专利名称：自适应选频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自适应选频散射通信调制解调器，特别适用于中、小容量的散射通信系统作调制解调器装置。
背景技术：
传统的散射通信设备是采用MIMO(多输入多输出)技术来克服信道的快衰落影响的。理论和实践都已证明，采用分集发射/接收，最大比值合并技术是克服快衰落，提高信噪比的最有效措施。但是，由于采用MIMO技术的散射设备体积庞大，结构复杂，因此价格较高并且机动性能较差，对于散射通信设备的普及应用造成了一定的困难。
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实时信道检测功能使设备始终工作在当前信道的最佳频率上的自适应选频散射通信调制解调器，本实用新型可以取代结构复杂的MIMO发射/接收技术，还消除了MIMO技术所带来的功率分散问题，具有较高的功率利用率和较强的抗信道衰落能力，而且使传统散射通信设备的结构得以大大简化，成本显著降低，它还具有体积小，重量轻，性能稳定可靠，维修方便，机动能力明显提高等特点。
本实用新型的目的是这样实现的它由辅助复接器1、低中频调制器2、信道检测器3、探测信号产生器4、通信控制器5、解调器6、辅助分接器7、数字锁相环8、D/A变换器9、本振模块10、混频器11、带通滤波器12、放大器13、中频放大器14、A/D变换器15、电源26组成，其中辅助复接器1的输入端口1、2分别通过信号线与信码输入端口A、符号时钟输入端口B相连，其输出端口3、4、5分别与低中频调制器2输入端口1、2及通信控制器5输入端口4相连；信道检测器3输入端口1与通信控制器5输出端口7相连，其输出端口2、3分别与低中频调制器2输入端口3、解调器6输入端口2相连；探测信号产生器4输入端口1与通信控制器5输出端口6相连，其输出端口2与D/A变换器9输入端口1相连；低中频调制器2输入端口4与通信控制器5输出端口3相连，其输出端口5与D/A变换器9输入端口1并接；数字锁相环8输入端口1通过中频电缆与高稳时钟C端口相连，输出端口2与通信控制器5输入端口5相连；混频器11输入端口1、2分别与D/A变换器9输出端口2、本振模块10输出端口1相连，其输出端口3与带通滤波器12输入端口1相连；放大器13输入端口1与带通滤波器12输出端口2相连，输出端口2通过中频电缆与发射信号出端口G相连；中频放大器14输入端口1通过中频电缆与接收信号入端口H相连，输出端口2、3分别与A/D变换器15输入端口1、2相连；通信控制器5输入端口1、2、9、10分别与A/D变换器15输出端口3、4、解调器6输出端口4、主叫/被叫工作方式切换信号入端口F相连，其输出端口8与解调器6输入端口1相连；解调器6输出端口3、4分别与辅助分接器7输入端口1、2相连，辅助分接器7输出端口3、4通过信号线分别与信码出端口D、符号时钟出端口E连接，电源26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3由接口及时序控制模块16、FFT处理模块17、定标模块18、幅度取模模块19、数据缓存模块20、幅度比较模块21组成，其中接口及时序控制模块16输入端1至12脚通过12根数据线与通信控制器5的输出端口7相连，输入端13至28脚通过16根数据总线与FFT处理模块17的输出端1至16脚相连，其输出端29至44脚、45至60脚分别通过16根数据总线与FFT处理模块17的输入端17至32脚、定标模块18的输入端1至16脚相连，输出端63脚通过控制线与FFT处理模块17输入端35脚相连，入端65脚与电源出端+V电压端连接，入端66脚接地端；幅度取模模块19输入端1至16脚、输出端17至32脚分别通过16根数据总线与定标模块18输出端17至32脚、数据缓存模块20输入端1至16脚相连；幅度比较模块21输入端1脚与数据缓存模块20输出端20脚相连，其输出端2、3脚分别与低中频调制器2输入端口3、解调器6的输入端口2相连；FFT处理模块17、定标模块18、幅度取模模块19、数据缓存模块20、幅度比较模块21各输入端38脚与电源26出端+V电压端连接，各输入端39脚与接地端连接。
本实用新型通信控制器5由工作方式切换模块22、接收帧检测器23、接收定时器24、发送定时器25组成，其中工作方式切换模块22输入端1、2脚分别通过数据线与A/D变换器15的输出端口3、4相连，输入端3脚与主叫/被叫工作方式切换信号入端口F相连，输出端4、5脚分别与接收帧检测器23输入端1脚、发送定时器25输入端1脚相连；接收定时器24输入端1、2脚分别与接收帧检测器23输出端2脚、解调器6输出端口4相连，输出端3、4、5脚分别与解调器6输入端口1、信道检测器3输入端口1、探测信号产生器4输入端口1相连；发送定时器25输入端1、2、3脚分别与工作方式切换模块22输出端5脚、辅助复接器1输出端口5、数字锁相环8输出端口2相连，输出端口4、5、6脚分别与调制器2输入端口4、探测信号产生器4输入端口1、信道检测器3输入端口1相连；工作方式切换模块22、接收帧检测器23、接收定时器24、发送定时器25各输入端38脚与电源26出端+V电压端连接、各输入端39脚与地端并接。
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3和探测信号产生器4，主叫台站可在信道中多个可用的工作频率上进行周期性探测，并根据被叫台站对探测信号的检测结果实时的选择出最符合当前信号的频率作为当前的工作频率，不但具有较强的抗衰落性能，而且消除了MIM0技术所带来的功率分散问题，提高了功率的利用率。
2.本实用新型采用通信控制器5，首次在散射通信设备的工作过程中实现了信道探测与通信两种工作模式的自动切换，使通信质量有了明显的改善。
3.本实用新型的主要部分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调制解调器工作参数的修改，使传统的散射通信设备结构大大简化，成本显著降低。
4.本实用新型集成化程度高，因此体积小，重量轻，性能稳定可靠，维修方便，设备机动能力明显提高等优点。
图1是本实用新型原理方框图。
图2是本实用新型信道检测器3实施例的电原理图。
图3是本实用新型通信控制器5实施例的电原理图。
具体实施方式
参照图1至图3，本实用新型由辅助复接器1、低中频调制器2、信道检测器3、探测信号产生器4、通信控制器5、解调器6、辅助分接器7、数字锁相环8、D/A变换器9、本振模块10、混频器11、带通滤波器12、放大器13、中频放大器14、A/D变换器15、电源26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。其中辅助复接器1的作用是将信码端A输入的连续信码进行分帧处理，并对每帧进行一定比例的时域压缩后输入低中频调制器2，每帧所空出的时间内由探测信号产生器4在通信控制器5的控制下发送信道探测信号至D/A变换器9；在每帧的业务信号传送时间内，低中频调制器2则在通信控制器5的控制下向D/A变换器9发送经过调制的低中频信号。低中频调制器2的作用是在每帧的业务信号传送时间内，对辅助复接器1送来的信码进行低中频CHIRP-BPSK调制，并将调制后的信号由其端口3输入D/A变换器9。实施例辅助复接器1、低中频调制器2采用美国Altema公司生产Stratix系列可编程FPGA芯片制作。
本实用新型信道检测器3的作用是接收通信控制器5所输出的对方台站发射的信道检测信号，并对其进行频谱分析，从而选择出最符合当前信号传输的频率作为当前的工作频率。它由接口及时序控制模块16、FFT处理模块17、定标模块18、幅度取模模块19、数据缓存模块20、幅度比较模块21组成，图2是本实用新型信道检测器3的电原理图，实施例按图2连接线路。其中接口及时序控制模块16用于接收来自通信控制器5的输出端口7的信道检测信号，并通过29至44脚控制FFT处理模块17对该数据进行频谱分析；FFT处理模块17的作用是在接口及时序控制模块16的控制下完成对信道检测信号的频谱分析，并将检测结果由其输出端1至16脚通过数据线实时的送回接口及时序控制模块16；定标模块18用于将FFT处理模块17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由其输出端17至32脚通过数据线输入幅度取模模块19；幅度取模模块19用于将定标模块18所产生的定点数据进行取模运算以获得信道探测信号的模值由其输出端17至32脚通过数据线输入数据缓存模块20；数据缓存模块20用于保存若干组信道探测信号的模值，并对其进行统计平均后由其输出端20脚通过数据线输入幅度比较模块21；幅度比较模块21的作用是对信道中多个探测频率的统计平均幅度值进行比较，并将其中幅度最大的频率值由其输出端2、3脚分别送入调制器2、解调器6中。实施例接口及时序控制模块16、FFT处理模块17、定标模块18、幅度取模模块19、数据缓存模块20、幅度比较模块21采用一块美国Altema公司生产Stratix系列可编程FPGA芯片制作。
本实用新型探测信号产生器4作用是在通信控制器5输出端6脚所输出的探测信号控制下产生信道探测信号输入D/A变换器9，D/A变换器9将数字低中频探测信号转换成模拟低中频探测信号后输入混频器11。本振模块10作用产生本振信号作为混频器11的混频输入信号。混频器11的作用是将模拟低中频探测信号混频至中频，再将其输入带通滤波器12。带通滤波器12将混频器11输出中频信号进行滤波改善信号质量后输入放大器13，放大器13将滤波后的中频信号进行放大，达到所需的输出幅度值后由发送信号出端口G将信号发送出去。实施例探测信号产生器4采用美国Altema公司生产Stratix系列FPGA可编程芯片制作。D/A变换器9采用美国A/D公司生产的AD9763型芯片制作。本振模块10采用美国A/D公司生产的AD9854型芯片制作。混频器11采用成都亚光公司生产的HSB3混频器制作。带通滤波器12采用成都天之公司生产的SBP-70型带通滤波器制作。放大器13采用市售的XN402型集成芯片制作。
本实用新型通信控制器5的作用是控制设备主叫与被叫两种工作状态之间的切换、信道探测与通信两种工作模式之间的切换，以及信道探测阶段信道探测信号产生与检测、回应阶段之间的切换。它由工作方式切换模块22、接收帧检测器23、接收定时器24、发送定时器25组成，图3是本实用新型通信控制器5的电原理图，实施例按图3连接线路。其中工作方式切换模块22用于在主叫/被叫工作方式切换信号的控制下，切换主叫与被叫两种工作方式；接收帧检测器23的作用是在被叫工作方式下检测所接收的每帧业务信号中的帧头，并在接收到帧头后立即对接收定时器24进行复位；接收定时器24的作用是在帧头复位信号和解调符号时钟的共同作用下，在被叫工作方式中划分出探测信号检测阶段，最佳工作频率回应阶段和业务解调阶段；发送定时器25的作用则是在主叫工作方式下接收辅助复接器1输出的发送帧起始标志和数字锁相环8输出的本地工作时钟，在主叫工作方式中划分出探测信号发送阶段，对方回应信号检测阶段和业务信号发送阶段。实施例工作方式切换模块22、接收帧检测器23、接收定时器24、发送定时器25采用一片美国Altema公司生产Stratix系列FPGA可编程芯片制作。
本实用新型中频放大器14输入端口1接收由接收信号入端口H所输出的中频信号，并将接收的中频信号放大后输入A/D变换器15，A/D变换器15将输入端口1、2的模拟低中频信号转换成数字信号后输入通信控制器5的输入端口1、2，由通信控制器5完成对此信号的信道探测阶段与信号解调阶段的划分后再通过其输出端7、8分别输入至信道检测器3的输入端口1、解调器6的输入端口1。解调器6的作用是在每帧信号的信号解调阶段对接收自通信控制器5的信号进行差分相干解调，解调后的信号由其输出端口3、4输入辅助分接器7。辅助分接器7的作用是将解调器6输入的断续解调信号进行解压缩处理，并将其还原为连续的信码后由输出端口3经信码输出端口D输出，由其输出端4经时钟输出端口E输出符号时钟信号。本实用新型数字锁相环8作用是通过其输入端口1接收时钟输入端口C输入的高稳时钟信号，经其锁相处理后由其出端口2提供给通信控制器5一个高稳时钟源。实施例中频放大器14采用市售XN402型集成放大器制作。A/D变换器15采用美国A/D公司生产的AD9218型、AD6604集成芯片制作。解调器6、辅助分接器7、数字锁相环8采用一片美国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26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主叫工作方式下，辅助复接器1将信码输入端口A所输入的连续信码进行分帧处理，并对每帧信号进行一定比例的时域压缩，以便在每帧所空出的时间内在通信控制器5的控制下发送信道探测信号并检测对方台站最佳工作频率的回应信号；在每帧的业务发送阶段，则根据对方所回应的最佳工作频率值在相应的频率上通过低中频调制器2传输调制信号。低中频调制器2输出端口5所输出的低中频调制信号和探测信号产生器4输出端口2所输出的信道探测信号在通信控制器5的控制下分别在每帧信号的信道探测阶段和信息传输阶段将其输出信号送至D/A变换器9，以完成低中频数字信号至低中频模拟信号的转变，随后该信号在混频器11中与本振模块10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12、放大器13对其进行带通滤波和放大后即送入发送信号输出端G完成中频至射频频谱的搬移。
在被叫工作方式下，接收信号输入端口H所接收的中频信号经中频放大器14、A/D变换器15后被转化为低中频的数字信号送入通信控制器5中。通信控制器5接收来自对方台站的信道探测信号与业务信号，在探测信号检测阶段将信道探测信号送入信道检测器3，并在此阶段结束时将检测结果送入探测信号产生器4中作为回应信号返回给对方台站；同时通信控制器5将业务解调信号输入解调器6，解调器6则根据信道检测器3的当前检测结果，在相应的最佳工作频率上进行业务信号的解调。解调后的信号输入至辅助分接器7中完成分接处理后还原为连续的信码和符号速率时钟，分别通过信码出端口D和符号时钟出端口E对外输出。
本实用新型安装结构如下把图1至图3中所有电路器件安装在两块长、宽为135×260mm的印制板上，然后把印制板安装在一个长、宽、高为320×285×128mm的机箱内，机箱的前面板上安装信码入端口A、符号时钟入端口B、高稳时钟入端口C、信码出端口D、符号时钟出端口E、工作方式切换信号入端口F的电缆插座，在后面板上安装信号发送出端口G、信号接收入端口H的电缆插座和电源输入端插座，组装本实用新型。
权利要求1.一种自适应选频散射通信调制解调器，它由辅助复接器(1)、低中频调制器(2)、探测信号产生器(4)、解调器(6)、辅助分接器(7)、数字锁相环(8)、D/A变换器(9)、本振模块(10)、混频器(11)、带通滤波器(12)、放大器(13)、中频放大器(14)、A/D变换器(15)、电源(26)组成，其特征在于还由信号检测器(3)、通信控制器(5)组成，其中辅助复接器(1)的输入端口1、2分别通过信号线与信码输入端口(A)、符号时钟输入端口(B)相连，其输出端口3、4、5分别与低中频调制器(2)输入端口1、2及通信控制器(5)输入端口4相连；信道检测器(3)输入端口1与通信控制器(5)输出端口7相连，其输出端口2、3分别与低中频调制器(2)输入端口3、解调器(6)输入端口2相连；探测信号产生器(4)输入端口1与通信控制器(5)输出端口6相连，其输出端口2与D/A变换器(9)输入端口1相连；低中频调制器(2)输入端口4与通信控制器(5)输出端口3相连，其输出端口5与D/A变换器(9)输入端口1并接；数字锁相环(8)输入端口1通过中频电缆与高稳时钟(C)端口相连，输出端口2与通信控制器(5)输入端口5相连；混频器(11)输入端口1、2分别与D/A变换器(9)输出端口2、本振模块(10)输出端口1相连，其输出端口3与带通滤波器(12)输入端口1相连；放大器(13)输入端口1与带通滤波器(12)输出端口2相连，输出端口2通过中频电缆与发射信号出端口(G)相连；中频放大器(14)输入端口1通过中频电缆与接收信号入端口(H)相连，输出端口2、3分别与A/D变换器(15)输入端口1、2相连；通信控制器(5)输入端口1、2、9、10分别与A/D变换器(15)输出端口3、4、解调器(6)输出端口4、主叫/被叫工作方式切换信号入端口(F)相连，其输出端口8与解调器(6)输入端口1相连；解调器(6)输出端口3、4分别与辅助分接器(7)输入端口1、2相连，辅助分接器(7)输出端口3、4通过信号线分别与信码出端口(D)、符号时钟出端口(E)连接，电源(26)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所述的自适应选频散射通信调制解调器，其特征在于信道检测器(3)由接口及时序控制模块(16)、FFT处理模块(17)、定标模块(18)、幅度取模模块(19)、数据缓存模块(20)、幅度比较模块(21)组成，其中接口及时序控制模块(16)输入端1至12脚通过12根数据线与通信控制器(5)的输出端口7相连，输入端13至28脚通过16根数据总线与FFT处理模块(17)的输出端1至16脚相连，其输出端29至44脚、45至60脚分别通过16根数据总线与FFT处理模块(17)的输入端17至32脚、定标模块(18)的输入端1至16脚相连，输出端63脚通过控制线与FFT处理模块(17)输入端35脚相连，入端65脚与电源出端+V电压端连接，入端66脚接地端；幅度取模模块(19)输入端1至16脚、输出端17至32脚分别通过16根数据总线与定标模块(18)输出端17至32脚、数据缓存模块(20)输入端1至16脚相连；幅度比较模块(21)输入端1脚与数据缓存模块(20)输出端20脚相连，其输出端2、3脚分别与低中频调制器(2)输入端口3、解调器(6)的输入端口2相连；FFT处理模块(17)、定标模块(18)、幅度取模模块(19)、数据缓存模块(20)、幅度比较模块(21)各输入端38脚与电源(26)出端+V电压端连接，各输入端39脚与接地端连接。
3.根据权利要求1或2所述的自适应选频散射通信调制解调器，其特征在于通信控制器(5)由工作方式切换模块(22)、接收帧检测器(23)、接收定时器(24)、发送定时器(25)组成，其中工作方式切换模块(22)输入端1、2脚分别通过数据线与A/D变换器(15)的输出端口3、4相连，输入端3脚与主叫/被叫工作方式切换信号入端口(F)相连，输出端4、5脚分别与接收帧检测器(23)输入端1脚、发送定时器(25)输入端1脚相连；接收定时器(24)输入端1、2脚分别与接收帧检测器(23)输出端2脚、解调器(6)输出端口4相连，输出端3、4、5脚分别与解调器(6)输入端口1、信道检测器(3)输入端口1、探测信号产生器(4)输入端口1相连；发送定时器(25)输入端1、2、3脚分别与工作方式切换模块(22)输出端5脚、辅助复接器(1)输出端口5、数字锁相环(8)输出端口2相连，输出端口4、5、6脚分别与调制器(2)输入端口4、探测信号产生器(4)输入端口1、信道检测器(3)输入端口1相连；工作方式切换模块(22)、接收帧检测器(23)、接收定时器(24)、发送定时器(25)各输入端38脚与电源(26)出端+V电压端连接、各输入端39脚与地端并接。
专利摘要本实用新型公开了一种自适应选频散射通信调制解调器，它涉及通信领域中采用自适应选频技术的散射通信调制解调器。它由辅助复分接器、信道检测器、探测信号产生器、调制解调器、通信控制器、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。它采用自适应选频技术使散射通信系统始终工作在当前信道的最佳频率上，具有较强的抗信道衰落性能。本实用新型还具有设备结构比传统MIMO技术结构大大简化、成本显著降低、体积小、重量轻、性能可靠、机动能力明显提高等特点，特别适合作中、小容量散射通信系统中的调制解调器装置。
文档编号H04L27/01GK2792043SQ20052002383
公开日2006年6月28日 申请日期2005年4月14日 优先权日2005年4月14日
发明者李文铎, 秦建存 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所