CN101369898B

CN101369898B - 流星余迹自适应变速率突发调制解调器

Info

Publication number: CN101369898B
Application number: CN2008100793794A
Authority: CN
Inventors: 王栋良; 王伟; 张永涛; 赵彦惠; 张靖; 高建忠
Original assignee: CETC 54 Research Institute
Current assignee: CETC 54 Research Institute
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: CN101369898A

Abstract

本发明公开了一种流星余迹自适应变速率突发调制解调器。它涉及通信领域中抗突发性强、抗快速衰落的流星余迹调制解调器装置。它由编解码器、调制解调器、上变频器、滤波器、放大器、变速率调制协议控制器、信噪比估计器、变速率解调协议控制器、自动增益控制放大器、检波器、电源等部件组成。本发明根据信道状况自动调整信息发送速率，发射频率可调可控，采用快速帧结构识别、快速同步、快速收敛技术降低了数据中的冗余信息，提高了信息传输效率。本发明具有集成化程度高、电路简单、体积小、使用方便、性能稳定可靠等优点。特别适用于突发性强、衰落快、信道存在时间短的流星余迹信道作调制解调器装置。

Description

流星余迹自适应变速率突发调制解调器

技术领域

本发明涉及通信领域中的一种流星余迹自适应变速率突发调制解调器。特别适用于突发性强、衰落快的流星余迹通信信道中作调制解调器装置。

背景技术

数据在突发性强、衰落快的流星余迹信道上传输时，特别是通信可用时间很短的情况下，普通的连续通信方式采用过长的数据码流和纠错码结构已经不能适用。因此必须采用一定的专为突发通信所设计的协议和调制解调结构来保证数据的快速、可靠传输。由于流星余迹信道是突发的，并且信道存在时间短，因此需要短的数据帧长。但是信道的衰落又要求纠错编码拥有强的纠错能力，这就要求数据帧又不能过短。另外在突发通信过程中，由于通信时间很短，其对***所要求的快速同步、快速收敛、快速帧格式判别等都是在连续通信中所未曾面对的问题。由于传统流星突发通信中采用的是固定速率传输模式，在信道条件相对较好时对信道提供的通信容量造成了浪费，从而影响了通信效率。

发明内容

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实时估计信噪比并且根据信噪比估计结果实现信息发送长度、信息调制方式、信息传输速率自适应的流星余迹变速率突发调制解调器。使用本发明可以有效的提高数据在突发性强、衰落快的流星余迹信道上的传输效率。本发明还具有集成化程度高、电路简单、体积小、使用方便、性能稳定可靠等特点。

本发明的目的是这样实现的：本发明包括编码器1、调制器2、上变频器3、滤波器4、放大器5、变速率调制协议控制器6、信噪比估计器7、变速率解调协议控制器8、抑镜滤波器9、混频器10、中频滤波器11、自动增益控制放大器12、抗混叠滤波器13、解调器14、解码器15、检波器16、电源30；所述的编码器1输入端口1与输入信号端口A相连，输出端口3依次串接调制器2、上变频器3、滤波器4、放大器5后与输出信号端口B相连；变速率调制协议控制器6输入端口1与输入信号端口C相连，输入端口2与信噪比估计器7输出端口2相连；输出端口3至7分别与编码器1、调制器2、上变频器3、滤波器4、放大器5各输入端口2相连；信噪比估计器7输入端口1与检波器16输出端口1相连；抑镜滤波器9输入端口1与输入信号端口E相连，输出端口2依次串接混频器10、中频滤波器11、自动增益控制放大器12、抗混叠滤波器13、解调器14、解码器15后与输出信号端口F相连；中频滤波器11输出端口2与检波器16输入端口2相连；变速率解调协议控制器8输入端口1与输入信号端口D相连，输入端口2与解调器14的输出端口4相连，输出端口3与解调器14的输入端口3相连；电源30出端+V电压端与各部件相应电源端并接，提供各个部件直流工作电压；

所述的编码器1将从输入端口A送来的数据进行缓存并对其进行信道编码和增加帧头保护；调制器2的作用将编码器1输入数据调制到低中频率后输出至上变频器3；上变频器3将调制器2输入数据调制到射频频率后送至滤波器4；滤波器4将上变频器3输入信号滤除镜频信号，选择出正确的射频信号输出至放大器5；放大器5将滤波器4输入信号的功率进行放大，通过输出端口3输出至信号端口B；抑镜滤波器9将从输入端口C送来的信号进行滤波，滤除带外的噪声和干扰后输出至混频器10；混频器10将滤波器9输入的信号进行频谱搬移后输出至中频滤波器11；中频滤波器11将混频器10输入信号进行选频后分别输出至自动增益控制放大器12、检波器16；自动增益控制放大器12将中频滤波器11输入信号的幅度稳定后输出至抗混叠滤波器13；抗混叠滤波器13将自动增益控制放大器12输入信号滤除带外噪声分量后输出至解调器14；解调器14将抗混叠滤波器13输入信号进行滤波、降采样及饱和处理，提取位定时和载波后，和原始信号一起鉴相解调，鉴相解调后的数字信号进行帧格式判别，识别出收信号速率类型，输出至变速率解调协议控制器8进行解调器前端控制；解调器14鉴相解调后的另一路数字信号输出至解码器15；解码器15将解调器14输入信号进行解码及去除冗余信息后输出至输出端口F；变速率解调协议控制器8将输入端口D送来的数据和解调器14输入的帧格式识别信号转换为控制信号并将控制命令由输出端口3输出至解调器14控制鉴相解调；检波器16将中频滤波器11输入信号进行幅度检波并将检波后反映接收信号强度的电压信号输出至信噪比估计器7；信噪比估计器7对检波器16输入信号的信噪比进行实时估计并把实时估计的信噪比输出至变速率调制协议控制器6，用于辅助决定发送信号速率；变速率调制协议控制器6根据信噪比估计器7输入的估计值选择合适的调制方式和信息速率，输出至编码器1、调制器2、上变频器3、滤波器4、放大器5各输入端口2进行调制方式和信息速率的控制。

本发明的解调器14包括滤波器选择20、降采样处理器21、自适应饱和处理器22、自适应载波提取器23、帧格式识别器24、鉴相器25、快速定时提取器26；所述的滤波器选择20输入端1脚与抗混叠滤波器13输出端口2相连，输出端3脚依次串接降采样处理器21、自适应饱和处理器22的入出端1、3脚后与自适应载波提取器23输入端1脚、鉴相器25、快速定时提取器26各输入端2脚并接；变速率解调协议控制器8输出端口3与滤波器选择20、降采样处理器21、自适应饱和处理器22、自适应载波提取器23各输入端2脚及鉴相器25、快速定时提取器26各输入端1脚并接；自适应载波提取器23输出端3脚与鉴相器25输入端4脚相连；鉴相器25输出端5脚与帧格式识别器24输入端1脚、解码器15输入端口1并接；快速定时提取器26输出端3脚与自适应载波提取器23输入端4脚、鉴相器25输入端3脚并连；帧格式识别器24输出端2脚与变速率解调协议控制器8输入端口2相连；各模块输入端9脚与电源30出端+V电压端连接，各输入端10脚与接地端连接，电源提供各个模块的工作电压，地端将各个模块接地端；

所述的滤波器选择20将抗混叠滤波器13输入信号进行匹配滤波后输出至降采样处理器21；降采样处理器21将滤波器选择20输入信号进行降采样处理后输出至自适应饱和处理22；自适应饱和处理22将降采样处理器21输入信号进行饱和处理后输出至自适应载波提取器23、鉴相器25、快速定时提取器26；自适应载波提取器23将自适应饱和处理22输入信号提取载波后输出至鉴相器25；快速定时提取器26将自适应饱和处理22输入信号提取定时后输出至自适应载波提取器23、鉴相器25；鉴相器25将自适应载波提取器23提取的载波信号和快速定时提取器26提取的定时信号进行鉴相后输出至帧格式识别器24及解码器15；帧格式识别器24将鉴相器25输入信号进行帧格式判别，识别出收信号速率类型输出至变速率解调协议控制器8进行解调器前端控制，鉴相器25另一路输出信号输出至解码器15解码后由输出信号端口F输出。

本发明相比背景技术有如下优点：

1.本发明采用了信噪比估计器7来实时估计信噪比并由变速率调制协议控制器6根据信噪比结果决定发送信息的编码形式、调制方式及传输信息速率，在保证信息传输可靠正确的基础上，使得信道利用效率更为充分。

2.本发明编码器1能自适应编码，保证了较高的编码增益，使持续时间较短、信号接收幅度较小的突发时段得到了充分的利用。

3.本发明上变频器3的频率可调可控，可以有效避开流星突发通信频段内的窄带干扰。

4.本发明采用了解调器14能实现快速帧结构识别、快速同步、快速收敛技术有效的降低数据中的冗余信息，提高了信息传输效率。

5.本发明电路部件采用大规模可编程集成电路制作，具有线路简单、体积小、成本低廉、性能稳定可靠等优点，在工程中实用性强。

附图说明

图1是本发明实施例的电原理方框图。

图2是本发明解调器14实施例的电原理图。

具体实施方式

参照图1、图2，本发明由编码器1、调制器2、上变频器3、滤波器4、放大器5、变速率调制协议控制器6、信噪比估计器7、变速率解调协议控制器8、抑镜滤波器9、混频器10、中频滤波器11、自动增益控制放大器12、抗混叠滤波器13、解调器14、解码器15、检波器16及电源30组成。图1是本发明的电原理方框图，实施例按图1连接线路。在发送端，编码器1的作用是缓存来自外部的输入数据A并对其进行信道编码和增加帧头保护。变速率调制协议控制器6的作用是选择合适的调制方式和信息速率。调制器2的作用根据变速率调制协议控制器6所选择的调制方式和信息速率，将来自编码器1的数据调制到低中频的频率上。上变频器3的作用是将来自调制器2的数据调制到射频的频率上。滤波器4的作用是将来自上变频器3的信号滤除镜频信号，选择出正确的射频信号，送给放大器5。放大器5完成对信号功率的放大，并输出至信号输出端口B。在接收端，抑镜滤波器9接收完成来自输入端口E输入的信号并对其带外的噪声和干扰进行滤波，只对有用信号进行选频，然后把信号送给混频器10，混频器10完成对射频信号频谱搬移后，将信号送给中频滤波器11。中频滤波器11完成对信号的选频后，将信号送给自动增益控制放大器12和检波器16。自动增益控制放大器12进行信号幅度的稳定，并将信号送给抗混叠滤波器13。抗混叠滤波器13滤除带外噪声分量后，将信号送给解调器14。解调器14对信号进行滤波、降采样及饱和处理后，对低采样率信号提取位定时和载波，当位定时和载波都提取后，和原始信号一起鉴相解调，鉴相后的数字信号一路进行帧格式判别，识别出收信号速率类型，供变速率解调协议控制器8进行解调器前端控制，另一路输出给解码器15解码后送给外部输出信号F。检波器16将中频滤波器11输入的信号进行幅度检波，检波后反映接收信号强度的电压信号送给信噪比估计器7，信噪比估计器7对接收信号的信噪比进行实时估计，实时估计值输出至发端变速率调制协议控制器6进行变速率控制。实施例编码器1、调制器2、上变频器3、滤波器4、变速率调制协议控制器6、信噪比估计器7、变速率解调协议控制器8、抑镜滤波器9、混频器10、解码器15均采用一块现场可编程门阵列(FPGA)集成电路制作，放大器5采用MINI公司的芯片MAR—3制作，中频滤波器11采用成都天之公司的晶体窄带滤波器制作，自动增益控制放大器12功能主要采用AD公司的AD8367制作，抗混叠滤波器13采用PLP—15低通滤波器制作。

本发明解调器14的作用是完成对输入信号的解调。它由滤波器选择20、降采样处理器21、自适应饱和处理22、自适应载波提取器23、帧格式识别器24、鉴相器25、快速定时提取器26组成。图2是本发明解调器14的实施例电原理图，并按其连接线路。滤波器选择20、降采样处理器21、自适应饱和处理22、自适应载波提取器23、鉴相器25、快速定时提取器26均由变速率解调协议控制器8进行变速率控制。滤波器选择20对来自抗混叠滤波器13的信号进行匹配滤波，信号经过滤波后送给降采样处理器21。降采样处理器21的作用是对输入信号进行降采样处理，然后把信号送给自适应饱和处理22。自适应饱和处理22的作用是对信号进行饱和处理，然后把信号送给自适应载波提取器23、鉴相器25、快速定时提取器26。自适应载波提取器23的作用是提取载波。快速定时提取器26的作用是提取定时信号，并将定时信号送给自适应载波提取器23、鉴相器25。鉴相器25利用自适应载波提取器23及快速定时提取器26输入的两路信号对自适应饱和处理22的输出信号进行鉴相。帧格式识别器24进行帧格式判别，识别出收信号速率类型输出至供变速率解调协议控制器8进行解调器前端控制，另一路输出至解码器15进行解码后由输出信号端口F输出。实施例滤波器选择20、降采样处理器21、自适应饱和处理22、自适应载波提取器23、帧格式识别器24、鉴相器25、快速定时提取器26均采用一块现场可编程门阵列(FPGA)集成电路制作。

本发明电源30提供各级部件工作电压，实施例采用通用的集成稳压电源制作，输出+V电压为+5V电压。

本发明简要工作原理如下：

发送端编码器1在变速率调制协议控制器6的控制下将来自输入端口A输入的信号进行缓存、完成编码和增加帧头保护输出至调制器2。调制器2在变速率调制协议控制器6的控制下选择合适的调制方式和信息速率后，把基带信号调制到低中频的频率上后输出至上变频器3。上变频器3在变速率调制协议控制器6的控制下将低中频信号变频到射频的频率上后输出至滤波器4。滤波器4在变速率调制协议控制器6的控制下将射频信号进行滤波，选择出正确的射频信号，滤除镜频信号，并加大带外旁瓣信号滚降程度，这种高带外抑制度信号可以避免对收信号的干扰。经过提纯后的射频信号输出至放大器5，放大器5在变速率调制协议控制器6的控制下将射频信进行功率放大后由输出端口B输出。

接收端将输入端口E输入信号输入抑镜滤波器9后对带外的噪声和干扰进行滤波，只对有用信号进行选频后输出至混频器10；混频器10完成射频信号的选频后输出至中频滤波器11，中频滤波器11完成信号的频谱搬移后输出至自动增益控制放大器12及检波器16。自动增益控制放大器12稳定下变频信号的幅度后输出至抗混迭滤波器13，检波器16对输入信号进行幅度检波，检波后反映接收信号强度的电压信号输出至信噪比估计器7，信噪比估计器7对接收信号的信噪比进行实时估计后输出至变速率调制协议控制器6产生发送信号速率；抗混迭滤波器13滤除带外噪声分量后，经A/D采样变换后输出至解调器14，解调器14对信号进行滤波、降采样及饱和处理后，对低采样率信号提取位定时和载波，当位定时和载波都提取后，和原始信号一起鉴相解调，鉴相后的数字信号进行帧格式判别，识别出收信号速率类型，供变速率解调协议控制器8进行解调器变速率控制，另一路信号输出给解码器15解码后由输出信号F输出。

本发明安装结构如下：把本发明图1、图2中所有电路部件安装在一块长×宽为160×140毫米的印刷板上，印制板上安装与外部信号端口A、B、C、D、E、F连接的电缆插座，然后把印制板安装在一个长×宽×高为320×285×128毫米的机箱内，机箱安装在信道机架上，组装成本发明。

Claims

1.一种流星余迹自适应变速率突发调制解调器，它包括编码器(1)、调制器(2)、上变频器(3)、滤波器(4)、放大器(5)、变速率调制协议控制器(6)、信噪比估计器(7)、变速率解调协议控制器(8)、抑镜滤波器(9)、混频器(10)、中频滤波器(11)、自动增益控制放大器(12)、抗混叠滤波器(13)、解码器(15)、检波器(16)、电源(30)，其特征在于：还包括解调器(14)；所述的编码器(1)输入端口1与发送端输入端口A相连，输出端口3依次串接调制器(2)、上变频器(3)、滤波器(4)、放大器(5)后与发送端输出端口B相连；变速率调制协议控制器(6)输入端口1与发送端输入端口C相连，输入端口2与信噪比估计器(7)输出端口2相连，输出端口3至7分别与编码器(1)、调制器(2)、上变频器(3)、滤波器(4)、放大器(5)各输入端口2相连；信噪比估计器(7)输入端口1与检波器(16)输出端口1相连；抑镜滤波器(9)输入端口1与接收端输入端口E相连，输出端口2依次串接混频器(10)、中频滤波器(11)、自动增益控制放大器(12)、抗混叠滤波器(13)、解调器(14)、解码器(15)后与接收端输出端口F相连；中频滤波器(11)输出端口2与检波器(16)输入端口2相连：变速率解调协议控制器(8)输入端口1与接收端输入端口D相连，输入端口2与解调器(14)的输出端口4相连，输出端口3与解调器(14)的输入端口3相连；电源(30)出端+V电压端与各部件相应电源端并接，提供各个部件直流工作电压；

所述的编码器(1)将从发送端输入端口A送来的数据进行缓存并对其进行信道编码和增加帧头保护；调制器(2)的作用将编码器(1)输入数据调制到低中频率后输出至上变频器(3)；上变频器(3)将调制器(2)输入数据调制到射频频率后送至滤波器(4)；滤波器(4)将上变频器(3)输入信号滤除镜频信号，选择出正确的射频信号输出至放大器(5)；放大器(5)将滤波器(4)输入信号的功率进行放大，通过输出端口3输出至发送端输出端口B；抑镜滤波器(9)将从接收端输入端口E送来的信号进行滤波，滤除带外的噪声和干扰后输出至混频器(10)；混频器(10)将抑镜滤波器(9)输入的信号进行频谱搬移后输出至中频滤波器(11)；中频滤波器(11)将混频器(10)输入信号进行选频后分别输出至自动增益控制放大器(12)、检波器(16)；自动增益控制放大器(12)将中频滤波器(11)输入信号的幅度稳定后输出至抗混叠滤波器(13)；抗混叠滤波器(13)将自动增益控制放大器(12)输入信号滤除带外噪声分量后输出至解调器(14)；解调器(14)将抗混叠滤波器(13)输入信号进行滤波、降采样及饱和处理，提取位定时和载波后，和输入解调器(14)的原始信号一起鉴相解调，鉴相解调后的数字信号进行帧格式判别，识别出收信号速率类型，输出至变速率解调协议控制器(8)进行解调器前端控制；解调器(14)鉴相解调后的另一路数字信号输出至解码器(15)；解码器(15)将解调器(14)输入信号进行解码及去除冗余信息后输出至接收端输出端口F；变速率解调协议控制器(8)将接收端输入端口D送来的数据和解调器(14)输入的帧格式识别信号转换为控制信号并将控制命令由输出端口3输出至解调器(14)控制鉴相解调；检波器(16)将中频滤波器(11)输入信号进行幅度检波并将检波后反映接收信号强度的电压信号输出至信噪比估计器(7)；信噪比估计器(7)对检波器(16)输入信号的信噪比进行实时估计并把实时估计的信噪比输出至变速率调制协议控制器(6)，用于辅助决定发送信号速率；变速率调制协议控制器(6)根据信噪比估计器(7)输入的估计值选择合适的调制方式和信息速率，输出至编码器(1)、调制器(2)、上变频器(3)、滤波器(4)、放大器(5)各输入端口2进行调制方式和信息速率的控制。

2.根据权利要求1所述的流星余迹自适应变速率突发调制解调器，其特征在于：解调器(14)包括滤波器选择(20)、降采样处理器(21)、自适应饱和处理器(22)、自适应载波提取器(23)、帧格式识别器(24)、鉴相器(25)和快速定时提取器(26)；所述的滤波器选择(20)输入端口1与抗混叠滤波器(13)输出端口2相连，滤波器选择(20)的输出端口3与降采样处理器(21)的输入端口1相连；降采样处理器(21)的输出端口3与自适应饱和处理器(22)的输入端口1相连；自适应饱和处理器(22)的输出端口3分别与自适应载波提取器(23)的输入端口1、鉴相器(25)的输入端口2以及快速定时提取器(26)的输入端口2相连；变速率解调协议控制器(8)输出端口3分别与滤波器选择(20)的输入端口2、降采样处理器(21)的输入端口2、自适应饱和处理器(22)的输入端口2、自适应载波提取器(23)的输入端口2、鉴相器(25)的输入端口1和快速定时提取器(26)的输入端口1相连；自适应载波提取器(23)输出端口3与鉴相器(25)输入端口4相连；鉴相器(25)的输出端口5分别与帧格式识别器(24)输入端口1和解码器(15)的输入端口1相连；快速定时提取器(26)输出端口3分别与自适应载波提取器(23)输入端口4和鉴相器(25)的输入端口3相连；帧格式识别器(24)输出端口2与变速率解调协议控制器(8)输入端口2相连；各模块的输入端口9与电源(30)出端+V电压端连接，各输入端口10与接地端连接，电源提供各个模块的工作电压，地端将各个模块接地端；

所述的滤波器选择(20)将抗混叠滤波器(13)输入信号进行匹配滤波后输出至降采样处理器(21)；降采样处理器(21)将滤波器选择(20)输入信号进行降采样处理后输出至自适应饱和处理器(22)；自适应饱和处理器(22)将降采样处理器(21)输入信号进行饱和处理后输出至自适应载波提取器(23)、鉴相器(25)、快速定时提取器(26)；自适应载波提取器(23)将自适应饱和处理器(22)输入信号提取载波后输出至鉴相器(25)；快速定时提取器(26)将自适应饱和处理器(22)输入信号提取定时后输出至自适应载波提取器(23)、鉴相器(25)；鉴相器(25)将自适应载波提取器(23)提取的载波信号和快速定时提取器(26)提取的定时信号进行鉴相后输出至帧格式识别器(24)及解码器(15)；帧格式识别器(24)将鉴相器(25)输入信号进行帧格式判别，识别出收信号速率类型输出至变速率解调协议控制器(8)进行解调器前端控制，鉴相器(25)另一路输出信号输出至解码器(15)解码后由接收端输出端口F输出。