超短波擴頻通信系統的製作方法
2023-10-10 12:52:44
超短波擴頻通信系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種超短波擴頻通信系統，包括模擬射頻信號接收單元、模擬射頻信號發射單元、模擬信號調理單元、模數轉換單元、數模轉換單元、現場可編程邏輯門陣列及高速實時信號處理單元。模擬射頻信號接收單元接收模擬射頻信號；模擬信號調理單元進行信號調理；模數轉換單元將模擬信號轉換為數位訊號；現場可編程邏輯門陣列進底層信號處理；高速實時信號處理單元進行上層通信協議和信號處理；數模轉換單元將數位訊號換為模擬信號；模擬射頻信號發射單元對信號進行發送。本發明提高了系統的穩定性及抗噪聲性能。
【專利說明】超短波擴頻通信系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線通信領域，尤其涉及一種高可靠抗幹擾漁業超短波擴頻通信系統。
【背景技術】
[0002]漁業使用的超短波頻帶為27.5-39.5MHz，寬度有12MHz，由於頻率較高，發射的天波一般將穿透電離層射向太空，而不能被電離層反射回地面，所以主要依靠空間直射波傳播，僅有有限的繞射能力。因此，漁船在近海作業時時，超短波電臺通信就成了較為合理有效的通信方式。
[0003]在現階段的應用中，漁業超短波通信電臺主要以老式模擬電臺為主，漁用超短波通信設備現階段平臺主要採用模擬通信的方式，主要包括接收機高頻放大器、頻率合成器、混頻器、中頻放大器、鑑頻器、靜噪控制電路、低頻放大器和穩壓電路等組成，調製方式上主要採用模擬調製的方法。當前的設備雖然能夠基本滿足近海漁船通信的要求，即漁船與漁船之間採用超短波無線電臺進行靜海交流，傳遞語音信號和數據信號，但是由於模擬通信固有的系統抗噪聲性能不好和穩定性不高等缺點，嚴重影響了通信的質量。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種超短波擴頻通信系統，以解決上述技術問題。
[0005]為實現上述目的供了一種超短波擴頻通信系統，包括:模擬射頻信號接收單元、模擬射頻信號發射單元、模擬信號調理單元、模數轉換單元、數模轉換單元、現場可編程邏輯門陣列及高速實時信號處理單元；
[0006]模擬射頻信號接收單元接收模擬射頻信號，並將接收到的信號傳輸給模擬信號調理單元進行調理；
[0007]模擬信號調理單元將經過調理後的信號傳輸給模數轉換單元將其轉換為數位訊號;
[0008]模數轉換單元將數位訊號傳輸給現場可編程邏輯門陣列進行數字下變頻、匹配濾波、同步捕獲和PN解擴、Walsh解擴、RS解碼；
[0009]現場可編程邏輯門陣列將經過RS解碼後的信號傳輸給高速實時信號處理單元進行上層通信協議和信號處理；
[0010]高速實時信號處理單元將經過上層通信協議和信號處理後的信號傳輸給現場可編程邏輯門陣列進行信源編碼、RS編碼、Walsh擴頻和PN偽隨機序列擴頻、成型濾波、數字上變頻；
[0011]可編程邏輯門陣列將經過處理後的信號傳輸給數模轉換單元將其換為模擬信號;
[0012]數模轉換單元將模擬信號傳輸給模擬信號調理單元進行調理；
[0013]模擬信號調理單元將經過調理後的信號傳輸給模擬射頻信號發射單元對信號進行發送。
[0014]進一步，上層通信協議和信號處理包括對基帶信號上層複雜協議的處理及對語音信號和數據信號的處理。
[0015]進一步，模擬信號調理單元包括寬帶放大器和寬帶濾波器；寬帶放大器和寬帶濾波器用於限制信號帶寬和提高信號幅度。
[0016]進一步，模擬射頻信號接收單元及模擬射頻信號發射單元為天線；
[0017]進一步，高速實時信號處理單元為高速實時信號處理器；
[0018]進一步，數模轉換單元為數模轉換器DAC ;模數轉換單元為模數轉換器ADC。
[0019]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0020](I)信號發射和接收都採用了軟體無線電的設計方式，將系統中主要的通信協議工作在現場可編程邏輯門陣列中操作，主要的信號處理工作在高速實時信號處理單元中實現，減少了系統中模擬電路的數量，使前端引入的噪聲更小，信號失真更小，提高了系統的穩定性。
[0021](2)在信號調製和解調中採用了擴頻通信的方法，發送端添加直接序列擴頻部分，在接收端使用相應的解擴碼進行解擴，恢復原始數據，在擴頻編碼方面，採用Walsh編碼與PN偽隨機序列複合以及RS糾錯編碼的方法，使得本系統在正交性和糾錯方面都有良好的表現，提高了系統的抗噪聲性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明超短波擴頻通信系統的整體結構框圖；
[0023]圖2為本發明超短波擴頻通信系統的工作流程圖；
[0024]圖3為本發明超短波擴頻通信系統發送流程圖；
[0025]圖4為本發明超短波擴頻通信系統接收流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖所示的各實施方式對本發明進行詳細說明，但應當說明的是，這些實施方式並非對本發明的限制，本領域普通技術人員根據這些實施方式所作的功能、方法、或者結構上的等效變換或替代，均屬於本發明的保護範圍之內。
[0027]參圖1至圖4所示，圖1為本發明超短波擴頻通信系統的整體結構框圖；圖2為本發明超短波擴頻通信系統的工作流程圖；圖3為本發明超短波擴頻通信系統發送流程圖；圖4為本發明超短波擴頻通信系統接收流程圖。
[0028]在本實施例中，一種超短波擴頻通信系統，包括:
[0029]模擬射頻信號接收單元10、模擬射頻信號發射單元20、模擬信號調理單元30、模數轉換單元40、數模轉換單元50、現場可編程邏輯門陣列60及高速實時信號處理單元70 ；
[0030]模擬射頻信號接收單元10接收模擬射頻信號，並將接收到的信號傳輸給模擬信號調理單元進行調理30 ；
[0031]模擬信號調理單元30將經過調理後的信號傳輸給模數轉換單元40將其轉換為數位訊號;
[0032]模數轉換單元40將數位訊號傳輸給現場可編程邏輯門陣列60進行底層信號處理，包括數字下變頻、匹配濾波、同步捕獲和PN解擴、Walsh解擴、RS解碼；
[0033]現場可編程邏輯門陣列60將經過RS解碼後的信號傳輸給高速實時信號處理單元70進行上層通信協議和信號處理；上層通信協議和信號處理包括對基帶信號上層複雜協議的處理及對語音信號和數據信號的處理；
[0034]高速實時信號處理單元70將經過上層通信協議和信號處理後的信號傳輸給現場可編程邏輯門陣列60進行底層信號處理，包括信源編碼、RS編碼、Walsh擴頻和PN偽隨機序列擴頻、成型濾波、數字上變頻；
[0035]可編程邏輯門陣列60將經過處理後的信號傳輸給數模轉換單元50將其換為模擬
信號;
[0036]數模轉換單元50將模擬信號傳輸給模擬信號調理單元30進行調理；
[0037]模擬信號調理單元30將經過調理後的信號傳輸給模擬射頻信號發射單元20對信號進行發送。
[0038]在本實施例中，模擬信號調理單元30包括寬帶放大器和寬帶濾波器；寬帶放大器和寬帶濾波器用於限制信號帶寬和提高信號幅度。
[0039]在本實施例中，模擬射頻信號接收單元10及模擬射頻信號發射單元20為天線。
[0040]在本實施例中，高速實時信號處理單元70為高速實時信號處理器。
[0041]在本實施例中，數模轉換單元50為數模轉換器DAC ;模數轉換單元40為模數轉換器 ADC。
[0042]本實施例的工作流程主要包括以下步驟:
[0043](I)發送端經過高速實時信號處理器處理後的基帶碼元在現場可編程邏輯門陣列(FPGA)中進行Walsh擴頻、PN擴頻、成型濾波和數字上變頻；
[0044](2)現場可編程邏輯門陣列(FPGA)處理之後的信號經過數模轉換器DAC轉換為模擬信號，調製後經過天線發送；
[0045](3)天線接收信號經過寬帶濾波器和寬帶放大器後通過模數轉換器ADC變為數位訊號，送入現場可編程邏輯門陣列(FPGA)進行解擴處理；
[0046](4)經現場可編程邏輯門陣列(FPGA)解擴之後的信號送入高速實時信號處理器進行後續的碼元處理和信號處理。
[0047]本實施例的發送部分包括以下過程:
[0048]信源信息經過信源編碼後，為了提高系統的糾錯能力，需要對信源信息進行糾錯編碼，在多進位擴頻通信中，如果相關解擴結果有錯誤，錯誤會以若干比特位單位一起出現，所以，本實施例採用RS編碼作為糾錯碼。Walsh變換可以增加信號的數據位長度，使得信號的抗噪性得到提高，而且由於Walsh的相關性，變換後的信號具有一定的容錯能力。因此，本實施例在RS編碼後進行Walsh擴頻，經過Walsh擴頻後可以有效提高系統的抗噪聲能力。在漁業超短波通信中，信號的傳輸是非同步傳輸，在這種情況下Walsh碼的自相關函數和互相關函數都是不理想的，而且，Walsh碼各碼序列的功率譜分布彼此不均勻相同，不能獨立承擔擴頻任務，因此，本實施例通過構造相關性較好的偽隨機碼PN序列對數據進行偽隨機化，經過PN序列偽隨機化後，改善了相關函數的特性，減少了旁瓣，具有很好的非同步相關性。在調製之前，對信號還需要進行一次成形濾波，以限制信號佔用的頻帶寬度，讓後通過數字上變頻載波調製，調製之後的信號輸出至DAC完成數位訊號到模擬信號的轉換，通過模擬射頻發射器將信號發送至空間無限信道。
[0049]本實施例的接收部分包括以下過程:
[0050]經過ADC轉換之後的數位訊號首先通過數字下變頻處理，將信號搬移到基帶進行處理，同時降低了信號速率。下變頻之後的基帶信號首先需要通過匹配濾波器，匹配濾波器和發送端的成型濾波器一起達到提高系統信噪比的作用。經過匹配濾波器之後，本實例接著進行同步捕獲，以便判斷接收到的有用信，同步捕獲是本系統的關鍵點，如果沒有正確的捕獲，後續的解擴、解碼處理則都是無謂的處理，本系統採用滑動相關的方法求得相關值最高峰，同步捕獲到有效的起始點。同步捕獲後，首先需要進行PN解擴去偽隨機化，再進行Walsh相關、判決以得到待解碼的RS符號。
[0051]本發明通過提供了一種超短波擴頻通信系統，具有以下有益效果:
[0052](I)信號發射和接收都採用了軟體無線電的設計方式，將系統中主要的通信協議工作在現場可編程邏輯門陣列中操作，主要的信號處理工作在高速實時信號處理單元中實現，減少了系統中模擬電路的數量，使前端引入的噪聲更小，信號失真更小，提高了系統的穩定性，同時通過修改軟體即可改變系統中的通信協議和信號處理方法，便於系統的升級換代。
[0053](2)在信號調製和解調中採用了擴頻通信的方法，發送端添加直接序列擴頻部分，在接收端使用相應的解擴碼進行解擴，恢復原始數據，在擴頻編碼方面，採用Walsh編碼與PN偽隨機序列複合以及RS糾錯編碼的方法，使得本系統在正交性和糾錯方面都有良好的表現，提高了系統的抗噪聲性能。
[0054]上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，它們並非用以限制本發明的保護範圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發明的保護範圍之內。
[0055]對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
【權利要求】
1.一種超短波擴頻通信系統，其特徵在於，包括:模擬射頻信號接收單元、模擬射頻信號發射單元、模擬信號調理單元、模數轉換單元、數模轉換單元、現場可編程邏輯門陣列及高速實時信號處理單元； 所述模擬射頻信號接收單元接收模擬射頻信號，並將接收到的信號傳輸給所述模擬信號調理單元進行調理； 所述模擬信號調理單元將經過調理後的信號傳輸給所述模數轉換單元將其轉換為數位訊號; 所述模數轉換單元將所述數位訊號傳輸給所述現場可編程邏輯門陣列進行數字下變頻、匹配濾波、同步捕獲和PN解擴、Walsh解擴、RS解碼； 所述現場可編程邏輯門陣列將經過RS解碼後的信號傳輸給所述高速實時信號處理單元進行上層通信協議和信號處理； 所述高速實時信號處理單元將經過上層通信協議和信號處理後的信號傳輸給所述現場可編程邏輯門陣列進行信源編碼、RS編碼、Walsh擴頻和PN偽隨機序列擴頻、成型濾波、數字上變頻； 所述可編程邏輯門陣列將經過處理後的信號傳輸給所述數模轉換單元將其換為模擬信號; 所述數模轉換單元將所述模擬信號傳輸給所述模擬信號調理單元進行調理； 所述模擬信號調理單元將經過調理後的信號傳輸給所述模擬射頻信號發射單元對信號進行發送。
2.如權利要求1所述的超短波擴頻通信系統，其特徵在於，所述上層通信協議和信號處理包括對基帶信號上層複雜協議的處理及對語音信號和數據信號的處理。
3.如權利要求2所述的超短波擴頻通信系統，其特徵在於，所述模擬信號調理單元包括寬帶放大器和寬帶濾波器；所述寬帶放大器和寬帶濾波器用於限制信號帶寬和提高信號幅度。
4.如權利要求3所述的超短波擴頻通信系統，其特徵在於，所述模擬射頻信號接收單元及模擬射頻信號發射單元為天線。
5.如權利要求4所述的超短波擴頻通信系統，其特徵在於，所述高速實時信號處理單兀為高速實時信號處理器。
6.如權利要求5所述的超短波擴頻通信系統，其特徵在於，所述數模轉換單元為數模轉換器DAC ;所述模數轉 換單元為模數轉換器ADC。
【文檔編號】H04B1/707GK103905084SQ201410161191
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】王宇, 徐碩, 郭軍強, 王立華, 黃其泉, 孫璐, 劉慧媛, 陳夢婕, 王振洲 申請人:中國水產科學研究院漁業工程研究所