对应的映射模块，映射模块进行映射关系对应以后输出到32路并串转换器，经过并串转换以后的信号数据输出到Turbo解码模块解码，解码后的数据传输到基带帧恢复与校验模块处理后输出解调信号。

它还包括PPS协议解析模块，通过PPS协议解析模块能够外接GNSS、GPS设备，用于向发送定时控制与通道选择模块输入位置信号数据。

它还包括监控寄存器，通过SPI接口连接监控寄存器与外设ARM处理器，用于扩展监控能力。

它还包括调试功能接口，通过所述的调试功能接口外接上位机，用于各项性能参数的调制测验，通过设置LED指示灯提示用户设备工作状态。

以上内容仅描述了本发明的基本原理和主要特点。本行业的技术人员应该了解到，在不脱离本发明所附权利要求书所限定的精神和范围内，从形式上和细节上对本发明所做出的变化，均在本发明权利要求所保护的范围内。