CN201674497U - 基于空时分组编码的散射通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于空时分组编码的散射通信装置，它涉及通信领域中抗快衰落、多收发信机、两发两收MIMO空时分组编码结构的散射通信装置。它由调制器、解调器、空时分组编码器、空时分组解码器、中频放大器、辅助复接器、辅助分接器、上变频器、功放单元、双工器、低噪放、下变频器、天线等部件组成。它采用空时分组编码，利用两发射天线上码元的正交性，在接收端通过线性处理就能实现最大似然译码，具有很强的抗信道快衰落性能。本实用新型具有实现简单、性能优良、无频谱扩展等优点，特别适用于频谱资源受限的中大容量散射通信装置。

Description

基于空时分组编码的散射通信装置

技术领域

本实用新型涉及通信领域中的一种基于空时分组编码的散射通信装置，特别适用作要求通信质量较高的中大容量散射通信链路装置。

背景技术

传统的散射通信设备均是采用分集接收技术来克服信道的快衰落影响的。理论和实践都已证明，采用分集发射/接收、最大比值合并技术是克服快衰落和提高信噪比的最有效措施。但是，随着通信容量要求的不断增大，频谱资源的利用率就显得十分重要，现有散射通信系统的空间/频率分集技术都会带来频谱扩展。

实用新型内容

本实用新型目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种基于空时分组编码的散射通信装置。本实用新型利用现有系统的2发2收的天线结构，采用2发2收的空时分组编码技术，可以获得最大比值合并的4重分集增益，并且不带来频谱扩展，其接收机结构简单，易于实现，可以取代原散射通信装置的空间/频率分集措施，还消除了传统分集技术所带来的频谱扩展问题，具有很强的抗信道衰落能力，使传统散射通信装置的频谱利用率得以提高。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种基于空时分组编码的散射通信装置，它包括调制器、解调器、辅助复接器、辅助分接器、中频放大器、第一上变频器和第二上变频器、第一功放单元和第二功放单元、第一双工器和第二双工器、第一天线和第二天线、第一低噪放和第二低噪放、第一下变频器和第二下 变频器、监控单元、电源，还包括空时分组编码器、空时分组解码器，所述的辅助复接器的输入端口5、6分别通过信号线与输入的符号时钟B端口、信息码流A端口相连，其输入端口3、4与解调器的输出端口2、3相连接，其输出端口1、2分别与调制器3的输入端口1、2相连接；调制器输入端口3、4、5分别与辅助分接器的输出端口5、6、7相连接，输出端口6与空时分组编码器输入端口1相连；空时分组编码器的输出端口2、3分别与第一上变频器和第二上变频器的输入端口1相连；第一上变频器和第二上变频器输出端口2分别与第一功放单元和第二功放单元的输入端口1相连；第一功放单元和第二功放单元的输出端口2分别与第一双工器和第二双工器的输入端口1相连接；第一双工器和第二双工器输出端口2、输入端口3分别与第一天线和第二天线的输入端口1、输出端口2连接，它们的输出端口4分别与第一低噪放和第二低噪放的输入端口1相连接；第一天线和第二天线分别外接发信机出入端口E和收信机出入端口F；第一低噪放和第二低噪放的输出端口2分别与第一下变频器和第二下变频器的输入端口1相连接；第一下变频器和第二下变频器的输出端口2通过中频线缆分别与中频放大器的输入端口1、2相连；中频放大器的输出端口4、5分别与空时分组解码器的输入端口1、2相连，其输入端口3与解调器输出端口6相连接；空时分组解码器的输出端口3与解调器的输入端口1相连接；解调器输出端口4、5分别与辅助分接器的输入端口1、2相连接；辅助分接器输出端口3、4分别与输出的符号时钟D端口、信息码流C端口连接；监控单元以IIC总线方式通过端口DATA连接到各模块相应的监控端口。

所述的空时分组编码器包括第一控制单元、共轭模块A、共轭模块B、取负模块和选择器A、选择器B；第一控制单元的输入端口1与调制器的输出端口6相连，其输出端口2分别与共轭模块A的输 入端口1和选择器A的输入端口3相连，其输出端口3分别与共轭模块B的输入端口1和选择器B的输入端口3相连；共轭模块A的输出端口2与取负模块的输入端口1相连；取负模块的输出端口2与选择器A的输入端口1相连；选择器A的输出端口2与上变频器的输入端口1相连；共轭模块B的输出端口2与选择器B的输入端口1相连；选择器B的输出端口2与上变频器的输入端口1相连。

所述的空时分组解码器包括第二控制单元、第一乘法器模块、第二乘法器模块、第三乘法器模块和第四乘法器模块、第一加/减法器模块、第二加/减法器模块、第三加/减法器模块和第四加/减法器模块、第一寄存器模块、第二寄存器模块、第三寄存器模块和第四寄存器模块、并/串转换模块；第二控制单元的输入端口1、2分别与中频放大器的输出端口4、5相连，其输出端口3分别与第一乘法器模块和第二乘法器模块的输入端口1相连，其输出端口4分别与第一乘法器模块的输入端口2、第三乘法器模块的输入端口2、第四乘法器模块的输入端口1相连，其输出端口5与第二乘法器模块的输入端口2相连，其输出端口6分别与第三乘法器模块的输入端口1、第四乘法器模块的输入端口2相连；第一乘法器模块、第二乘法器模块、第三乘法器模块和第四乘法器模块的输出端口分别与第一加/减法器模块、第二加/减法器模块、第三加/减法器模块和第四加/减法器模块的输入端口2相连；第一寄存器模块、第二寄存器模块、第三寄存器模块和第四寄存器模块的输入端口1分别与第一加/减法器模块、第二加/减法器模块、第三加/减法器模块和第四加/减法器模块的输出端口1和3相连，其输出端口2分别与并/串转换模块的输入端口1、2、3、4相连；并/串转换模块的输出端口5与解调器的输入端口1相连。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

1.本实用新型采用的空时分组编码器1，将调制信号进行正交的空时分组编码，通过同一频率在2副天线上同时发射，与传统的分集接收技术相比，不会带来频谱扩展，具有提高散射通信系统频谱利用率的优点。

2.本实用新型采用的空时分组解码器2，利用发射信号的正交性，在接收端经过线性处理就能实现对接收信号的最大似然解码，实现简单，且能达到4重分集的良好性能，与传统2发2收散射通信装置采用空间分集的性能相当。

3.本实用新型电路部件采用大规模现场可编程器件制作，因此可通过配置不同的程序灵活地实现对工作参数的修改，使设备的结构大大简化，成本显著降低。

4.本实用新型利用现有散射通信装置的2发2收天线结构和响应的基带系统，经过一定的技术改造就能实现本实用新型，简单实用。

附图说明

图1是本实用新型的电原理方框图；

图2是本实用空时分组编码器1实施例的电原理方框图；

图3是本实用空时分组解码器2实施例的电原理方框图。

具体实施方式

参照说明书附图1、2和3，本实用新型空时分组编码器1、空时分组解码器2、调制器3、解调器4、辅助复接器5、辅助分接器6、中频放大器7、第一上变频器8和第二上变频器9、第一功放单元10和第二功放单元11、第一双工器12和第二双工器13、第一天线14和第二天线15、第一低噪放16和第二低噪放17、第一下变频器18和第二下变频器19、监控单元20、电源组成。图1是本实用新型的电原理方框图，实施例按图1连接线路。其中辅助复接器5的作用是对通过输入端口A输入的外部信息码流、解调器4送入的当前信道的最佳传输频率信息进行复接处理，并将处理后的信息码流与符号时钟 送给调制器3；辅助分接器6接收解调器4解调出的复合码流以及符号时钟，分离出业务信息并输出给外部信码端口C，输出符号时钟至外部符号时钟端口D，同时将分离出的频率指示信息送至调制器3，调制器3根据频率指示信息确定发射频率，将调制后得信号送至第一上变频器8和第二上变频器9，第一上变频器8和第二上变频器9将信号频率搬移至射频频段，第一功放单元10和第二功放单元11将输入的信号进行放大后送入第一双工器12和第二双工器13，第一双工器12和第二双工器13将信号送至第一天线14和第二天线15，第一天线14和第二天线15将信号发射出去；第一天线14和第二天线15同时接收对端发射的信号，将其接收信号通过第一双工器12和第二双工器13送入第一低噪放16和第二低噪放17，第一低噪放16和第二低噪放17对其进行放大后送入第一下变频器18和第二下变频器19，第一下变频器18和第二下变频器19将信号的中心频率变为70MHz，中频放大器7将输入的中频信号进行放大，放大后的信号再与本振信号混频，混频后的信号输出至空时分组解码器2进行空时分组解码，解码后的信号送入解调器4，中频放大器的AGC控制电压由解调器4提供，解调器4对信号进行相干解调，并将解调出的钟码送至辅助分接器6，解调器4将检测出的当前信道最佳工作频率信息送给辅助复接器5，监控单元20对整个通讯装置的工作状态进行监控。实施例辅助复接器5、辅助分接器6、监控单元20均采用美国Altera公司生产Stratix系列FPGA芯片制作。中频放大器7采用XN402型集成放大器制作。第一上变频器8和第二上变频器9、第一下变频器18和第二下变频器19采用成都亚光公司生产的HSB-3混频器制作。第一功放单元10和第二功放单元11，第一双工器12和第二双工器13，第一天线14和第二天线15，第一低噪放16和第二低噪放17模块均采用自制电路制作。

本实用新型空时分组编码器1包括控制单元22、共轭模块A23、共轭模块B24、取负模块25和选择器A26、选择器B27，实施例按图2连接线路；空时分组编码器1包含时序逻辑，因此需要一些控制逻辑和一个时钟信号，空时分组编码器有4个8位输入端，分别代表将要被编码的2个符号的实部和虚部，在编码过程(即2个时钟周期)中输入保持恒定。输出端也有4个8位输出信号，分别代表已编码符号的实部和虚部。由于空时分组编码器用2个时钟周期编码2个符号，所以编码器必须提供一个状态来表明现在输出的是第一个或者第二个周期，这个状态通过一个比特的状态信号在每个时钟周期触发来实现。按照空时分组编码的规则，第一个时钟周期的两路输出符号与输入符号相同，第二个时钟周期的第一路输出符号为第二个输入符号的共轭的负数，第二个时钟周期的第二路输出符号为第一个输入符号的共轭。其完成的功能是将输入的两个符号进行两路正交性设计，然后通过两路发送出去。

本实用新型空时分组解码器2包括控制单元28、4个乘法器模块、4个加/减法器模块和、4个寄存器模块、并/串转换模块41，实施例按图3连接线路；乘法器模块、加法器模块连同寄存器模块完成计算和累加，控制单元采用状态机实现，用来实现多路输入进入不同的功能模块，同时控制加/减法器是进行加法还是减法操作。A、B、C、D代表的是输入信号之间的关系和操作。空时分组解码器2完成的功能是对接收到的信号进行最大比值合并，接收端对信道进行实时监测。本实用新型的空时分组编码器1和空时分组解码器2均在FPGA上实现，采用美国Altera公司生产Stratix系列FPGA芯片制作。

本实用新型电源提供调制器3、解调器4、中频放大器7、辅助复接器5、辅助分接器6的直流工作电压，实施例采用市售通用集成稳压直流电源块制作，其输出+V电压为3.3V。

本实用新型简要工作原理如下：

发送信息时，辅助复接器5将外部业务信息端A输入的连续信码及从解调器4检测出的最佳发射频率信息进行复接处理，复接后的钟码送入调制器3，来自辅助复接器5的信号在调制器3内进行差分编码、基带成型，送至空时分组编码器1进行空时编码分两路发送出去，经放大的信号进入第一上变频器8和第二上变频器9，经过第一上变频器8和第二上变频器9变频后进入第一功放单元10和第二功放单元11，信号经第一功放单元10和第二功放单元11放大后进入第一双工器12和第二双工器13，第一双工器12和第二双工器13将信号送至第一天线14和第二天线15，第一天线14和第二天线15将信号发射出去。

接收信息时，第一天线14和第二天线15将对端发射信号接收到后送入第一双工器12和第二双工器13，第一双工器12和第二双工器13将接收到的信号送入第一低噪放16和第二低噪放17，第一低噪放16和第二低噪放17将信号放大后送至第一下变频器18和第二下变频器19，经过下变频的信号送入中频放大器7，中频放大器7控制电压由解调器4提供，经过放大的中频信号送入空时分组解码器2，空时分组解码后的信号送入解调器4，解调器4先将信号进行D/A变换，变换后的数字信号一路进行数字下变频、分集合并后进行失真自适应相干解调，解调后的信号经差分译码后送入辅助分接器6，辅助分接器6分接出业务信息送至输出端口C、D。另一路信号将探测信号进行数字下变频处理，然后进行FFT分析处理，将经过FFT处理的信号送入比较器以确定何种速率为最佳速率，将当前信道最佳工作频率信息送至辅助复接器5。

本实用新型安装结构如下：

把调制器3、解调器4、中频放大器7、辅助复接器5、辅助分接 器6、监控单元20安装在相应印制板上，各印制板安装在一个长、宽、高为420×420×90mm的机箱内，机箱的后面板上安装信码入端口A、符号时钟入端口B、信码出端口C、符号时钟出端口D的电缆插座，在后面板上安装上发信机出入端口E、收信机出入端口F的电缆插座和电源输入端插座，组装成本装置的低频单元；第一上变频器8和第二上变频器9、第一功放单元10和第二功放单元11、第一双工器12和第二双工器13、第一低噪放16和第二低噪放17、第一下变频器18和第二下变频器19安装在相应印制板上，各印制板分别安装在两个长、宽、高为600×420×260mm的机箱内，机箱后面板安装各个中频输入、中频输出、射频输入/输出端口、电源输入端口等各端口，组成本实用新型的射频单元。低频和射频单元安装在一辆越野车内，第一天线14和第二天线15为两副1.5m天线，对称安装在车顶部。

Claims (3)

1.一种基于空时分组编码的散射通信装置，它包括调制器(3)、解调器(4)、辅助复接器(5)、辅助分接器(6)、中频放大器(7)、第一上变频器(8)和第二上变频器(9)、第一功放单元(10)和第二功放单元(11)、第一双工器(12)和第二双工器(13)、第一天线(14)和第二天线(15)、第一低噪放(16)和第二低噪放(17)、第一下变频器(18)和第二下变频器(19)、监控单元(20)、电源，其特征在于：还包括空时分组编码器(1)、空时分组解码器(2)，所述的辅助复接器(5)的输入端口5、6分别通过信号线与输入的符号时钟B端口、信息码流A端口相连，其输入端口3、4与解调器(4)的输出端口2、3相连接，其输出端口1、2分别与调制器(3)的输入端口1、2相连接；调制器(3)输入端口3、4、5分别与辅助分接器(6)的输出端口5、6、7相连接，输出端口6与空时分组编码器(1)输入端口1相连；空时分组编码器(1)的输出端口2、3分别与第一上变频器(8)和第二上变频器(9)的输入端口1相连；第一上变频器(8)和第二上变频器(9)的输出端口2分别与第一功放单元(10)和第二功放单元(11)的输入端口1相连；第一功放单元(10)和第二功放单元(11)的输出端口2分别与第一双工器(12)和第二双工器(13)的输入端口1相连接；第一双工器(12)和第二双工器(13)的输出端口2、输入端口3分别与第一天线(14)和第二天线(15)的输入端口1、输出端口2连接，它们的输出端口4分别与第一低噪放(16)和第二低噪放(17)的输入端口1相连接；第一天线(14)和第二天线(15)分别外接发信机出入端口E和收信机出入端口F；第一低噪放(16)和第二低噪放(17)的输出端口2分别与第一下变频器(18)和第二下变频器(19)的输入端口1相连接；第一下变频器(18)和第二下变频器(19)的输出端口2通过中频线缆分 别与中频放大器(7)的输入端口1、2相连；中频放大器(7)的输出端口4、5分别与空时分组解码器(2)的输入端口1、2相连，其输入端口3与解调器(4)输出端口6相连接；空时分组解码器(2)的输出端口3与解调器(4)的输入端口1相连接；解调器(4)输出端口4、5分别与辅助分接器(6)的输入端口1、2相连接；辅助分接器(6)输入端口3、4分别与输出的符号时钟D端口、信息码流C端口连接；监控单元(20)以IIC总线方式通过端口DATA连接到各模块相应的监控端口。

2.根据权利要求1所述的一种基于空时分组编码的散射通信装置，其特征在于：空时分组编码器(1)包括第一控制单元(22)、共轭模块A(23)、共轭模块B(24)、取负模块(25)和选择器A(26)、选择器B(27)；第一控制单元(22)的输入端口1与调制器(3)的输出端口6相连，其输出端口2分别与共轭模块A(23)的输入端口1和选择器A(26)的输入端口3相连，其输出端口3分别与共轭模块B(24)的输入端口1和选择器B(27)的输入端口3相连；共轭模块A(23)的输出端口2与取负模块(25)的输入端口1相连；取负模块(25)的输出端口2与选择器A(26)的输入端口1相连；选择器A(26)的输出端口2与上变频器(8)的输入端口1相连；共轭模块B(24)的输出端口2与选择器B(27)的输入端口1相连；选择器B(27)的输出端口2与上变频器(9)的输入端口1相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于空时分组编码的散射通信装置，其特征在于：空时分组解码器(2)包括第二控制单元(28)、第一乘法器模块(29)、第二乘法器模块(30)、第三乘法器模块(31)和第四乘法器模块(32)、第一加/减法器模块(33)、第二加/减法器模块(34)、第三加/减法器模块(35)和第四加/减法器模块(36)、 第一寄存器模块(37)、第二寄存器模块(38)、第三寄存器模块(39)和第四寄存器模块(40)、并/串转换模块(41)；第二控制单元(28)的输入端口1、2分别与中频放大器(7)的输出端口4、5相连，其输出端口3分别与第一乘法器模块(29)和第二乘法器模块(30)的输入端口1相连，其输出端口4分别与第一乘法器模块(29)的输入端口2、第三乘法器模块(31)的输入端口2、第四乘法器模块(32)的输入端口1相连，其输出端口5与第二乘法器模块(30)的输入端口2相连，其输出端口6分别与第三乘法器模块(31)的输入端口1、第四乘法器模块(32)的输入端口2相连；第一乘法器模块(29)、第二乘法器模块(30)、第三乘法器模块(31)和第四乘法器模块(32)的输出端口分别与第一加/减法器模块(33)、第二加/减法器模块(34)、第三加/减法器模块(35)和第四加/减法器模块(36)的输入端口2相连；第一寄存器模块(37)、第二寄存器模块(38)、第三寄存器模块(39)和第四寄存器模块(40)的输入端口1分别与第一加/减法器模块(33)、第二加/减法器模块(34)、第三加/减法器模块(35)和第四加/减法器模块(36)的输出端口1和3相连，其输出端口2分别与并/串转换模块(41)的输入端口1、2、3、4相连；并/串转换模块(41)的输出端口5与解调器(4)的输入端口1相连。 

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