CN103297115B - 一种短波广域分集接收装置及其接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于短波通信多路接收技术领域，公开了一种短波广域分集接收装置及其接收方法。该短波广域分集接收装置包括用于发射信号的移动站，还包括：第1基站至第N基站、用于对第i基站的输出信号进行传输的有线网络以及连接在有线网络一端的合并器，N为大于1的自然数，i取1至N；其中，所述第i基站包括依次连接的均衡器和解调器，所述均衡器用于进行信道估计和信道均衡，所述解调器用于对信道估计和信道均衡后的信号进行解调。本发明的有益效果为：本发明有效降低信道衰落影响，提高系统通信性能。本发明对有线链路要求不高，成本低，使用简单，通信效果好。

Description

一种短波广域分集接收装置及其接收方法

技术领域

本发明属于短波通信多路接收技术领域，特别涉及一种短波广域分集接收装置及其接收方法。

背景技术

短波远距离通信受电离层反射信道引起的多径时散、多径衰落、频率选择衰落、频率弥散的严重影响，通信系统性能得不到保障，从而严重影响短波通信的实用性。短波点对点的通信完全依赖于电离层信道，电离层信道一天中的轻微变化都对通信效果具有很大影响，使得短波系统的可通性具有一定的不确定性。通过在一定空间内配置多个接收端可以使得接收方具有很大程度上的选择性，可以提高短波系统的可通性和实用性。

但是，现有的多点接收方案一般是通过专线将多个短波接收端的接收信号汇总到控制中心，控制中心监听所有接收端的信号质量，选择最佳的接收端的进行接收。现有的方案属于多点选择接收，当每条路线上传输音频信号时，对线路质量要求较高，所以每个接收端与控制中心之间需要配置专线，因此该技术的实现应用较为复杂，应用成本高，且不易维护。而且最终选择使用的信号只是其中一个接收端接收到的信号，不能有效降低信道衰落影响。

发明内容

本发明的目的在于提出一种短波广域分集接收装置及其接收方法。本发明对有线链路要求不高，成本低，使用简单，通信效果好。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术解决方案予以实现。

技术方案一：

一种短波广域分集接收装置，包括用于发射信号的移动站，还包括：第1基站至第N基站、用于对第i基站的输出信号进行传输的有线网络以及连接在有线网络一端的合并器，N为大于1的自然数，i取1至N；其中，所述第i基站包括依次连接的均衡器和解调器，所述均衡器用于进行信道估计和信道均衡，所述解调器用于对信道估计和信道均衡后的信号进行解调。

上述技术方案的进一步特点和改进在于：

所述第i基站还包括依次连接的模数转换器、同步捕获器和校正器，所述模数转换器用于对接收到的信号进行模数转换，所述同步捕获器用于进行同步信号捕获，所述校正器用于对同步后的信号进行频率校正，并用于将频率校正后的信号输出至均衡器。

所述第i基站还包括：用于对解调后的信号进行压缩的压缩器，i取1至N。

所述有线网络为光纤。

所述一种短波广域分集接收装置，还包括连接在合并器输出端的译码器，所述均衡器用于通过信道估计和信道均衡得出信噪比，并用于将所述信噪比输出至解调器，所述解调器将信噪比输出至合并器；

所述合并器，用于首先选择信噪比最高的一路信号，用于判断这一路信号的信噪比与其余各路信号的信噪比的差是否都超过设定值；用于在判断结果为是时，直接输出这一路信号至所述译码器；用于在判断结果为否时，选择出与这一路信号的信噪比相差不超过设定值的至多m路信号，用于将所述至多m路信号和信噪比最高的一路信号进行等比值合并，用于将等比值合并后的信号输出至所述译码器；所述设定值的取值范围为2dB至10dB，m取1至7；

所述译码器用于对合并器输出的信号进行译码。

技术方案二：

一种短波广域分集接收方法，基于权利要求1所述的一种短波广域分集接收装置，包括以下步骤：

S1：利用第i基站接收移动站发射的信号，N为大于1的自然数，i取1至N；其中，在第i基站中，首先进行信道估计和信道均衡，根据信道估计和信道均衡得出信噪比，对信道估计和信道均衡后的信号进行解调，并将解调后的信号和所述信噪比通过有线网络输出至合并器；

S2：合并器首先选择信噪比最高的一路信号，判断这一路信号的信噪比与其余各路信号的信噪比的差是否都超过设定值；如果是，则直接输出这一路信号；如果否，则选择出与这一路信号的信噪比相差不超过设定值的至多m路信号，将所述至多m路信号和信噪比最高的一路信号进行等比值合并，并将等比值合并后的信号输出；所述设定值的取值范围为2dB至10dB，m取1至7。

上述技术方案的进一步特点和改进在于：

在步骤S2之后，利用译码器对合并器输出的信号进行译码。

在步骤S1中，在进行信道估计和信道均衡之前，还要执行以下步骤：对移动站发射的信号进行模数转换，在模数转换后进行同步信号捕获，然后对同步后的信号进行频率校正。

在步骤S1中，在对信道估计和信道均衡后的信号进行解调之后，还要对解调后的信号进行压缩。

所述有线网络为光纤。

在步骤S2之前，还要执行以下步骤：在合并器接收的各路信号中，当其中的一路或几路信号的信噪比低于预设的门限值时，合并器排除对应的一路或几路信号。

本发明的有益效果为：本发明首先在各个基站采用同步检测技术，在信号未同步时不占用有线资源，并且在各个基站中对信号进行预处理（包括信道均衡、信道估计、解调等处理），预处理后的信号再进行压缩处理，可进一步降低对有线资源的要求；在合并器中可以对各路的数字信号进行分析，评估各路的信号质量，并根据各路的信号质量进行分集合并，从而有效降低了信道衰落影响，提高了系统通信性能。本发明对有线链路要求不高，成本低，使用简单，通信效果好。

附图说明

图1为本发明的一种短波广域分集接收装置结构图；

图2为移动站的内部结构示意图；

图3为第1基站到第N基站的内部第一结构图；

图4为第1基站到第N基站的内部第二结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

现有的短波通信系统一般是按点对点模式进行的，短波电离层反射信道引起的多径时散、多径衰落、频率选择衰落、频率弥散会严重影响接收信号质量，使得通信系统性能大大降低。本技术通过布置多个基站，通过这些基站收到多个携带同一信息的、统计独立的衰落信号，将多个统计独立的衰落信号进行适当合并，从而降低衰落影响，改善系统性能。

如图1所示，为本发明的一种短波广域分集接收装置结构图。移动站首先通过天线发射信号，参照图2，为移动站的内部结构示意图，移动站首先对需要发送的数据进行编码，在未编码前数据传输速率为800bps，编码后数据传输速率为1600bps；将编码数据和已知训练序列交替排列并加入同步头和结束序列形成格式数据，参见表1，其中已知训练序列能够用于估计信道的信噪比；对格式数据进行符号调制（可以利用调制器进行符号调制），然后对符号调制后的信号进行数模转换（利用数模转换器进行），最后将模拟信号通过天线发送出去。

表1

参照图3，为第i基站的内部第一结构图；i取1至N，N为大于1的自然数；第i基站接收移动站发射的信号，具体地说，在第i基站中，利用模数转换器对接收到的模拟信号进行模数转换，然后对数字信号进行同步头捕获，对同步后的信号进行频率校正，之后交替输出编码数据符号（对编码数据进行符号调制形成）的采样数据和已知训练序列符号（对已知训练序列进行符号调制形成）的采样数据，并根据已知训练序列符号进行信道估计和信道均衡，得出对应信道（第i基站接收信号的信道）的信噪比。然后对信道估计和信道均衡后的信号进行解调（例如利用解调器进行解调），将解调信号按照表2的格式输出，即包括基站地址、信噪比、解调产生的帧序号以及解调后的编码数据，解调后的符号率为1600bps，如果每个符号采用8BITS表示，则其数据传输速率为12.8kbps，从解调后输出的信号格式如表2所示。本发明实施例在各个基站中进行同步捕获，在信号未同步时不占用有线资源（例如专用网络或者互联网资源），降低了对有线资源的要求。

表2

参照图4，为第i基站的内部第二结构图；在常规的接收基带信号方案中，通常每路基带信号采样率为8K，每个样点需要8bit空间，则每路基带信号需要64Kbps的传输速率，即8K字节/秒；而根据表2的帧结构可知，本发明实施例需要的数据传输速率为12.8kbps/40*44=14.08kbps＝1.76k字节/秒，由对比可知，解调信号降低了对有线网络传输数据的要求。此时还可以对解调信号进行进一步的压缩（利用压缩器），从而进一步降低对有线网络传输数据的要求。

本发明实施例中，解调信号可以通过有线网络1传输至合并器，例如，首先对解调信号通过互联网或专用网络进行汇聚，然后解调信号通过光纤（或多支路光纤中的一支）或专用网络传输至合并器。

当输出解调信号时，接下来就要对解调信号进行合并。常规合并方案一般是：基站将收到的基带信息加时间戳后通过有线网络传输到合并端进行分集接收，由于不同基站之间由于无线传输距离不同，基带信号到达的时间有所差异，按3×10⁸米/秒计算，3000公里范围内，时间差最大可能达到10ms，合并接收端需要根据信号的特征采用专业算法来解决信号的同步问题。本发明实施例中同步由各个基站实现，各个基站解调后输出的信号按表2格式通过有线网络1传输到合并端，此时信号已经实现比特同步。由于对于移动站一次发送的信号，在第1基站到第N基站中解调所产生的帧序号是相同的，此时合并器可以选择相同的帧序号，并按照一定的方法进行合并，合并器不需要解决信号的同步问题，合并器的处理过程得到简化。

本发明实施例中，合并器采用分集合并算法实现信号的合并输出，具体过程如下：根据解调信号中的信噪比，首先选择信噪比最高的一路信号，进行译码，检测该路信号的CRC是否正确，如果正确则完成该路信号的译码（例如利用译码器进行译码）；其次判断这一路信号的信噪比与其余各路信号的信噪比的差是否都超过6dB，如果是，则直接将输出信噪比最高的一路信号的译码结果。如果否，则选择出与这一路信号的信噪比相差不超过设定值的至多4路信号，将上述至多4路信号和信噪比最高的一路信号进行等比值合并，并将等比值合并后的信号进行译码输出（例如利用译码器进行译码）。当移动站快速移动时，各个基站的接收到的信号质量变化较快，本发明实施例通过信噪比实时评估各路信号的接收情况，有效地解决了该问题。本发明实施例还适用于信道质量波动较快的情况。

本发明实施例中，在合并器选择信噪比最高的一路信号之前，还要执行以下步骤：在合并器接收的各路信号中，当其中的一路或几路信号的信噪比低于预设的门限值时，合并器排除对应的一路或几路信号。通过该步骤，进一步提升了信号合并效果。

本发明实施例通过布置多个基站，通过这些基站收到多个携带同一信息的、统计独立的衰落信号，将多个统计独立的衰落信号进行适当合并，从而降低衰落影响，改善系统性能。本发明在合并器中可以对各路的数字信号进行分析，评估各路的信号质量，并根据各路的信号质量进行分集合并，有效降低信道衰落影响，提高系统通信性能。本发明的特点是对有线链路要求不高，可用互联网进行汇聚，成本低，使用简单，通信效果好。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种短波广域分集接收装置，包括用于发射信号的移动站，其特征在于，还包括：第1基站至第N基站、用于对第i基站的输出信号进行传输的有线网络(1)以及连接在有线网络(1)一端的合并器，N为大于1的自然数，i取1至N；其中，所述第i基站包括依次连接的均衡器和解调器，所述均衡器用于进行信道估计和信道均衡，所述解调器用于对信道估计和信道均衡后的信号进行解调；所述第i基站还包括依次连接的模数转换器、同步捕获器和校正器，所述模数转换器用于对接收到的信号进行模数转换，所述同步捕获器用于进行同步信号捕获，所述校正器用于对同步后的信号进行频率校正，并用于将频率校正后的信号输出至均衡器。

2.如权利要求1所述的一种短波广域分集接收装置，其特征在于，所述第i基站还包括：用于对解调后的信号进行压缩的压缩器，i取1至N。

3.如权利要求1所述的一种短波广域分集接收装置，其特征在于，所述有线网络(1)为光纤。

4.如权利要求1所述的一种短波广域分集接收装置，其特征在于，还包括连接在合并器输出端的译码器，所述均衡器用于通过信道估计和信道均衡得出信噪比，并用于将所述信噪比输出至解调器，所述解调器将信噪比输出至合并器；

所述合并器，用于首先选择信噪比最高的一路信号，用于判断这一路信号的信噪比与其余各路信号的信噪比的差是否都超过设定值；用于在判断结果为是时，直接输出这一路信号至所述译码器；用于在判断结果为否时，选择出与这一路信号的信噪比相差不超过设定值的至多m路信号，用于将所述至多m路信号和信噪比最高的一路信号进行等比值合并，用于将等比值合并后的信号输出至所述译码器；所述设定值的取值范围为2dB至10dB，m取1至7；

所述译码器用于对合并器输出的信号进行译码。

5.一种短波广域分集接收方法，基于权利要求1所述的一种短波广域分集接收装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用第i基站接收移动站发射的信号，N为大于1的自然数，i取1至N；其中，在第i基站中，首先进行信道估计和信道均衡，根据信道估计和信道均衡得出信噪比，对信道估计和信道均衡后的信号进行解调，并将解调后的信号和所述信噪比通过有线网络(1)输出至合并器；

S2：合并器首先选择信噪比最高的一路信号，判断这一路信号的信噪比与其余各路信号的信噪比的差是否都超过设定值；如果是，则直接输出这一路信号；如果否，则选择出与这一路信号的信噪比相差不超过设定值的至多m路信号，将所述至多m路信号和信噪比最高的一路信号进行等比值合并，并将等比值合并后的信号输出；所述设定值的取值范围为2dB至10dB，m取1至7。

6.如权利要求5所述的一种短波广域分集接收方法，其特征在于，在步骤S2之后，利用译码器对合并器输出的信号进行译码。

7.如权利要求5所述的一种短波广域分集接收方法，其特征在于，在步骤S1中，在进行信道估计和信道均衡之前，还要执行以下步骤：对移动站发射的信号进行模数转换，在模数转换后进行同步信号捕获，然后对同步后的信号进行频率校正。

8.如权利要求5所述的一种短波广域分集接收方法，其特征在于，在步骤S1中，在对信道估计和信道均衡后的信号进行解调之后，还要对解调后的信号进行压缩。

9.如权利要求5所述的一种短波广域分集接收方法，其特征在于，在步骤S2之前，还要执行以下步骤：在合并器接收的各路信号中，当其中的一路或几路信号的信噪比低于预设的门限值时，合并器排除对应的一路或几路信号。