CN202424703U - 一种地波绕射自组织网络通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地波绕射自组织网络通信装置，由网络控制器(1)、调制器(2)、解调器(6)、收信机(6)、发信机(3)、功率放大器(4)和天线(5)组成。本实用新型利用地波绕射和对流层散射进行通信，可提供信噪比估计信息，采用高效率频谱利用率的信号形式发送信号，在解调端全时段侦听信号，并且根据帧结构信息对不同速率和信号形式信息进行解调，输出所传送的信息，可完成100km范围内8节点的无中心组网通信。本实用新型模块化程度高，载波频段可调可控，天线可选装和更换，接口简单易用，可选配计算机软件和话音终端，支持数据和语音通信。

Description

一种地波绕射自组织网络通信装置

技术领域

本实用新型公开了一种地波绕射自组织网络通信装置。它涉及无线通信领域中地波绕射通信、对流层散射通信、网络组织、调制解调方式及协议。特别适用于地波绕射通信信道兼容对流层散射通信的以快衰落为特点的信息和话音传输。

背景技术

当前通信距离在100公里以内的超视距数据及话音通信，通常采用对流层散射通信方式，信号频率在几GHz，信号空间衰减量大，方向性强，使用时需天线精确对准，不适宜快速假设，其点对点的通信方式宜构成干线链路，但是当需进行组网通信应用时，随着网络节点数量的增加，所需设备量将大幅度增加，不适宜多节点组网通信。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述背景技术中的矛盾和问题，以当今通信领域内各种先进的技术为手段，寻求信道对通信系统的各种要求和条件的最佳契合点，实现一种充分利用地波绕射传输机理的低频段超视距通信。它能利用地波绕射和对流层散射信号传输的特点，支持超视距的信息传输，才用自适应变速率通信设计，可根据信道情况自动选择适合的传输速率，可配备全向天线和大波束角的定向天线，适宜进行组网应用，设计了高效的组网通信协议，支持最多达8个节点的无中心自组织网络应用。

本实用新型的目的是这样实现的：一种地波绕射自组织网络通信装置，其特征在于：由网络控制器1、调制器2、解调器7、收信机6、发信机3、功率放大器4和天线5组成；其中网络控制器1的输入端口1外接基带信息A，其输出端口3接调制器2的输入端口1；调制器2的输出端口2接发信机3的输入端口1；发信机3的输出端口2接功率放大器4的输入端口1；功率放大器4的输出端口2接天线的输入端口1；天线5的输出端口3输出射频发射信号B，天线5的输入端口4为接收射频信号C，天线输出端口2接收信机6输入端口2；收信机6输出端口1接解调器7输入端口2，其输出端口3接网络控制器1输入端口5；解调器7输出端口1接网络控制器1输入端口4，网络控制器1输出端口2输出接收基带信号D。

其中，所述的网络控制器1由传输协议控制模块8、话音编码模块9、话音解码模块10、数据成帧模块11、数据解帧模块12组成；其中话音编码模块9输入端1脚接基带信息A，其输入端3脚接传输协议控制模块8输出端2脚，其输出端2脚接数据成帧模块11输入端1脚；数据成帧模块11输入端3脚接传输协议控制模块8输出端5脚，其输出端2脚接调制器2输入端1脚，其输出端4脚接传输协议控制模块8输入端6脚；数据解帧模块12输入端2脚接解调器7输出端1脚，其输入端3脚接传输协议控制模块8输出端3脚，其输出端1脚接话音解码模块10输入端2脚，其输出端4脚接传输协议控制模块8输入端4脚；话音解码模块10输出端1脚输出为接收基带信息D，其输入端3脚接传输协议控制模块8输出端1脚。

其中，调制器2由使能产生模块13、差分编码模块14、码元成型模块15、数控振荡器16和相位调制模块17组成；其中使能产生模块13的输出端1脚接差分编码模块14的输入端3脚，使能产生模块13的输出端2脚接码元成型模块15输入端3脚；差分编码模块14输入端1脚接网络控制器1输出端2脚，其输出端2脚接码元成型模块15的输入端1脚；码元成型模块15的输出端2脚接相位调制模块17的输入端1脚；数控振荡器16的输出端1脚接相位调制模块17的输入端3脚；相位调制模块17的输出端2脚接发信机3输入端1脚。

其中，发信机3由第一至第二混频器18至19、第一至第二带通滤波器20至21、放大器22和第一至第二频率综合器23至24组成；其中第一频率综合器23的输出端1脚接第一混频器18的输入端3脚；第二频率综合器24的输出端1脚接第一混频器19的输入端3脚；第一混频器18的输入端1脚接调制器2的输出端2脚，其输出端2脚接第一带通滤波器20的输入端1脚；带通滤波器20的输出端2脚接放大器22的输入端1脚；放大器22的输出端2脚接第二混频器19输入端1脚；第二混频器19的输出端2脚接第二带通滤波器21的输入端1脚，带通滤波器21的输出端2脚接功率放大器4的输入端1脚。

其中，收信机6由第三至第四混频器25至26，低噪声放大器27，第三至第四带通滤波器28至29)、检波器30、第三至第四频率综合器31至32和自动增益控制器33组成；其中低噪声放大器27的输入端1脚接天线5的输出端2脚，其输出端2脚接第三混频器25的输入端1脚，其输出端3脚接检波器3的输入端1脚；检波器3的输出端2脚接网络控制器1的输入端5脚；第三频率综合器31的输出端1脚接第三混频器25的输入端3脚；第四频率综合器32的输出端1脚接第四混频器26的输入端3脚；第三混频器25的输出端2脚接第三带通滤波器28的输入端1脚；第三带通滤波器28的输出端2脚接自动增益控制器33的输入端1脚；自动增益控制器(33)的输出端2脚接接第四混频器输(26)的入端1脚；第四混频器(26)的输出端2脚接第四带通滤波器(29)的输入端1脚；第四带通滤波器(29)的输出端2脚接解调器7输入端2脚。

其中，解调器7由使能产生模块(34)、差分译码模块35、低通滤波器36、数控振荡器37、下变频器38、定时提取模块39和相干解调器40组成；其中数控振荡器37的输出端1脚接下变频器38的输入端3脚；下变频器38的输入端1脚接收信机6输出端1脚，其输出端2脚接低通滤波器36输入端1脚；低通滤波器36的输出端2脚接相干解调器40输入端1脚，其输出端3脚接定时提取模块39的输入端1脚；定时提取模块39的输出端2脚接相干解调器40的输入端3脚；相干解调器40的输出端2脚接差分译码器35的输入端1脚；使能产生模块34的输出端1脚接差分译码器35的输入端3脚；差分译码器35的输出端2脚接网络控制器1的输入端4脚。

本实用新型相比背景技术有如下优点：

1.本实用新型由于采用了实时信噪比估计技术，能实时估计信道的状态，从而决定发送信息的编码形式和调制方式以及传输信息速率，在保证信息传输可靠正确的基础上，使得信道利用效率更为充分。

2.本实用新型采用全向天线和高增益宽波束定向天线设计，特别适合与作为区域内网络通信节点使用。

3.本实用新型射频发射频率可调可控，可以有效避开地波绕射通信频段内的窄带干扰。

4.本实用新型采用高效网络通信协议，可实现多达8个节点的无线无中心自组织网络数据及话音通信。

5.本实用新型各部件采用大规模可编程集成电路制作，具有线路简单、体积小、成本低廉、性能稳定可靠等优点，在工程中实用性强。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电原理分框图。

图2是本实用新型网络控制器1实施例的电原理图。

图3是本实用新型调制器2实施例的电原理图。

图4是本实用新型发信机3实施例的电原理图。

图5是本实用新型收信机6实施例的电原理图。

图6是本实用新型解调器7实施例的电原理图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型由网络控制器1、调制器2、解调器7、收信机6、发信机3和功率放大器4和天线5组成；其中网络控制器1的输入端口1外接模拟话音输入A，将模拟话音A进行编码组帧；组帧后的数据帧交由调制器2进行调制；调制信号经由发信机3上变频、滤波后输出到功率放大器4；功率放大器4将信号功率放大后输送至天线5；天线5将射频信号辐射至空间，天线5从空间接收的信号输送至收信机6；收信机6将接收信号放大、滤波、下变频为低中频信号输送至解调器7；解调器7对基带信号进行解调；接解调后的数据帧经网络控制器解帧和话音解码后变为模拟话音输出D。

参照图2，本实用新型的网络控制器1的作用是：传输协议控制模块8负责调配网络控制器中所有模块的协调工作，话音编码模块9输入端1脚接模拟话音输入A，将接入的模拟话音信号进行话音编码，话音编码后的数字话音信号输送至数据成帧模块11，数据成帧模块11将数字话音信号组合成适合网络上传播的帧格式并将数据帧传送至调制器进行调制；数据解帧模块12将解调器7输出的基带数据帧还原成数字话音信号，话音解码模块10将数字话音恢复成模拟话音信号D。实施例中网络控制器及数据成解帧模块采用cycloneEP1C20F400I7集成芯片实现，话音编解码模块采用AMBE2000集成芯片。

参照图3，本实用新型的调制器2的作用是：使能产生模块13产生调制运算所需的各种使能信号，为差分编码模块14和码元成型模块15提供使能参考信号，差分编码模块14输入端将网络控制器输出的数字信号进行差分编码，码元成型模块15将编码后的数字信号码元进行成型，成型后的码元可保证调制信号高频谱效率和准恒包络，数控振荡器16输出低中频载波接相位调制模块17，相位调制模块17对输入信号进行调制将已调信号送至发信机。实施例中调制器2在集成电路cyclone EP2C70F600I8芯片中实现。

参照图4，本实用新型的发信机3的作用是：第一频率综合器23输出中频本振频率供第一混频器18使用，第一混频器18将已调信号混频为中频信号，经过第一带通滤波器20，滤除杂波和镜像频率，放大器22对信号进行放大，第二频率综合器24输出高频本振频率供第二混频器19使用，第二混频器19对信号再次混频至发射频率，第二带通滤波器21滤除杂波和镜像频率，输出小功率射频信号至功率放大器4。实施例中频率综合器采用Si4113集成芯片，放大器采用MAR-3，滤波器采用专用LC带通滤波器。

参照图5，本实用新型的收信机6的作用是：低噪声放大器27接收射频输入信号，将输入的接收信号放大，检波器30检测接受信号电平大小，输出至网络控制器1以供参考，第三频率综合器31输出高频本振频率供第三混频器25使用，第三混频器25将放大后的信号下混频为中频信号，第三带通滤波器28滤除中频信号中的杂波和带外干扰，输至自动增益控制器33，自动增益控制器33将滤波后的中频信号放大至适宜解调的大小，第四频率综合器32输出高频本振频率供第四混频器26使用，第四混频器26将经过增益控制的中频信号下变频为低中频信号，第四带通滤波器29滤除低中频信号中的杂波和带外干扰，输出至解调器7。实施例中低噪声放大器27采用JDLNA40-15A，，频率综合器3132采用Si4133，自动增益控制器33采用AD8367芯片，带通滤波器采用专用晶体带通滤波器。

参照图6，本实用新型的解调器7的作用是：数控振荡器37产生低中频载波供下变频器38使用，下变频器38将收信机6输出的低中频信号混频为零中频的基带调制信号，低通滤波器36滤除基带调制信号中的高频干扰，定时提取模块39提取基带调制信号的定时信息，相干解调器40利用定视信息对基带调制信号进行解调判决输出，解调后的数字信号经接差分译码器35译码后输出到网络控制器1，使能产生模块34产生差分译码器35需要的使能信号。实施例中解调器7在集成电路Cyclone EP2C70F672I8中实现。

本实用新型电源提供各级部件工作电压，实施例采用通用的集成稳压电源制作。

本实用新型简要工作原理如下：

网络控制器1负责装置所有模块的调配和使用，调制器2、解调器7、收信机6、发信机3和功率放大器4协调工作，专用网络通信协议运行在网络控制器1当中，是实现无中心组网通信的关键，调制器2按网络控制器1的控制对输入的钟码进行调制，调制后的波形为运行在低中频上的已调准恒包络调制信号，发信机3将已调信号通过两次变频搬移到合适的发射频率，将信号传送至功率放大器4，功率放大器4将射频信号线性放大后将发射信号馈至天线5，天线5可以匹配配置全向天线和高增益宽波束定向天线，有网络组织需要决定，接收端收信机6将天线5接收信号通过低噪声放大器27的放大和一次混频后，输入至自动增益控制器33，自动增益控制器33将输入信号放大至适宜解调的大小，在经过晶体带通滤波器的滤波后将信号输送至解调器7，解调器7将输入信号相干解调，已解调的数字信号输送至网络控制器1，网络控制器1对输入信号进行解帧和话音解码工作，输出模拟话音信号和数据信息供外接终端使用。

本实用新型安装结构如下：把本实用新型网络控制器1集成于一块13cm*19cmPCB板上，安装于一个5cm*15cm*20cm机箱当中，调制器2、解调器7、收信机6、发信机3和功率放大器4均安装于一个标准1U机箱当中，两机箱之间通过专用数据线连接，网络控制器机箱可接外部控制终端和模拟话机，调制解调机箱选接定向天线和全向天线。

Claims (6)

1.一种地波绕射自组织网络通信装置，其特征在于：由网络控制器(1)、调制器(2)、解调器(7)、收信机(6)、发信机(3)、功率放大器(4)和天线(5)组成；其中网络控制器(1)的输入端口1外接基带信息(A)，其输出端口3接调制器(2)的输入端口1；调制器(2)的输出端口2接发信机(3)的输入端口1；发信机(3)的输出端口2接功率放大器(4)的输入端口1；功率放大器(4)的输出端口2接天线的输入端口1；天线(5)的输出端口3输出射频发射信号(B)，天线(5)的输入端口4为接收射频信号(C)，天线输出端口2接收信机(6)输入端口2；收信机(6)输出端口1接解调器(7)输入端口2，其输出端口3接网络控制器(1)输入端口5；解调器(7)输出端口1接网络控制器(1)输入端口4，网络控制器(1)输出端口2输出接收基带信号(D)。

2.根据权利要求1所述的一种地波绕射自组织网络通信装置，其特征在于：所述的网络控制器(1)由传输协议控制模块(8)、话音编码模块(9)、话音解码模块(10)、数据成帧模块(11)、数据解帧模块(12)组成；其中话音编码模块(9)输入端1脚接基带信息(A)，其输入端3脚接传输协议控制模块(8)输出端2脚，其输出端2脚接数据成帧模块(11)输入端1脚；数据成帧模块(11)输入端3脚接传输协议控制模块(8)输出端5脚，其输出端2脚接调制器(2)输入端1脚，其输出端4脚接传输协议控制模块(8)输入端6脚；数据解帧模块(12)输入端2脚接解调器(7)输出端1脚，其输入端3脚接传输协议控制模块(8)输出端3脚，其输出端1脚接话音解码模块(10)输入端2脚，其输出端4脚接传输协议控制模块(8)输入端4脚；话音解码模块(10)输出端1脚输出为接收基 带信息(D)，其输入端3脚接传输协议控制模块(8)输出端1脚。

3.根据权利要求1所述的一种地波绕射自组织网络通信装置，其特征在于：调制器(2)由使能产生模块(13)、差分编码模块(14)、码元成型模块(15)、数控振荡器(16)和相位调制模块(17)组成；其中使能产生模块(13)的输出端1脚接差分编码模块(14)的输入端3脚，使能产生模块(13)的输出端2脚接码元成型模块(15)输入端3脚；差分编码模块(14)输入端1脚接网络控制器(1)输出端2脚，其输出端2脚接码元成型模块(15)的输入端1脚；码元成型模块(15)的输出端2脚接相位调制模块(17)的输入端1脚；数控振荡器(16)的输出端1脚接相位调制模块(17)的输入端3脚；相位调制模块(17)的输出端2脚接发信机(3)输入端1脚。

4.根据权利要求1所述的一种地波绕射自组织网络通信装置，其特征在于：发信机(3)由第一至第二混频器(18至19)、第一至第二带通滤波器(20至21)、放大器(22)和第一至第二频率综合器(23至24)组成；其中第一频率综合器(23)的输出端1脚接第一混频器(18)的输入端3脚；第二频率综合器(24)的输出端1脚接第一混频器(19)的输入端3脚；第一混频器(18)的输入端1脚接调制器(2)的输出端2脚，其输出端2脚接第一带通滤波器(20)的输入端1脚；带通滤波器(20)的输出端2脚接放大器(22)的输入端1脚；放大器(22)的输出端2脚接第二混频器(19)输入端1脚；第二混频器(19)的输出端2脚接第二带通滤波器(21)的输入端1脚，带通滤波器(21)的输出端2脚接功率放大器(4)的输入端1脚。

5.根据权利要求1所述的一种地波绕射自组织网络通信装置，其特征在于：收信机(6)由第三至第四混频器(25至26)，低噪声 放大器(27)，第三至第四带通滤波器(28至29)、检波器(30)、第三至第四频率综合器(31至32)和自动增益控制器(33)组成；其中低噪声放大器(27)的输入端1脚接天线(5)的输出端2脚，其输出端2脚接第三混频器(25)的输入端1脚，其输出端3脚接检波器(3)的输入端1脚；检波器(3)的输出端2脚接网络控制器(1)的输入端5脚；第三频率综合器(31)的输出端1脚接第三混频器(25)的输入端3脚；第四频率综合器(32)的输出端1脚接第四混频器(26)的输入端3脚；第三混频器(25)的输出端2脚接第三带通滤波器(28)的输入端1脚；第三带通滤波器(28)的输出端2脚接自动增益控制器(33)的输入端1脚；自动增益控制器(33)的输出端2脚接第四混频器(26)的输入端1脚；第四混频器(26)的输出端2脚接第四带通滤波器(29)的输入端1脚；第四带通滤波器(29)的输出端2脚接解调器(7)输入端2脚。

6.根据权利要求1所述的一种地波绕射自组织网络通信装置，其特征在于：解调器(7)由使能产生模块(34)、差分译码模块(35)、低通滤波器(36)、数控振荡器(37)、下变频器(38)、定时提取模块(39)和相干解调器(40)组成；其中数控振荡器(37)的输出端1脚接下变频器(38)的输入端3脚；下变频器(38)的输入端1脚接收信机(6)输出端1脚，其输出端2脚接低通滤波器(36)输入端1脚；低通滤波器(36)的输出端2脚接相干解调器(40)输入端1脚，其输出端3脚接定时提取模块(39)的输入端1脚；定时提取模块(39)的输出端2脚接相干解调器(40)的输入端3脚；相干解调器(40)的输出端2脚接差分译码器(35)的输入端1脚；使能产生模块(34)的输出端1脚接差分译码器(35)的输入端3脚；差分译码器(35)的输出端2脚接网络控制器(1)的输入端4脚。 

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