RU127565U1

RU127565U1 - HF MODEM

Info

Publication number: RU127565U1
Application number: RU2012140847/07U
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Романов; Денис Олегович Пукса
Original assignee: Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП")
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2013-04-27

Abstract

Модем КВ диапазона, содержащий модулятор и демодулятор сигналов, блок управления, отличающийся тем, что в модем КВ диапазона дополнительно введены блок ввода-вывода данных, блок ввода-вывода сигнала, модулятор включает кодер, перемножитель, скремблер, КАМ модулятор, мультиплексор, генератор пилотных сигналов, OFDM модулятор, блок переноса на текущую частоту, генератор несущей, демодулятор включает генератор несущей, блок переноса на нулевую частоту, блок вхождения в связь, блок коррекции временного смещения, OFDM демодулятор, генератор пилотных сигналов, эквалайзер, демультиплексор, КАМ демодулятор, дескремблер, деперемежитель, декодер, причем выход блока ввода-вывода данных соединен со входом кодера, выход которого соединен со входом перемежителя, выход которого соединен со входом скремблера, выход которого соединен со входом КАМ модулятора, выход которого соединен с первым входом мультиплексора, а ко второму входу мультиплексора подключен генератор пилотных сигналов, при этом выход мульплексора соединен со входом OFDM модулятора, выход которого соединен с первым входом блока переноса на несущую частоту, а ко второму входу которого подключен генератор несущей, выход блока переноса несущей частоты подключен ко входу блока ввода-вывода сигнала, выход которого соединен с первым входом блока переноса на нулевую частоту, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей, вход которого соединен с выходом блока вхождения в связь, вход которого соединен с первым выходом блока переноса на нулевую частоту, второй выход которого соединен с первым входом блока коррекции временного смещения, второй вход котор�The KV range modem containing a modulator and a demodulator of signals, a control unit, characterized in that the input / output unit, the signal input / output unit, the modulator includes an encoder, multiplier, scrambler, KAM modulator, multiplexer, pilot generator signals, OFDM modulator, current frequency transfer unit, carrier generator, demodulator includes a carrier generator, zero frequency transfer unit, communication unit, time offset correction unit, OFDM demodulator, pilot generator signals, equalizer, demultiplexer, KAM demodulator, descrambler, de-interleaver, decoder, and the output of the data input-output unit is connected to the input of the encoder, the output of which is connected to the input of the interleaver, the output of which is connected to the input of the scrambler, the output of which is connected to the input of the KAM modulator, the output of which is connected to the first input of the multiplexer, and a pilot signal generator is connected to the second input of the multiplexer, while the output of the multiplexer is connected to the input of the OFDM modulator, the output of which is connected to the first input of the unit transfer to the carrier frequency, and to the second input of which the carrier generator is connected, the output of the carrier frequency transfer unit is connected to the input of the signal input-output unit, the output of which is connected to the first input of the transfer unit to zero frequency, the second input of which is connected to the output of the carrier generator, the input of which is connected to the output of the communication unit, the input of which is connected to the first output of the transfer unit to zero frequency, the second output of which is connected to the first input of the time offset correction unit, the second input of which

Description

Полезная модель относится к технике систем связи и предназначена для работы в составе комплекса приемо-передающей аппаратуры по радиоканалу коротковолнового (КВ) диапазона.The utility model relates to the technique of communication systems and is designed to operate as part of a complex of transceiver equipment over the short-wave (HF) radio channel.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является многоканальный модем КВ диапазона, содержащий модулятор и демодулятор сигналов, блок синхронизации, блок управления, включающий в передающей части параллельно-последовательный преобразователь, блок кодеров относительности, перекодирующее устройство, кодирующее символ информационного канала по Грею и сопоставляющее фазовый сдвиг, генератор сетки частот, блок фазовых манипуляторов, выходное устройство модулятора и в принимающей части - блок квадратурных демодуляторов, генератор сетки частот, запоминающее устройство, блок вычисления разности фаз, блок сумматоров, блок декодеров относительности, параллельно-последовательный преобразователь. Модем содержит распределяющее устройство, обеспечивающее максимальное частотное разнесение каналов с одинаковой информацией, с возможностью регулировки пропускной способности от 56 до 8640 бит в секунду в режиме дублирования информации по каналам при изменениях характеристики канала связи, блок синхронизации, позволяющий тактировать демодулятор по информационному каналу.Closest to the proposed device is a multichannel HF band modem containing a modulator and a signal demodulator, a synchronization unit, a control unit including a parallel-serial converter, a block of relativity encoders, a transcoding device encoding the symbol of the information channel in accordance with Gray and comparing the phase shift, frequency grid generator, phase manipulator block, modulator output device and, in the receiving part, a quadrature demodulator block, a generator with heel frequencies memory block for calculating the phase difference, the block adders, the block decoders of relativity, a parallel-serial converter. The modem contains a distribution device that provides maximum frequency diversity of channels with the same information, with the ability to adjust the bandwidth from 56 to 8640 bits per second in the mode of duplication of information on the channels with changes in the characteristics of the communication channel, a synchronization unit that allows you to clock the demodulator on the information channel.

Недостатком устройства-прототипа является повышенное влияние искажений сигнала, связанных с его многолучевым распространением.The disadvantage of the prototype device is the increased influence of signal distortion associated with its multipath propagation.

Задача полезной модели - повышение спектральной эффективности сигнала, увеличение пропускной способности и уменьшение влияний искажений сигнала, связанных с его многолучевым распространением.The objective of the utility model is to increase the spectral efficiency of the signal, increase the throughput and reduce the effects of signal distortion associated with its multipath propagation.

Поставленная задача достигается тем, что в модеме КВ диапазона, содержащем модулятор и демодулятор сигналов, блок управления, дополнительно введены блок ввода-вывода данных, блок ввода-вывода сигнала, модулятор включает кодер, перемножитель, скремблер, КАМ модулятор, мультиплексор, генератор пилотных сигналов, OFDM модулятор, блок переноса на текущую частоту, генератор несущей, демодулятор включает генератор несущей, блок переноса на нулевую частоту, блок вхождения в связь, блок коррекции временного смещения, OFDM демодулятор, генератор пилотных сигналов, эквалайзер, демультиплексор, КАМ демодулятор, дескремблер, деперемежитель, декодер, причем выход блока ввода-вывода данных соединен со входом кодера, выход которого соединен со входом перемежителя, выход которого соединен со входом скремблера, выход которого соединен со входом КАМ модулятора, выход которого соединен с первым входом мультиплексора, а ко второму входу мультиплексора подключен генератор пилотных сигналов, при этом выход мульплексора соединен со входом OFDM модулятора, выход которого соединен с первым входом блока переноса на несущую частоту, а ко второму входу которого подключен генератор несущей, выход блока переноса несущей частоты подключен ко входу блока ввода-вывода сигнала, выход которого соединен с первым входом блока переноса на нулевую частоту, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей, вход которого соединен с выходом блока вхождения в связь, вход которого соединен с первым выходом блока переноса на нулевую частоту, второй выход которого соединен со первым входом блока коррекции временного смещения, второй вход которого соединен с выходом блока вхождения в связь, а третий вход которого соединен с первым выходом эквалайзера, выход блока коррекции временного смещения соединен со входом OFDM демодулятора, выход которого соединен с первым входом эквалайзера, второй вход которого подключен к генератору пилотных символов, второй выход которого соединен с первым входом КАМ демодулятора, а третий выход которого соединен со входом демультиплексора, выход которого соединен со вторым входом КАМ демодулятора, выход которого соединен со входом дескремблера, выход которого соединен со входом деперемежителя, выход которого соединен со входом декодера, выход которого соединен со входом блока ввода-вывода данных, при этом сигналы блока управления подаются на все блоки модулятора, демодулятора, блок ввода-вывода данных и блок ввода-вывода сигнала.The task is achieved by the fact that in the HF range modem containing the modulator and signal demodulator, the control unit, an additional data input-output unit, a signal input-output unit, the modulator includes an encoder, multiplier, scrambler, KAM modulator, multiplexer, pilot signal generator , OFDM modulator, current frequency transfer unit, carrier generator, demodulator includes a carrier generator, zero frequency transfer unit, communication unit, time offset correction unit, OFDM demodulator, saw generator signal, equalizer, demultiplexer, KAM demodulator, descrambler, deinterleaver, decoder, and the output of the data input-output unit is connected to the input of the encoder, the output of which is connected to the input of the interleaver, the output of which is connected to the input of the scrambler, the output of which is connected to the input of the KAM modulator, the output of which is connected to the first input of the multiplexer, and a pilot signal generator is connected to the second input of the multiplexer, while the output of the multiplexer is connected to the input of the OFDM modulator, the output of which is connected to the first input transfer to the carrier frequency, and to the second input of which the carrier generator is connected, the output of the carrier frequency transfer unit is connected to the input of the signal input-output unit, the output of which is connected to the first input of the transfer unit to zero frequency, the second input of which is connected to the output of the carrier generator, the input of which is connected to the output of the communication unit, the input of which is connected to the first output of the transfer unit to zero frequency, the second output of which is connected to the first input of the time offset correction unit, the second input is It is connected to the output of the communication unit, and the third input of which is connected to the first output of the equalizer, the output of the time offset correction unit is connected to the input of the OFDM demodulator, the output of which is connected to the first input of the equalizer, the second input of which is connected to the pilot symbol generator, the second output of which connected to the first input of the KAM demodulator, and the third output of which is connected to the input of the demultiplexer, the output of which is connected to the second input of the KAM demodulator, the output of which is connected to the input of the descrambler, the path of which is connected to the input of the de-interleaver, the output of which is connected to the input of the decoder, the output of which is connected to the input of the data input-output unit, while the signals of the control unit are supplied to all modulator, demodulator blocks, data input-output unit and signal input-output unit.

Достигаемым техническим результатом является повышение помехоустойчивости модема и, как следствие, более высокая достоверность приема данных.The technical result achieved is an increase in the noise immunity of the modem and, as a result, a higher reliability of data reception.

На фиг.1. представлена общая схема предлагаемого устройства, содержащая блок ввода-вывода данных 1, модулятор 2, демодулятор 3, блок управления 4, блок ввода-вывода сигнала 5. На фиг.2 представлена структура модулятора 2, содержащая кодер 6, перемежитель 7, скремблер 8, КАМ модулятор 9, мультиплексор 10, генератор пилотных сигналов 11, OFDM модулятор 12, блок переноса на несущую частоту 13, генератор несущей 14. На фиг.3 представлена структура демодулятора 3, включающая блок переноса на нулевую частоту 15, генератор несущей 16, блок коррекции временного смещения 17, блок вхождения в связь 18, OFDM демодулятор 19, генератор пилотных сигналов 20, эквалайзер 21, демультиплексор 22, КАМ демодулятор 23, дескремблер 24, деперемежитель 25, декодер 26.In figure 1. a general diagram of the proposed device is presented, comprising a data input-output unit 1, a modulator 2, a demodulator 3, a control unit 4, a signal input-output unit 5. FIG. 2 shows the structure of a modulator 2 containing an encoder 6, an interleaver 7, a scrambler 8, KAM modulator 9, multiplexer 10, pilot signal generator 11, OFDM modulator 12, transfer unit to the carrier frequency 13, carrier generator 14. Figure 3 shows the structure of the demodulator 3, including the transfer unit to zero frequency 15, the carrier generator 16, the correction unit time offset 17, blo joining the connection 18, OFDM demodulator 19, the pilot signal generator 20, an equalizer 21, a demultiplexer 22, QAM demodulator 23, a descrambler 24, a deinterleaver 25, a decoder 26.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Основу его составляют блоки модулятора 2 и демодулятора 3, которые выполняют преобразование данных в сигнал и сигнала обратно в данные. За подготовку данных к преобразованию в модуляторе 2 отвечает блок ввода-вывода данных 1. За подготовку сигнала к обратному преобразованию в демодуляторе 3 отвечает блок ввода-вывода сигнала 5. Управление всеми элементами системы осуществляет блок управления 4, который, по сути, является каналом взаимодействия модема с внешними устройствами.The proposed device operates as follows. It is based on the blocks of modulator 2 and demodulator 3, which perform the conversion of data into a signal and the signal back to data. The data input-output unit 1 is responsible for preparing the data for conversion in modulator 2. The signal input-output unit 5 is responsible for preparing the signal for the inverse transformation in demodulator 3. All elements of the system are controlled by control unit 4, which, in essence, is an interaction channel modem with external devices.

Модулятор 2 выполняет преобразование поступающих в него данных в низкочастотный сигнал с полосой СТК, пригодный для передачи по KB каналу связи. Его структурная схема изображена на фиг.2.Modulator 2 converts the data received into it into a low-frequency signal with an STK band, suitable for transmission over a KB communication channel. Its structural diagram is depicted in figure 2.

При поступлении на вход данные подвергаются помехоустойчивому кодированию. Для этого в модеме используется код с низкой плотностью проверок на четность (LDPC) с переменной длиной кодового слова. После кодирования данные с выхода кодера 6 подвергаются перемежению и скремблированию для повышения эффективности исправления ошибок в процессе приема. Полученные таким образом данные поступают в КАМ модулятор 9, где каждой группе бит, длина которой устанавливается в зависимости от выбранного режима работы, ставится в соответствие точка сигнально-кодовой конструкции. С выхода КАМ модулятора 9 КАМ символы поступают на вход мультиплексора 10, где вместе с пилотными символами из соответствующего генератора 11 группируются в кадры, длина и структура которых, как и в случае с модуляцией, зависит от режима. Сформированные кадры далее подвергаются OFDM модуляции, результатом которой является квадратурный низкочастотный сигнал, центр спектра которого расположен на нулевой частоте. Для передачи по СТК спектр сигнала смещается на центральную частоту 1850 Гц и обужается полосовым фильтром.Upon receipt of the input, the data is subjected to error-correcting coding. To do this, the modem uses a low density parity check (LDPC) code with a variable codeword length. After encoding, the data from the output of the encoder 6 are subjected to interleaving and scrambling to improve the efficiency of error correction during reception. The data thus obtained are transmitted to the QAM modulator 9, where each group of bits, the length of which is set depending on the selected operating mode, is associated with a point of the signal-code construction. From the output of the QAM modulator 9, the QAM symbols are input to the multiplexer 10, where together with the pilot symbols from the corresponding generator 11 are grouped into frames, the length and structure of which, as in the case of modulation, depends on the mode. The generated frames are then subjected to OFDM modulation, the result of which is a quadrature low-frequency signal, the center of the spectrum of which is located at zero frequency. For transmission via STK, the signal spectrum is shifted to the center frequency of 1850 Hz and is compressed by a band-pass filter.

Демодулятор 3 выполняет преобразование поступающего на него низкочастотного сигнала в полосе СТК обратно в данные. Его структурная схема изображена на фиг.3.Demodulator 3 converts the low-frequency signal arriving at it in the STK band back into data. Its structural diagram is depicted in figure 3.

Поступающий на вход демодулятора 3 сигнал в первую очередь преобразуется из действительной формы в квадратурную, и переносится на нулевую частоту. Поскольку положение принимаемого сигнала по времени и частоте, как и сам факт его наличия, в начале приема не известны, генератор несущей частоты 16 настраивается на номинальное значения центральной частоты 1850 Гц. Сформированный таким образом квадратурный сигнал поступает на вход блока вхождения в связь 18, где выполняется поиск уникальной вызывной последовательности идентифицирующей сигнал модема и определяющей его положение по времени частоте.The signal arriving at the input of demodulator 3 is first converted from the actual form into quadrature, and transferred to the zero frequency. Since the position of the received signal in time and frequency, as well as the fact of its presence, is not known at the beginning of reception, the carrier frequency generator 16 is tuned to the nominal center frequency of 1850 Hz. The quadrature signal generated in this way is fed to the input of the communication unit 18, where a unique calling sequence is identified that identifies the modem signal and determines its frequency position in time.

После обнаружения вызывной последовательности блок вхождения в связь 18 передает полученные значения оценок смещений сигнала по времени и частоте соответствующим блокам и отключается. После этого начинается непосредственно процесс демодуляции сигнала следующего за вызывной последовательностью.After detecting the ringing sequence, the block of connection 18 transmits the obtained values of the estimates of the signal offsets in time and frequency to the corresponding blocks and turns off. After that, the process of demodulating the signal immediately following the calling sequence begins.

Отсчеты сигнала после переноса частоты поступают на блок коррекции временного смещения 17, задача которого состоит в удержании границ OFDM символов в допустимых пределах, поскольку их смещение вызывает резкое ухудшение качества приема и при неконтролируемом ходе процесса может вызвать срыв связи. В нем вычисляется и усредняется автокорреляция принимаемого сигнала на интервале его защитного интервала, что позволяет по ее максимальному значению отыскать границы символов.The signal samples after the frequency transfer are sent to the time offset correction block 17, the task of which is to keep the boundaries of the OFDM symbols within acceptable limits, since their shift causes a sharp deterioration in the quality of reception and, if the process is uncontrolled, can cause communication failure. It calculates and averages the autocorrelation of the received signal over the interval of its protective interval, which allows us to find the boundaries of the symbols by its maximum value.

После корректировки частотно-временного положения принимаемый сигнал нарезается на символы и передается в OFDM демодулятор 19, где выполняется их демодуляция. В результате на его выход поступают КАМ символы.After adjusting the time-frequency position, the received signal is cut into symbols and transmitted to OFDM demodulator 19, where they are demodulated. As a result, KAM symbols arrive at its output.

Полученные таким образом КАМ символы поступают в эквалайзер 21, построенный на основе адаптивного фильтра Винера, который по известным пилотным значениям оценивает передаточную характеристику канала в двух измерениях, очищает ее от шума и компенсирует ее влияние на принимаемый сигнал. Кроме того с помощью полученной оценки канала осуществляется косвенная оценка временного смещения сигнала в ходе приема, которая предается в соответствующий блок коррекции.The KAM symbols obtained in this way enter the equalizer 21, which is built on the basis of the Wiener adaptive filter, which, using known pilot values, estimates the channel response in two dimensions, clears it from noise and compensates for its effect on the received signal. In addition, with the help of the obtained channel estimate, an indirect estimate of the temporal shift of the signal during reception is carried out, which is transmitted to the corresponding correction unit.

С выхода эквалайзера 21 КАМ символы поступают в демультиплексор 22, который отделяет каналы данных от пилотных и передает дальше на демодулятор 23, который в свою очередь выполняет их демодуляцию с мягкими решениями, с учетом текущей оценки отношения сигнал/шум в канале, полученной от эквалайзера 21. Полученные в результате оценки поступают на дескремблер 24 и деперемежитель 25, которые восстанавливают исходный порядок их следования и передают в декодер 26. В декодере 26 выполняется итеративная демодуляция блоков данных, причем количество итераций назначается в зависимости от режима работы модема, как и длина блока кодирования. Декодированные биты данных с декодера 26 передаются на выход.From the output of the equalizer 21, the QAM symbols enter the demultiplexer 22, which separates the data channels from the pilot ones and passes them on to the demodulator 23, which in turn performs their demodulation with soft solutions, taking into account the current estimate of the signal-to-noise ratio in the channel received from the equalizer 21 The resulting estimates are sent to descrambler 24 and deinterleaver 25, which restore the original order and pass to decoder 26. Iterative demodulation of data blocks is performed in decoder 26, with the number of iterators s is assigned depending on the operating mode of the modem, as well as the coding block length. The decoded data bits from decoder 26 are transmitted to the output.

Такой подход к реализации структуры параллельного КB модема позволяет уменьшить влияние искажений сигнала, связанных с многолучевым распространением и повысить его спектральную эффективность и пропускную способность. Кроме того, модульная структура позволяет упростить реализацию модема, как в программном, так и в аппаратном виде.Such an approach to the implementation of the structure of a parallel KB modem makes it possible to reduce the effect of signal distortions associated with multipath propagation and increase its spectral efficiency and throughput. In addition, the modular structure allows to simplify the implementation of the modem, both in software and in hardware.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №86064, H04L 27/00, опубл. 20.08.2009 г.1. RF patent №86064, H04L 27/00, publ. 08/20/2009

Claims

Модем КВ диапазона, содержащий модулятор и демодулятор сигналов, блок управления, отличающийся тем, что в модем КВ диапазона дополнительно введены блок ввода-вывода данных, блок ввода-вывода сигнала, модулятор включает кодер, перемножитель, скремблер, КАМ модулятор, мультиплексор, генератор пилотных сигналов, OFDM модулятор, блок переноса на текущую частоту, генератор несущей, демодулятор включает генератор несущей, блок переноса на нулевую частоту, блок вхождения в связь, блок коррекции временного смещения, OFDM демодулятор, генератор пилотных сигналов, эквалайзер, демультиплексор, КАМ демодулятор, дескремблер, деперемежитель, декодер, причем выход блока ввода-вывода данных соединен со входом кодера, выход которого соединен со входом перемежителя, выход которого соединен со входом скремблера, выход которого соединен со входом КАМ модулятора, выход которого соединен с первым входом мультиплексора, а ко второму входу мультиплексора подключен генератор пилотных сигналов, при этом выход мульплексора соединен со входом OFDM модулятора, выход которого соединен с первым входом блока переноса на несущую частоту, а ко второму входу которого подключен генератор несущей, выход блока переноса несущей частоты подключен ко входу блока ввода-вывода сигнала, выход которого соединен с первым входом блока переноса на нулевую частоту, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей, вход которого соединен с выходом блока вхождения в связь, вход которого соединен с первым выходом блока переноса на нулевую частоту, второй выход которого соединен с первым входом блока коррекции временного смещения, второй вход которого соединен с выходом блока вхождения в связь, а третий вход которого соединен с первым выходом эквалайзера, выход блока коррекции временного смещения соединен со входом OFDM демодулятора, выход которого соединен с первым входом эквалайзера, второй вход которого подключен к генератору пилотных символов, второй выход которого соединен с первым входом КАМ демодулятора, а третий выход которого соединен со входом демультиплексора, выход которого соединен со вторым входом КАМ демодулятора, выход которого соединен со входом дескремблера, выход которого соединен со входом деперемежителя, выход которого соединен со входом декодера, выход которого соединен со входом блока ввода-вывода данных, при этом сигналы блока управления подаются на все блоки модулятора, демодулятора, блок ввода-вывода данных и блок ввода-вывода сигнала.

A KV range modem containing a modulator and a demodulator of signals, a control unit, characterized in that the input / output unit, a signal input / output unit, a modulator includes an encoder, a multiplier, a scrambler, a KAM modulator, a multiplexer, a pilot generator, are added to the KV range modem signals, OFDM modulator, current frequency transfer unit, carrier generator, demodulator includes a carrier generator, zero frequency transfer unit, communication unit, time offset correction unit, OFDM demodulator, pilot generator signals, equalizer, demultiplexer, KAM demodulator, descrambler, de-interleaver, decoder, and the output of the data input-output unit is connected to the input of the encoder, the output of which is connected to the input of the interleaver, the output of which is connected to the input of the scrambler, the output of which is connected to the input of the KAM modulator, the output of which is connected to the first input of the multiplexer, and a pilot signal generator is connected to the second input of the multiplexer, while the output of the multiplexer is connected to the input of the OFDM modulator, the output of which is connected to the first input of the unit transfer to the carrier frequency, and to the second input of which the carrier generator is connected, the output of the carrier frequency transfer unit is connected to the input of the signal input-output unit, the output of which is connected to the first input of the transfer unit to zero frequency, the second input of which is connected to the output of the carrier generator, the input of which is connected to the output of the communication unit, the input of which is connected to the first output of the transfer unit to zero frequency, the second output of which is connected to the first input of the time offset correction unit, the second input of which connected to the output of the communication unit, and the third input of which is connected to the first output of the equalizer, the output of the time offset correction unit is connected to the input of the OFDM demodulator, the output of which is connected to the first input of the equalizer, the second input of which is connected to the pilot symbol generator, the second output of which connected to the first input of the KAM demodulator, and the third output of which is connected to the input of the demultiplexer, the output of which is connected to the second input of the KAM demodulator, the output of which is connected to the input of the descrambler, which is connected to the input of the de-interleaver whose output is connected to the input of the decoder, the output of which is connected to the input of the input-output block data, wherein the control unit signals are fed to all the blocks of the modulator, the demodulator, the block data input and output unit and the input-output signal.