CN106357325B - 高阶多维扩频调制器、高阶多维解扩解调器及扩频装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高阶多维扩频调制器、一种高阶多维解扩解调器以及基于高阶多维扩频调制器和高阶多维解扩解调器的一种散射通信高阶多维扩频装置，它涉及散射通信领域中发射功率受限、抗干扰能力强、极低检测门限的调制解调装置。采用高阶多维扩频算法结合时间分集，在发射功率受限的条件下有效提高散射通信系统的抗干扰能力和抗频偏能力，并可以平滑信道衰落，获得分集增益，本发明中同时使用了高性能的信道编解码，提高了系统的误码性能，特别适用于在远距离散射通信时传输损耗和系统的归一化频偏很大，检测门限极低的条件下达到信息的可靠传输。

Description

高阶多维扩频调制器、高阶多维解扩解调器及扩频装置

技术领域

本发明涉及散射通信领域中发射功率受限、抗干扰能力强、极低检测门限的调制解调装置。特别适用于在远距离散射通信时传输损耗和系统的归一化频偏很大，检测门限极低的条件下达到信息的可靠传输。

背景技术

散射远距离通信时，由于传输损耗很大，需要降低通信传输速率。面临的问题是如何提高传输性能以及在极低检测门限下减小外界干扰的影响。由于时钟源稳定度的限制和多普勒频移的存在，接收机载波会产生一个频率偏移。而对于低速数据传输，意味着系统归一化频偏增大，接收信号相位随时间的变化很快，这将给相干载波的提取带来很强的负面影响，传统的相干解调检测方式已经失效。

发明内容

本发明目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种采用高阶多维解扩的非相干检测方式，以带宽换取性能改善，并结合时间分集和编码实现误码性能的改善和抗干扰性能的提高。

本发明的目的是这样实现的：

一种高阶多维扩频调制器，包括编码器14、串并变换器16、高阶多维映射器17、信号成型模块19和低中频调制器20；其特征在于，还包括时间分集信号生成器15和正交扩频序列产生器18；编码器14接收复接后的数据和复接后的时钟并进行纠错编码，将编码后的数据和编码后的时钟分别输出至时间分集信号生成器15；时间分集信号生成器15将编码后的数据和编码后的时钟转换成时间分集信号输出至串并变换器16；串并变换器16对时间分集信号进行串并变换，形成m路并行信号分别输出至高阶多维映射器17；其中，m为正整数；正交扩频序列产生器18产生2^m条正交复合扩频序列，将2^m条扩频序列分别输出至高阶多维映射器17；高阶多维映射器17查找与并行信号对应的扩频序列，将对应的扩频序列输出至信号成型模块19；信号成型模块19将对应的扩频序列进行信号成型后输出至低中频调制器20，低中频调制器20对成型后的信号进行低中频调制后形成频谱扩展后的信号，将频谱扩展后的信号输出。

一种高阶多维解扩解调器，包括正交下变频器21、并行非相干解扩器22、定时提取器24、择大判决器25、并串变换器26和解码器28；其特征在于，还包括第一至第n时间分集合并器23-1至23-n和时间分集信号重构器27；其中，n＝2^m，m为正整数；正交下变频器21接收数字信号，将数字信号进行正交下变频后形成I路信号和Q路信号，将I路信号和Q路信号分别输出至并行非相干解扩器22；并行非相干解扩器22对I路信号和Q路信号进行相关处理得到2^m路相关峰信号，分别将2^m路相关峰信号一一对应输出至第一至第n时间分集合并器23-1至23-n；第一至第n时间分集合并器23-1至23-n分别对各自输入的相关峰信号进行时间分集信号的合并，将合并后的时间分集信号分别发送至择大判决器25和定时提取器24；定时提取器24从合并后的时间分集信号中提取出定时信号分别输出至择大判决器25和并串变换器26；择大判决器25在定时信号的作用下对合并后的时间分集信号进行抽取，选择峰值最大的一路信号作为最大判决值，将最大判决值按二进制形式分别输出每一位数至并串变换器26；并串变换器26在定时信号的作用下对最大判决值进行并串变换得到串行的二进制数据码流，将二进制数据码流和定时信号分别输出至时间分集信号重构器27；时间分集信号重构器27在定时信号的作用下重构码字时钟，在码字时钟的作用下将二进制数据码流中有效的时间分集信号提取出来，并将有效的时间分集信号和码字时钟分别输出至解码器28；解码器28对时间分集信号和码字时钟完成纠错解码得到解调码和解调钟，并将解调码和解调钟分别输出。

一种散射通信高阶多维扩频装置，包括辅助复/分接器1、D/A变换器3、混频器4、本振5、带通滤波器6、放大器7、中频放大器8、A/D变换器9、锁相环11和电源12，还包括高阶多维扩频调制器和高阶多维解扩解调器；所述的辅助复/分接器1将外部接口输入的数据的传输速率和时钟的传输速率分别转换至信道传输速率，并加入辅助开销进行复接，将复接后的数据和复接后的时钟分别输出至高阶多维扩频调制器2；高阶多维扩频调制器2在复接后的时钟的作用下将复接后的数据进行时间分集及按符号进行高阶多维扩频后输出频谱扩展后的信号至D/A变换器3，D/A变换器3将频谱扩展后的信号转换成模拟信号输出至混频器4；本振5产生本地载波输出至混频器4；混频器4将模拟信号和本地载波进行混频获得混频信号后输出至带通滤波器6；带通滤波器6将混频信号进行滤波得到中频信号后输出至放大器7；放大器7将中频信号进行放大后得到低中频调制输出信号输出至上变频器；中频放大器8对接收的低中频输入信号进行自动增益控制，将得到的放大后的信号输出至A/D变换器9；A/D变换器9将放大后的信号转换为数字信号，并将数字信号输出至高阶多维解扩解调器10；高阶多维解扩解调器10对数字信号进行解扩解调处理后得到解调钟和解调码，将解调钟和解调码送入辅助复/分接器1；辅助复/分接器1将解调钟和解调码分别进行分接处理，将分接后的码和分接后钟输出至外部；锁相环11将外部输入的稳定铷钟进行锁相、倍频后输出参考时钟至高阶多维扩频调制器2和高阶多维解扩解调器10。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1.本发明采用了高阶多维扩频调制器2和高阶多维解扩解调器10，采用高阶多维扩频技术，以带宽换取了性能改善并具有较强的抗干扰能力，同时采用时间分集和编码技术，在不增加系统其他硬件开销的情况下，获得了分集增益和编码增益，提高了散射通信系统在极低检测门限下的可靠性。

2.本发明采用了高阶多维解扩解调器10，采用高阶多维扩频的非相干检测方式，与传统的相干检测方式相比，有效提高了散射通信系统的抗干扰能力和抗频偏能力。

3.本发明的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。

附图说明

图1是本发明散射通信高阶多维扩频装置电原理方框图。

图2是本发明的高阶多维扩频调制器实施例的电原理图。

图3是本发明高阶多维解扩解调器实施例的电原理图。

具体实施方式

参照图1至图3对本发明作进一步说明。

一种高阶多维扩频调制器，包括编码器14、时间分集信号生成器15、串并变换器16、高阶多维映射器17、正交扩频序列产生器18、信号成型模块19和低中频调制器20，图2是本发明的电原理方框图，实施例按图2连接线路。编码器14接收复接后的数据和复接后的时钟并进行纠错编码，将编码后的数据和编码后的时钟分别输出至时间分集信号生成器15；时间分集信号生成器15将编码后的数据和编码后的时钟转换成时间分集信号输出至串并变换器16；串并变换器16对时间分集信号进行串并变换，形成m路并行信号分别输出至高阶多维映射器17；其中，m为正整数；正交扩频序列产生器18产生2^m条正交复合扩频序列，将2^m条扩频序列分别输出至高阶多维映射器17；高阶多维映射器17查找与并行信号对应的扩频序列，将对应的扩频序列输出至信号成型模块19；信号成型模块19将对应的扩频序列进行信号成型后输出至低中频调制器20，低中频调制器20对成型后的信号进行低中频调制后形成频谱扩展后的信号，将频谱扩展后的信号输出。实施例编码器14、时间分集信号生成器15、串并变换器16、高阶多维映射器17、正交扩频序列产生器18、信号成型模块19、低中频调制器20均采用美国Altera公司生产Stratix系列FPGA芯片制作。

一种高阶多维解扩解调器，包括正交下变频器21、并行非相干解扩器22、第一至第n时间分集合并器23-1至23-n、定时提取器24、择大判决器25、并串变换器26、解码器28和时间分集信号重构器27，其中，n＝2^m，图3是本发明的散射通信高阶多维扩频装置电原理方框图，实施例按图3连接线路。正交下变频器21接收数字信号，将数字信号进行正交下变频后形成I路信号和Q路信号，将I路信号和Q路信号分别输出至并行非相干解扩器22；并行非相干解扩器22对I路信号和Q路信号进行相关处理得到2^m路相关峰信号，分别将2^m路相关峰信号一一对应输出至第一至第n时间分集合并器23-1至23-n；第一至第n时间分集合并器23-1至23-n分别对各自输入的相关峰信号进行时间分集信号的合并，将合并后的时间分集信号分别发送至择大判决器25和定时提取器24；定时提取器24从合并后的时间分集信号中提取出定时信号分别输出至择大判决器25和并串变换器26；择大判决器25在定时信号的作用下对合并后的时间分集信号进行抽取，选择峰值最大的一路信号作为最大判决值，将最大判决值按二进制形式分别输出每一位数至并串变换器26；并串变换器26在定时信号的作用下对最大判决值进行并串变换得到串行的二进制数据码流，将二进制数据码流和定时信号分别输出至时间分集信号重构器27；时间分集信号重构器27在定时信号的作用下重构码字时钟，在码字时钟的作用下将二进制数据码流中有效的时间分集信号提取出来，并将有效的时间分集信号和码字时钟分别输出至解码器28；解码器28对时间分集信号和码字时钟完成纠错解码得到解调码和解调钟，并将解调码和解调钟分别输出。实施例正交下变频器21、并行非相干解扩器22、时间分集合并器23-1至23-n、定时提取器24、择大判决器25、并串变换器26、时间分集信号重构器27、解码器28均采用美国Altera公司生产Stratix系列FPGA芯片制作。

一种散射通信高阶多维扩频装置，包括辅助复/分接器1、高阶多维扩频调制器2、D/A变换器3、混频器4、本振5、带通滤波器6、放大器7、中频放大器8、A/D变换器9、高阶多维解扩解调器10、锁相环11和电源12，图1是本发明的散射通信高阶多维扩频装置电原理方框图，实施例按图1连接线路。所述的辅助复/分接器1将外部接口输入的数据的传输速率和时钟的传输速率分别转换至信道传输速率，并加入辅助开销进行复接，将复接后的数据和复接后的时钟分别输出至高阶多维扩频调制器2；高阶多维扩频调制器2在复接后的时钟的作用下将复接后的数据进行时间分集及按符号进行高阶多维扩频后输出频谱扩展后的信号至D/A变换器3，D/A变换器3将频谱扩展后的信号转换成模拟信号输出至混频器4；本振5产生本地载波输出至混频器4；混频器4将模拟信号和本地载波进行混频获得混频信号后输出至带通滤波器6；带通滤波器6将混频信号进行滤波得到中频信号后输出至放大器7；放大器7将中频信号进行放大后得到低中频调制输出信号输出至上变频器；中频放大器8对接收的低中频输入信号进行自动增益控制，将得到的放大后的信号输出至A/D变换器9；A/D变换器9将放大后的信号转换为数字信号，并将数字信号输出至高阶多维解扩解调器10；高阶多维解扩解调器10对数字信号进行解扩解调处理后得到解调钟和解调码，将解调钟和解调码送入辅助复/分接器1；辅助复/分接器1将解调钟和解调码分别进行分接处理，将分接后的码和分接后钟输出至外部；锁相环11将外部输入的稳定铷钟进行锁相、倍频后输出参考时钟至高阶多维扩频调制器2和高阶多维解扩解调器10。实施例辅助复/分接器1、高阶多维扩频调制器2、高阶多维解扩解调器10、锁相环11均采用美国Altera公司生产Stratix系列FPGA芯片制作，D/A变换器3采用美国AD公司的AD9763芯片制作，混频器4采用成都亚光公司生产的HSB-3制作，本振5采用美国Silicon-Lab公司生产的SI4133-BT制作，带通滤波器6采用成都天之微波公司生产的SBPS-70制作，放大器7采用美国MINI公司的ERA-5SM制作，中频放大器8采用市售XN402放大器制作，A/D变换器9采用美国AD公司的AD9432芯片制作。

本发明电源12提供整个调制解调装置的直流工作电压，实施例采用市售通用集成稳压直流电源模块制作，其输出+V电压为+3.3V、供电电流为1A。

本发明散射通信高阶多维扩频装置简要工作原理如下：

在发送工作方式下，辅助复/分接器1的将外部接口A、B输入的数据、时钟加入辅助开销，将传输速率转换至信道传输速率，高阶多维扩频调制器2将辅助复/分接器1产生的数字信号进行时间分集及按符号进行高阶多维扩频后输出频谱扩展后的信号，此信号经过D/A变换器3之后变成模拟信号，与本振模块5产生的本地载波通过混频器4获得混频信号，然后经过带通滤波器6得到中频信号，经放大器7放大后得到低中频调制输出信号，再经过端口C送至上变频器；

在接收工作方式下，中频放大器8的对接收的中频输入信号进行自动增益控制，A/D变换器9将模拟信号装换为数字信号，并将此信号送入高阶多维解扩解调器10，扩频解扩解调器10对信号进行解扩解调处理后将解调钟和码送入辅助复/分接器1进行分接处理，分接后的码钟与端口E、F连接。

本发明散射通信高阶多维扩频装置安装结构如下：

本发明安装结构如下：把图1、图2、图3中所有电路器件安装在3块尺寸大小长×宽为280×140mm的印制板上，然后把3块印制板分别安装在3个长×宽×高为290×150×30mm的屏蔽盒插件中，屏蔽盒插件安装在调制解调器机箱内，屏蔽盒插件前面板安装网络端口A、B、E、F四芯电缆插座及发射信号出端口C、接收信号入端口D的两个电缆插座，后面板上安装外部时钟入端G和电源入端插座，组装成本发明。

Claims (3)

1.一种高阶多维扩频调制器，包括编码器(14)、串并变换器(16)、高阶多维映射器(17)、信号成型模块(19)和低中频调制器(20)；其特征在于，还包括时间分集信号生成器(15)和正交扩频序列产生器(18)；编码器(14)对接收复接后的数据和复接后的时钟进行纠错编码，将编码后的数据和编码后的时钟分别输出至时间分集信号生成器(15)；时间分集信号生成器(15)将编码后的数据和编码后的时钟转换成时间分集信号输出至串并变换器(16)；串并变换器(16)对时间分集信号进行串并变换，形成m路并行信号分别输出至高阶多维映射器(17)；其中，m为正整数；正交扩频序列产生器(18)产生2^m条正交复合扩频序列，将2^m条扩频序列分别输出至高阶多维映射器(17)；高阶多维映射器(17)查找与并行信号对应的扩频序列，将对应的扩频序列输出至信号成型模块(19)；信号成型模块(19)将对应的扩频序列进行信号成型后输出至低中频调制器(20)，低中频调制器(20)对成型后的信号进行低中频调制后形成频谱扩展后的信号，将频谱扩展后的信号输出。

2.一种高阶多维解扩解调器，包括正交下变频器(21)、并行非相干解扩器(22)、定时提取器(24)、择大判决器(25)、并串变换器(26)和解码器(28)；其特征在于，还包括第一至第n时间分集合并器(23-1)至(23-n)和时间分集信号重构器(27)；其中，n＝2^m，m为正整数；正交下变频器(21)接收数字信号，将数字信号进行正交下变频后形成I路信号和Q路信号，将I路信号和Q路信号分别输出至并行非相干解扩器(22)；并行非相干解扩器(22)对I路信号和Q路信号进行相关处理得到2^m路相关峰信号，分别将2^m路相关峰信号一一对应输出至第一至第n时间分集合并器(23-1)至(23-n)；第一至第n时间分集合并器(23-1)至(23-n)分别对各自输入的相关峰信号进行时间分集信号的合并，将合并后的时间分集信号分别发送至择大判决器(25)和定时提取器(24)；定时提取器(24)从合并后的时间分集信号中提取出定时信号分别输出至择大判决器(25)和并串变换器(26)；择大判决器(25)在定时信号的作用下对合并后的时间分集信号进行抽取，选择峰值最大的一路信号作为最大判决值，将最大判决值按二进制形式分别输出每一位数至并串变换器(26)；并串变换器(26)在定时信号的作用下对最大判决值进行并串变换得到串行的二进制数据码流，将二进制数据码流和定时信号分别输出至时间分集信号重构器(27)；时间分集信号重构器(27)在定时信号的作用下重构码字时钟，在码字时钟的作用下将二进制数据码流中有效的时间分集信号提取出来，并将有效的时间分集信号和码字时钟分别输出至解码器(28)；解码器(28)对时间分集信号和码字时钟完成纠错解码得到解调码和解调钟，并将解调码和解调钟分别输出。

3.一种散射通信高阶多维扩频装置，包括辅助复/分接器(1)、D/A变换器(3)、混频器(4)、本振(5)、带通滤波器(6)、放大器(7)、中频放大器(8)、A/D变换器(9)、锁相环(11)和电源(12)，其特征在于，还包括权利要求1所述的高阶多维扩频调制器和权利要求2所述的高阶多维解扩解调器；所述的辅助复/分接器(1)将外部接口输入的数据的传输速率和时钟的传输速率分别转换至信道传输速率，并加入辅助开销进行复接，将复接后的数据和复接后的时钟分别输出至高阶多维扩频调制器(2)；高阶多维扩频调制器(2)在复接后的时钟的作用下将复接后的数据进行时间分集及按符号进行高阶多维扩频后输出频谱扩展后的信号至D/A变换器(3)，D/A变换器(3)将频谱扩展后的信号转换成模拟信号输出至混频器(4)；本振(5)产生本地载波输出至混频器(4)；混频器(4)将模拟信号和本地载波进行混频获得混频信号后输出至带通滤波器(6)；带通滤波器(6)将混频信号进行滤波得到中频信号后输出至放大器(7)；放大器(7)将中频信号进行放大后得到低中频调制输出信号输出至上变频器；中频放大器(8)对接收的低中频输入信号进行自动增益控制，将得到的放大后的信号输出至A/D变换器(9)；A/D变换器(9)将放大后的信号转换为数字信号，并将数字信号输出至高阶多维解扩解调器(10)；高阶多维解扩解调器(10)对数字信号进行解扩解调处理后得到解调钟和解调码，将解调钟和解调码送入辅助复/分接器(1)；辅助复/分接器(1)将解调钟和解调码分别进行分接处理，将分接后的码和分接后钟输出至外部；锁相环(11)将外部输入的稳定铷钟进行锁相、倍频后输出参考时钟至高阶多维扩频调制器(2)和高阶多维解扩解调器(10)。