CN104883211A - 一种基于赋能通信技术的vhf/uhf对空超视距通信装置 - Google Patents

一种基于赋能通信技术的vhf/uhf对空超视距通信装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于赋能通信技术的VHF/UHF对空超视距通信装置，涉及地空通信领域中不对称分集、动态多普勒频移校正、低速话音编解码、四单元对数周期拼阵天线等部分的通信装置。它由话音终端、调制器、解调器、射频单元、四单元对数周期拼阵天线等部件组成。它采用地空不对称分集、动态多普勒频移校正与低速话音编解码相结合的体制，有效消除了地空超视距传输中信道时变衰落和动态多普勒频移的影响，实现了地面站与空中平台之间的地空超视距可靠通信。它具有抗信道衰落能力强、抑制动态多普勒频移性能突出、设备可靠性高、使用灵活等优点，特别适用于在地面站与空中平台在超视距条件下实现高可靠、灵活传输的通信装置。

Description

一种基于赋能通信技术的VHF/UHF对空超视距通信装置
技术领域
本发明涉及地空通信领域，特别适用于在地面站与空中平台在超视距条件下实现高可靠、灵活传输的一种基于赋能通信技术的VHF/UHF对空超视距通信装置。
背景技术
现有的VHF/UHF地空通信设备均采用视距通信方式，在空中平台与地面站超出了视距极限距离后，信道传输损耗将急剧增加，并且接收信号存在显著的衰落，导致地空通信质量的严重下降甚至完全中断。
发明内容
本发明目的在于避免上述背景技术中地空通信设备在超视距通信时，信道传输损耗的急剧增加和接收信号的显著衰落造成的通信质量下降的不足之处而提供的一种能够适用于地面站与空中平台在超视距条件下实现高可靠、灵活传输的通信装置。本发明采用地空不对称分集、动态多普勒频移校正与低速话音编解码相结合的体制，有效消除了地空超视距传输中信道时变衰落和动态多普勒频移的影响，实现了地面站与空中平台之间的地空超视距可靠通信。它具有抗信道衰落能力强、抑制动态多普勒频移性能突出、设备可靠性高、使用灵活等优点。
本发明的目的是这样实现的：一种基于赋能通信技术的VHF/UHF对空超视距通信装置，包括话音终端1、调制器2、第一至第N射频单元3-1至3-N、第一至第N四单元对数周期拼阵天线4-1至4-N和解调器5，所述的话音终端1的输入端口1接收外部话音信号，将话音信号进行模/数转换形成数字话音信号后通过输出端口3送至调制器2的输入端口1；话音终端1产生用于控制第一至第N射频单元3-1至3-N进行收发切换的控制信号后由输出端口5一一对应输出至第一至第N射频单元3-1至3-N的输入端口4；调制器2将数字话音信号进行话音编码和调制处理形成N路发中频信号后由输出端口2至N+1一一对应输出至第一至第N射频单元3-1至3-N的输入端口1；第一至第N射频单元3-1至3-N将收到的发中频信号分别进行频谱搬移和功率放大后形成射频信号后经出入端口3一一对应输出至第一至第N四单元对数周期拼阵天线4-1至4-N的出入端口1；第一至第N四单元对数周期拼阵天线4-1至4-N的出入端口1接收射频信号后发送至对端；第一至第N四单元对数周期拼阵天线4-1至4-N接收机载站发来的通信信号经出入端口1一一对应输出至第一至第N射频单元3-1至3-N的出入端口3；第一至第N射频单元3-1至3-N将收到的通信信号分别进行频谱搬移和功率放大后形成收中频信号后经输出端口2一一对应输出至解调器5的输入端口2至N+1；解调器5将N路收中频信号进行相干检测和还原解码形成基带信号后由输出端口1输出至话音终端1的输入端口4；话音终端1的输入端口4接收基带信号，将基带信号进行数/模转换后通过输出端口2输出。
其中，调制器2包括话音编码器6、基带成形模块7、混频模块8、本振模块9、信号合并模块10、导频模块11和分路器模块12；话音编码器6的输入端口1接收数字话音信号，将数字话音信号进行话音编码后形成话音编码信号由输出端口2送至基带成形模块7的输入端口1；基带成形模块7将话音编码信号进行基带成形处理后通过输出端口2送至混频模块8的输入端口1；混频模块8通过输入端口2接收来自本振模块9输出端口1输出的本振信号，并对输入端口1接收的基带成形信号完成混频处理形成发中频信号后通过输出端口3输出至信号合并模块10的输入端口1；导频模块11产生导频信号后通过输出端口1送至信号合并模块10的输入端口2；信号合并模块10将发中频信号和导频信号合并形成合路信号后通过输出端口3输出至分路器模块12的输入端口1；分路器模块12将合路信号进行分路处理形成N路分路信号后由输出端口2至N+1一一对应输出至第一至第N射频单元3-1至3-N的输入端口1。
其中，解调器5包括AGC模块13、下变频模块14、频偏检测模块15、相干检测模块16、可调本振模块17、分集合并模块18、积分判决模块19和话音解码器20；AGC模块13的输入端口1至N一一对应接收第一至第N射频单元3-1至3-N输出端口2输出的收中频信号，将收中频信号进行自适应增益控制处理后形成稳幅信号由输出端口N+1至2N一一对应输出至下变频模块14和频偏检测模块15的输入端口1至N；下变频模块14根据调整后的本振信号将稳幅信号进行下变频处理形成基带信号后由输出端口N+1至2N送至相干检测模块16的输入端口1至N；频偏检测模块15将稳幅信号进行频偏检测处理形成频偏检测信号后由输出端口N+1输出至可调本振模块17的输入端口1；可调本振模块17根据频偏检测信号对本地本振信号进行调整后输出端口2输出至下变频模块14的输入端口2N+1；相干检测模块16将收到的基带信号进行相干检测处理后由输出端口N+1至2N一一对应输出至分集合并模块18的输入端口1至N；分集合并模块18将接收到的N路检测后信号进行合并处理形成合并检测信号后通过输出端口N+1送至积分判决模块19的输入端口1；积分判决模块19将收到的合并检测信号进行积分判决处理后，得到判决后的基带信息，并通过输出端口2送至话音解码器20的输入端口1；话音解码器20对输入的基带信息进行话音解码处理，并将话音解码后的数字话音信号通过输出端口2送至话音终端1的输入端口4。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明采用基于赋能通信技术的地空不对称分集体制，通过为VHF/UHF对空通信装置设置4副四单元对数周期拼阵天线和4台射频单元，在不改变现有空中平台上安装的单通道VHF/UHF通信装置的基础上，构成了地面站与空中平台之间的4重空间分集接收，实现了地空超视距条件下对接收信号时变衰落的有效抑制。
2、本发明采用基于导频信号估计的动态多普勒频移校正技术，通过在接收端对导频信号与本地时钟之间的频率偏差检测，可准确估计和校正接收信号载波的多普勒频偏，实现了空中平台在高速运动条件下与地面站之间的可靠通信。
3、本发明采用基于DSP的600bps低速话音编解码技术，通过对模拟话音信号的数字采样、编码压缩、错误帧参数恢复、噪声抑制等处理措施，显著降低了现有地空通信设备中数字话音信号的传输速率，提高了地空超视距通信的距离。
附图说明
图1是本发明通信装置的电原理方框图；
图2是本发明调制器的电原理图；
图3是本发明解调器的电原理图；
图4是本发明通信装置实施例的电原理方框图；
图5是本发明调制器实施例的电原理图；
图6是本发明解调器实施例的电原理图。
具体实施方式
下面以4副收发天线和600bps话音编解码为例，结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明包括话音终端1、调制器2、第一至第四射频单元3-1至3-4、第一至第四四单元对数周期拼阵天线4-1至4-4和解调器5。图1是本发明的电原理方框图，图4是本发明实施例的电原理方框图；实施例按图4连接线路。其中，话音终端1的作用是对输入信号进行模/数转换或数/模转换，并产生进行收发切换的控制信号；调制器2的作用是对接收的数字话音信号完成话音编码和调制处理；第一至第四射频单元3-1至3-4与第一至第四四单元对数周期拼阵天线4-1至4-4相连完成射频信号的发射与接收。
本发明调制器2作用是对话音终端1输出的数字话音信号进行600bps话音编码、基带成形和混频处理，并将混频后的中频信号与导频信号合并，最后分路输出至第一至第四射频单元3-1至3-4。它包括600bps话音编码器6、基带成形模块7、混频模块8、本振模块9、信号合并模块10、导频模块11和分路器模块12；图2是本发明调制器2的电原理方框图，图5是本发明调制器2实施例的电原理方框图，实施例按图5连接线路。其中600bps话音编码器6接收来自话音终端1输出的数字话音信号并完成600bps话音编码；基带成形模块7对输入的话音编码信号完成基带成形处理；混频模块8接收来自本振模块9输出的本振信号，并对基带成形信号进行混频处理；导频模块11产生的导频信号；信号合并模块10将混频后的中频信号和导频信号合并后；分路器模块12将输入的合路信号进行分路处理。
本发明解调器5的作用是将第一至第四射频单元4-1至4-4输出的中频接收信号进行AGC(自动增益控制)、频偏检测和下变频处理，得到消除多普勒频偏影响的基带信号后再进行相干检测、分集合并与积分判决处理，最后将积分判决后的基带信息通过600bps话音解码后恢复成数字话音信息送至话音终端1。它包括AGC模块13、下变频模块14、频偏检测模块15、相干检测模块16、可调本振模块17、分集合并模块18、积分判决模块19和600bps话音解码器20；图3是本发明解调器5的电原理方框图，图6是本发明解调器5实施例的电原理方框图，实施例按图6连接线路。其中AGC模块13分别接收来自第一至第四射频单元3-1至3-4输的中频接收信号，并完成AGC处理；频偏检测模块15对输入的经AGC处理的接收信号完成频偏检测处理；可调本振模块17在接收来自频偏检测模块15输出的频偏检测信号后，完成对本地本振信号的调整；下变频模块14在对AGC模块13输出的经AGC处理的接收信号进行下变频处理后，完成将接收信号从中频到基带的变换；相干检测模块16接收来自下变频模块14输出的基带信号，并对其完成相干检测处理；分集合并模块18将接收到的4路检测后信号进行合并处理；积分判决模块19对输入的合并检测信号进行积分判决处理后，得到判决后的基带信息；600bps话音解码器20对输入的基带信息进行话音解码处理。
本发明简要工作原理如下：
话音终端接收外部话音信号A，将其经过模/数转换后送至调制器完成600bps话音编码、基带成形、混频、导频信号合并和分路处理，经过分路处理后的中频输出信号完成信号的射频搬移，再通过四单元对数周期拼阵天线发射至无线信道；四单元对数周期拼阵天线接收来自无线信道的对端射频信号，进行频谱搬移输出中频接收信号至解调器，解调器对接收的中频信号进行AGC、频偏检测和下变频处理，得到消除多普勒频偏影响的基带信号后再进行相干检测、分集合并与积分判决处理，最后将积分判决后的基带信息恢复成数字话音信息送至话音终端，话音终端将基带信号进行数/模转换后输出话音信号B；射频模块在话音终端输出的信道收发切换信号C的控制下，实现射频发射和射频接收的切换。

Claims (3)

1.一种基于赋能通信技术的VHF/UHF对空超视距通信装置，包括话音终端(1)、第一至第N射频单元(3-1至3-N)和第一至第N四单元对数周期拼阵天线(4-1至4-N)，其特征在于：还包括调制器(2)和解调器(5)；所述的话音终端(1)的输入端口1接收外部话音信号，将话音信号进行模/数转换形成数字话音信号后通过输出端口3送至调制器(2)的输入端口1；话音终端(1)产生用于控制第一至第N射频单元(3-1至3-N)进行收发切换的控制信号后由输出端口5一一对应输出至第一至第N射频单元(3-1至3-N)的输入端口4；调制器(2)将数字话音信号进行话音编码和调制处理形成N路发中频信号后由输出端口2至N+1一一对应输出至第一至第N射频单元(3-1至3-N)的输入端口1；第一至第N射频单元(3-1至3-N)将收到的发中频信号分别进行频谱搬移和功率放大后形成射频信号后经出入端口3一一对应输出至第一至第N四单元对数周期拼阵天线(4-1至4-N)的出入端口1；第一至第N四单元对数周期拼阵天线(4-1至4-N)的出入端口1接收射频信号后发送至对端；第一至第N四单元对数周期拼阵天线(4-1至4-N)接收机载站发来的通信信号经出入端口1一一对应输出至第一至第N射频单元(3-1至3-N)的出入端口3；第一至第N射频单元(3-1至3-N)将收到的通信信号分别进行频谱搬移和功率放大后形成收中频信号后经输出端口2一一对应输出至解调器(5)的输入端口2至N+1；解调器(5)将N路收中频信号进行相干检测和还原解码形成基带信号后由输出端口1输出至话音终端(1)的输入端口4；话音终端(1)的输入端口4接收基带信号，将基带信号进行数/模转换后通过输出端口2输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于赋能通信技术的VHF/UHF对空超视距通信装置，其特征在于：所述的调制器(2)包括话音编码器(6)、基带成形模块(7)、混频模块(8)、本振模块(9)、信号合并模块(10)、导频模块(11)和分路器模块(12)；话音编码器(6)的输入端口1接收数字话音信号，将数字话音信号进行话音编码后形成话音编码信号由输出端口2送至基带成形模块(7)的输入端口1；基带成形模块(7)将话音编码信号进行基带成形处理后通过输出端口2送至混频模块(8)的输入端口1；混频模块(8)通过输入端口2接收来自本振模块(9)输出端口1输出的本振信号，并对输入端口1接收的基带成形信号完成混频处理形成发中频信号后通过输出端口3输出至信号合并模块(10)的输入端口1；导频模块(11)产生导频信号后通过输出端口1送至信号合并模块(10)的输入端口2；信号合并模块(10)将发中频信号和导频信号合并形成合路信号后通过输出端口3输出至分路器模块(12)的输入端口1；分路器模块(12)将合路信号进行分路处理形成N路分路信号后由输出端口2至N+1一一对应输出至第一至第N射频单元(3-1至3-N)的输入端口1。
3.根据权利要求1所述的一种基于赋能通信技术的VHF/UHF对空超视距通信装置，其特征在于：所述的解调器(5)包括AGC模块(13)、下变频模块(14)、频偏检测模块(15)、相干检测模块(16)、可调本振模块(17)、分集合并模块(18)、积分判决模块(19)和话音解码器(20)；AGC模块(13)的输入端口1至N一一对应接收第一至第N射频单元(3-1至3-N)输出端口2输出的收中频信号，将收中频信号进行自适应增益控制处理后形成稳幅信号由输出端口N+1至2N一一对应输出至下变频模块(14)和频偏检测模块(15)的输入端口1至N；下变频模块(14)根据调整后的本振信号将稳幅信号进行下变频处理形成基带信号后由输出端口N+1至2N送至相干检测模块(16)的输入端口1至N；频偏检测模块(15)将稳幅信号进行频偏检测处理形成频偏检测信号后由输出端口N+1输出至可调本振模块(17)的输入端口1；可调本振模块(17)根据频偏检测信号对本地本振信号进行调整后输出端口2输出至下变频模块(14)的输入端口2N+1；相干检测模块(16)将收到的基带信号进行相干检测处理后由输出端口N+1至2N一一对应输出至分集合并模块(18)的输入端口1至N；分集合并模块(18)将接收到的N路检测后信号进行合并处理形成合并检测信号后通过输出端口N+1送至积分判决模块(19)的输入端口1；积分判决模块(19)将收到的合并检测信号进行积分判决处理后，得到判决后的基带信息，并通过输出端口2送至话音解码器(20)的输入端口1；话音解码器(20)对输入的基带信息进行话音解码处理，并将话音解码后的数字话音信号通过输出端口2送至话音终端(1)的输入端口4。
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