CN106027442B - 基于分散导频的调制解调器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于分散导频的调制解调器，它涉及通信领域中采用高阶调制的通信系统的调制解调技术。本发明在通信系统的基本结构上，改进了帧格式，通过添加分散导频，降低了载波恢复的复杂度，提高了解调器载波恢复的性能。它的实现过程简单有效，十分适合采用了高阶调制方式的通信系统。

Description

基于分散导频的调制解调器
技术领域
本发明涉及无线通信领域中的一种基于分散导频的调制解调器，特别适用于用作卫星通信系统中采用高阶调制的通信系统的调制解调器。
背景技术
由于覆盖面广、通信距离远、组网灵活、机动性能优越等特点，卫星通信的应用领域越来越广阔。卫星通信信号的调制方式灵活可变，常见的包括BPSK、QPSK、8PSK、16APSK等。其中16APSK等高阶调制方式拥有更高的频带利用率，因此在带宽受限的通信系统中拥有重要作用。但是随之而来的是解调过程的复杂化，尤其是载波恢复环节对解调器提出了更高的要求。
本发明主要应用于采用高阶调制的卫星通信系统，支持多种调制模式如16APSK，8PSK等。在发送的帧结构中采用256个数据比特与8个导频比特交替排列的方式，从而在接收环节利用固定位置的导频数据进行载波恢复。
传统的非数据辅助的方法难以实现对16APSK等高阶调制方式的载波恢复，并且恢复性能欠佳。本发明提出的基于分散导频的调制解调器，通过在信息序列中插入导频，降低了载波恢复的实现难度，同时提高了载波恢复性能。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种能够在高阶调制模式下正常工作的专用调制解调器，本发明还具有多模式、多速率、同步时间短、集成化程度高、性能稳定可靠、重量轻、功耗低、结构简单等特点。
本发明的目的是这样实现的：基于分散导频的调制解调器，包括监控单元1、按键盘2、液晶显示器3、电源4和中频单元6，其特征在于：还包括基带调制解调模块5，其中中频单元6入端1脚与外部L频段中频输入端口A连接，中频单元6通过端口A接收外部中频信号，中频单元6出端2脚与L频段中频输出端口B连接，通过端口B输出中频信号，中频单元6入端4脚通过数据线与监控单元1出端5脚相连，接收来自监控单元1的频点和电平等控制信息，中频单元6出入端3脚与基带调制解调模块5出入端2脚连接，中频单元6接收基带调制解调模块5送来的调制信息，并将中频解调后的信号输出给基带调制解调模块5，基带调制解调模块5入端3脚与外部数据源输入端口C连接，将外部数据信息接入到基带调制解调模块5进行调制，基带调制解调模块5出端4脚与外部数据源输出端口D连接，将解调后的信息输出到外部端口，基带调制解调模块5入端1脚通过数据线与监控单元1出端3脚相连，将监控送出的信息速率、调制方式和编码方式等控制信息给基带调制解调模块，监控单元1的液晶显示器出端4脚通过数据线与液晶显示器3的数据输入端口1脚连接，显示各单元工作状态，监控单元1的键盘数据入端2脚通过数据线与按键盘2的数据出端1脚连接，接收键盘控制信息，监控单元1的远控数据输入输出端口1脚通过数据线与外部RS-485接口E端口连接，电源4输出端口+V1、+V2、+V3、+V4电压端分别与监控单元、基带调制解调模块、中频单元的电源端连接。
本发明基带调制解调模块5由信道编码器7、成形滤波器8、D/A变换器9、低通滤波器10、A/D变换器11、数字下变频器12、匹配滤波器13、位定时恢复电路14、载波恢复电路15、信道译码器16组成；
其中信道编码器7入端1脚与外部数据源输入端口C连接，将外部数据进行信道编码，信道编码器7出端2脚与成形滤波器8入端1脚连接，将编码后的数据进行基带成形滤波，成形滤波器8出端2脚与D/A变换器9入端1脚连接，将成形后的数据送入D/A变换器9进行数模转换，D/A变换器9出端2脚与低通滤波器10入端1脚连接，将D/A变换器9输出的模拟信号进行低通滤波，低通滤波器10出端2脚与中频单元6入端3脚连接，完成中频调制，监控单元1的出端3脚与成形滤波器8的入端3脚连接，配置成形参数；A/D变换器11对中频单元6输入的基带信号进行进行模/数变换，将模/数变换后的数据输入数字下变频器12的入端1脚，数字下变频器12将信号进行数字变频后经出端2脚输出至匹配滤波器13的入端1脚，匹配滤波器13将输入的数字下变频信号进行波形匹配，将波形匹配后的信号经出端2脚输入至定时恢复模块14的输入端1脚，定时恢复模块14对输入的波形匹配后的信号进行数据处理提取定时误差信号，根据定时误差信号来进行环路的定时调整，恢复信号的最佳采样点，定时恢复模块14的出端2脚将定时调整后的数据输出至载波恢复电路15的入端1脚，利用分散导频提取出载波误差信息，载波恢复电路15出端2脚与数字下变频器12入端2脚连接，进行载波恢复，位定时恢复电路(14)将解调后的信号经出端3脚输出至信道译码模块16的入端1脚，信道译码模块16将译码后数据经出端2脚输出至外部数据源输出端口D，监控单元1将参数配置经出端3脚输出至定时恢复模块14的监控入端4脚。信道编码器7、成形滤波器8、D/A变换器9、低通滤波器10、A/D变换器11、数字下变频器12、匹配滤波器13、位定时恢复电路14、载波恢复电路15、信道译码器16各入端6脚与电源4出端+V1电源端连接、各入端7脚与地端连接。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1.本发明是一种基于分散导频的解调装置，对于高阶调制有良好的解调性能，同步时间短，通信效率高，具有数据速率和中频频率、调制方式可变等特点，同时具备完善的监控功能，因此在卫星通信系统中得到了广泛的应用。
2.本发明集成化程度高，功耗低，整机调试工作量小，性能稳定可靠，能够在较恶劣的环境(-10℃～55℃)条件下正常工作。
3.本发明采用标准外形结构，结构简单，内部紧凑，成本低，具有推广应用价值。
附图说明
图1是本发明的原理方框图。
图2是本发明基带调制解调模块的电原理图。
具体实施方式
参照图1至图2，本发明基于分散导频的调制解调器，包括监控单元1、按键盘2、液晶显示器3、电源4、中频单元6和基带调制解调模块5，图1是本发明的原理方框图，实施例按图1连接线路。其中监控单元1出入端1脚通过RS-485接口与外部监控系统入端口E连接，用于实施对本机的监测和控制，监控单元1入端2脚与按键盘2出端1脚连接，通过本机的按键操作修改或监测本机的状态，并通过与监控单元1出端4脚连接的液晶显示器3显示。监控单元1出端5脚与中频单元6入端4脚连接，用于控制中频收发本振源的频率变化和中频输出信号的功率电平，并检测它的工作状态。监控单元1出端3脚与基带调制解调模块5入端1脚连接，用于控制本机的信息速率和调制方式等工作参数，并检测它的信噪比等工作状态。监控单元1其作用就是通过这些控制和监测端口控制本机的正常工作，实施例采用市售专用CPU集成电路C8051F023、专用集成电路74LVC4245A、EPM 7064STI44-7、时钟电路DS12C887、485接口电路MAX489EPD制作。液晶显示器3实施例采用RICH24201-3英文显示液晶制作。按键盘2实施例采用Ro按键制作。
中频单元6出入端3脚与基带调制解调模块5出入端2脚连接，其作用是对基带调制解调模块5输出的基带信号进行中频调制，以及将接收到的中频信号中频解调后送给基带调制解调模块5，中频单元6出端2脚与L频段中频输出端口B连接，其作用是将中频调制后的中频信号输出。中频单元6入端1脚与外部L频段中频输入端口A连接，其作用是接收外部输入的中频信号，并对输入的中频信号进行正交解调。中频单元6其作用就是对基带调制解调模块5输出的基带信号进行中频调制，并把调制后的中频信号输出。实施例采用专用的有源调制芯片AD8345、有源解调芯片AD8348制作。
本发明基带调制解调模块5由信道编码器7、成形滤波器8、D/A变换器9、低通滤波器10、A/D变换器11、数字下变频器12、匹配滤波器13、位定时恢复电路14、载波恢复电路15、信道译码器16组成。实施例基带调制解调模块5的电原理连接线路如图2所示。其中信道编码器7其作用是完成数据的差分编码、卷积编码，成形滤波器8其作用是完成编码后数据的基带成形，D/A变换器9其作用是对成形后的信号进行D/A变换器，实施例采用两片D/A芯片AD9762制作。低通滤波器10，用于滤除数字处理过程中产生的信号频谱的谐波分量，实施例采用LC滤波器。A/D变换器11其作用是完成模数转换，数字下变频器12其作用是对接收信号进行正交数字下变频器，匹配滤波器13其作用是完成对接收信号的波形匹配，位定时恢复电路14其作用是通过位定时跟踪环路的调整，在接收端取得信号的最佳采样点，载波恢复电路15其作用是完成相干解调的载波恢复电路，信道译码器16其作用是对解调基带输出的数据进行纠错译码处理。实施例信道编码器7、成形滤波器8、数字下变频器12、匹配滤波器13、位定时恢复电路14、载波恢复电路15、信道译码器16各个功能模块采用单片FBGA芯片EP2C35F484I8制作。
本发明电源4其作用提供各级部件直流工作电压，实施例采用定制电源DLA50H，其输出+V1电压为+5伏、输出+V2电压为-5伏，+V3电压为+15伏、输出+V4电压为+8伏。
本发明简要工作原理如下：基于分散导频的解调装置在面对采用了高阶调制、分散导频的通信系统时，提取特定位置的导频信息进行载波恢复，再利用恢复出的载波信息对数据信息进行处理，正确解调出对方发射的信号，其内部主要由监控单元1、按键盘2、液晶显示器3、电源4、基带调制解调模块5、中频单元6组成。各部分均采用了模块化设计技术，构成具有独立功能的相应单元。
在基于分散导频的解调装置工作过程中，外部数据源输入信号首先进入解调装置的基带调制解调模块5，基带调制解调模块5对输入信号进行信道编码，数据成帧，并在成帧时加入分散导频。这之后进行基带成形，并将基带成形后的数据送中频单元6进行中频调制，中频单元6将调制后的中频信号输出。而接收时，中频单元6接收外部输入的中频信号，并对输入的中频信号进行正交解调，然后把解调后的零中频信号送基带调制解调模块5，基带调制解调模块5对输入的复基带信号进行解调，并把解调后的数据输出。通信过程中，监控单元1完成中频收发本振源的频率选择、中频输出信号的功率电平设置、调制解调参数的设置、本机工作信噪比的检测等功能。
本发明的安装结构如下：整机采用标准1U机箱，机箱内部采用模块化结构，每个模块都采用独立的电路来实现；整机外形尺寸为482.6毫米×44毫米×420毫米，在机箱两侧可以安装滑动导轨，机箱前部安装有液晶显示器3、按键盘2和指示灯，机箱后部安装有电源插座、中频输入端口A插座、中频输出端口B插座、外部数据源输入端口C插座、外部数据源输出端口D插座、以及标准RS－485远控接口E插座，组装成本发明。

Claims (1)

1.一种基于分散导频的调制解调器，包括监控单元(1)、按键盘(2)、液晶显示器(3)、电源(4)和中频单元(6)，其特征在于：还包括基带调制解调模块(5)，其中中频单元(6)入端1脚与外部L频段中频输入端口A连接，中频单元(6)通过端口A接收外部中频信号，中频单元(6)出端2脚与L频段中频输出端口B连接，通过端口B输出中频信号，中频单元(6)入端4脚通过数据线与监控单元(1)出端5脚相连，接收来自监控单元(1)的频点和电平控制信息，中频单元(6)出入端3脚与基带调制解调模块(5)出入端2脚连接，中频单元(6)接收基带调制解调模块(5)送来的调制信息，并将中频解调后的信号输出给基带调制解调模块(5)，基带调制解调模块(5)入端3脚与外部数据源输入端口C连接，将外部数据信息接入到基带调制解调模块(5)，基带调制解调模块(5)对外部数据信息进行信道编码，数据成帧，并在成帧时加入分散导频，之后进行基带成形，基带调制解调模块(5)出端4脚与外部数据源输出端口D连接，将解调后的信息输出到外部端口，基带调制解调模块(5)入端1脚通过数据线与监控单元(1)出端3脚相连，将监控送出的信息速率、调制方式和编码方式控制信息给基带调制解调模块，监控单元(1)的液晶显示器出端4脚通过数据线与液晶显示器(3)的数据输入端口1脚连接，显示各单元工作状态，监控单元(1)的键盘数据入端2脚通过数据线与按键盘(2)的数据出端1脚连接，接收键盘控制信息，监控单元(1)的远控数据输入输出端口1脚通过数据线与外部RS-485接口E端口连接，电源(4)输出端口+V1、+V2、+V3、+V4电压端分别与监控单元、基带调制解调模块、中频单元的电源端连接；
所述的基带调制解调模块(5)由信道编码器(7)、成形滤波器(8)、D/A变换器(9)、低通滤波器(10)、A/D变换器(11)、数字下变频器(12)、匹配滤波器(13)、位定时恢复电路(14)、载波恢复电路(15)、信道译码器(16)组成；
其中信道编码器(7)入端1脚与外部数据源输入端口C连接，将外部数据进行信道编码，信道编码器(7)出端2脚与成形滤波器(8)入端1脚连接，将编码后的数据进行基带成形滤波，成形滤波器(8)出端2脚与D/A变换器(9)入端1脚连接，将成形后的数据送入D/A变换器(9)进行数模转换，D/A变换器(9)出端2脚与低通滤波器(10)入端1脚连接，将D/A变换器(9)输出的模拟信号进行低通滤波，低通滤波器(10)出端2脚与中频单元(6)入端3脚连接，完成中频调制，监控单元(1)的出端3脚与成形滤波器(8)的入端3脚连接，配置成形参数；A/D变换器(11)对中频单元(6)输入的基带信号进行进行模/数变换，将模/数变换后的数据输入数字下变频器(12)的入端1脚，数字下变频器(12)将信号进行数字变频后经出端2脚输出至匹配滤波器(13)的入端1脚，匹配滤波器(13)将输入的数字下变频信号进行波形匹配，将波形匹配后的信号经出端2脚输入至定时恢复模块(14)的输入端1脚，定时恢复模块(14)对输入的波形匹配后的信号进行数据处理提取定时误差信号，根据定时误差信号来进行环路的定时调整，恢复信号的最佳采样点，定时恢复模块(14)的出端2脚将定时调整后的数据输出至载波恢复电路(15)的入端1脚，利用分散导频提取出载波误差信息，载波恢复电路(15)出端2脚与数字下变频器(12)入端2脚连接，提取特定位置的导频信息进行载波恢复，位定时恢复电路(14)将解调后的信号经出端3脚输出至信道译码模块(16)的入端1脚，信道译码模块(16)将译码后数据经出端2脚输出至外部数据源输出端口D，监控单元(1)将参数配置经出端3脚输出至定时恢复模块(14)的监控入端4脚；信道编码器(7)、成形滤波器(8)、D/A变换器(9)、低通滤波器(10)、数字下变频器(12)、匹配滤波器(13)、位定时恢复电路(14)、载波恢复电路(15)、信道译码器(16)各入端6脚与电源(4)出端+V1电源端连接、各入端7脚与地端连接。
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