CN205490529U - Vhf抗干扰数字传输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种VHF抗干扰数字传输装置，主要由谐波滤波、功率开关、高频功放模块、高频接收模块、频率合成模块、数字信号处理模块、射频激励模块、声码器、音频发送模块、音频接收模块组成。本实用新型的优点在于：频带利用率高：采用12.5KHz带宽，较常规模拟电台节省一半频带；接收灵敏度高，本单元采用中频数字化处理代替模拟解调，灵敏度提高12dB，相当于电台功率可降低15倍；噪声性能好，本单元通信下限是信噪比­-10dB，抗噪声性能提高20倍以上；抗干扰能力强，可以抵抗4倍功率的相邻调频电台的干扰。

Description

VHF 抗干扰数字传输装置

技术领域

本实用新型涉及一种通信领域，具体说是一种VHF抗干扰数字传输装置。

背景技术

VHF（超短波）电台具有设备小巧、便于移动、成本较低、架设方便等优点，在军事、民用等各领域有着广泛的应用。目前，VHF电台具有模拟调频和数字调制两种体制，其中模拟调频体制具有频带利用率较低、通信效果较差、不便于数据传输及加密等缺点，逐步被数字调制体制所替代。目前应用较为广泛的数字电台主要采用4FSK调制方式，空中速率一般可达9600bps，可以传输数据及声码话，但是不具有抗干扰性能。

基于传统模拟电台的数据传输，采用模拟调频电台结合话带调制解调的模拟中频信号处理方式，如图1所示。由于采用模拟中频以及基于话带的调制解调技术，不能克服非线性模拟解调带来的门限效应和截获效应，其抗噪声、抗干扰性能受到很大的制约。

当前，由于各种无线通信设备的普遍应用，使得空间电磁环境越来越恶劣，VHF电台在使用过程中经常会受到各种发射台、民用对讲机等的干扰。另外，在军事、准军事及应急救援等特殊的应用场合，往往具有通信距离较远、电磁干扰较严重、传输数据量要求不是很大但是要求通信可靠等特点，针对这种情况，研制一种具有较高通信灵敏度、很强的抗干扰能力和抗白噪声能力的VHF数字传输单元，具有特别重要的现实意义。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种通信灵敏度高、抗干扰能力强和抗白噪声能力强的VHF数字传输装置。

为了实现上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种VHF抗干扰数字传输装置 ，包括谐波滤波、功率开关、高频功放模块、高频接收模块、频率合成模块、数字信号处理模块、射频激励模块、声码器、音频发送模块、音频接收模块；

接收时，将天线耦合的射频信号依次经过谐波滤波、功率开关输送至高频接收模块；所述频率合成模块与高频接收模块两次混频后所述高频接收模块分别输出第二中频信号至数字信号处理模块、音频接收模块；所述数字信号处理模块输出的数字信号通过声码器处理后输送至音频接收模块；

发送时，MIC输出音频信号至音频发送模块，所述音频发送模块处理后的音频信号分别输送至射频激励模块、声码器；所述数字处理模块接收所述声码器将接收到的音频信号处理后输出数字信号，或者所述数字处理模块接收外围设备输送的数据，所述数字处理模块输出信号至射频激励模块，之后输送至高频功放模块，所述高频功放模块依次通过功率开关、谐波滤波与天线连接。

本实用新型的工作原理为：

接收时，天线耦合的射频信号经过谐波滤波，滤除带外噪声，之后经过功率开关切换，送到高频接收模块进行低噪声放大、高频放大及高频放大AGC后，与频率合成单元送来的一本振混频，得到45MHz第一中频信号。一中频经过晶体滤波器和中频放大器后，与二本振混频，得到455KHz第二中频信号。第二中频信号经过陶瓷滤波及AGC放大后分为两路，一路经过限幅放大、模拟鉴频，得到音频信号送到音频接收模块。另一路经过A/D（模/数）转换进行带通采样得到数字信号，送到数字信号处理模块。数字信号处理模块的高速DSP（数字信号处理）芯片负责完成对基带信号的解调处理，具体包括同步检测、频偏校正、信号解调、解交织、纠错译码等。解调出的数据送到数字信号处理模块的微处理器，微处理器根据信号格式，通过数据接口将数据打包送给计算机等外围设备或者将数据送给声码器进行解码，经D/A（数/模）转换后，得到音频信号送到音频接收模块。

发送时，MIC输出的音频信号经音频发送模块处理后分为两路，一路直接送到射频激励模块进行模拟调频，另一路送到声码器进行编码，变为数字信号送到数字信号处理模块。同时，计算机等外围设备将要发送的数据，以一定的帧格式经数据接口送给数字信号处理模块，数字信号处理模块对数据进行纠错编码、交织、同步发送、信号调制后，送到射频激励模块进行变频、放大，之后送到高频功放模块进行功率放大，最后经功率开关、谐波滤波模块滤除各次谐波，送到天线。

采用中频数字化处理技术，可以有效解决上述问题，原理如图2所示。中频数字化处理，增强了数据处理的灵活性，极大提高了系统的接收灵敏度和抗噪声性能。模拟中频在信噪比低到一定程度（一般为6-8dB）时，性能急剧下降。数字中频避免了非线性处理，克服了门限效应和截获效应，能够适应更低的信噪比。实际工作中，在低速率状态下，其抗噪声性能可以达到-10dB以下，接收灵敏度可以优于模拟方式十几个分贝。

采用TFSK（时频调制）代替FSK（频移键控）及QPSK（正交相位调制）等调制技术，可以有效对抗单音干扰和衰落，大大增强系统的抗干扰能力。

采用可变截短长度的2⁸域R-S纠错编码，结合交织技术，可以有效地纠正随机错误及突发错误，保证在信号不稳定和信号微弱情况下的数据通信，增强通信的可靠性。

快速同步技术。采用先进的数字信号处理算法及相关检测等技术，保证可靠性的同时，缩短了同步时间。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、频带利用率高：采用12.5KHz带宽，较常规模拟电台节省一半频带，符合移动电台新规范和发展要求；

2、接收灵敏度高：灵敏度反映了电台接收微弱信号的能力，相同条件下，接收灵敏度越高，通信距离越远。本单元采用中频数字化处理代替模拟解调，灵敏度提高12dB，相当于电台功率可降低15倍；

3、噪声性能好：模拟系统通信下限是信噪比6dB，本单元通信下限是信噪比­-10dB，抗噪声性能提高20倍以上；

4、抗干扰能力强：本单元采用时频调制等抗干扰技术，可以抵抗4倍功率的相邻调频电台的干扰。

附图说明

图1为模拟中频信号处理方式的示意图；

图2 为本实用新型数字中频信号处理方式的结构示意图；

图3为本实用新型的结构示意图；

图4为音频发送模块原理框图；

图5为射频激励模块原理框图；

图6为高频功放模块原理框图；

图7为高频接收模块原理框图；

图8为数字信号处理模块原理框图；

图9为频率合成模块原理框图；

图10为音频接收模块原理框图；

图11为 面板控制显示模块原理框图；

图12为电源模块原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

如图3所示，一种VHF抗干扰数字传输装置 ，包括谐波滤波、功率开关、高频功放模块、高频接收模块、频率合成模块、数字信号处理模块、射频激励模块、声码器、音频发送模块、音频接收模块；

接收时，将天线耦合的射频信号依次经过谐波滤波、功率开关输送至高频接收模块；频率合成模块与高频接收模块两次混频后高频接收模块分别输出第二中频信号至数字信号处理模块、音频接收模块；数字信号处理模块输出的数字信号通过声码器处理后输送至音频接收模块；

发送时，MIC输出音频信号至音频发送模块，音频发送模块处理后的音频信号分别输送至射频激励模块、声码器；数字处理模块接收声码器将接收到的音频信号处理后输出数字信号，或者数字处理模块接收外围设备输送的数据，数字处理模块输出信号至射频激励模块，之后输送至高频功放模块，高频功放模块依次通过功率开关、谐波滤波与天线连接。

以上各模块的工作原理以及相互之间的连接关系如下：

音频发送模块

音频发送模块原理框图如图4所示：音频发送模块负责对MIC输出的音频信号进行处理。音频发送模块根据需要对MIC输出的语音信号进行模拟调制或者数字调制。模拟调制时，MIC输出的音频信号经过语音压扩、带通滤波后，进行放大及预加重处理后，送到射频激励模块进行模拟调频。数字调制时，MIC输出的音频信号经过带通滤波、放大及模/数转换后，送到声码器进行语音编码，之后送到数字信号处理模块进行数字调制。

射频激励模块

射频激励模块主要由DDS（直接数字频率合成器）及锁相环电路组成，其电路原理框图如图5所示。数字调制模式下，DDS和TcXo（温补晶振，标称频率为19.2MHz）在数字信号处理模块及输入数据控制下，产生16个频率中的一个，作为锁相环的参考频率，在锁相环控制下，TxVCO（发送压控振荡器）产生射频调制载波。在音频调频模式下，音频发送模块送来的音频信号直接对TxVCO进行模拟调频，此时DDS不参与调制。TxVCO产生的调制信号经缓冲放大和激励放大，产生20mW的射频激励信号，送给高频功放模块进行功率放大。

高频功放模块

高频功放模块主要由高频功率放大厚膜电路、功率开关、谐波滤波器、射频检波及功率控制电路等组成，其电路原理框图如图6所示。从射频激励模块送来的约20mW的激励信号，在功率控制电路的控制下，由功率放大模块进行放大，之后经功率开关和谐波滤波器滤除谐波，送到天线输出。发射功率可根据面板控制模块进行选择，具体有0.5W、1W、5W、10W、15W、20W、25W多种设置。

高频接收模块

高频接收模块主要由低噪放大器、晶体滤波器、混频、AGC（自动增益控制）控制电路、陶瓷滤波器组成，其电路原理框图如图7所示。

接收的射频信号经LNA（低噪放大器）后与来自频率合成单元的F1L(第一本振)进行第一次混频，经过晶体滤波器滤除杂波，得到45MHz的第一中频信号，之后与来自频率合成单元的F2L（第二本振）进行第二次混频，经过陶瓷滤波器，得到455KHz的第二中频信号。第二中频信号之后分为两路，一路进入调频接收电路，经限幅放大、鉴频，解调出模拟语音信号，送到音频接收模块进一步处理；另一路经过线性放大以及A/D转换，送到数字信号处理模块进行数字解调等处理。AGC控制电路的输入取样于两级中频信号，具有中频和高频两级AGC，总的动态范围超过100dB，确保接收信号不过载，以利于在高噪声环境下检测有用信号。

数字信号处理模块

数字信号处理模块是整个系统的核心，主要由ADI公司的16位高速定点数字信号处理器及附属电路组成，其原理框图如图8所示。

接收时，数字信号处理模块负责完成对接收模块送来的数字基带信号进行解调处理，具体包括同步检测、频偏校正、信号解调、解交织、纠错译码等，并将解调出的数据打包通过数据接口送给计算机等外围设备或者将数据送给声码器进行解码。发送时，接收声码器送来的数字语音编码数据或者计算机等外围设备要发送的数据，数字信号处理模块对数据进行纠错编码、交织、同步发送、信号调制后，送到发射模块。同时，数字信号处理模块负责与面板控制显示模块交互，接收面板的控制信息，并将设备状态信息送给面板进行显示。

频率合成模块

频率合成模块主要由TcXo标准晶振以及两个PLL（锁相环）组成，产生接收时的两级本振信号，其电路原理框图如图9所示。

在数字信号处理模块的控制下，上面一路锁相环产生第一本振信号F1L，频率范围为178MHz~190MHz，频率步进为3.125KHz；下面一路锁相环产生固定的第二本振信号F2L，频率为44.545MHz。

音频接收模块

音频接收模块主要负责对解调出的音频信号进行处理，其原理框图如图10所示。

接收的音频信号有两路，由面板控制显示模块进行控制选择。一路来自数字信号处理模块的数字语音信号，由声码器进行解码并经过D/A转换后，变成模拟语音信号送到选择开关；另一路来自高频接收模块的鉴频输出，经过去加重、音频放大及低通滤波后，在静噪检测控制电路的控制下，送到选择开关。选择开关将选择的一路语音信号送到音频功率放大器放大，最后送到喇叭输出。

面板控制显示模块

面板控制显示模块原理如图11所示，主要由MCU（单片机）、液晶显示屏、按键等组成，单片机和主机之间由串行接口进行连接，控制整机的工作。

通过按键，可以对设备的工作参数进行配置，也可以对设备的工作模式进行选择，MCU收到按键指令后，通过串行接口对数字信号处理模块进行控制；设备当前的工作参数、工作模式、工作状态主要由液晶显示屏进行显示，发射、接收、同步及静噪等状态由状态指示灯进行显示。

电源模块

电源模块原理框图如图12所示。

电源模块完成电压转换功能，将输入的12V直流电压变换为各单元所需要的工作电压，包括9V、6V、5V、3.3V、1.8V、1.2V等。

本实用新型按照上述实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本实用新型，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种VHF抗干扰数字传输装置 ，其特征在于，包括谐波滤波、功率开关、高频功放模块、高频接收模块、频率合成模块、数字信号处理模块、射频激励模块、声码器、音频发送模块、音频接收模块；

接收时，将天线耦合的射频信号依次经过谐波滤波、功率开关输送至高频接收模块；所述频率合成模块与高频接收模块两次混频后所述高频接收模块分别输出第二中频信号至数字信号处理模块、音频接收模块；所述数字信号处理模块输出的数字信号通过声码器处理后输送至音频接收模块；

发送时，MIC输出音频信号至音频发送模块，所述音频发送模块处理后的音频信号分别输送至射频激励模块、声码器；所述数字处理模块接收所述声码器将接收到的音频信号处理后输出数字信号，或者所述数字处理模块接收外围设备输送的数据，所述数字处理模块输出信号至射频激励模块，之后输送至高频功放模块，所述高频功放模块依次通过功率开关、谐波滤波与天线连接。

2.根据权利要求1所述的VHF抗干扰数字传输装置，其特征在于，所述音频发送模块包括模拟调制模块或者数字调制模块；

所述模拟调制模块包括语音压扩、带通滤波、放大模块和预加重模块，MIC输出的信号依次经过语音压扩、带通滤波、放大模块和预加重模块输送至射频激励模块；

所述数字调制模块包括带通滤波、放大模块、模数转换器，MIC输出的信号依次经过带通滤波、放大模块、模数转换器后输送至声码器。

3.根据权利要求1所述的VHF抗干扰数字传输装置，其特征在于，所述音频接收模块主要负责对解调出的音频信号进行处理，包括接收两路信号：一路接收来自数字信号处理模块的数字语音信号，由声码器进行解码并经过D/A转换后，变成模拟语音信号送到选择开关；另一路来自高频接收模块的鉴频输出，经过去加重、音频放大及低通滤波后，在静噪检测控制电路的控制下，送到选择开关；选择开关将选择的一路语音信号送到音频功率放大器放大，最后送到喇叭输出。

4.根据权利要求1所述的VHF抗干扰数字传输装置，其特征在于，所述频率合成模块主要由TcXo标准晶振以及两路锁相环组成；所述数字信号处理模块分别与两路锁相环连接，所述TcXo标准晶振分别与两路锁相环连接。

5.根据权利要求1所述的VHF抗干扰数字传输装置，其特征在于，还包括分别与数字信号处理模块连接的面板控制显示模块和数据接口。