CN202261286U - 基于时间分集的自适应调制解调器 - Google Patents

基于时间分集的自适应调制解调器 Download PDF

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卢坡
宋迎东
孙柏昶
刘莹
吴丹
韩明钥
沈斌松
唐秋菊
宋建明
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Abstract

本实用新型公开了一种基于时间分集的自适应调制解调器，它涉及通信领域中发射功率受限、抗频偏能力强、抗深衰落能力强的无线通信传输设备。它由复接器、时间分集信号产生器、调制器、本振模块、中频放大器、时间分集自适应解调器、分接器、监控、电源等部件组成。它采用基于时间分集的自适应选频传输体制，将时间分集与自适应选频技术有效结合，既充分利用了发射功率，又保证了充足的分集重数，具有平滑信道深度衰落的能力，实现了无线衰落信道上的可靠传输。它还具有抗频偏能力强、可靠性高、抗干扰性能好、集成化程度高等优点，特别适用于恶劣无线通信信道条件下中、小容量、高可靠的通信装置。

Description

基于时间分集的自适应调制解调器
技术领域
本实用新型涉及通信领域中的一种基于时间分集的自适应调制解调器，特别适用于发射功率受限、抗频偏能力强、抗深衰落能力强的无线通信***调制解调器。
背景技术
传统的超视距无线通信设备中采用空间分集、频率分集等方式来对抗由于信道衰落造成的突发误码，这种设备复杂度高、体积庞大、机动性差和价格较高等缺点。自适应选频技术充分利用了发射机功率，分集效果较好，但是其抗深衰落能力不强，易出现大误码。为了使自适应选频技术更好的发挥效果，需采用其他分集与其结合，以抵抗较深的衰落，提高自适应选频散射通信设备的可靠度。
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采用时间分集技术与自适应选频技术、使设备始终工作在当前信道的最佳工作频率上的无线通信调制解调器。本实用新型调制解调器使用时间分集技术与自适应选频技术，在不增加其他硬件措施的基础上，达到了与频率分集、空间分集相同的平滑信道衰落的能力。时间分集与自适应选频分集结合后，其抗深衰落能力显著增加，显著提高了***可靠度，同时降低了接收机对频率稳定度的要求。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种基于时间分集的自适应调制解调器，包括复接器1、调制器3、本振模块4、中频放大器5、分接器7、监控8和电源9，其特征在于：还包括时间分集信号产生器2和时间分集自适应解调器6；所述的复接器1的输入端口1为数据入端口，其输入端口2为时钟入端口，其输出端口3与时间分集信号产生器2的输入端口1相连，其输出端口4与时间分集信号产生器2的输入端2相连；时间分集信号产生器2的输入端口3与时间分集自适应解调器6输出端口3相连，其输出端口4与调制器3输入端口1相连，其输出端口5与调制器3输入端口2相连；调制器3的输入端口3与本振模块的输出端口1相连，其输出端口4输出中频调制信号，其输入端口5通过信号线与时间分集自适应解调器6的输出端口2相连；中频放大器5的输入端口1输入解调中频信号，其输出端口2通过信号线与时间分集自适应解调器6的输入端口1相连；时间分集自适应解调器6的输出端口4与分接器7的输入端口1相连接，其输出端口5通过与分接器7的输入端口2相连；分接器7的输出端口3为数据出端口，其输出端口4为时钟出端口；
复接器1将外部业务端口输入的数据、时钟进行复接处理，经过复接处理的信号送入时间分集信号产生器2；时间分集信号产生器2将复接器1送入的信号按帧进行时间分集处理，同时将时间分集自适应解调器6送入的信道检测结果复接到帧结构中，输出的数据、时钟送入调制器3进行调制；调制器3所需的本地载波由本振模块4提供，调制器输出信号频率由时间分集自适应解调器6分接出的最佳频率信息控制，调制器3输出中频调制信号至输出端口；中频放大器5对解调入的中频信号进行滤波、混频、放大处理，放大后的低中频信号送入时间分集自适应解调器6；时间分集自适应解调器6对收到的低中频信号进行模数变换将其转换为数字低中频信号，然后对数字低中频信号进行信道检测、时间分集自适应解调、以及最佳频率信息分接处理，信道检测结果送给时间分集信号合成器2，解调后的数据、时钟信号送入分接器(7)，分接出的最佳频率信息送至调制器3；分接器(7)将分接出的数据、时钟分别送至输出端口。
其中，时间分集信号产生器2包括信息分段处理器10、信息缓存器11、帧头存储器12、帧频控制计数器13、最佳频率信息模块14和时间分集信号合成器15；所述的信息分段处理器10的输入端口1与复接器1的输出端口3相连，其输入端口2与复接器1的输出端口4相连，其输出端口3与信息缓存器11的输入端口1相连，其输出端口4与时间分集信号合成器15的输入端口1相连；信息缓存器11的输出端口2与时间分集信号合成器15的输入端口2相连；帧头存储器12的输出端口1与时间分集信号合成器15的输入端口3相连；帧频控制计数器13的输入输出端口1与时间分集信号合成器15的输出输入端口4相连；最佳频率信息模块14的输入端口1通过信号线与时间分集自适应解调器6的输出端口3相连，其输出端口2与时间分集信号合成器15的输入端口5相连；时间分集信号合成器15的输出端口6与调制器3的输入端口1相连，输出端口7与调制器3的输
入端口2相连；信息分段处理器10用于将复接器1产生的复接信号进行分帧处理，其输出信号一路送至时间分集信号合成器15，另一路进入信息缓存器11；信息缓存器11对输入的信号进行延迟和缓存处理后，再送入时间分集信号合成器15；帧头存储器12将预先存储时间分集信号使用的帧头信息送入时间分集信号合成器15；帧频控制计数器13根据时间分集信号合成器15送入的速率指示信息产生不同帧频的计数器，并将计数信息送至时间分集信号合成器15；最佳频率信息模块14将时间分集自适应解调器6送入的信道检测结果进行处理，得到最佳频率信息送入时间分集信号合成器15；时间分集信号合成器15将输入端口收到的信息进行成帧处理，最后将信号串行输出至调制器3。
其中，时间分集自适应解调器6包括A/D变换模块16、数字下变频器17、自适应载波控制器18、信道检测器19、第一至第二时间分集延迟器20-1与20-2、同步提取器21、分集合并器22、判决输出器23和最佳频率信息分接器24；所述的A/D变换模块16的输入端口1通过信号线与中频放大器5的输出端口2相连，其输出端口2与数字下变频器17的输入端口1相连；数字下变频器17的输入端口2与自适应载波控制器18的输出端口1相连，其输出端口3与第一时间分集延迟器20-1的输入端口1相连，其输出端口4与第二时间分集延迟器20-2的输入端口1相连，其输出端口5与信道检测器19的输入端口1相连；信道检测器19的输出端口2通过信号线与时间分集信号产生器2的输入端口3相连；第一时间分集延迟器20-1的输出端口2与同步提取器21的输入端口1相连，其输出端口3与分集合并器22的输入端口1相连；第二时间分集延迟器20-2的输出端口2与同步提取器21的输入端口2相连，其输出端口3与分集合并器22的输入端口2相连；同步提取器21的输出端口3与分集合并器22的输入端口4相连；分集合并器22的输出端口3与判决输出器23的输入端口1相连；判决输出器23的输出端口2与分接器7的输入端口1相连，其输出端口3与分接器7的输入端口2相连，其输出端口4与最佳频率分接器24的输入端口1相连；最佳频率分接器24的输出端口2通过信号线与调制器3的输入端口2相连；
A/D变换模块16将中频放大器5输出的低中频模拟信号进行模数转换；模数转换后的低中频数字信号送入数字下变频器17进行下变频、滤波、抽取处理；自适应载波控制器18为数字下变频提供载波；信道检测器19对数字下变频信号进行FFT处理，检测出信道状态信息送至时间分集信号合成器2；第一至第二时间分集延迟器20-1至20-2将数字下变频后的基带信号进行延迟处理，延迟后的基带信号一路送至同步提取器21，用于提取位同步时钟，另一路送至分集合并器22；分集合并器22将第一至第二时间分集延迟器20-1至20-2输出的基带信号和同步提取器21输出的同步时钟进行合并处理，得到分集合并信号；分集合并信号送至判决输出器23进行判决，判决出的时钟、数据信息送至分接器7，判决输出器23同时将判决信息送至最佳频率信息分接器24；最佳频率信息分接器24将分接出的最佳频率信息送至调制器3。
本实用新型相比背景技术具有如下优点：
1.本实用新型采用了时间分集信号产生器2，首次在自适应选频无线通信***中引入时间分集体制，降低了载波频偏对解调的影响。
2.本实用新型采用了时间分集信号产生器2和时间分集自适应解调器6，自适应选频使得信号始终在最佳频率上传输，时间分集使在不增加***其他硬件开销的情况下增加了***的分集重数，提高了***的抗深衰落能力及传输可靠度。
3.本发明的主要部分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本装置工作参数的修改，使设备的结构大大简化，成本显著降低。
4.本发明集成化程度高，因此体积小，重量轻，性能稳定可靠，维修方便。
附图说明
图1是本实用新型的电原理方框图；
图2是本实用新型时间分集信号产生器2的电原理图；
图3是本实用新型时间分集自适应解调器6的电原理图。
具体实施方式：
参照图1至图3，本实用新型由复接器1、时间分集信号产生器2、调制器3、本振模块4、中频放大器5、时间分集自适应解调器6、分接器7、监控8、电源9组成。图1是本实用新型的电原理方框图，实施例按图1连接线路。其中复接器1的作用是将输入的数据、时钟加入辅助开销，将传输速率转换至信道传输速率；时间分集信号产生器2将复接器1产生的数字信号按帧进行时间分集处理，同时将时间分集自适应解调器6送入的信道检测结果复接到帧结构中，其输出的码流送入调制器3进行调制；调制器3所需的本地载波由本振模块4提供，调制器输出信号频率由时间分集自适应解调器6分接出的最佳频率信息控制，调制器输出中频调制信号；中频放大器5对输入中频信号进行滤波、混频、放大处理，产生低中频信号并送入时间分集自适应解调器6；时间分集自适应解调器6对收到的低中频信号进行模数变换将其转换为数字低中频信号，然后对数字低中频信号进行信道检测、时间分集自适应解调、以及最佳频率信息分接处理，信道检测结果送给时间分集信号合成器2，解调后的信号送入分接器7，分接出的最佳频率信息送至调制器3；分接器7将分接出的数据、时钟分别送至输出端口。实施例复接器1、时间分集信号产生器2、调制器3、时间分集自适应解调器6、分接器7均采用美国Altera公司生产Stratix系列FPGA芯片制作。本振模块4采用美国SI公司的SI4112芯片制作。中频放大器8采用美国MINI公司的ERA-3sm放大器、MAV-11放大器、成都天之公司的PLP-18滤波器制作。
本实用新型时间分集信号产生器2的作用是接收复接器1的数据、时钟信号，并对其按帧长进行分集复用，送入调制器3进行调制，从而产生一个时间分集信号。它由信息分段处理器10、信息缓存器11、帧头存储器12、帧频控制计数器13、最佳频率信息模块14、时间分集信号合成器15组成，图2是本实用新型时间分集信号产生器的电原理图，实施例按图2连接线路。其中信息分段处理器10用于将复接器产生的信号进行分帧处理，其输出信号一路送至时间分集信号合成器15，另一路进入信息缓存器11；信息缓存器11对信号进行延迟和缓存处理后，再送入时间分集信号合成器15；帧频控制计数器13根据时间分集信号合成器15送入的速率指示信息产生不同帧频的计数器，并将计数信息送至时间分集信号合成器15；最佳频率信息模块14将时间分集自适应解调器6送入的信道检测结果进行处理，得到最佳频率信息送入时间分集信号合成器15；时间分集信号合成器15将输入端口收到的各种信息进行成帧处理，最后将信号串行输出至调制器3。实施例信息分段处理器10、信息缓存器11、帧头存储器12、帧频控制计数器13、最佳频率信息模块14、时间分集信号合成器15均采用美国Altera公司生产Stratix系列FPGA芯片制作。
本实用新型时间分集自适应解调器6的作用是将中频放大器输出的信号进行模数转换、信道检测、时间分集自适应解调以及最佳频率信息分接处理。它由A/D变换模块16、数字下变频器17、自适应载波控制器18、信道检测器19、第一至时间分集延迟器20-1至20-2、同步提取器21、分集合并器22、判决输出器23、最佳频率信息分接器24组成。图3是本实用新型时间分集自适应解调器6的电原理图，实施例按图3连接线路。其中A/D变换模块16将中频放大器5输出的低中频模拟信号进行模数转换；模数转换后的低中频数字信号送入数字下变频器17进行下变频、滤波、抽取等处理，自适应载波控制器18为数字下变频提供载波；信道检测器19对数字下变频信号进行FFT处理，检测出信道状态信息送至时间分集信号合成器2；第一至第二时间分集延迟器20-1至20-2将数字下变频后的基带信号进行延迟处理，延迟后的基带信号一路送至同步提取器21，用于提取位同步时钟，另一路送至分集合并器22；分集合并器22将第一至第二时间分集延迟器20-1至20-2输出的基带信号和同步提取器21输出的同步时钟进行合并处理，得到分集合并信号；分集合并信号送至判决输出器23进行判决，判决出的时钟、数据信息送至分接器7，判决输出器23同时将判决信息送至最佳频率信息分接器24；最佳频率信息分接器24将分接出的最佳频率信息送至调制器3。
实施A/D变换模块16采用美国A/D公司生产的AD9218集成芯片制作。数字下变频器17、自适应载波控制器18、信道检测器19、第一至第二时间分集延迟器20-1至20-2、同步提取器21、分集合并器22、判决输出器23、最佳频率信息分接器24均采用美国Altera公司生产Stratix系列FPGA芯片制作。电源9提供整个时间分集自适应解调器的直流工作电压，采用市售通用集成稳压直流电源模块制作，其输出+V电压为+3.3V、供电电流为5A。
本实用新型简要工作原理如下：
在发送工作方式下，复接器1将外部业务端口输入的同步数据进行复接处理，经过复接处理的信号送入时间分集信号产生器2对信号进行时间分集处理，经过时间分集处理的信号速率变为原有信号传输速率的2倍，然后将信号送入调制器进行调制，经过调制的信号送至调制出端口C，完成信号的中频调制发送过程。
在接收工作方式下，经中频放大器5将中频接收信号转化为低中频的模拟信号，送入时间分集自适应解调器进行模数转换、信道检测、时间分集自适应解调以及最佳频率信息分接处理。然后将检测到的信道状态信息送至时间分集信号产生器2，将分接出的最佳频率信息送至调制器用于调制，解调得到的数据和时钟送入分接器7进行分接处理，由分接器7将分接出的数据和时钟连接至输出端口。
本实用新型安装结构如下：
将复接器、时间分集信号产生器、调制器、本振模块、中频放大器、时间分集自适应解调器、分接器、监控、电源等电路器件安装中在3块尺寸大小长×宽为280×140mm的印制板上，各印制板安装在一个长、宽、高为420×420×90mm的机箱内，机箱的后面板上安装数据入、时钟入、调制出、解调入、数据出、时钟出的电缆插座，后面板上安装外部时钟输入和电源输入插座，组装成本实用新型。

Claims (3)

1.一种基于时间分集的自适应调制解调器，包括复接器(1)、调制器(3)、本振模块(4)、中频放大器(5)、分接器(7)、监控(8)和电源(9)，其特征在于：还包括时间分集信号产生器(2)和时间分集自适应解调器(6)；所述的复接器(1)的输入端口1为数据入端口，其输入端口2为时钟入端口，其输出端口3与时间分集信号产生器(2)的输入端口1相连，其输出端口4与时间分集信号产生器(2)的输入端2相连；时间分集信号产生器(2)的输入端口3与时间分集自适应解调器(6)输出端口3相连，其输出端口4与调制器(3)输入端口1相连，其输出端口5与调制器(3)输入端口2相连；调制器(3)的输入端口3与本振模块的输出端口1相连，其输出端口4输出中频调制信号，其输入端口5通过信号线与时间分集自适应解调器(6)的输出端口2相连；中频放大器(5)的输入端口1输入解调中频信号，其输出端口2通过信号线与时间分集自适应解调器(6)的输入端口1相连；时间分集自适应解调器(6)的输出端口4与分接器(7)的输入端口1相连接，其输出端口5通过与分接器(7)的输入端口2相连；分接器(7)的输出端口3为数据出端口，其输出端口4为时钟出端口；
复接器(1)将外部业务端口输入的数据、时钟进行复接处理，经过复接处理的信号送入时间分集信号产生器(2)；时间分集信号产生器(2)将复接器(1)送入的信号按帧进行时间分集处理，同时将时间分集自适应解调器(6)送入的信道检测结果复接到帧结构中，输出的数据、时钟送入调制器(3)进行调制；调制器(3)所需的本地载波由本振模块(4)提供，调制器输出信号频率由时间分集自适应解调器(6)分接出的最佳频率信息控制，调制器(3)输出中频调制信号至输出端口；中频放大器(5)对解调入的中频信号进行滤波、混频、放大处理，放大后的低中频信号送入时间分集自适应解调器(6)；时间分集自适应解调器(6)对收到的低中频信号进行模数变换将其转换为数字低中频信号，然后对数字低中频信号进行信道检测、时间分集自适应解调、以及最佳频率信息分接处理，信道检测结果送给时间分集信号合成器(2)，解调后的数据、时
钟信号送入分接器(7)，分接出的最佳频率信息送至调制器(3)；分接器(7)将分接出的数据、时钟分别送至输出端口。
2.根据权利要求1所述的基于时间分集的自适应调制解调器，其特征在于：时间分集信号产生器(2)包括信息分段处理器(10)、信息缓存器(11)、帧头存储器(12)、帧频控制计数器(13)、最佳频率信息模块(14)和时间分集信号合成器(15)；所述的信息分段处理器(10)的输入端口1与复接器(1)的输出端口3相连，其输入端口2与复接器(1)的输出端口4相连，其输出端口3与信息缓存器(11)的输入端口1相连，其输出端口4与时间分集信号合成器(15)的输入端口1相连；信息缓存器(11)的输出端口2与时间分集信号合成器(15)的输入端口2相连；帧头存储器(12)的输出端口1与时间分集信号合成器(15)的输入端口3相连；帧频控制计数器(13)的输入输出端口1与时间分集信号合成器(15)的输出输入端口4相连；最佳频率信息模块(14)的输入端口1通过信号线与时间分集自适应解调器(6)的输出端口3相连，其输出端口2与时间分集信号合成器(15)的输入端口5相连；时间分集信号合成器(15)的输出端口6与调制器(3)的输入端口1相连，输出端口7与调制器(3)的输入端口2相连；
信息分段处理器(10)用于将复接器(1)产生的复接信号进行分帧处理，其输出信号一路送至时间分集信号合成器(15)，另一路进入信息缓存器(11)；信息缓存器(11)对输入的信号进行延迟和缓存处理后，再送入时间分集信号合成器(15)；帧头存储器(12)将预先存储时间分集信号使用的帧头信息送入时间分集信号合成器(15)；帧频控制计数器(13)根据时间分集信号合成器(15)送入的速率指示信息产生不同帧频的计数器，并将计数信息送至时间分集信号合成器(15)；最佳频率信息模块(14)将时间分集自适应解调器(6)送入的信道检测结果进行处理，得到最佳频率信息送入时间分集信号合成器(15)；时间分集信号合成器(15)将输入端口收到的信息进行成帧处理，最后将信号串行输出至调制器(3)。
3.根据权利要求1所述的基于时间分集的自适应调制解调器，其特征在于：时间分集自适应解调器(6)包括A/D变换模块(16)、数字下变频器(17)、自适应载波控制器(18)、信道检测器(19)、第一至第二时间分集延迟器(20-1与20-2)、同步提取器(21)、分集合并器(22)、判决输出器(23)和最佳频率信息分接器(24)；所述的A/D变换模块(16)的输入端口1通过信号线与中频放大器(5)的输出端口2相连，其输出端口2与数字下变频器(17)的输入端口1相连；数字下变频器(17)的输入端口2与自适应载波控制器(18)的输出端口1相连，其输出端口3与第一时间分集延迟器(20-1)的输入端口1相连，其输出端口4与第二时间分集延迟器(20-2)的输入端口1相连，其输出端口5与信道检测器(19)的输入端口1相连；信道检测器(19)的输出端口2通过信号线与时间分集信号产生器(2)的输入端3相连；第一时间分集延迟器(20-1)的输出端口2与同步提取器(21)的输入端1相连，其输出端口3与分集合并器(22)的输入端口1相连；第二时间分集延迟器(20-2)的输出端口2与同步提取器(21)的输入端口2相连，其输出端口3与分集合并器(22)的输入端口2相连；同步提取器(21)的输出端口3与分集合并器(22)的输入端口4相连；分集合并器(22)的输出端口3与判决输出器(23)的输入端口1相连；判决输出器(23)的输出端口2与分接器(7)的输入端口1相连，其输出端口3与分接器(7)的输入端口2相连，其输出端口4与最佳频率分接器(24)的输入端口1相连；最佳频率分接器(24)的输出端口2通过信号线与调制器(3)的输入端口2相连；
A/D变换模块(16)将中频放大器(5)输出的低中频模拟信号进行模数转换；模数转换后的低中频数字信号送入数字下变频器(17)进行下变频、滤波、抽取处理；自适应载波控制器18为数字下变频提供载波；信道检测器(19)对数字下变频信号进行FFT处理，检测出信道状态信息送至时间分集信号合成器(2)；第一至第二时间分集延迟器(20-1至20-2)将数字下变频后的基带信号进行延迟处理，延迟后的基带信号一路送至同步提取器(21)，用于提取位同步时钟，另一路送至分集合并器(22)；分集合并器(22)将第一至第二时间分集延迟器(20-1至20-2)输出的基带信号和同步提取器(21)输出的同步时钟进行合并处理，得到分集合并信号；分集合并信号送至判决输出器(23)进行判决，判决出的时钟、数据信息送至分接器(7)，判决输出器(23)同时将判决信息送至最佳频率信息分接器(24)；最佳频率信息分接器(24)将分接出的最佳频率信息送至调制器(3)。
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