CN103973605A

CN103973605A - 一种适合于微波通信的多速率突发自适应通信装置

Info

Publication number: CN103973605A
Application number: CN201410213932.4A
Authority: CN
Inventors: 石玉景; 卢泳兵; 王荆宁
Original assignee: CETC 54 Research Institute
Current assignee: CETC 54 Research Institute
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2034-05-20
Also published as: CN103973605B

Abstract

本发明公开了一种适合于微波通信的多速率突发自适应通信装置，该装置包括辅助复分接器，扩频调制器，单载波调制器，波形选择器，上变频器，中频环变频器，变频选择器，D/A变换器，AGC，带通滤波器，A/D变换器，下变频器，扩频解调器，单载波解调器，速率选择器和信道估计控制器。本发明通过信道估计控制器选择在不同的码流速率下是选择扩频技术还是单载波频域均衡技术，并根据实时的信号估计得到信道目前的状态参数，保证信道实现无损传输，同时设置中频环变频器在调制过程中可以实现中频环自测调试。本发明具有通信无损切换，准确的特点，同时要求突发和速率自适应的通信***。

Description

一种适合于微波通信的多速率突发自适应通信装置

技术领域

本发明涉及微波中继通信***中信道认知以及突发自适应传输装置，特别适合于通信质量要求高，速率变换复杂，同时要求突发和速率自适应的通信***。

背景技术

在传统的微波中继通信技术中，通常采用点对多点的TDMA技术，通信速率比较固定，一般根据通信距离以及通信环境的变化设置固定的通信速率实现实时通信，这种通信方式比较稳定但随环境的变化能力差，并且通信速率固定，不能满足更高通信质量，速率变换复杂，同时要求突发和速率自适应的微波中继通信***。

发明内容

本发明的目的在于充分利用信道认知以及突发自适应传输通信装置，实现通信无损切换。由于信道质量随时间的变化，这就需要对发射端的各项参数做出相应的调整，有利的信道条件便得到了适时的利用，从而使信道容量得到更加充分的利用，最终提高通信效率。同时设计了各种突发机制调制解调通信技术以适应信道环境复杂，通信速率要求变换比较复杂的通信环境。

本发明的目的是这样实现的：

一种适合于微波通信的多速率突发自适应通信装置，包括辅助复分接器1，扩频调制器2，单载波调制器3，波形选择器4，上变频器5，中频环变频器6，变频选择器7，D/A变换器8，AGC9，带通滤波器10，A/D变换器11，下变频器12，单载波解调器14，速率选择器15和电源17，还包括扩频解调器13和信道估计控制器16；

辅助复分接器1对外部输入的数据以及时钟信号进行组帧并加入辅助开销形成业务信息，辅助复分接器1输出业务信息到扩频调制器2和单载波调制器3，辅助复分解器1将信道估计信息输出至波形选择器4；扩频调制器2对业务信息进行调制并输出两路带宽相同，扩频倍数不同的扩频调制信号，单载波调制器3将业务信息进行TPC编码调制输出两路单载波调制信号；波形选择器4根据当前的通信速率对扩频调制信号和单载波调制信号进行选择并输出I，Q两路基带信号；I，Q两路基带信号通过上变频器5进行21.4M的低中频频谱搬移，I，Q两路基带信号经过中频环变频器6进行40M的低中频信号频谱搬移；上变频器5和中频环变频器6分别将频谱搬移后的信号输出至变频选择器7，变频选择器7对频谱搬移后的信号进行选择分别输出低中频信号到D/A变换器8和AGC9，D/A变换器8对低中频信号进行变换后进行输出；AGC9将变频选择器7输入的低中频信号和外部输入的40M低中频信号放大后输入到带通滤波器10，带通滤波器10对放大的信号进行带通滤波后送入到A/D变换器11，A/D变换器11将带通滤波后的信号进行数据采样变为数字信号，并将数字信号送入到下变频器12，下变频器12将数字信号转换为两路零频信号分别输出到扩频解调器13和单载波解调器14进行解调；扩频解调器13和单载波解调器14将解调后的信号输出到速率选择器15，速率选择器15输出解调钟和解调码到辅助复分接器1进行分接恢复出业务信息以及时钟；速率选择器15将解调软信息输出到信道估计控制器16，信道估计控制器16进行信道估计得出信道信息，重新估计当前最佳通信速率，并输出到辅助复分接器1，辅助复分接器1根据信道估计控制器16得出的最佳通信速率进行下一时刻的数据复接及通信。

其中，所述的信道估计控制器16包括二阶距运算器18、四阶距运算器19、复杂除法器20以及对数运算器21；

速率选择器15将解调软信息分别输入到二阶距运算器18和四阶距运算器19，二阶距运算器18对解调软信息进行二阶距运算并得出二阶距信息输出到复杂除法器20，四阶距运算器19对解调软信息进行四阶距运算得出四阶距信息输出到复杂除法器20；复杂除法器20对二阶距信息和四阶距信息处理后得到信道的信噪比比值信息，对数运算器21将信噪比比值信息经过对数运算得出信噪比对数信息。

其中，所述的扩频解调器13包括第一低通滤波器22-1、第二低通滤波器22-2、4K直扩解调器23、80K线性调频解调器24和640K线性调频解调器25；

下变频器12将I路信号输出到第一低通滤波器22-1，下变频器12将Q路信号输出到第二低通滤波器22-2，第一低通滤波器22-1和第二低通滤波器22-2根据扩频带宽对信号分别进行低通滤波得到基带信号，并将基带信号分别送入4K直扩解调器23、80K线性调频解调器24和640K线性调频解调器25进行解调处理，解调后得到对应的解调码、解调钟和解调软信息，4K直扩解调器23、80K线性调频解调器24和640K线性调频解调器25将解调码、解调钟和解调软信息送入速率选择器15进行选择。

本发明相比背景技术具有如下优点：

(1)本发明针对现有微波通信在复杂地理环境下传输效率低下操作复杂等问题，本发明加入了信道认知功能，通过对不同的信道状态进行实时认知确定不同的传输速率，进而实现了通信过程完全自主，通信无损切换，准确的特点，本发明采用的信道估计控制器16无需额外开销，采用的是盲估计技术。

(2)本发明具有多种突发通信速率，同时采用了微波通信领域中的扩频技术，单载波频域均衡技术，能够实现4K到10M的突发通信速率要求变换，同特别适合于通信质量要求高，速率变换复杂，同时要求突发通信***。

(3)本发明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，可以实现基带自环，中频自环，射频自环，在线以及脱机误码测试等功能，这使设备的结构大大简化，成本显着降低。

附图说明：

图1是本发明的结构方框图；

图2是本发明的信道估计控制器的结构方框图；

图3是本发明扩频解调器的结构方框图。

具体实施方式：

参照图1至图3，本发明包括辅助复分接器1，扩频调制器2，单载波调制器3，波形选择器4，上变频器5，中频环变频器6，变频选择器7，D/A变换器8，AGC9，带通滤波器10，A/D变换器11，下变频器12，单载波解调器14，速率选择器15和电源17，还包括扩频解调器13和信道估计控制器16；

辅助复分接器1对外部输入的数据以及时钟信号进行组帧并加入辅助开销，辅助复分接器1输出业务信息到扩频调制器2和单载波调制器3；扩频调制器2对业务信息进行调制并输出两路带宽相同，扩频倍数不同的扩频调制信号，单载波调制器3将业务信息进行TPC编码调制输出两路单载波调制信号；波形选择器4根据当前的通信速率对扩频调制信号和单载波调制信号进行选择并输出I，Q两路基带信号；I，Q两路基带信号通过上变频器5进行21.4M的低中频频谱搬移，I，Q两路基带信号经过中频环变频器6进行40M的低中频信号频谱搬移；两路频谱偏移后的信号通过变频选择器7的选择分别输出低中频信号到D/A变换器8和AGC9，D/A变换器8对低中频信号进行变换后输出到射频单元；AGC9将变频选择器7输入的低中频信号和射频单元输入的40M低中频信号放大后输入到带通滤波器10，带通滤波器10对放大的信号进行带通滤波后送入到A/D变换器11，A/D变换器11将带通滤波后的信号进行数据采样变为数字信号，并将数字信号送入到下变频器12，下变频器12将数字信号转换为两路零频信号分别输出到扩频解调器13和单载波解调器14进行解调；扩频解调器13和单载波解调器14将解调后的信号输出到速率选择器15，速率选择器15输出解调钟和解调码到辅助复分接器1进行分接恢复出业务信息以及时钟；速率选择器15将解调软信息输出到信道估计控制器16，信道估计控制器16进行信道估计得出信道信息，重新估计当前最佳通信速率，并输出到辅助复分接器1，辅助复分接器1根据信道估计控制器16得出的最佳通信速率进行下一时刻的数据复接及通信；

实施例扩频调制器2，单载波调制器3，波形选择器4，上变频器5，中频环变频器6，变频选择器7均采用美国Altera公司生产CycloneⅢ系列FPGA芯片制作。D/A变换器8采用美国AD公司的AD9763芯片制作，带通滤波器10由6SBP/70M组合模拟电路组成，A/D变换器11采用美国AD公司的AD9432芯片制作。

其中，所述的信道估计控制器16包括二阶距运算器18、四阶距运算器.19、复杂除法器20以及对数运算器21；

速率选择器15将解调软信息分别输入到二阶距运算器18和四阶距运算器19，二阶距运算器18对解调软信息进行二阶距运算并得出二阶距信息输出到复杂除法器20的输入端口1，四阶距运算器19对解调软信息进行四阶距运算得出四阶距信息输出到复杂除法器20；复杂除法器20对二阶距信息和四阶距信息处理后得到信道的信噪比比值信息，对数运算器21将信噪比比值信息经过对数运算得出信噪比对数信息；

信道估计控制器16的作用是在不需要加入额外开销的情况下，对信道的实时状况进行估计从而确定不同的传输速率，从而使信道容量得到更加充分的利用，最终提高通信效率。图2是本发明信道估计控制器16的结构方框图。二阶距运算器18、四阶距运算器19、复杂除法器20以及对数运算器21均采用CycloneⅢ系列FPGA芯片制作。

下变频器12将I路信号输出到第一低通滤波器22-1，下变频器12Q路信号输出到第二低通滤波器22-2，第一低通滤波器22-1和第二低通滤波器22-2根据扩频带宽对I，Q两路信号分别进行低通滤波得到I，Q两路基带信号，将I，Q两路基带信号送入4K直扩解调器23、80K线性调频解调器24和640K线性调频解调器25进行解调处理得到对应的解调码、解调钟和解调软信息，并将解调码、解调钟和解调软信息送入速率选择器15进行选择。

本发明扩频解调器13的作用是将各种扩频解速率集中处理达到节约资源的目的；图3是本发明新型扩频解调器13的结构方框图。第一低通滤波器22-1和第二低通滤波器22-2、4K直扩解调器23、80K线性调频解调器24和640K线性调频解调器25均采用CycloneⅢ系列FPGA芯片制作。

本发明电源17提供整个调制解调器的直流工作电压及相关电路的变换电压，实施例采用市售通用集成稳压直流电源模块制作。

本发明安装结构如下：

把图1、图2、图3中所有电路器件安装在1块尺寸大小长×宽为210×180mm的印制板上，然后把相关电路进行布局布线安装在屏蔽盒插件中，屏蔽盒插件安装在调制解调器机箱内，屏蔽盒插件前面板安装业务端口A、B、C、D排线电缆插座及中频信号输入端口F、中频信号输出端口E排线插座，安装于后面板上，组装成本发明。

Claims

1.一种适合于微波通信的多速率突发自适应通信装置，包括辅助复分接器（1）、扩频调制器（2）、单载波调制器（3）、波形选择器（4）、上变频器（5）、中频环变频器（6）、变频选择器（7）、D/A变换器（8）、AGC（9）、带通滤波器（10）、A/D变换器（11）、下变频器（12）、单载波解调器（14）、速率选择器（15）和电源（17），其特征在于：还包括扩频解调器（13）和信道估计控制器（16）；

辅助复分接器（1）对外部输入的数据以及时钟信号进行组帧并加入辅助开销形成业务信息，辅助复分接器（1）输出业务信息到扩频调制器（2）和单载波调制器（3），辅助复分解器（1）将信道估计信息输出至波形选择器（4）；扩频调制器（2）对业务信息进行调制并输出两路带宽相同，扩频倍数不同的扩频调制信号，单载波调制器（3）将业务信息进行TPC编码调制输出两路单载波调制信号；波形选择器（4）根据当前的通信速率对扩频调制信号和单载波调制信号进行选择并输出I，Q两路基带信号；I，Q两路基带信号通过上变频器（5）进行21.4M的低中频频谱搬移，I，Q两路基带信号经过中频环变频器（6）进行40M的低中频信号频谱搬移；上变频器（5）和中频环变频器（6）分别将频谱搬移后的信号输出至变频选择器（7），变频选择器（7）对频谱搬移后的信号进行选择分别输出低中频信号到D/A变换器（8）和AGC（9），D/A变换器（8）对低中频信号进行变换后进行输出；AGC（9）将变频选择器（7）输入的低中频信号和外部输入的40M低中频信号放大后输入到带通滤波器（10），带通滤波器（10）对放大的信号进行带通滤波后送入到A/D变换器（11），A/D变换器（11）将带通滤波后的信号进行数据采样变为数字信号，并将数字信号送入到下变频器（12），下变频器（12）将数字信号转换为两路零频信号分别输出到扩频解调器（13）和单载波解调器（14）进行解调；扩频解调器（13）和单载波解调器（14）将解调后的信号输出到速率选择器（15），速率选择器（15）输出解调钟和解调码到辅助复分接器（1）进行分接恢复出业务信息以及时钟；速率选择器（15）将解调软信息输出到信道估计控制器（16），信道估计控制器（16）进行信道估计得出信道信息，重新估计当前最佳通信速率，并输出到辅助复分接器（1），辅助复分接器（1）根据信道估计控制器（16）得出的最佳通信速率进行下一时刻的数据复接及通信。

2.根据权利要求1所述的一种适合于微波通信的多速率突发自适应通信装置，其特征在于：所述的信道估计控制器（16）包括二阶距运算器（18）、四阶距运算器（19）、复杂除法器（20）以及对数运算器（21）；

速率选择器（15）将解调软信息分别输入到二阶距运算器（18）和四阶距运算器（19），二阶距运算器（18）对解调软信息进行二阶距运算并得出二阶距信息输出到复杂除法器（20），四阶距运算器（19）对解调软信息进行四阶距运算得出四阶距信息输出到复杂除法器（20）；复杂除法器（20）对二阶距信息和四阶距信息处理后得到信道的信噪比比值信息，对数运算器（21）将信噪比比值信息经过对数运算得出信噪比对数信息。

3.根据权利要求1所述的一种适合于微波通信的多速率突发自适应通信装置，其特征在于：所述的扩频解调器（13）包括第一低通滤波器（22-1）、第二低通滤波器（22-2）、4K直扩解调器（23）、80K线性调频解调器（24）和640K线性调频解调器（25）；

下变频器（12）将I路信号输出到第一低通滤波器（22-1），下变频器（12）将Q路信号输出到第二低通滤波器（22-2），第一低通滤波器（22-1）和第二低通滤波器（22-2）根据扩频带宽对信号分别进行低通滤波得到基带信号，并将基带信号分别送入4K直扩解调器（23）、80K线性调频解调器（24）和640K线性调频解调器（25）进行解调处理，解调后得到对应的解调码、解调钟和解调软信息，4K直扩解调器（23）、80K线性调频解调器（24）和640K线性调频解调器（25）将解调码、解调钟和解调软信息送入速率选择器（15）进行选择。