一种船舶VDES系统的多载波VDE体制调制解调实现方法与流程

本发明涉及信号检测解调技术领域，特别涉及一种船舶VDES系统的多载波VDE体制调制解调实现方法，该方法适用于子载波较多、通信环境恶劣情况下的数据调制解调。

背景技术：

2015年10月国际电信联盟ITU-R M.2092-0建议书提出VHF水上移动频段内的VHF数据交换系统(VDES)的技术特性，对VDES系统中VDE体制的通信技术特性作出了相应的规定，但是未对实现方式作出相应规定。特别是对多子载波调制解调及子载波间隔大于信号带宽的实现方式，没有明确说明实现方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种船舶VDES系统的多载波VDE体制调制解调实现方法，该方法克服了在子载波较多的情况下并行采用多个载波数控振荡器(NCO)所带来的资源紧张和复杂控制问题，另外本发明采用了多载波调制解调结合窄带原型滤波器组的方式实现了各子载波间隔大于信号带宽。

本发明的技术解决方案是：

一种船舶VDES系统的多载波VDE体制调制解调实现方法，包括下列步骤：

步骤一：发射端对基带数据进行调制并发送到传播信道，具体调制实现过程如下：

(1)、对数据率为fa的基带数据进行串并变换，得到N路并行数据；其中N为VDE体制中设定的子载波个数，且每路并行数据的数据率为fa/N；

(2)、利用IFFT模块对N路并行数据进行N点IFFT变换处理，输出N路并行的变换数据；

(3)、采用设定的原型滤波器组对所述N路并行变换数据进行滤波处理，其中：所述原型滤波器组包括N个子滤波器，且每个所述子滤波器的阶数为M；M为正整数；

(4)、对N个子滤波器输出的滤波数据进行速率转换，将每路滤波数据的数据率调整为fb/N；然后将所述N路并行的滤波数据串行输出到载波调制模块；其中：fb＝N*Δf，Δf为VDE体制中设定的子载波间隔；

(5)、载波调制模块对串行输入数据进行载波调制，并将得到的调制信号发送到传播信道；其中，所述载波调制模块中的载波频率为Fc；

步骤二：接收端从传播信道中接收信号，对所述接收信号进行解调，得到基带数据，具体解调过程如下：

(6)、采用本地载波信号对接收信号进行载波解调；其中，所述本地载波信号的频率为Fc；

(7)、在载波解调后的数据信号中识别设定的同步字头，实现接收数据位同步；

(8)、然后对位同步后数据进行速率转换并分N路并行输出，其中，所述速率转换将同步后数据的数据率由fb转换为fa；

(9)、接收端的原型滤波器组中的N个子滤波器分别对步骤(8)输出的N路并行数据进行滤波，并输出给接收端的FFT模块；其中，接收端的原型滤波器组与发射端的原型滤波器组相同；

(10)、FFT模块对N路并行输出的数据进行N点FFT处理，并将输出的N点数据进行并串变换后得到基带数据。

上述的船舶VDES系统的多载波VDE体制调制解调实现方法，在步骤(3)中，原型滤波器组的N个子滤波器的设计方法如下：

(3a)、设计阶数为MN的滤波器，其中：所述滤波器的滤波带宽B＝fb；

(3b)、将所述滤波器的MN个滤波系数分为N组，作为N个子滤波器的滤波系数；其中，如果所述滤波器的MN个滤波系数分别为a₁、a₂、…、a_MN，则第n个子滤波器的M个滤波系数分别为：a_n、a_N+n、a_2N+n、…、a_(M-1)N+n，n＝1、2、…、N。

上述的船舶VDES系统的多载波VDE体制调制解调实现方法，在步骤(4)中，对N路并行数据进行速率转换并串行输出，具体实现方法如下：采用一个高速开关对N路并行数据依次选通，所述高速开关的选通速率设定为fb；然后输出选通后的数据到载波调制模块。

上述的船舶VDES系统的多载波VDE体制调制解调实现方法，在步骤(8)中，对位同步后数据进行速率转换并分N路并行输出，具体实现方法如下：采用高速开关对位同步后数据依次选通，并将选通后的数据依次发送到原型滤波器组的N个子滤波器；其中，所述高速开关的选通速率设定为fa。

本发明所带来的有益效果是：

本发明采用了多载波调制解调结合窄带原型滤波器组的方式实现了各子载波间隔大于信号带宽，从而降低了系统在多径等恶劣通信环境下解调端对频差、码同步等同步信息的严苛要求，大大降低了VDE体制调制解调实现的复杂度。

附图说明

图1为本发明的船舶VDES系统的多载波VDE体制调制解调实现方法的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示，本发明的船舶VDES系统的多载波VDE体制调制解调实现方法，包括下列步骤：

步骤一：发射端对基带数据进行调制并发送到传播信道，具体调制实现过程如下：

(1)、对数据率为fa的基带数据进行串并变换，得到N路并行数据；其中N为VDE体制中设定的子载波个数，且每路并行数据的数据率为fa/N；

(2)、利用IFFT模块对N路并行数据进行N点IFFT变换处理，输出N路并行的变换数据；

(3)、采用设定的原型滤波器组对所述N路并行变换数据进行滤波处理，其中：所述原型滤波器组包括N个子滤波器，且每个所述子滤波器的阶数为M；M为正整数。该步骤等效于将基带数据划分为N个信道，每个信道对应于VDE体制中的一路子载波信号。其中，原型滤波器组的N个子滤波器的设计方法如下：

(3a)、设计阶数为MN的滤波器，其中：所述滤波器的滤波带宽B＝fb；

(3b)、将所述滤波器的MN个滤波系数分为N组，作为N个子滤波器的滤波系数；其中，如果所述滤波器的MN个滤波系数分别为a₁、a₂、…、a_MN，则第n个子滤波器的M个滤波系数分别为：a_n、a_N+n、a_2N+n、…、a_(M-1)N+n，n＝1、2、…、N。

(4)、对N个子滤波器输出的滤波数据进行速率转换，将每路滤波数据的数据率调整为fb/N；然后将所述N路并行的滤波数据串行输出到载波调制模块；其中：fb＝N*Δf，Δf为VDE体制中设定的子载波间隔。上述对N路并行数据进行速率转换并串行输出的具体实现方法如下：

采用一个高速开关对N路并行数据依次选通，所述高速开关的选通速率设定为fb；然后输出选通后的数据到载波调制模块。此处的高速数据选通可以实现速率转换，速率为fa的数据经过N点IFFT处理后，各数据点之间的频率间隔为fa/N，而经过高速数据选通处理后，可以将数据点的频率间隔扩大至fb/N，以达到VDE体制设定的子载波间隔。

(5)、载波调制模块对串行输入数据进行载波调制，并将得到的调制信号发送到传播信道；其中，所述载波调制模块中的载波频率为Fc；在后续的实施例中设定载波调制的载波频率Fc＝160MHz。

步骤二：接收端从传播信道中接收信号，对所述接收信号进行解调，得到基带数据，具体解调过程如下：

(6)、采用本地载波信号对接收信号进行载波解调；其中，所述本地载波信号的频率为Fc；

(7)、在载波解调后的数据信号中识别设定的同步字头，实现接收数据位同步；

(8)、然后对位同步后数据进行速率转换并分N路并行输出，其中，所述速率转换将同步后数据的数据率由fb转换为fa。该步骤的具体实现方法如下：采用高速开关对位同步后数据依次选通，并将选通后的数据依次发送到原型滤波器组的N个子滤波器；其中，所述高速开关的选通速率设定为fa。

(9)、接收端的原型滤波器组中的N个子滤波器分别对步骤(8)输出的N路并行数据进行滤波，并输出给接收端的FFT模块；其中，接收端的原型滤波器组与发射端的原型滤波器组相同；

(10)、FFT模块对N路并行输出的数据进行N点FFT处理，并将输出的N点数据进行并串变换后得到基带数据。

实施例：

在本实施例中，船舶VDES系统的多载波VDE体制的数据率fa＝78.6kbps，子载波个数N＝32，子载波间隔Δf＝2.7kHz，IFFT模块及FFT模块的变换点数为N，原型滤波器组的滤波带宽B＝78.6kHz，载波频率Fc＝160MHz。

若使用并行NCO的方式实现正交调制解调，则需要在发射和接收端共设置64个载波NCO，这种方式虽然也能实现子载波间隔大于2.7kHz的技术要求，但是对FPGA的逻辑资源极其浪费。若采用本发明的IFFT变换方式实现调制，数据信号在发射端经IFFT变换处理后，子载波间隔为2.4kHz，然后再经过速率变换，将原来每秒2400个数据点变换成每秒2700个数据点，从而将子载波间隔扩大为2.7kHz。

接着将变换后的数据进行载波调制，具体实现方法如下：将变换后信号的实部和虚部分别乘以载波信号的正弦分量和余弦分量，然后在累加求和。

在接收端采用同样的载波信号对接收信号进行载波解调，并且经过与发端一致的原型滤波器组滤波处理，在实现信号同步后，从同步脉冲的上升沿开始对数据速率做变换，将原每秒2700个数据点变换为2400个数据点。

然后将数据点每位32个并行分路依次输入到FFT变换IPcore，并且将FFT输出数据进行并串变换后得到基带数据。

在该实施例中，发射端的IFFT和接收端的FFT可以保证变换过程中的32个子载波完全正交，而且在子载波间隔2.7kHz的条件下，每个子载波传输2.4kHz的信息是可以克服运动和多径带来的子载波混叠造成的解调影响的。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。