CN110602018B - 一种兼容性的超低速散射通信系统的数字校频装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼容性的超低速散射通信系统的数字校频装置,适用于时钟精度较低的散射通信系统的数据通信传输设备等。该技术旨在改善低速率散射通信系统对高稳时钟依赖性大和不具备兼容性的现状。将接收信号的频偏信息不仅反馈到数字正交下变频模块，用于下一次的接收频率校正，而且用于发送端的频率补偿，实现收发设备的兼容性。

Description

一种兼容性的超低速散射通信系统的数字校频装置
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是公开了一种兼容性的超低速散射通信系统的高精度数字校频装置，适用于时钟精度较低的散射通信系统的数据通信传输设备等。
背景技术
对流层散射通信因其单跳跨距远、信息容量大、可用的无线频段宽、无需付费、抗干扰和抗截获能力强等优点广泛应用于军事和民用通信中。通常，将信息速率为2.4kb/s散射通信称为低速率散射通信。与一般的高速散射通信相比，低速率散射通信具有以下优点：在相同的发射功率下，通信距离更远；低速率散射通信通常采用线性调频实现扩频，使其抗截获和抗干扰能力更强。但是，低速率散射通信性能对频率的稳定度和准确度十分敏感，这就使得系统需要一个非常精准的时钟源。目前，铷钟的年稳定度普遍能够达到±2×10-10，但是铷钟模块成本较高、体积较大，且采购十分困难。因此，将数字校频技术应用于低速率散射通信系统中，用稳定度较低的晶振替代铷钟模块是十分必要的。
一般的校频技术适用设备范围单一，不具有兼容性，即采用较低稳定度时钟的散射通信设备无法与旧的使用铷钟的设备进行通信。鉴于此，兼容性的低速率散射通信系统的数字校频技术具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于改善技术背景中低速率散射通信系统对高稳时钟依赖性大和不具备兼容性的现状。将接收信号的频偏信息不仅反馈到数字正交下变频模块，用于下一次的接收频率校正，而且用于发送端的频率补偿，实现收发设备的兼容性。
本发明采用的技术方案为：
一种兼容性的超低速散射通信系统的数字校频装置，包括模数变换器1、数字正交下变频模块2、匹配滤波模块3、失真自适应解调模块4、最大比合并模块5、解调信息输出模块6、和数字校频反馈单元，还包括收发频率转换模块12、调制模块13、数模转换模块14和业务导入模块15；
接收数据时：模数变换器1用于对接收的模拟信号进行采样，将模拟信号转换为中频数字信号并输出至数字正交下变频模块2；数字正交下变频模块2用于通过反馈的频偏值抵消中频数字信号频率偏差，将中频数字信号转换为数字零频信号并输出至匹配滤波模块3；匹配滤波模块3用于将数字零频信号进行自相关运算，实现信号解扩，得到相关峰，并将相关峰信号一路输出至数字校频反馈单元，另一路输出至失真自适应解调模块4；数字校频反馈单元用于将相关峰信号中包含的调制信息抵消，得到只包含频偏项的信号，并进行积分和离散傅里叶变换，解析出频偏值，将频偏值一路反馈至数字正交下变频模块2，另一路输出至发频率转换模块12；失真自适应解调模块4用于将匹配滤波模块3送来的相关峰信号进行失真自适应解调，并将解调出的分集信号输出至最大比合并模块5；最大比合并模块5用于对接收到的分集信号进行最大比合并，并经解调输出模块6输出；
发送数据时：发频率转换模块12利用频偏与载频成比例的原理，通过已知的接收端频率、频偏值与发射端频率，计算发射端的频偏值，利用发射端的频偏值校正调制载波频率，将校正后的载波输出至调制模块13；调制模块13用于利用校正后的载波对业务导入模块15送来的数字信号进行调制，并将调制信号输出至数模转换模块14；数模转换模块14用于将调制信号进行数模转换后发送出去。
其中，数字校频反馈单元包括调制信息抵消模块7、累积模块8、频谱分析模块9、分集合并模块10和频率校正模块11；所述的调制信息抵消模块7用于将匹配滤波模块3送来的相关峰信号中包含的调制信息抵消，得到只包含频偏项的信号并输出至累计模块8；累计模块8用于对包含频偏项的信号进行积分，并输出至频谱分析模块9；频谱分析模块9用于对积分后的信号进行离散傅里叶变换，将频偏量解析出来并输出至分集合并模块10；分集合并模块10利用时间的不相关性构造多个时间分集支路信号，对多个分集支路信号的频偏量进行选择式合并，并将合并结果输出至频率校正模块11；频率校正模块11对频偏进行校正，将校正后的频偏值一路送入数字正交下变频模块2，另一路送入收发频率转换模块12。
本发明相比技术背景具有如下优点:
1.应用本发明可以用稳定度低的时钟源代替铷钟，大大降低了成本，提高了通信的可靠性。
2.本发明不仅将频偏用于接收信号的校正，也用于发送信号的补偿，实现了与旧设备的兼容。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明为一种兼容性的超低速散射通信系统的数字校频装置，它通过一个反馈环路将接收频偏进行校正，并将接收频偏补偿到发射端，本技术实现了收发频率的双向校正，即使对通信端没有校频装置也能实现互联互通。本技术装置包括模数变换器1，数字正交下变频模块2，匹配滤波模块3，失真自适应解调模块4，最大比合并模块5,解调信息输出模块6，调制信息抵消模块 7，累积模块8，频谱分析模块9，分集合并模块10，频率校正模块11,收发频率转换模块12，调制模块13,数模转换模块14，业务导入模块15。模数变换器1的作用是对接收到的模拟信号进行采样，将其转换为数字信号。数字正交下变频模块2的作用是将中频信号转换为零频信号。匹配滤波模块3的作用是将信号进行自相关运算，实现信号解扩，得到相关峰。调制信息抵消模块7 的作用是将信号的调制信息抵消，只留下频偏量。累计模块8的作用是对调制信息抵消模块7输出信号进行积分。频谱分析模块9的作用是对信号进行离散傅里叶变换，将频偏量解析出来。分集合并模块10的作用是将分集信号的频偏量通过选择式合并得到最终的频偏信息。频率校正模块11的作用是将频偏信息转换成收发端的频偏补偿量，此频偏补偿量一路输出给数字正交下变频模块2 校正接收频率，另一路输出给收发频率转换模块12校正发送频率。失真自适应解调模块4将解调信号送入最大比合并模块5，对分集信号进行最大比合并。合并的结果送入解调输出模块6作为最终的接收数据输出。
发送数据时，在发频率转换模块12中，用频差来修正发送频率并输出到调制模块13。调制模块13用频率修正后的载波对业务导入模块15送来的数字信号进行调制，并输出到数模转换模块14，完成数据发送。从数据发送过程可以看出，通信对端即使没有频率校正模块也能够正常通信，实现了设备的兼容性。
本发明简要工作原理如下：
本专利公开的低速散射通信系统的数字校频技术通过匹配滤波、调制信息抵消、频谱分析和频率校正得到收发端的频差，将此频差一方面反馈到接收端进行接收信号的频率校正，另一方面用于发送端补偿发送频率。
本发明安装结构如下：
将各模块按照图1进行连接，通过一块美国Altera公司生产的Cyclone系列FPGA芯片实现，安装在一块长、宽分别为160×100mm的印制板上，印制板上安装中频信号输入插座和电源插座，组装成本发明。

Claims (1)

1.一种兼容性的超低速散射通信系统的数字校频装置，包括模数变换器(1)、数字正交下变频模块(2)、匹配滤波模块(3)、失真自适应解调模块(4)、最大比合并模块(5)、解调信息输出模块(6)、和数字校频反馈单元；其特征在于：还包括收发频率转换模块(12)、调制模块(13)、数模转换模块(14)和业务导入模块(15)；
接收数据时：模数变换器(1)用于对接收的模拟信号进行采样，将模拟信号转换为中频数字信号并输出至数字正交下变频模块(2)；数字正交下变频模块(2)用于通过反馈的频偏值抵消中频数字信号频率偏差，将中频数字信号转换为数字零频信号并输出至匹配滤波模块(3)；匹配滤波模块(3)用于将数字零频信号进行自相关运算，实现信号解扩，得到相关峰，并将相关峰信号一路输出至数字校频反馈单元，另一路输出至失真自适应解调模块(4)；数字校频反馈单元用于将相关峰信号中包含的调制信息抵消，得到只包含频偏项的信号，并进行积分和离散傅里叶变换，解析出频偏值，将频偏值一路反馈至数字正交下变频模块(2)，另一路输出至发频率转换模块(12)；失真自适应解调模块(4)用于将匹配滤波模块(3)送来的相关峰信号进行失真自适应解调，并将解调出的分集信号输出至最大比合并模块(5)；最大比合并模块(5)用于对接收到的分集信号进行最大比合并，并经解调输出模块(6)输出；
发送数据时：发频率转换模块(12)利用频偏与载频成比例的原理，通过已知的接收端频率、频偏值与发射端频率，计算发射端的频偏值，利用发射端的频偏值校正调制载波频率，将校正后的载波输出至调制模块(13)；调制模块(13)用于利用校正后的载波对业务导入模块(15)送来的数字信号进行调制，并将调制信号输出至数模转换模块(14)；数模转换模块(14)用于将调制信号进行数模转换后发送出去；
其中，数字校频反馈单元包括调制信息抵消模块(7)、累积模块(8)、频谱分析模块(9)、分集合并模块(10)和频率校正模块(11)；所述的调制信息抵消模块(7)用于将匹配滤波模块(3)送来的相关峰信号中包含的调制信息抵消，得到只包含频偏项的信号并输出至累计模块(8)；累计模块(8)用于对包含频偏项的信号进行积分，并输出至频谱分析模块(9)；频谱分析模块(9)用于对积分后的信号进行离散傅里叶变换，将频偏量解析出来并输出至分集合并模块(10)；分集合并模块(10)利用时间的不相关性构造多个时间分集支路信号，对多个分集支路信号的频偏量进行选择式合并，并将合并结果输出至频率校正模块(11)；频率校正模块(11)对频偏进行校正，将校正后的频偏值一路送入数字正交下变频模块(2)，另一路送入收发频率转换模块(12)。
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