CN103905084B - 超短波扩频通信*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超短波扩频通信***，包括模拟射频信号接收单元、模拟射频信号发射单元、模拟信号调理单元、模数转换单元、数模转换单元、现场可编程逻辑门阵列及高速实时信号处理单元。模拟射频信号接收单元接收模拟射频信号；模拟信号调理单元进行信号调理；模数转换单元将模拟信号转换为数字信号；现场可编程逻辑门阵列进底层信号处理；高速实时信号处理单元进行上层通信协议和信号处理；数模转换单元将数字信号换为模拟信号；模拟射频信号发射单元对信号进行发送。本发明提高了***的稳定性及抗噪声性能。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种高可靠抗干扰渔业超短波扩频通信***。
背景技术
渔业使用的超短波频带为27.5-39.5MHz，宽度有12MHz，由于频率较高，发射的天波一般将穿透电离层射向太空，而不能被电离层反射回地面，所以主要依靠空间直射波传播，仅有有限的绕射能力。因此，渔船在近海作业时时，超短波电台通信就成了较为合理有效的通信方式。
在现阶段的应用中，渔业超短波通信电台主要以老式模拟电台为主，渔用超短波通信设备现阶段平台主要采用模拟通信的方式，主要包括接收机高频放大器、频率合成器、混频器、中频放大器、鉴频器、静噪控制电路、低频放大器和稳压电路等组成，调制方式上主要采用模拟调制的方法。当前的设备虽然能够基本满足近海渔船通信的要求，即渔船与渔船之间采用超短波无线电台进行静海交流，传递语音信号和数据信号，但是由于模拟通信固有的***抗噪声性能不好和稳定性不高等缺点，严重影响了通信的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超短波扩频通信***，以解决上述技术问题。
为实现上述目的供了一种超短波扩频通信***，包括：模拟射频信号接收单元、模拟射频信号发射单元、模拟信号调理单元、模数转换单元、数模转换单元、现场可编程逻辑门阵列及高速实时信号处理单元；
模拟射频信号接收单元接收模拟射频信号，并将接收到的信号传输给模拟信号调理单元进行调理；
模拟信号调理单元将经过调理后的信号传输给模数转换单元将其转换为数字信号；
模数转换单元将数字信号传输给现场可编程逻辑门阵列进行数字下变频、匹配滤波、同步捕获和PN解扩、Walsh解扩、RS解码；
现场可编程逻辑门阵列将经过RS解码后的信号传输给高速实时信号处理单元进行上层通信协议和信号处理；
高速实时信号处理单元将经过上层通信协议和信号处理后的信号传输给现场可编程逻辑门阵列进行信源编码、RS编码、Walsh扩频和PN伪随机序列扩频、成型滤波、数字上变频；
可编程逻辑门阵列将经过处理后的信号传输给数模转换单元将其换为模拟信号；
数模转换单元将模拟信号传输给模拟信号调理单元进行调理；
模拟信号调理单元将经过调理后的信号传输给模拟射频信号发射单元对信号进行发送。
进一步，上层通信协议和信号处理包括对基带信号上层复杂协议的处理及对语音信号和数据信号的处理。
进一步，模拟信号调理单元包括宽带放大器和宽带滤波器；宽带放大器和宽带滤波器用于限制信号带宽和提高信号幅度。
进一步，模拟射频信号接收单元及模拟射频信号发射单元为天线；
进一步，高速实时信号处理单元为高速实时信号处理器；
进一步，数模转换单元为数模转换器DAC；模数转换单元为模数转换器ADC。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）信号发射和接收都采用了软件无线电的设计方式，将***中主要的通信协议工作在现场可编程逻辑门阵列中操作，主要的信号处理工作在高速实时信号处理单元中实现，减少了***中模拟电路的数量，使前端引入的噪声更小，信号失真更小，提高了***的稳定性。
（2）在信号调制和解调中采用了扩频通信的方法，发送端添加直接序列扩频部分，在接收端使用相应的解扩码进行解扩，恢复原始数据，在扩频编码方面，采用Walsh编码与PN伪随机序列复合以及RS纠错编码的方法，使得本***在正交性和纠错方面都有良好的表现，提高了***的抗噪声性能。
附图说明
图1为本发明超短波扩频通信***的整体结构框图；
图2为本发明超短波扩频通信***的工作流程图；
图3为本发明超短波扩频通信***发送流程图；
图4为本发明超短波扩频通信***接收流程图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
参图1至图4所示，图1为本发明超短波扩频通信***的整体结构框图；图2为本发明超短波扩频通信***的工作流程图；图3为本发明超短波扩频通信***发送流程图；图4为本发明超短波扩频通信***接收流程图。
在本实施例中，一种超短波扩频通信***，包括：
模拟射频信号接收单元10、模拟射频信号发射单元20、模拟信号调理单元30、模数转换单元40、数模转换单元50、现场可编程逻辑门阵列60及高速实时信号处理单元70；
模拟射频信号接收单元10接收模拟射频信号，并将接收到的信号传输给模拟信号调理单元进行调理30；
模拟信号调理单元30将经过调理后的信号传输给模数转换单元40将其转换为数字信号；
模数转换单元40将数字信号传输给现场可编程逻辑门阵列60进行底层信号处理，包括数字下变频、匹配滤波、同步捕获和PN解扩、Walsh解扩、RS解码；
现场可编程逻辑门阵列60将经过RS解码后的信号传输给高速实时信号处理单元70进行上层通信协议和信号处理；上层通信协议和信号处理包括对基带信号上层复杂协议的处理及对语音信号和数据信号的处理；
高速实时信号处理单元70将经过上层通信协议和信号处理后的信号传输给现场可编程逻辑门阵列60进行底层信号处理，包括信源编码、RS编码、Walsh扩频和PN伪随机序列扩频、成型滤波、数字上变频；
可编程逻辑门阵列60将经过处理后的信号传输给数模转换单元50将其换为模拟信号；
数模转换单元50将模拟信号传输给模拟信号调理单元30进行调理；
模拟信号调理单元30将经过调理后的信号传输给模拟射频信号发射单元20对信号进行发送。
在本实施例中，模拟信号调理单元30包括宽带放大器和宽带滤波器；宽带放大器和宽带滤波器用于限制信号带宽和提高信号幅度。
在本实施例中，模拟射频信号接收单元10及模拟射频信号发射单元20为天线。
在本实施例中，高速实时信号处理单元70为高速实时信号处理器。
在本实施例中，数模转换单元50为数模转换器DAC；模数转换单元40为模数转换器ADC。
本实施例的工作流程主要包括以下步骤：
（1）发送端经过高速实时信号处理器处理后的基带码元在现场可编程逻辑门阵列（FPGA）中进行Walsh扩频、PN扩频、成型滤波和数字上变频；
（2）现场可编程逻辑门阵列（FPGA）处理之后的信号经过数模转换器DAC转换为模拟信号，调制后经过天线发送；
（3）天线接收信号经过宽带滤波器和宽带放大器后通过模数转换器ADC变为数字信号，送入现场可编程逻辑门阵列（FPGA）进行解扩处理；
（4）经现场可编程逻辑门阵列（FPGA）解扩之后的信号送入高速实时信号处理器进行后续的码元处理和信号处理。
本实施例的发送部分包括以下过程：
信源信息经过信源编码后，为了提高***的纠错能力，需要对信源信息进行纠错编码，在多进制扩频通信中，如果相关解扩结果有错误，错误会以若干比特位单位一起出现，所以，本实施例采用RS编码作为纠错码。Walsh变换可以增加信号的数据位长度，使得信号的抗噪性得到提高，而且由于Walsh的相关性，变换后的信号具有一定的容错能力。因此，本实施例在RS编码后进行Walsh扩频，经过Walsh扩频后可以有效提高***的抗噪声能力。在渔业超短波通信中，信号的传输是非同步传输，在这种情况下Walsh码的自相关函数和互相关函数都是不理想的，而且，Walsh码各码序列的功率谱分布彼此不均匀相同，不能独立承担扩频任务，因此，本实施例通过构造相关性较好的伪随机码PN序列对数据进行伪随机化，经过PN序列伪随机化后，改善了相关函数的特性，减少了旁瓣，具有很好的非同步相关性。在调制之前，对信号还需要进行一次成形滤波，以限制信号占用的频带宽度，让后通过数字上变频载波调制，调制之后的信号输出至DAC完成数字信号到模拟信号的转换，通过模拟射频发射器将信号发送至空间无限信道。
本实施例的接收部分包括以下过程：
经过ADC转换之后的数字信号首先通过数字下变频处理，将信号搬移到基带进行处理，同时降低了信号速率。下变频之后的基带信号首先需要通过匹配滤波器，匹配滤波器和发送端的成型滤波器一起达到提高***信噪比的作用。经过匹配滤波器之后，本实例接着进行同步捕获，以便判断接收到的有用信，同步捕获是本***的关键点，如果没有正确的捕获，后续的解扩、译码处理则都是无谓的处理，本***采用滑动相关的方法求得相关值最高峰，同步捕获到有效的起始点。同步捕获后，首先需要进行PN解扩去伪随机化，再进行Walsh相关、判决以得到待译码的RS符号。
本发明通过提供了一种超短波扩频通信***，具有以下有益效果：
（1）信号发射和接收都采用了软件无线电的设计方式，将***中主要的通信协议工作在现场可编程逻辑门阵列中操作，主要的信号处理工作在高速实时信号处理单元中实现，减少了***中模拟电路的数量，使前端引入的噪声更小，信号失真更小，提高了***的稳定性，同时通过修改软件即可改变***中的通信协议和信号处理方法，便于***的升级换代。
（2）在信号调制和解调中采用了扩频通信的方法，发送端添加直接序列扩频部分，在接收端使用相应的解扩码进行解扩，恢复原始数据，在扩频编码方面，采用Walsh编码与PN伪随机序列复合以及RS纠错编码的方法，使得本***在正交性和纠错方面都有良好的表现，提高了***的抗噪声性能。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (5)
1.一种超短波扩频通信***，其特征在于，包括：模拟射频信号接收单元、模拟射频信号发射单元、模拟信号调理单元、模数转换单元、数模转换单元、现场可编程逻辑门阵列及高速实时信号处理单元；所述模拟信号调理单元包括宽带放大器和宽带滤波器；所述宽带放大器和宽带滤波器用于限制信号带宽和提高信号幅度；
所述模拟射频信号接收单元接收模拟射频信号，并将接收到的信号传输给所述模拟信号调理单元进行调理；
所述模拟信号调理单元将经过调理后的信号传输给所述模数转换单元将其转换为数字信号；
所述模数转换单元将所述数字信号传输给所述现场可编程逻辑门阵列进行数字下变频、匹配滤波、同步捕获和PN解扩、Walsh解扩、RS解码；
所述现场可编程逻辑门阵列将经过RS解码后的信号传输给所述高速实时信号处理单元进行上层通信协议和信号处理；
所述高速实时信号处理单元将经过上层通信协议和信号处理后的信号传输给所述现场可编程逻辑门阵列进行信源编码、RS编码、Walsh扩频和PN伪随机序列扩频、成型滤波、数字上变频；
所述可编程逻辑门阵列将经过处理后的信号传输给所述数模转换单元将其换为模拟信号；
所述数模转换单元将所述模拟信号传输给所述模拟信号调理单元进行调理；
所述模拟信号调理单元将经过调理后的信号传输给所述模拟射频信号发射单元对信号进行发送。
2.如权利要求1所述的超短波扩频通信***，其特征在于，所述上层通信协议和信号处理包括对基带信号上层复杂协议的处理及对语音信号和数据信号的处理。
3.如权利要求2所述的超短波扩频通信***，其特征在于，所述模拟射频信号接收单元及模拟射频信号发射单元为天线。
4.如权利要求3所述的超短波扩频通信***，其特征在于，所述高速实时信号处理单元为高速实时信号处理器。
5.如权利要求4所述的超短波扩频通信***，其特征在于，所述数模转换单元为数模转换器DAC；所述模数转换单元为模数转换器ADC。
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