CN203243319U - 一种波形可配置超短波数字信息处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于超短波数字信息处理技术领域，公开了一种波形可配置超短波数字信息处理装置。该波形可配置超短波数字信息处理装置包括用于将射频信号转变为中频信号的射频模块、与射频模块连接的A/D转换器、与射频模块连接的D/A转换器、分别与A/D转换器和D/A转换器连接的上/下变频器、与上/下变频器连接的滤波器、与滤波器连接的调制器/解调器、与调制器/解调器连接的CPU、用于对射频模块进行信道控制并用于对调制器/解调器进行控制的现场可编程门阵列器件。本实用新型的有益效果为：本实用新型在满足现有超短波电台通信性能要求的前提下，还具有体积小和功耗小的优点，本实用新型灵活可配置，以后扩展升级的空间大。
Description
技术领域
本实用新型属于超短波数字信息处理技术领域，特别涉及一种波形可配置超短波数字信息处理装置。
背景技术
网格编码调制（TCM，Trellis Coded Modulation）是一类恒包络连续相位的信号调制技术，这种调制技术是将卷积码和多电平多相位调制相结合，在调制结构中，信号映射基于集分割原理，将一信号集接连地分割成较小的子集，并使分割后子集内的最小空间距离得到最大增加；每一次分割都是将一较大信号集分割成较小的两个子集，子集内最小距离也最大。
网格编码调制具有很高的带宽和功率利用率，第一，由于网格编码调制的包络恒定，它对功放的非线性特性不敏感，功率放大器可以工作在饱和状态；第二，由于相位连续，使得其带外辐射较小，因而产生的邻道干扰也较小，频谱效率高。近年来，网格编码调制得到了深入的研究，在移动通信及卫星通信，遥测等领域获得广泛的重视。
在超短波（频率在30MHz～512MHz之间）抗干扰通信设备的研制中，网格编码调制的应用尤为广泛，这种调制技术是将卷积码和多电平多相位调制相结合，在不牺牲信息传输速率，不增加传输带宽的前提下，能获得可观的编码增益，适应现代高技术战争的使用环境。
在超短波电台中，通常的数字信息处理单元的信号处理流程如下：需要接收信号时，从天线接收到射频信号后，通过收发开关传输至射频单元，射频单元将其转换为中频信号，数字信息处理单元（FPGA、DSP等）对中频信号进行高速AD采样，并通过下变频将中频信号还原为基带信号，再通过大量运算对信号进行似然估计，解调恢复出原始信息。
需要发射信号时，数字信息处理单元生成的基带信号经上变频变为中频信号，中频信号经数模转换后传输至射频单元，射频单元将中频信号转变为射频信号，然后将射频信号传输至功率放大器进行功率放大，然后在谐波滤波器中对信号进行滤波，最后将射频信号经收发开关发送出去。在以上收发信号的过程中，数字信号处理单元还用于控制收发开关、谐波滤波器、功率放大器和射频单元。
上述收发信号的过程对处理器性能要求高，数字信息处理单元的体积较大、功耗较高，往往难以满足一些小型化（如手持设备）设备的应用要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种波形可配置超短波数字信息处理装置。本实用新型具有集成度高和功耗小的优点。
本实用新型的一种波形可配置超短波数字信息处理装置包括用于将射频信号转变为中频信号的射频模块、与射频模块连接的A/D转换器、与射频模块连接的D/A转换器、分别与A/D转换器和D/A转换器连接的上/下变频器、与上/下变频器连接的滤波器、与滤波器连接的调制器/解调器、与调制器/解调器连接的CPU、用于对射频模块进行信道控制并用于对调制器/解调器进行控制的现场可编程门阵列器件。
所述现场可编程门阵列器件通过SPI总线连接调制器/解调器。
所述现场可编程门阵列器件分别连接数据终端接口、实时时钟、音频编解码芯片、存储器、键盘和显示器。
所述音频编解码芯片为16k cvsd编解码芯片、Aic23语音编解码芯片或声码器。
所述调制器/解调器支持基于网格编码的多进制连续相位调制、8psk网格编码调制和直接序列扩频信号调制；在进行基于网格编码的多进制连续相位调制时，其可配置带宽范围为6.25KHz～200KHz，在进行直接序列扩频信号调制时，其可配置带宽范围为12.5KHz～50KHz。
所述上/下变频器支持的中频范围为100KHz～22MHz，其可配置的上/下变频的倍数在8～1024之间。
所述现场可编程门阵列器件的型号为XC3S1200E-FT256。
本实用新型的有益效果为：采用了全新的硬件体系构架和功能实现方法，省去了大量繁琐的运算及处理器开销，降低了研制难度及成本，使得本实用新型在满足现有超短波电台通信性能要求的前提下，还具有体积小、集成度高和功耗小（同等功能实现功耗不足传统方法一半）的优点，本实用新型灵活可配置，以后扩展升级的空间大。
附图说明
图1为现有技术中超短波电台原理示意图；
图2为本实用新型中低功耗波形可配置超短波数字信息处理单元示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1所示为现有技术中超短波电台原理示意图，数字信息处理单元的信号处理流程如下：需要接收信号时，从天线接收到射频信号后，通过收发开关传输至射频单元，射频单元将其转换为中频信号，数字信息处理单元（FPGA、DSP等）对中频信号进行高速AD采样，并通过下变频将中频信号还原为基带信号，再通过大量运算对信号进行似然估计，解调恢复出原始信息。
需要发射信号时，数字信息处理单元生成的基带信号经上变频变为中频信号，中频信号经数模转换后传输至射频单元，射频单元将中频信号转变为射频信号，然后将射频信号传输至功率放大器进行功率放大，然后在谐波滤波器中对信号进行滤波，最后将射频信号经收发开关发送出去。在以上收发信号的过程中，数字信号处理单元还用于控制收发开关、谐波滤波器、功率放大器和射频单元。
如图2所示，本实用新型提出的一种波形可配置超短波数字信息处理装置包括：用于将射频信号转变为中频信号的射频模块、与射频模块连接的A/D转换器、与射频模块连接的D/A转换器、分别与A/D转换器和D/A转换器连接的上/下变频器、与上/下变频器连接的滤波器、与滤波器连接的调制器/解调器、与调制器/解调器连接的CPU、用于对射频模块进行信道控制并用于对调制器/解调器进行控制的现场可编程门阵列器件。
具体地，现场可编程门阵列器件可以采用多种方式连接调制器/解调器，例如，它可通过SPI（Serial Peripheral Interface，同步串行外设接口）总线连接调制器/解调器。现场可编程门阵列器件可选用xilinx公司sparten-3e系列的XC3S1200E-FT256。
为了对现场可编程门阵列器件的功能进行扩展，现场可编程门阵列器件还可以分别连接数据终端接口、实时时钟、音频编解码芯片、存储器、键盘和显示器。其中，数据终端接口便于接入数据终端（计算机、移动电话等）；实时时钟为现场可编程门阵列器件提供实时的时钟计时功能；音频编解码芯片可以对接收的音频信号进行解码，也可以对需要发送的音频信号进行编码，优选地，音频编解码芯片可以采用16k cvsd（连续可变斜率增量调制）编解码芯片、Aic23语音编解码芯片或声码器；存储器为可编程只读存储器；键盘和显示器分别提供键盘键入、信息显示功能。
为了提高本实用新型的集成度，可以将CPU、上/下变频器、滤波器和调制器/解调器集成在电台芯片上，此时，调制器/解调器支持TCM-MCPM及TCM-8PSK的高速跳频通信，支持基于网格编码的多进制连续相位调制（TCM-MCPM）、8psk网格编码调制（TCM-8PSK）和直接序列扩频信号调制（DSSS）；调制器/解调器具有可配置带宽，可根据实际需要，选择合适的带宽进行通信，在进行基于网格编码的多进制连续相位调制时，其可配置带宽范围为6.25KHz～200KHz，在进行直接序列扩频信号调制时，其可配置带宽范围为12.5KHz～50KHz。上/下变频器支持的中频范围为100KHz～22MHz，其可配置的上/下变频的倍数在8～1024之间。CPU为集成32位嵌入式处理器，电台芯片的的工作温度在-40～65摄氏度之间，电台芯片采用低功耗设计，其工作状态平均功耗小于300mW。
本实用新型进行信号处理的过程如下：需要接收信号时，在现场可编程门阵列器件的信道控制下，射频模块将接收到的射频信号转换中频信号，中频信号经A/D转换器进行模数转换后输入至上/下变频器，上/下变频器对输入的数字信号进行下变频，上/下变频器输出的信号经滤波器滤波后输入至调制器/解调器，经解调后还原出编码信号，将该编码信号送入现场可编程门阵列器件，在现场可编程门阵列器件完成对编码信号的解交织或解码，从而还原出用户数据；用户数据若是话音数据，则送入音频编解码芯片进行解码；用户数据若是其余数据，则通过数据终端接口送入用户终端。
需要发送信号时，现场可编程门阵列器件接收来自用户终端和/或音频编解码芯片的数字信号，对数字信号进行交织或编码并将其送入调制器/解调器中，调制器/解调器对信号进行调制，调制后的数字信号经滤波器滤波后输入至上/下变频器，上/下变频器对输入的数字信号进行上变频，上/下变频器输出的信号经D/A转换器进行数模转换后变为中频信号，在现场可编程门阵列器件的信道控制下，射频模块将接收到的中频信号转换射频信号。在以上收发信号的过程中，CPU用于控制调制器/解调器产生跳频码和跳频图案，CPU用于控制调制器/解调器实现跳频同步，CPU用于控制调制器/解调器组帧和拆帧。
本实用新型采用了全新的硬件体系构架和功能实现方法，省去了大量繁琐的运算及处理器开销，降低研制难度及成本，使得本实用新型在满足现有超短波电台通信性能要求的前提下，还具有体积小、集成度高和功耗小（同等功能实现功耗不足传统方法一半）的优点，本实用新型可为以后的功能升级和改进提供了一定灵活性。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种波形可配置超短波数字信息处理装置，包括用于将射频信号转变为中频信号的射频模块，其特征在于，还包括：与射频模块连接的A/D转换器、与射频模块连接的D/A转换器、分别与A/D转换器和D/A转换器连接的上/下变频器、与上/下变频器连接的滤波器、与滤波器连接的调制器/解调器、与调制器/解调器连接的CPU、用于对射频模块进行信道控制并用于对调制器/解调器进行控制的现场可编程门阵列器件。
2.如权利要求1所述的一种波形可配置超短波数字信息处理装置，其特征在于，所述现场可编程门阵列器件通过SPI总线连接调制器/解调器。
3.如权利要求1所述的一种波形可配置超短波数字信息处理装置，其特征在于，所述现场可编程门阵列器件分别连接数据终端接口、实时时钟、音频编解码芯片、存储器、键盘和显示器。
4.如权利要求3所述的一种波形可配置超短波数字信息处理装置，其特征在于，所述音频编解码芯片为16k cvsd编解码芯片、Aic23语音编解码芯片或声码器。
5.如权利要求1所述的一种波形可配置超短波数字信息处理装置，其特征在于，所述调制器/解调器支持基于网格编码的多进制连续相位调制、8psk网格编码调制和直接序列扩频信号调制；在进行基于网格编码的多进制连续相位调制时，其可配置带宽范围为6.25kHz～200kHz，在进行直接序列扩频信号调制时，其可配置带宽范围为12.5kHz～50kHz。
6.如权利要求1所述的一种波形可配置超短波数字信息处理装置，其特征在于，所述上/下变频器支持的中频范围为100kHz～22MHz，其可配置的上/下变频的倍数在8～1024之间。
7.如权利要求1所述的一种波形可配置超短波数字信息处理装置，其特征在于，所述现场可编程门阵列器件的型号为XC3S1200E-FT256。
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