专利名称：结合角分集技术与空时分组编码的单天线散射通信装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信领域中的一种结合角分集技术与空时分组编码的单天线散射通信装置，单天线角分集技术特别适合对通信质量要求较高的中大容量散射通信装置的机动快速部署。
背景技术：
传统的散射通信设备均是采用分集接收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和提高信噪比的最有效措施。但是，随着通信容量要求的不断增大，频谱资源的利用率就显得十分重要，现有散射通信系统的空间/频率分集技术都会带来频谱扩展。尤其值得注意的是，现有散射通信系统主要采用空间分集，需要收发端配置两付或者两付以上的天线。
实用新型内容本实用新型目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种结合角分集技术与空时分组编码的单天线散射通信装置。本实用新型利用现有系统2发2收的设备结构， 采用2发2收的空时分组编码技术，可以获得最大比值合并的4重分集增益，并且不带来频谱扩展，节约了 1/2的频带资源。其接收机结构简单，易于实现，可以取代原散射通信装置的空间/频率分集措施，还消除了传统分集技术所带来的频谱扩展问题，具有很强的抗信道衰落能力，使传统散射通信装置的频谱利用率得以提高。同时，角分集技术使得原来两付天线才能完成的任务通过一付天线就能实现，既减轻了设备体积和重量，方便了使用，又降低了成本。本实用新型的目的是这样实现的它包括空时分组编码器I、空时分组解码器2、调制器3、解调器4、辅助复接器5、辅助分接器6、中频放大器7、第一至第二上变频器8至9、第一至第二功放单元10至11、第一至第二双工器12至13、角分集天线14、监控单元15、第一至第二低噪放(16至17)、第一至第二下变频器18至19、电源20，其特征在于还包括角分集天线14，所述的辅助复接器5的输入端口 5与输入的符号时钟B端口相连、输入端口 6与信息码流A端口相连，其输入端口 3与解调器4的输出端口 2相连接、输入端口 4与解调器4的输出端口 3相连接，其输出端口 I与调制器3的输入端口 I相连接、输出端口 2与调制器3的输入端口 2相连接；调制器 3输入端口 3与辅助分接器6的输出端口 5相连接、输入端口 4与辅助分接器6的输出端口 6相连接、输入端口 5与辅助分接器6的输出端口 7相连接，输出端口 6与空时分组编码器 I输入端口 I相连；空时分组编码器I的输出端口 2与第一变频器8的输入端口 I相连、输出端口 3与第二变频器9的输入端口 I相连；第一变频器8输出端口 2与第一功放单元10 的输入端口 I相连；第二变频器9输出端口 2与第二功放单元11的输入端口 I相连；第一功放单元10的输出端口 2与第一双工器12的输入端口 I相连接；第二功放单元11的输出端口 2与第一双工器13的输入端口 I相连接；第一双工器12输出端口 2与角分集天线14
4的输入端口 3相连接、输入端口 3与角分集天线14的输出端口 4相连接，输出端口 4分别与第一低噪放16的输入端口 I相连接；第二双工器13输出端口 2与角分集天线14的输入端口 5相连接、输入端口 3与角分集天线14的输出端口 6相连接，输出端口 4分别与第二低噪放17的输入端口 I相连接；角分集天线14输入输出端口 I与端口 E连接、输入输出端口 2与端口 F连接；第一低噪放16的输出端口 2与第一下变频器18的输入端口 I相连接； 第二低噪放17的输出端口 2与第二下变频器19的输入端口 I相连接；第一下变频器18的输出端口 2与中频放大器7的输入端口 I相连；第二下变频器19的输出端口 2与中频放大器7的输入端口 2相连；中频放大器7的输出端口 4与空时分组解码器2的输入端口 I相连、输出端口 5与空时分组解码器2的输入端口 2相连，其输入端口 3与解调器4输出端口 6相连接；空时分组解码器2的输出端口 3与解调器4的输入端口 I相连接；解调器4输出端口 4与辅助分接器6的输入端口 I相连接、输出端口 5与辅助分接器6的输入端口 2相连接；辅助分接器6输出端口 3与输出的符号时钟D端口、输出端口 4与信息码流C端口连接；监控单元15以IIC总线方式通过端口 DATA连接到各模块相应的监控端口。本实用新型角分集天线14包括天线底座26、天线反射面24和天线馈源，所述的天线馈源由馈源组件21和第一至第二馈源喇叭22至23组成，馈源组件21由第一至第二馈源端口 29至30、第一至第四馈线端口 31至34和第一至第四波导腔35至38组成，其中，第一至第二馈源喇叭22至23与第一至第二馈源端口 29至30，馈源端口 29与垂直极化波导腔35和水平极化波导腔36相连，垂直极化波导腔35与垂直接收馈线端口 31相连，水平极化波导腔36与水平接收馈线端口 32相连，馈源端口 30与水平极化波导腔37和垂直极化波导腔38相连，水平极化波导腔37与水平接收馈线端口 33相连，垂直极化波导腔38与垂直接收馈线端口 34相连。本实用新型相比背景技术具有如下优点I.本实用新型采用单天线角分集天线14，在一付天线上实现两路信号的接收与发射，用一付天线就可完成背景技术中两付天线的功能。2.本实用新型采用的空时分组编码器I和空时分组解码器2，利用发射信号的正交性，在接收端经过线性处理就能实现对接收信号的最大似然解码，实现简单，且能达到4 重分集的良好性能，与传统2发2收散射通信装置采用空间分集的性能相当。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，成本显著降低。4.本实用新型利用现有散射通信装置的收发信机和基带设备，采用一付角分集天线替代现有双天线，经过一定的技术改造就能实现本实用新型，简单实用。这样，在一对角分集天线(14’、14”)形成的链路之间，发射波束(27、28)和接收波束(43、44)通过公共体 (39、40、41、42)将形成两发两收的物理链路，可采用两发两收的空时分组编码和解码实现四重空间分集。
图I是本实用新型的电原理方框图。图2是本实用新型角分集天线14的组成图。图3是本实用新型角分集天线14的馈源组件21的左侧视图。[0015]图4是本实用新型角分集天线14的馈源组件21的后视图。图5是采用一对角分集天线14’、14”完成两发两收物理链路的实现原理图。
具体实施方式
参照图1，本实用新型空时分组编码器I、空时分组解码器2、调制器3、解调器4、 辅助复接器5、辅助分接器6、中频放大器7、上变频器8和9、功放单元10和11、双工器12 和13、角分集天线14、监控单元15、低噪放16和17、下变频器18和19、电源20组成。图 I是本实用新型的电原理方框图，各单元的连线按图I进行。其中，辅助复接器5的作用是对通过输入端口 A输入的外部信息码流、解调器4送入的当前信道的最佳传输频率信息进行复接处理，并将处理后的信息码流与符号时钟送给调制器3 ;调制器3根据辅助分解器送来的频率指示信息确定发射频率，将调制后得信号送至空时分组编码器I，空时分组编码器 I将一路信号变换为相互正交的两路信号送至第一至第二上变频器8至9，第一至第二上变频器8至9将信号频率搬移至射频频段，第一至第二功放单元10至11将输入的信号进行放大后送入第一至第二双工器12至13，第一至第二双工器12至13将信号送至角分集天线14，角分集天线14将信号发射出去；角分集天线14同时接收对端发射的信号，将其接收信号通过第一至第二双工器12至13送入第一至第二低噪放16至17，第一至第二低噪放 16至17对其进行放大后送入第一至第二下变频器18至19，第一至第二下变频器18至19 将信号的中心频率变为70MHz，中频放大器7将输入的中频信号进行放大，放大后的信号再与本振信号混频，混频后的信号输出至空时分组解码器2进行空时分组解码，解码后的信号送入解调器4，中频放大器的AGC控制电压由解调器4提供；解调器4对信号进行相干解调，并将解调出的钟码送至辅助分接器6，同时解调器4将检测出的当前信道最佳工作频率信息送给辅助复接器5 ;辅助分接器6接收解调器4解调出的复合码流以及符号时钟，分离出业务信息并输出给外部信码端口 C,输出符号时钟至外部符号时钟端口 D,同时将分离出的频率指示信息送至调制器3 ;监控单元20对整个通信装置的工作状态进行监控。实施中辅助复接器5、辅助分接器6、监控单元15均采用美国Altera公司生产 Stratix系列FPGA芯片制作。中频放大器7采用XN402型集成放大器制作。上变频器8、
9、下变频器18、19采用成都亚光公司生产的HSB-3混频器制作。功放单元10、11，双工器 12、13，低噪放16、17模块均采用自制电路制作。参照图2至图4，本实用新型角分集天线14包括天线底座26、天线反射面24和天线馈源，所述的天线馈源由馈源组件21和第一至第二馈源喇叭22至23组成，馈源组件21 由第一至第二馈源端口 29至30、第一至第四馈线端口 31至34和第一至第四波导腔35至 38组成，其中，第一至第二馈源喇叭22至23与第一至第二馈源端口 29至30，馈源端口 29 与垂直极化波导腔35和水平极化波导腔36相连，垂直极化波导腔35与垂直接收馈线端口 31相连，水平极化波导腔36与水平接收馈线端口 32相连，馈源端口 30与水平极化波导腔 37和垂直极化波导腔38相连，水平极化波导腔37与水平接收馈线端口 33相连，垂直极化波导腔38与垂直接收馈线端口 34相连。本实用新型电源20提供调制器3、解调器4、中频放大器7、辅助复接器5、辅助分接器6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。本实用新型简要工作原理如下参照图5，发送信息时，辅助复接器5将外部业务信息端A输入的连续信码及从解调器4检测出的最佳发射频率信息进行复接处理，复接后的钟码送入调制器3，来自辅助复接器5的信号在调制器3内进行差分编码、基带成型，送至空时分组编码器I进行空时编码分两路发送出去，经放大的信号进入上变频器8、9，经过上变频器8、9变频后进入功放单元 10、11，信号经功放单元10、11放大后进入双工器12、13，双工器12、13将信号送至角分集天线14，角分集天线14将信号发射出去。接收信息时，角分集天线14将对端发射信号接收到后送入双工器12、13，双工器 12、13将接收到的信号送入低噪放16、17，低噪放16、17将信号放大后送至下变频器18、19， 经过下变频的信号送入中频放大器7，中频放大器7控制电压由解调器4提供，经过放大的中频信号送入空时分组解码器2，空时分组解码后的信号送入解调器4，解调器4先将信号进行D/A变换，变换后的数字信号一路进行数字下变频、分集合并后进行失真自适应相干解调，解调后的信号经差分译码后送入辅助分接器6，辅助分接器6分接出业务信息送至输出端口 C、D。另一路信号将探测信号进行数字下变频处理，然后进行FFT分析处理，将经过 FFT处理的信号送入比较器以确定何种速率为最佳速率，将信道最佳工作频率信息送至辅助复接器5。本实用新型安装结构如下把调制器3、解调器4、中频放大器7、辅助复接器5、辅助分接器6、监控单元20安装在相应印制板上，各印制板安装在一个长、宽、高为420 X 420 X 90mm的机箱内，机箱的后面板上安装信码入端口 A、符号时钟入端口 B、信码出端口 C、符号时钟出端口 D的电缆插座， 在后面板上安装上发信机出入端口 E、收信机出入端口 F的电缆插座和电源输入端插座，组装成本装置的低频单元；上变频器8、9，功放单元10、11，双工器12、13、低噪放16、17、下变频器18、19安装在相应印制板上，各印制板分别安装在两个长、宽、高为600X420X260mm 的机箱内，机箱后面板安装各个中频输入、中频输出、射频输入/输出端口、电源输入端口等各端口，组成本实用新型的射频单元。低频和射频单元安装在一辆越野车内，角分集天线 14 口径为2米，安装在车顶部。
权利要求1.一种结合角分集技术与空时分组编码的单天线散射通信装置，包括空时分组编码器(I)、空时分组解码器(2)、调制器(3)、解调器(4)、辅助复接器(5)、辅助分接器(6)、中频放大器(7)、第一至第二上变频器(8至9)、第一至第二功放单元(10至11)、第一至第二双工器(12至13)、角分集天线(14)、监控单元(15)、第一至第二低噪放(16至17)、第一至第二下变频器(18至19)、电源(20)，其特征在于还包括角分集天线(14)，所述的辅助复接器(5)的输入端口 5与输入的符号时钟B端口相连、输入端口 6与信息码流A端口相连，其输入端口 3与解调器(4)的输出端口 2相连接、输入端口 4与解调器(4)的输出端口 3相连接，其输出端口 I与调制器(3)的输入端口 I相连接、输出端口 2与调制器(3)的输入端口 2相连接；调制器(3)输入端口 3与辅助分接器￠)的输出端口 5相连接、输入端口 4与辅助分接器出)的输出端口 6相连接、输入端口 5与辅助分接器(6)的输出端口 7相连接，输出端口 6与空时分组编码器(I)输入端口 I相连；空时分组编码器(I)的输出端口 2与第一变频器(8)的输入端口 I相连、输出端口 3与第二变频器(9)的输入端口 I相连；第一变频器⑶输出端口 2与第一功放单元(10)的输入端口 I相连；第二变频器(9)输出端口 2 与第二功放单元(11)的输入端口 I相连；第一功放单元(10)的输出端口 2与第一双工器(12)的输入端口 I相连接；第二功放单元(11)的输出端口 2与第一双工器(13)的输入端口 I相连接；第一双工器(12)输出端口 2与角分集天线(14)的输入端口 3相连接、输入端口 3与角分集天线(14)的输出端口 4相连接，输出端口 4分别与第一低噪放(16)的输入端口 I相连接；第二双工器(13)输出端口 2与角分集天线(14)的输入端口 5相连接、输入端口 3与角分集天线(14)的输出端口 6相连接，输出端口 4分别与第二低噪放(17)的输入端口 I相连接；角分集天线(14)输入输出端口 I与端口 E连接、输入输出端口 2与端口 F连接；第一低噪放(16)的输出端口 2与第一下变频器(18)的输入端口 I相连接；第二低噪放(17)的输出端口 2与第二下变频器(19)的输入端口 I相连接；第一下变频器(18) 的输出端口 2与中频放大器(7)的输入端口 I相连；第二下变频器(19)的输出端口 2与中频放大器(7)的输入端口 2相连；中频放大器(7)的输出端口 4与空时分组解码器(2)的输入端口 I相连、输出端口 5与空时分组解码器(2)的输入端口 2相连，其输入端口 3与解调器(4)输出端口 6相连接；空时分组解码器(2)的输出端口 3与解调器(4)的输入端口 I相连接；解调器(4)输出端口 4与辅助分接器￠)的输入端口 I相连接、输出端口 5与辅助分接器(6)的输入端口 2相连接；辅助分接器(6)输出端口 3与输出的符号时钟D端口、 输出端口 4与信息码流C端口连接；监控单元(15)以IIC总线方式通过端口 DATA连接到各模块相应的监控端口 ；其中，辅助复接器(5)的作用是对通过输入端口 A输入的外部信息码流、解调器(4)送入的当前信道的最佳传输频率信息进行复接处理，并将处理后的信息码流与符号时钟送给调制器(3);调制器(3)根据辅助分解器送来的频率指示信息确定发射频率，将调制后得信号送至空时分组编码器(I)，空时分组编码器(I)将一路信号变换为相互正交的两路信号送至第一至第二上变频器(8至9)，第一至第二上变频器(8至9)将信号频率搬移至射频频段，第一至第二功放单元(10至11)将输入的信号进行放大后送入第一至第二双工器(12至13)，第一至第二双工器(12至13)将信号送至角分集天线(14)， 角分集天线(14)将信号发射出去；角分集天线(14)同时接收对端发射的信号，将其接收信号通过第一至第二双工器(12至13)送入第一至第二低噪放(16至17)，第一至第二低噪放 (16至17)对其进行放大后送入第一至第二下变频器(18至19)，第一至第二下变频器(18至19)将信号的中心频率变为70MHz，中频放大器(7)将输入的中频信号进行放大，放大后的信号再与本振信号混频，混频后的信号输出至空时分组解码器(2)进行空时分组解码， 解码后的信号送入解调器(4)，中频放大器的AGC控制电压由解调器⑷提供；解调器⑷ 对信号进行相干解调，并将解调出的钟码送至辅助分接器￠)，同时解调器(4)将检测出的当前信道最佳工作频率信息送给辅助复接器(5);辅助分接器(6)接收解调器(4)解调出的复合码流以及符号时钟，分离出业务信息并输出给外部信码端口 C，输出符号时钟至外部符号时钟端口 D，同时将分离出的频率指示信息送至调制器(3);监控单元(20)对整个通信装置的工作状态进行监控。
2.根据权利要求I所述的结合角分集技术与空时分组编码的单天线散射通信装置，其特征在于所述的角分集天线(14)包括天线底座(26)、天线反射面(24)和天线馈源，所述的天线馈源由馈源组件(21)和第一至第二馈源喇叭(22至23)组成，馈源组件(21)由第一至第二馈源端口(29、30)、第一至第四馈线端口(31、32、33、34)和第一至第四波导腔 (35、36、37、38)组成，其中，第一至第二馈源喇叭(22至23)与第一至第二馈源端口(29至 30)，馈源端口(29)与垂直极化波导腔(35)和水平极化波导腔(36)相连，垂直极化波导腔(35)与垂直接收馈线端口(31)相连，水平极化波导腔(36)与水平接收馈线端口(32)相连，馈源端口(30)与水平极化波导腔(37)和垂直极化波导腔(38)相连，水平极化波导腔(37)与水平接收馈线端口(33)相连，垂直极化波导腔(38)与垂直接收馈线端口(34)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种结合角分集技术与空时分组编码的单天线散射通信装置，它涉及通信领域中抗快衰落、多收发信机、角分集技术、两发两收MIMO空时分组编码结构的散射通信装置。它由调制器、解调器、空时分组编码器、空时分组解码器、中频放大器、辅助复接器、辅助分接器、上变频器、功放单元、双工器、低噪放、下变频器、角分集天线等部件组成。它采用空时分组编码，利用角分集天线取代原来的两付天线，利用两路码元的正交性，在接收端通过线性处理就能实现最大似然译码，具有很强的抗信道快衰落性能。本实用新型具有实现简单、性能优良等优点，单天线角分集技术是本实用新型的突出优势，特别适合散射通信装置的机动快速部署。
文档编号H04L1/06GK202353570SQ201120366029
公开日2012年7月25日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者陈雁 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所