CN101577557A - 短波非金属远程发信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短波非金属远程发信系统，包括：远离天线并且由收信台直接控制的控制器；位于天线附近的短波发射机；以及连接所述控制器和所述短波发射机的传输信道；其中，所述控制器通过传输信道把含有通信数据和控制指令的数据流传送给所述短波发射机，以便所述短波发射机根据所述控制指令设置其发射参数，使其按照所设发射参数完成通信数据的无线发射。本发明的优点是：通信台站与天线之间传输距离远，可达上百公里；抗电磁脉冲攻击；减小信号传输损耗，提高通信质量和效能；打破天线场不能远离通信台站的限制，增强天线场设置的灵活性，从而达到提高无线电通信枢纽的隐蔽性；组网灵活，不需要建立发信台站。
Description
技术领域
本发明涉及一种发射短波信号的发信系统，特别涉及一种短波非金属远程发信系统。
背景技术
短波信号的频率范围是1.5-30MHz。该频段的电磁波主要靠天空中的电离层的折射和反射传播，因此也称为天波。电磁波到达电离层后，一部分能量被吸收，一部分能量被反射和折射返回地面。频率越高，吸收的能量越小，电磁波穿入电离层越深。当频率超过一定值后，电磁波就会穿透电离层不再返回地面。短波通信就是通过电离层的反射和折射而实现的。短波通信历史久远，随着电子技术的飞速发展，各种通信方式不断出现，但是短波通信仍然是一种重要的通信方式。短波通信具有传输距离远，无线传输信道(电离层)不易人为破坏的优点，短波通信设备简单、机动灵活、成本低廉，因此在我国，短波通信网是战略通信网之一。
短波通信有信息发射和信息接收两部分组成。我军短波通信的最小单元是收信台和发信台，一般采用收信台收信并遥控发信台发信的模式。目前，大的短波通信发射机和接收机都是室内设备，其自动化程度不高，它们与天线之间的距离最长只能是数百米。因此，收发信台只能建立在对应天线附近。通过天线极易发现收发信台，对收发信台的安全造成极大的威胁，特别在战时，对收发信台的打击，会造成部分通信网的瘫痪。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够远距离控制短波发射机发射通信信号的短波非金属远程发信系统。
非金属远程传输系统是针对我军短波通信的现状而研制开发的。其通信网的组建是一种全新的组网形式，是对我军通信网络的一种补充，也可以逐渐取代现有网络。
本发明提供的短波非金属远程发信系统包括：
远离天线并且由收信台直接控制的控制器；
位于天线附近的短波发射机；以及
连接所述控制器和所述短波发射机的传输信道；
其中，所述控制器通过传输信道把含有通信数据和控制指令的数据流传送给所述短波发射机，以便所述短波发射机根据所述控制指令设置其发射参数，使其按照所设发射参数完成通信数据的无线发射。
所述控制器包括：
把输入的模拟通信信号变换成通信数据的编码器；
发出控制指令的第一处理器；
将所述控制指令和所述通信数据复用成数据流的数据复用器；以及
第一信道匹配器，用于把所述数据流转换成适于所述传输信道传输的信号。
其中，所述传输信道至少包括光缆、E1传输信道、局域网之一。
其中，在所述控制器中：所述第一处理器通过第一信道匹配器接收来自所述短波发射机的反映其工作状况的回传数据；以及所述第一处理器根据用户指令和/或预先设置(或预置参数)发出所述控制指令。
其中，所述短波发射机包括：将经由传输信道传输的信号转换成所述数据流的第二信道匹配器；将所述数据流分解成所述通信数据和所述控制指令的数据解复用器；将通信数据转换成待发射的模拟单边带信号的激励器；用于放大所述短波信号的功率放大级；从所述数据解复用器接收所述控制指令并根据该控制指令设置所述发射参数的第二处理器。
其中，所述发射参数包括短波发射机的发射频率、发射功率、调制方式以及工作方式。
其中，所述激励器包括：AM调制器，在数字域对所述数字通信信号进行调幅，以生成载频信号、上边带信号和下边带信号；调制方式选择器，根据来自所述第二处理器的控制指令选择所述载频信号、上边带信号、下边带信号或者其组合之一，以作为调制信号输出；上变频级，用于将所述调制信号的频率变换到待发射短波频率上，以形成数字单边带信号；以及对上变频级输出的数字单边带信号进行数模变换以形成模拟单边带通信信号的数模变换器。
作为选择，还可以在第二信道匹配器与激励器之间设置一个将所述通信数据变换成模拟通信信号的解码器或数/模变换器；此时，所述激励器包括：将所述模拟通信信号转换成数字通信信号的模数变换器；AM调制器，用于在数字域对所述数字通信信号进行调幅，以生成载频信号、上边带信号和下边带信号；调制方式选择器，根据来自所述第二处理器的控制指令选择所述载频信号、上边带信号、下边带信号或者其组合之一，以作为调制信号输出；上变频级，用于将所述调制信号的频率变换到待发射短波频率上，以形成数字单边带信号；以及对上变频级输出的数字单边带信号进行数模变换以形成模拟单边带通信信号的数模变换器。
其中，所述功率放大级包括一个可变衰减器，该可变衰减器根据来自第二处理器的所述控制指令的校准命令将其衰减量调整到最大，然后根据对所述功率放大级输出功率的检测，逐渐减小其衰减量。
在本发明的另一实例中，在所述控制器中设置一个用来生成模拟单边带通信信号的激励器；在所述短波发射机中设置用来放大所述模拟单边带通信信号的功率放大级；其中，所述模拟单边带信号通过光路传送给所述功率放大级。
其中，本发明的非金属远程发信系统还包括一个设置控制指令的计算机，该计算机通过接口连接所述控制器.
由于本发明将目前的短波发射机分为两部分，一部分为安装在收信台的控制器，另一部分为安装在天线附近的短波发射机，二者之间通过非金属线连接，因此收信台可远离收信天线，从而使收信台的选址非常灵活，易于隐蔽。此外，还可用一个控制器控制多个短波发射机。从而实现点对多点的组网方式。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的短波非金属远程发信系统第一实施例的配置图；
图2是本发明的短波非金属远程发信系统第一实施例的原理图；
图3A是图2所示的激励器的第一实施例的原理图；
图3B是图2所示的激励器的第二实施例的原理图；
图4是图2所示的功率放大器结构的原理图；
图5是本发明的短波非金属远程发信系统第二实施例的配置图；
图6是本发明的短波非金属远程发信系统第二实施例的原理图；
具体实施方式
图1显示了本发明的短波非金属远程发信系统第一实施例的配置，如图1所示，本发明的短波非金属远程发信系统主要包括两个部分，其一是远离天线并且由收信台直接控制的控制器1；其二是位于天线附近的短波发射机2。
控制器1和所述短波发射机2通过传输信道3连接，控制器1通过传输信道3把含有通信数据和控制指令的数据流传送给所述短波发射机2，以便所述短波发射机2根据所述控制指令设置其发射参数，使其按照所设发射参数完成通信数据的无线发射。
另外，控制器1还通过传输信道接收短波发射机2回传的反映短波发射机状态的信号，以便显示短波发射机的状态。
控制器的核心任务是设置后端发射机工作参数，将音频或电键信号(即通信信号)数字化后传输至短波发射机2。同时，为了适应传输信道的要求，还需将各种需传送的数据信号进行变换。另外，控制器还可由计算机4、自适应控制器等设备控制，通过RS232接口进行数据交换。
短波发射机是系统的后端，是信号发射的最终承担者，由电源组件、激励器组件、功率放大级组件等组成。激励器组件是短波发射机智能化的核心，它接收来自前端的控制数据和音频(电键)数据；控制发射功率；根据控制指令控制功率放大级组件；对功率放大级组件的各参数采样，并转为上行数据传送至控制器1。
图2显示了本发明的短波非金属远程发信系统的结构，如图2所示，控制器1包括：把输入的模拟通信信号变换成通信数据的编码器11；发出控制指令的处理器13；将所述控制指令和所述通信数据复用成数据流的数据复用器12；把所述数据流转换成适于所述传输信道3传输的信号的第一信道匹配器14。
传输信道3至少包括光缆、E1传输信道以及局域网之一。
在所述控制器1中，处理器13通过第一信道匹配器14接收来自所述短波发射机2的反映其工作状况的回传数据；处理器13根据用户指令或预先设置或预置参数发出所述控制指令。
短波发射机1包括：将经由传输信道3传输的信号转换成所述数据流的第二信道匹配器21；将所述数据流分解成所述通信数据和所述控制指令的数据解复用器22；将所述通信数据变换成模拟通信信号的解码器23；将模拟通信信号转换成待发射的模拟单边带信号的激励器24；用于放大所述短波信号的功率放大级25；从数据解复用器22接收所述控制指令并根据该控制指令设置所述发射参数的处理器26。
一般来说，所述发射参数包括短波发射机的发射频率、发射功率、调制方式以及工作方式。
工作原理：控制器1将输入的话音信号、电键信号、PTT(push-to-talk)信号数字化，并与收到本机设置或其它设备的控制指令复用后，形成TS(transport stream)数据流，该TS流分别输送至光缆传输、E1传输、以太网传输转换器(信道匹配14)作转换处理，形成符合相应传输方式标准的信号。该信号通过对应传输信道3传送至远端的短波发射机2，短波发射机的信道匹配器21(即转换器)将该信号转换为TS数据流，通过解复用(数据解复用器22)恢复为指令、话音数据、电键数据、PTT数据；控制指令由发射机内MCU 26处理，话音、电键、PTT数据通过解码器23(D/A)转换变为模拟信号后输入至激励器组件24各对应接口。短波发射机根据控制指令设置发射参数(载波频率、发射功率、工作方式)，将发射信息调制在载波上经功率放大后发射出去。短波发射机在工作过程中诸如工作状态(正常、故障)发射功率、发射电流、与天线的匹配(驻波比)情况都需要即时传送至控制器1，以便控制方了解工作情况，作出及时处理。因此在短波发射机内也有对应的TS数据流以及信道转换器(即信道匹配器21)，从而形成上行数据通道。
图3A显示了激励器24第一实施例的结构，如图所示，激励器包括：将所述模拟通信信号转换成数字通信信号的模数变换器241；在数字域对所述数字通信信号进行调幅的AM调制器242，用于生成载频信号、上边带信号和下边带信号；调制方式选择器243，它根据来自所述处理器26的控制指令选择所述载频信号、上边带信号、下边带信号或者其组合之一，以作为调制信号输出；上变频级244，它将所述调制信号的频率变换到待发射短波频率上，以形成数字单边带信号；以及对上变频级244输出的数字单边带信号进行数模变换以形成模拟单边带通信信号的数模变换器245。
激励器24的工作原理：音频信号通过AD采样241后音频信号变为数字音频信号，为满足设备精度要求，采用12位AD采样变换器。在数字域直接对由DDS(直接数字频率合成器)1产生的数字低频载波信号(f1＝50kHz)进行AM调制，具体过程是，在EPLD(可擦除可编程逻辑器件)内部构造一个直接数字频率合成器，输出的数字中频信号与音频采样数据直接相乘，生成一个带有载频信号和两个边带调制信号的AM信号。
经带通滤波器组件243处理后分别得到上边带信号、下边带信号和载波信号。通过处理器26和选择开关244选择其中的一种或几种和路输出就得到相应的调制信号。比如，载波信号、载波信号+上边带信号、载波信号+下边带信号、下边带信号、上边带信号、双边带信号。
调制信号需要由上变频级245对其进行上变频处理和由数模变换器246进行数模变换处理，由此才能得到频率为2MHz-29.999MHz的模拟单边带信号。
上变频级245可以由两个上变频器和两个带通滤波器组成，其中DDS2产生的数字中频载波信号(f2＝450kHz)，通过上变频器1对其进行上变频至500kHz。选择这样的频率是便于输出的滤波器设计。该500kHz信号经数字带通滤波器后，由DDS3产生的数字载波调制信号(f3＝1.5MHz-29.499MHz)通过上变频器2对其进行上变频至所需频率(2MHz-29.999MHz)，就此完成了数字单边带信号的生成。
此时该信号数据的采样频率为200M，经过了超高速的D/A变换器246变换后，完成由数字信号到模拟信号的转换，形成模拟单边带通信信号。
图3B显示了激励器24的另一个实施例，它与第一实施例的不同之处在于：在数模变换器246之后，增加了低通滤波器、增益控制器和放大器。这样，可以获得所需输出幅度的单边带射频信号。
作为选择，可以从图3A或图3B中省略将通信数据变换成模拟通信信号的解码器或数/模变换器23，在此情况下，可以在激励器中省略A/D采样器241。
再参见图2，功率放大级25包括一个可变衰减器252，该可变衰减器252根据来自处理器26的所述控制指令的校准命令将其衰减量调整到最大，然后根据对所述功率放大级25输出功率的检测，逐渐减小其衰减量。
当需进行短波通信时，在控制器1上设置通信参数(载波频率、发射功率、工作方式)后，发出校准指令，使激励器1产生单载波、全功率短波信号，处理器26根据收到的校准指令，将单载波信号衰减至最小，随后打开功率放大组件，将单载波信号输入功率放大组件，同时检测其输出功率，如果小于50W(设计保证不会大于50W)，逐渐减小衰减量，直到功率放大组件输出功率为50W。这时，回传校准完成数据，该数据经光纤网络上传由控制器1接收(在校准过程中，控制器1频率显示变为显示英文“TEST”)，随后，控制器1发出发射命令，在接收短波发射机2回复的可以发射数据后(此时，功率放大级组件25已转为工作状态，确保输出功率达到要求)，控制器1将通信参数改为设置参数，这时就可以进行通信了。通信结束后，控制器1发出结束发射指令，直到收到回复的确认数据后，整个系统转为待机状态。
功率放大级25还包括：设置在衰减器252前端的前置放大器251；设置在衰减器252后端的后置放大器253；连接所述后置放大器253输出的功率放大器254；连接所述功率放大器254输出的滤波器LPF 255；以及检测从滤波器255输出的发射功率的监测器256。
图4显示了短波发射机1的功率放大器254的结构，该功率放大器254由三级放大器构成，包括一个推动级和两级推挽放大，各级放大器的偏置电压开或关受处理器26控制。当功率放大器254处于功率放大状态时，模拟单边带信号经放大后输出，通过滤波器255滤除谐波后，输入功率检测器256，功率检测器256将检测到的正向功率、反向功率反馈给处理器26，同时经功率检测后的大功率信号被切换到发射天线接口上输出。
当功率放大组件处于待机状态(功率放大偏置电压关)时，天线接口切换到电台接口，这时，天线可作为接收天线使用。
功率放大器25的保护是功率放大组件的重要组成部分。有不平衡保护、温度保护、驻波比保护、失配保护、过载保护、过流保护。不平衡保护是指功放末级A、B通路输出电平是否相近，超过门限电路保护；温度保护指功放内部温度过高引起电路保护；驻波比保护指功放输出与天线的匹配程度；失配保护指平衡检测和正向功率的相互关系，当A、B通路检测电压大于正向功率检测电压时电路保护；过流保护指功放工作电流超过限定值引起电路保护。当发生上述保护时，只有解除引起保护的条件并关闭组件电源重新通电才能解除保护。过载保护指功放输出功率大于标称功率时引起电路保护，发生该保护时，功放的输入电平也对应偏高，当输入电平在正常范围内，保护解除。
图5显示了本发明的第二实施例，它与本发明第一实施例的区别在于：在所述控制器1中设置一个用来生成模拟单边带通信信号的激励器15；在所述短波发射机2中设置用来放大所述模拟单边带通信信号的功率放大级25；激励器15生成的模拟单边带信号仅仅通过光路传送给所述功率放大级25。
所述光路包括：设置在控制器1中的光端机16、光传输信道3和光端机27。
图6给出了与图5相适应的短波非金属远程发信系统的结构，图中上部为通信信号路径，图中下部为控制指令和回传信号路径。图中的光端机16和光端机27实际上是图2所示的信道匹配器14和信道匹配器21的一种具体结构。
为了适应光接收器件的光功率接收范围，以免由于光功率过强使光接收器件饱和，光端机16将通信信号分两路输出。一路光功率为90％，适合长距离传输；一路光功率为10％，适合短距离(小于10Km)传输。
光端机16中的数据收发光电转换电路采用成熟的数据收发模块，分别选用1310nm和1550nm波长的激光。内置波分复用，将数据收发光信号共缆(一芯光纤)传输。本机CPU只能“收听”接收到的数据，并显示出来，控制指令只能转发，而无权“作主”。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.通信台站与天线之间传输距离远，可达上百公里。
2.抗电磁脉冲攻击。
3.减小信号传输损耗，提高通信质量和效能。
4.打破天线场不能远离通信台站的限制，增强天线场设置的灵活性，从而达到提高无线电通信枢纽的隐蔽性。
5.组网灵活，不需要建立发信台站。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1、一种短波非金属远程发信系统，包括：
远离天线并且由收信台直接控制的控制器(1)；
位于天线附近的短波发射机(2)；以及
连接所述控制器(1)和所述短波发射机(2)的传输信道(3)。
2、一种短波非金属远程发信系统，包括：
远离天线并且由收信台直接控制的控制器(1)；
位于天线附近的短波发射机(2)；以及
连接所述控制器(1)和所述短波发射机(2)的传输信道(3)；
其中，所述控制器(1)通过传输信道(3)把含有通信数据和控制指令的数据流传送给所述短波发射机(2)，以便所述短波发射机(2)根据所述控制指令设置其发射参数，使其按照所设发射参数完成通信数据的无线发射。
3、根据权利要求1或2所述的非金属远程发信系统，其中，所述控制器(1)包括：
把输入的模拟通信信号变换成通信数据的编码器(11)；
发出控制指令的第一处理器(13)；
将所述控制指令和所述通信数据复用成数据流的数据复用器(12)；以及
第一信道匹配器(14)，用于把所述数据流转换成适于所述传输信道(3)传输的信号。
4、根据权利要求1-3所述的非金属远程发信系统，其中在所述控制器(1)中：
所述第一处理器(13)通过第一信道匹配器(14)接收来自所述短波发射机(2)的反映其工作状况的回传数据；以及
所述第一处理器(13)根据用户指令和/或预先设置发出所述控制指令。
5、根据权利要求1-4所述的非金属远程发信系统，其中所述短波发射机包括：
将经由传输信道(3)传输的信号转换成所述数据流的第二信道匹配器(21)；
将所述数据流分解成所述通信数据和所述控制指令的数据解复用器(22)；
将所述通信数据转换成待发射的模拟单边带信号的激励器(24)；
用于放大所述短波信号的功率放大级(25)；
从所述数据解复用器接收所述控制指令并根据该控制指令设置所述发射参数的第二处理器(26)。
6、根据权利要求1-5所述的非金属远程发信系统，其中，所述发射参数包括短波发射机的发射频率、发射功率、调制方式以及工作方式。
7、根据权利要求1-6所述的非金属远程发信系统，其中所述激励器包括：
AM调制器(242)，在数字域对所述数字通信信号进行调幅，以生成载频信号、上边带信号和下边带信号；
调制方式选择器(243)，根据来自所述第二处理器(26)的控制指令选择所述载频信号、上边带信号、下边带信号或者其组合之一，以作为调制信号输出；
上变频级(244)，用于将所述调制信号的频率变换到待发射短波频率上，以形成数字单边带信号；以及
对上变频级(244)输出的数字单边带信号进行数模变换以形成模拟单边带通信信号的数模变换器(245)。
8、根据权利要求1-7所述的非金属远程发信系统，其中所述功率放大级(25)包括一个可变衰减器(252)，该可变衰减器(252)根据来自第一处理器(26)的所述控制指令的校准命令将其衰减量调整到最大，然后根据对所述功率放大级(25)输出功率的检测，逐渐减小其衰减量。
9、根据权利要求1-8所述的非金属远程发信系统，其中：
在所述控制器(1)中设置一个用来生成模拟单边带通信信号的激励器(15)；
在所述短波发射机(2)中设置用来放大所述模拟单边带通信信号的功率放大级(25)；
其中，所述模拟单边带信号通过光路传送给所述功率放大级(25)。
10、根据权利要求1-9所述的非金属远程发信系统，其中还包括一个远程或本地设置所述控制指令的计算机(4)，该计算机(4)通过接口连接所述控制器(1)。
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