CN103746734A - 基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置及方法，装置包括天线，与天线连接的天线收发单元及天线运动单元，与天线收发单元及天线运动单元连接的天线控制单元，与天线控制单元连接的CDMA调制解调单元，与调制解调器连接的天线交换机，与交换机连接的PC终端、IP电话及IP传真机。发明包括步骤有：在发端将信息调制形成数字信号，然后展宽信号频谱；展宽后的信号再调制到射频发送；接收外部的宽带射频信号，并将宽带射频信号变频至中频；将中频信号解扩、解调、恢复原始信息。本发明保密性强，抗干扰强，小口径天线有效降低船载卫星跟踪的难度。
Description
技术领域
本发明属于卫星通讯技术领域，特别是一种基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置及方法。
背景技术
对于移动船舶而言，如要实现大数据量的通信，在可知的技术范围内，非卫星通信莫属。在已经应用的“动中通”卫星通信技术中，主要有国际海事卫星组织的FB系统（简称：INMARSATFB）和直接将陆地广泛应用的VSAT系统搬到移动的船舶VSAT设备，两种系统各有优缺点，但均不能完全满足“动中通”未来大数据量的高速通信。现分别介绍如下：
INMARSAT FB，工作在L波段，提供QOS保证IP速率业务(Stream IP)（32，64，128，256kbps），单一设备数据通信速率最高速度可达432kbps，提供双向短信及语音信箱业务，可以实现留言、呼叫等待、转移、禁止、保持等。设备适应海上工作环境。但由于其工作在L波段，频谱资源有限，限定了同一时刻参与通信的终端数量，所以，只好利用价格杠杆限制用户大数据量使用，以保障系统的正常运行。
车载VSAT系统，VSAT(Very Small Aperture Terminal)于20世纪80年代最先在美国兴起，发展速度很快，是30多年来卫星通信技术的转折性发展。VSAT系统由室外单元和室内单元组成。室外单元即射频设备，包括小口径天线、上下变频器和各种放大器；室内单元即中频及基带设备，包括调制解调器、编译码器等，其具体组成因业务类型不同而略有不同。VSAT系统工作在c、ku或ka波段，特别是ku或ka波段设备，由于其频谱资源丰富，近年来发展迅速。但由于车载VSAT设备是由陆地设备直接转换而来，存在诸多不适应运动中车辆这个特殊移动载体，所以需要一款更适合车载的卫星宽带通信设备。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置及方法，该船载卫星宽带通信装置有效满足了运动中的船舶进行卫星宽带通信的要求。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置，包括甲板上设备、甲板下设备及网络终端设备，其特征在于：所述甲板上设备包括有天线，与天线连接的收发单元及控制天线运动的天线运动单元，所述甲板下设备包括与天线收发单元及天线运动单元连接的天线控制单元，还包括与天线控制单元相连的CDMA调制解调单元，为整个系统供电的电源单元，所述网络终端设备包括与调制解调器连接的天线交换机，与交换机连接的PC终端、IP电话及IP传真机。
而且，所述甲板下设备中的调制解调器采用完成扩频变换的CDMA调制解调器。CDMA调制解调器进一步包括发射信号处理单元，接收信号处理单元及程序处理单元，
其中，发射信号处理单元包括依次连接信号源接口电路、成帧器、编码器和扩频调制器；
其中，接收信号处理单元是发射信号处理单元的信号还原过程单元，包括依次连接的扩频解调器、解码器、信号分配器和终端机接口电路；
其中，程序处理单元包括程序处理器、显示单元、操作单元、PN注码器及电源单元。
而且，所述天线，具体采用小口径矩阵平板天线，天线将上传的Ku波段信号定向发送给卫星转发器，同时将卫星下传的信号接收下来。
而且，所述天线收发单元进一步包括变频器、功放器及下变频处理器，不但完成上传信号的变频、功放及传输给天线馈源；同时将天线接收到的信号经过下变频处理后，将中频信号送给天线控制单元。
而且，所述天线控制单元是将卫星接收机处理后的信号转发给CDMA调制解调器，同时取出信号强度参数送给天线运动单元的控制芯片，锁定跟踪状态，自主控制天线的姿态，确保天线指向选择的卫星和选择的信道。
一种基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置的方法，包括步骤如下：
（1）在发端输入的信息先经信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱；
（2）展宽后的信号再调制到射频发送出去；
（3）在接收端接收来自外部的宽带射频信号，并将宽带射频信号变频至中频；
（4）将变频至中频的信号由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调、恢复成原始信息输出。
而且，所述步骤（1）中扩频码序列为同欲传输数据无关的码，利用该码对被传输信号扩展频谱，使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。
而且，所述步骤（2）中的发送为采用Ku波段信号定向小功率发射，有效降低发射产生的旁瓣电平对邻频道的干扰。
本发明的优点和积极效果是
1、本发明保密性强，抗干扰强的特点，特别适合船载卫星通讯；
2、本发明选择小口径矩阵平板天线，便于安装和控制，机动性强，小口径天线有效降低船载卫星跟踪的难度；
3、本发明设计合理，成本始终，节能环保，便于推广。
附图说明
图1是本发明船载卫星宽带通信装置系统图
图2是本发明系统中CDMA调制解调器的内部电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置，如图1所示，包括甲板上设备、甲板下设备及网络终端设备，所述甲板上设备包括有天线，与天线连接的收发单元及控制天线运动的天线运动单元，所述甲板下设备包括与天线收发单元及天线运动单元连接的天线控制单元，还包括与天线控制单元相连的CDMA调制解调单元，为整个系统供电的电源单元，所述网络终端设备包括与调制解调器连接的天线交换机，与交换机连接的PC终端、IP电话及IP传真机，
在本发明的具体实施中，如图2所示，所述甲板下设备中的调制解调器采用完成扩频变换的CDMA调制解调器。CDMA调制解调器进一步包括发射信号处理单元，接收信号处理单元及程序处理单元，
其中，发射信号处理单元包括依次连接信号源接口电路、成帧器、编码器和扩频调制器；
信号接口电路：用于完成各种信号的前期处理，包括电话/传真信号的接入、各类数字型信号源的接入、IP网络信号的接入；
成帧器：负责将3类不同性质的信号进行打包处理，形成编码器所要求的一帧一帧的数字信号；编码器的作用是完成成帧器送来的一帧一帧信号的编码，为下一级扩频调制器做前期准备；
编码器：包括RS编码器（也叫线性分组循环编码器，Reed-Solomon encoder）；,FEC编码器（也叫向前纠错编码器Forward Error Correction encoder），它们分别对前一级送来的信号进行各自标准的编码工作；
扩频调制器：是该调制解调器的核心，新型通信模式是在此调制器中得以实现，它采用扩频技术将经过FEC编码后的帧信号与PN注码器（也叫白噪声注码器Pseudo-Noise codegenerator）送来的伪码信号进行有据可循的扩频调制，产生包括伪码在内的宽带调制中频（IF）信号，经过电平设置等环节处理后送给卫星功率放大器。
其中，接收信号处理单元是发射信号处理单元的信号还原过程单元，包括依次连接的扩频解调器、解码器、信号分配器和终端机接口电路，
扩频解调器：是将卫星天线接收处理后的中频（IF）信号的进行去除伪码，还原有信息的有用信号；它将根据接收到的引导信号送给程序处理器进行PN注码器的设置，使其产生与发送端扩频调制相同的伪码数列并送给扩频解码器，扩频解码器将对接收信号和PN注码器送到的伪码数列信号进行解调，取出只含有FEC编码的有用信号并送给FEC解码器；
解码器：包括FEC解码器和RS解码器，它们完成各自标准的解码任务，最终取出通信传输的各种信号；
信号分配器：是将解调后的各类信号分发给相应接口电路；
终端机接口电路：负责连接终端设备；
其中，程序处理单元包括程序处理器、显示单元、操作单元、PN注码器及电源单元。
程序处理器负责调制解调器的全盘工作，接受键盘的指令、控制显示屏显示、控制PN注码器的数列编码、分析接收到的引导信号的信息并根据该信息去控制为扩频解码器的PN注码器的数列编码。
在本发明的具体实施中，所述天线，具体采用小口径矩阵平板天线，便于安装和控制，机动性强，天线将上传的Ku波段信号定向发送给卫星转发器，同时将卫星下传的信号接收下来。
在本发明的具体实施中，天线收发单元进一步包括变频器、功放器及下变频处理器，不但完成上传信号的变频、功放及传输给天线馈源；同时将天线接收到的信号经过下变频处理后，将中频信号送给天线控制单元。
在本发明的具体实施中，所述天线控制单元是将卫星接收机处理后的信号转发给CDMA调制解调器，同时取出信号强度参数送给天线运动单元的控制芯片，锁定跟踪状态，自主控制天线的姿态，确保天线指向选择的卫星和选择的信道。
一种基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置的方法，步骤如下：
（1）在发端输入的信息先经信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱；其中，所述扩频码序列为同欲传输数据无关的码，利用该码对被传输信号扩展频谱，使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽；
（2）展宽后的信号再调制到射频发送出去；其中，发送可以采用小功率发射，有效降低发射产生的旁瓣电平对邻频道的干扰，发送采用Ku波段信号定向发送。
（3）在接收端接收来自外部的宽带射频信号，并将宽带射频信号变频至中频；
（4）将变频至中频的信号由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调、恢复成原始信息输出。
本发明扩频通信系统要进行三次调制和相应的解调，一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。
与一般通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制和解扩部分。
Claims (8)
1.一种基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置，包括甲板上设备、甲板下设备及网络终端设备，其特征在于：所述甲板上设备包括有天线，与天线连接的天线收发单元及控制天线运动的天线运动单元，所述甲板下设备包括与天线收发单元及天线运动单元连接的天线控制单元，还包括与天线控制单元相连的CDMA调制解调单元，为整个系统供电的电源单元，所述网络终端设备包括与调制解调器连接的天线交换机，与交换机连接的PC终端、IP电话及IP传真机。
2.根据权利要求1所述的基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置，其特征在于：所述甲板下设备中的调制解调器采用完成扩频变换的CDMA调制解调器。CDMA调制解调器进一步包括发射信号处理单元，接收信号处理单元及程序处理单元，
其中，发射信号处理单元包括依次连接信号源接口电路、成帧器、编码器和扩频调制器；
其中，接收信号处理单元是发射信号处理单元的信号还原过程单元，包括依次连接的扩频解调器、解码器、信号分配器和终端机接口电路；
其中，程序处理单元包括程序处理器、显示单元、操作单元、PN注码器及电源单元。
3.根据权利要求1所述的基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置，其特征在于：所述天线，具体采用小口径矩阵平板天线，天线将上传的Ku波段信号定向发送给卫星转发器，同时将卫星下传的信号接收下来。
4.根据权利要求1所述的基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置，其特征在于：所述天线收发单元进一步包括变频器、功放器及下变频处理器，不但完成上传信号的变频、功放及传输给天线馈源；同时将天线接收到的信号经过下变频处理后，将中频信号送给天线控制单元。
5.根据权利要求1所述的基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置，其特征在于：所述天线控制单元是将卫星接收机处理后的信号转发给CDMA调制解调器，同时取出信号强度参数送给天线运动单元的控制芯片，锁定跟踪状态，自主控制天线的姿态，确保天线指向选择的卫星和选择的信道。
6.一种基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置的方法，其特征在于包括步骤如下：
（1）在发端输入的信息先经信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱；
（2）展宽后的信号再调制到射频发送出去；
（3）在接收端接收来自外部的宽带射频信号，并将宽带射频信号变频至中频；
（4）将变频至中频的信号由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调、恢复成原始信息输出。
7.根据权利要求6所述的一种基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置的方法，其特征在于所述步骤（1）中扩频码序列为同欲传输数据无关的码，利用该码对被传输信号扩展频谱，使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。
8.根据权利要求6所述的一种基于扩频技术的船载卫星宽带通信装置的方法，其特征在于所述步骤（2）中的发送为采用Ku波段信号定向小功率发射，有效降低发射产生的旁瓣电平对邻频道的干扰。
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