基于跳频的MFSK调制解调器的制作方法

本发明涉及无线通信领域中的一种基于跳频的MFSK解调器，特别适用于用作卫星通信系统中基于高速跳频应用方式的调制解调器。

背景技术：

由于覆盖面广、通信距离远、组网灵活、机动性能优越等特点，卫星通信的应用领域越来越广阔。卫星通信信号的载波频率通常固定不变，容易受到敌对方的瞄准干扰，而跳频技术对于瞄准干扰具有一定抑制效果，能显著提高卫星通信系统的抗干扰能力，这种跳频时分多址通信方式对解调器提出了更高的要求。

本发明主要应用于军用高速跳频抗干扰卫星通信系统，支持跳频速率高，最高可达XX跳/秒，跳频带宽最宽可达2GHz，具备较高扩频增益，跳频频率集频点数最高可达2E24，跳频图案周期为3年，具备时域置乱/解置乱功能，能够显著提高跳频通信系统的抗干扰、抗侦收、抗截获能力。

现有的跳频时分多址解调器支持跳频速率较低，最高能达到1000跳/秒，当跳速提高，突发变短时传输效率相应降低；跳频带宽较窄，最宽到达800MHz，扩频增益有限，限制跳频通信系统的抗干扰能力；跳频频率集频点数较少，跳频图案周期较短，不具备时域置乱/解置乱功能，限制跳频通信系统的抗侦收、抗截获能力。为克服现有跳频时分多址解调器上述缺点，发明了基于跳频的MFSK解调器。

技术实现要素：

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种能够在跳频速率高达XX跳/秒条件下正常工作的专用解调器，本发明还具有多模式、多速率、同步时间短、集成化程度高、性能稳定可靠、重量轻、功耗低、结构简单等特点。

本发明的目的是这样实现的：它由监控单元A、按键盘B、液晶显示器C、电源D、中频单元F组成，其特征在于：还包括基带解调模块E、访问控制模块G，其中中频单元F的中频信号输入端口F1与外部L频段中频信号输入端口IN1连接，中频单元F的监控数据输入端口F3通过数据总线与监控单元A的监控数据输出端口A5连接，中频单元F在监控单元A输入的频率控制信号控制下，把来自外部的L频段中频信号解调成基带信号，通过中频单元F的基带信号输出端口F2将基带信号输出至基带解调模块E的基带信号输入端口E1，基带解调模块E将解调后的数据经解调数据输出端口E2输出至访问控制模块G的解调数据输入端口G1，访问控制模块G将解调控制信息经解调控制输出端口G2输出至基带解调模块E的解调控制输入端口E3，基带解调模块E的监控输入端口E4与监控单元A的监控输出端口A3连接，接收来自监控的参数信息，访问控制模块G将业务数据经业务数据输出端口G3输出至外部数据输出端口OUT2，访问控制模块G将频率控制字经跳频控制输出端口G4输出至外部跳控数据输出端口OUT3，访问控制模块G的监控输入输出端口G5与监控单元A的监控输入输出端口A6连接，监控单元A输出控制信息至访问控制模块G，访问控制模块G给监控单元A反馈状态参数信息，监控单元A的液晶显示输出端口A4通过数据线与液晶显示器C的数据输入端口C1连接，显示各单元工作状态，监控单元A的键盘数据输入端口A2通过数据线与按键盘B的数据输出端口B1连接，接收键盘控制信息，监控单元A的远控数据输入输出端口A1通过数据线与外部RS-485接口INOUT1端口连接，电源D出端口+V1、+V2、+V3、+V4电压端与监控单元、基带解调模块、中频解调模块、访问控制模块的电源端连接。

本发明基带解调模块E由A/D变换器Ea、数字下变频器Eb、匹配滤波器Ec、离散短时傅里叶变换模块Ed、信道译码模块Ee组成；其中A/D变换器Ea对中频单元F输入的基带信号进行模/数变换，将模/数变换后的数据输入数字下变频器Eb的数据输入端口Eb1，数字下变频器Eb将信号进行数字变频后经数据输出端口Eb2输出至匹配滤波器Ec的数据输入端口Ec1，匹配滤波器Ec将输入的数字下变频信号进行波形匹配，将波形匹配后的信号经数据输出端口Ec2输入至离散短时傅里叶变换模块Ed的数据输入端口Ed1，离散短时傅里叶变换模块Ed对输入的信号进行变换，完成码元同步，并提取频率信息进行判决。当输入的信号完成解调后经数据输出端口Ed2输出至信道译码模块Ee的数据输入端口Ee1，信道译码模块Ee将译码后数据经数据输出端口Ee2输出至访问控制模块G的解调数据输入端口G1，监控单元A将参数配置经数据输出端口A3输出至离散短时傅里叶变换模块Ed的监控数据输入端口Ed4。

本发明访问控制模块G数据处理单元Ga、跳频同步控制单元Gb和时隙分配控制单元Gc组成；其中数据处理单元Ga的解调数据输入端口Ga1与基带解调模块E的解调数据输出端口E2连接，接收解调数据，并缓存，同时还接收解调器反馈的接收控制信息，用于判断该跳解调数据的类型和解置乱，数据处理单元Ga的数据输出端口Ga2连接外部数据输出端口OUT2，输出业务数据，数据处理单元Ga的TOD输出端口Ga3连接跳频同步控制单元Gb的TOD输入端口Gb3，输出解调TOD数据；跳频同步控制单元Gb的监控数据输入输出端口Gb1与监控单元A的输出入输出端口A6连接，接收绝对时间信息，计算初始TOD，跳频同步控制单元Gb的业务数据输出端口Gb2连接外部跳控数据输出端口OUT3，输出接收频率控制字，跳频同步控制单元Gb的TOD输入端口Gb3连接数据处理单元Ga的TOD输出端口Ga3，接收解调TOD数据，用于修正本地TOD初始值，实现TOD同步，跳频同步控制单元Gb的数据输入端口Gb4连接基带解调模块E的数据输出端口E2，接收同步信号到达指示，用于判断是否实现TOD同步，同时还接收时隙定位脉冲，作为TOD计数器的驱动时钟，跳频同步控制单元Gb的控制输出端口Gb5连接时隙分配控制单元Gc的控制输入口端Gc2，输出本地TOD和状态参数；时隙分配控制单元Gc的监控输入输出端口Gc1与监控单元A的监控输入输出端口A6连接，接收业务类型参数，用于生成帧计划，分配业务时隙，时隙分配控制单元Gc的控制输入端口Gc2连接跳频同步控制单元Gb的控制输出端口Gb5，接收状态参数，用于确定同步状态，以确定帧结构类型，同时还接收本地TOD信息，用于生成时间置乱图案，时隙分配控制单元Gc的解调控制数据输出端口Gc3连接基带解调模块E的解调控制数据输入端口E3，根据置乱后帧结构，输出接收控制信息。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1.本发明是一种跳频时分多址解调器，跳频速率可达XX跳/秒，同步时间短，通信效率高，能够进行多速率混合解调，具有数据速率和中频频率、调制方式可变等特点，同时具备完善的监控功能，因此在卫星通信系统中得到了广泛的应用。

2.本发明集成化程度高，功耗低，整机调试工作量小，性能稳定可靠，能够在较恶劣的环境(-10℃～55℃)条件下正常工作。

3.本发明采用标准外形结构，结构简单，内部紧凑，成本低，具有推广应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的电原理方框图。

图2是本发明基带解调单元E实施例的电原理图。

图3是本发明访问控制模块G实施例的电原理图。

具体实施方式

参照图1至图3，本发明由监控电路A、按键盘B、液晶显示器C、电源D、中频单元F、基带解调单元E、访问控制模块G组成。其中监控电路A输入输出端口A1通过RS-485接口与外部监控系统连接，用于实施对本机的监测和控制，监控电路A键盘数据输入端口A2与按键盘B数据输出端口B1连接，通过本机的按键操作修改或监测本机的状态，并通过与监控电路A液晶显示输出端口A4连接的液晶显示器C显示，监控电路A监控输出端口A5与中频单元F监控输入端口F3连接，用于控制中频收发本振源的频率变化和中频输出信号的功率电平，并检测它的工作状态，监控电路A监控输出端口A3与基带解调模块E监控输入端口E4脚连接，用于控制本机的信息速率、工作模式和调制方式等工作参数，并检测它的信噪比等工作状态，监控电路A其作用就是通过这些控制和监测端口控制本机的正常工作，实施例采用市售专用CPU集成电路C8051F023、专用集成电路74LVC4245A、EPM 7064STI44-7、时钟电路DS13C887、485接口电路MAX489EPD制作。液晶显示器C实施例采用RICH24201-3英文显示液晶制作。按键盘B实施例采用Ro按键制作。

中频单元F基带信号输出端口F2与L频段中频输出端口OUT1连接，其作用是将中频调制后的中频信号输出，中频单元F的中频信号输入端口F1与外部L频段中频输入端口IN1连接，其作用是接收外部输入的中频信号，并对输入的中频信号进行正交解调，中频单元其作用就是接收外部输入的中频信号，并对输入的中频信号进行正交解调，然后将经中频解调后的复基带信号送基带解调模块E进行解调。实施例采用专用的有源调制芯片AD8345、有源解调芯片AD8348制作。

本发明基带解调模块E由A/D变换器Ea、数字下变频器Eb、匹配滤波器Ec、离散短时傅里叶变换模块Ed、信道译码模块Ee组成。基带解调模块E的电原理连接线路如图3所示。其中A/D变换器Ea其作用是对中频单元F输入的基带信号进行进行模/数变换，数字下变频器Eb其作用是对接收信号进行正交数字下变频，匹配滤波器Ec其作用是完成对接收信号的波形匹配，离散短时傅里叶变换模块Ed完成码元同步和判决，信道译码模块Ee其作用是对解调基带输出的数据进行纠错译码处理。实施例中，数字下变频器Eb、匹配滤波器Ec、离散短时傅里叶变换模块Ed、信道译码模块Ee各个功能模块采用单片FBGA芯片EP2S180F1020I4制作。

本发明电源D其作用提供各级部件直流工作电压，实施例采用定制电源DLA50H，其输出+V1电压为+5伏、输出+V2电压为-5伏，+V3电压为+16伏、输出+V4电压为+8伏。

本发明简要工作原理如下：基于跳频的MFSK解调器主要功能包括：生成跳频图案，完成跳频同步捕获、跳频同步保持以及正常跳频通信，将下变频器输出的中频信号经过中频解调、信道译码后输出发端的数字信息。其内部主要由监控电路A、按键盘B、液晶显示器C、中频单元F、访问控制模块G、基带解调模块E、电源D组成。各部分均采用了模块化设计技术，构成具有独立功能的相应单元。

在基于跳频的MFSK解调器工作过程中，中频单元F接收外部输入的中频信号，并对输入的中频信号进行正交解调，然后把解调后的零中频信号送基带解调模块E，基带解调模块E对输入的复基带信号进行解调，并把解调后的数据输出。通信过程中，监控电路A完成中频收发本振源的频率选择、中频输出信号的功率电平设置、调制解调参数的设置、本机工作信噪比的检测等功能。

本发明的安装结构如下：整机采用标准1U机箱，机箱内部采用模块化结构，每个模块都采用独立的电路来实现；整机外形尺寸为482.6毫米×44毫米×420毫米，在机箱两侧可以安装滑动导轨，机箱前部安装有液晶显示器C、按键盘B和指示灯，机箱后部安装有电源插座、中频输入端口IN1插座、中频输出端口OUT1插座、业务数据输入输出端口OUT2插座、跳控数据输出端口OUT3、风扇、以及标准RS－485远控接口OUT4插座，组装成本发明。