軟件無線電感應(yīng)電臺的總體方案設(shè)計

1、軟件無線電感應(yīng)電臺的總體方案設(shè)計針對電氣化鐵路的實(shí)際情況，我公司從九八年開始對感應(yīng)式無線通信進(jìn)行研究，利用現(xiàn)有的27.5KV接觸網(wǎng)作波導(dǎo)線，通過無線有線無線轉(zhuǎn)接方式實(shí)現(xiàn)了機(jī)車車站調(diào)度之間的無線列調(diào)大三角無線通信，解決了山區(qū)及隧道內(nèi)一般無線電臺難以通信的難題。感應(yīng)通信既具有移動無線通信的靈活性，又具有有線傳輸?shù)膱鰪?qiáng)分布是沿感應(yīng)線作鏈狀分布的特點(diǎn)，而且發(fā)射的載頻低，容易進(jìn)行數(shù)字化處理。目前的鐵路感應(yīng)通信電臺仍然是模擬或部分?jǐn)?shù)字的系統(tǒng)，雖然性能良好，使用穩(wěn)定，但隨著鐵路通信的發(fā)展，隨著技術(shù)的進(jìn)步，如何在現(xiàn)有的感應(yīng)通信的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高它的通信性能，增加通信的功能，這就是軟件無線電感應(yīng)電臺項(xiàng)目的主要

2、工作目標(biāo)。本項(xiàng)目采用軟件無線電的方法來更新現(xiàn)有的鐵路感應(yīng)通信電臺，開發(fā)出新的一代鐵路感應(yīng)通信電臺。使鐵路通信中的感應(yīng)電臺系統(tǒng)數(shù)字化、軟件化和智能化，在各種不同技術(shù)支撐和通信環(huán)境下，保證鐵路移動機(jī)車感應(yīng)電臺系統(tǒng)的正常通信，并能夠?qū)νㄐ胚^程進(jìn)行智能化控制與調(diào)整。逐步做到使軟件無線電感應(yīng)電臺具有靈活的傳輸頻段、多種信道接入模式、多種數(shù)據(jù)速率等功能，能根據(jù)感應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)的傳播環(huán)境和工作狀態(tài)，自動地實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時調(diào)整和動態(tài)優(yōu)化。1 系統(tǒng)構(gòu)成軟件無線電感應(yīng)電臺是結(jié)合感應(yīng)通信的系統(tǒng)構(gòu)成和使用特點(diǎn)，并應(yīng)用軟件無線電技術(shù)的具有靈活的傳輸頻段，多種信道接入模式，多種數(shù)據(jù)速率等特點(diǎn)的新一代軟件化感應(yīng)通信電臺。該系統(tǒng)

3、包括一個可靠、靈活、實(shí)用的硬件平臺以及相關(guān)的軟件體系。§ 所研制的軟件無線電感應(yīng)電臺要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：1) 研制軟件感應(yīng)電臺的性能和技術(shù)指標(biāo)不低于現(xiàn)有的感應(yīng)通信設(shè)備；2) 感應(yīng)電臺的射頻發(fā)射以前或接收以后、用戶接口之前全部采用數(shù)字化處理，此項(xiàng)數(shù)字處理是以高速DSP為核心，以軟件無線電的方式對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和控制；3) 系統(tǒng)給用戶留有模擬語音接口，語音編碼方式采用G.723.1，速率為5.3kb/s；4) 系統(tǒng)給用戶留有一個數(shù)據(jù)接口，作為用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?其數(shù)據(jù)接口采用RS232標(biāo)準(zhǔn)；5) 為了確保通信的可靠性，數(shù)字調(diào)制采用4PSK方式，今后再試驗(yàn)8PSK或16QAM方式；6) 對整

4、個碼流（包括語音、數(shù)據(jù)和控制信號）采用R-S（63，47）前向糾錯編碼技術(shù)（FEC），對數(shù)據(jù)還考慮再加反饋重傳（ARQ）糾錯；以提高系統(tǒng)的抗噪聲和抗干擾能力，增強(qiáng)通信可靠性；7) 通信方式有2種，一種是點(diǎn)對多點(diǎn)的廣播式的通信，另一種是點(diǎn)對點(diǎn)的雙向通信；8) 此次研制的新型感應(yīng)電臺要做到和原有的模擬AM、FM感應(yīng)電臺兼容互通。§4 感應(yīng)電臺的主要性能指標(biāo)：1) 一般性能指標(biāo)中心工作頻率：f1=425kHz，f2=505kHz。工作方式：同頻單工或者異頻雙工制式。調(diào)制方式：FM/AM/QPSK可選。使用環(huán)境：溫度為-25-+55，相對濕度為45%-90%，氣壓為70106kPa。電源：D

5、C12V (±10%)。外形尺寸：68mm×136mm×36mm(不包括插頭)。2) 發(fā)射機(jī)載波輸出功率：3.5W，寄生調(diào)幅60dB。頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于50ppm。調(diào)制靈敏度：102.5mV/Hz。音頻頻率響應(yīng)：300-3000Hz。3) 接收機(jī)靜噪開啟靈敏度：3dBV接收帶寬：5kHz音頻輸出功率：0.5W (8歐姆)音頻失真：10%調(diào)制接收帶寬：2×5kHz音頻響應(yīng)：3003000Hz接收限幅特性：3dB4) 天線特性工作頻率：405 kHz505kHz阻抗：50歐姆1. 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)感應(yīng)電臺的硬件結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。虛線左端為模擬的帶通濾波器BP

6、F、前置放大器和功率放大器。中心頻率為425kHz和505kHz。為了保證雙向通信和通信控制，電臺的收發(fā)頻道可以通過DSP的編程自動選擇，達(dá)到可以選擇信道進(jìn)行發(fā)送和接收目的。 寬帶A/D/C在本項(xiàng)目中采用1MHz采樣頻率的器件。由于本系統(tǒng)的工作頻率較低，可以不必采用數(shù)字上/下變頻器（DDC和DUC），這一部分可以看作是直通的模塊，留作將來用于高頻系統(tǒng)。如果使用，可以直接采用硬件完成，也可以在DSP中由軟件功能來完成，這主要取決于所選用的DSP運(yùn)算能力是否富裕。系統(tǒng)的主要功能，如信源和信道編解碼、調(diào)制、協(xié)議和信令處理、信道特性檢測和均衡、系統(tǒng)控制等，大多通過DSP編程來完成和調(diào)節(jié)。感應(yīng)天線功放A

7、DCDDCBPF前放高速DSPA/D及壓縮D/A及解壓模擬接口數(shù)據(jù)終端數(shù)據(jù)接口DUCDACBPF模擬接口AGCALC雙工器圖41感應(yīng)電臺的硬件結(jié)構(gòu)圖42 主要軟件模塊線路輸入/輸出模塊實(shí) 時 處 理模 塊 終端模塊功能選擇模塊控制與分析 模塊 1. 2 系統(tǒng)主要軟件結(jié)構(gòu)軟件感應(yīng)電臺的系統(tǒng)軟件功能模塊可抽象為如圖4-2所示的五個模塊，各模塊的具體功能分別敘述如下：1) 實(shí)時處理模塊發(fā)送方向：信號預(yù)處理>信源編碼>信道復(fù)用>信道編碼>調(diào)制>濾波；接收方向：濾波>解調(diào)>信道解碼>信道解復(fù)用>信源解碼>信號輸出。 如果需要，還進(jìn)行信道均衡，回

8、波抵消等。2) 控制和分析模塊發(fā)送和接收信令信號，進(jìn)行協(xié)議處理，控制并協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各功能模塊的正常工作，控制與外部數(shù)據(jù)模塊的同步，控制信道選擇，控制功放頻帶和增益，控制ADC采樣頻率，控制調(diào)制方式，控制信道和信源編碼方式。3) 線路輸入/輸出模塊這部分對應(yīng)的硬件，是感應(yīng)電臺數(shù)字部分與線路模擬部分的接口。軟件模塊的功能，就是通過軟件來控制接口參數(shù)的選擇，保證它們在與DSP內(nèi)部軟件工作同步情況下，正確發(fā)送和接收信號。4) 終端模塊這部分對應(yīng)的硬件，是感應(yīng)電臺數(shù)字部分與終端部分的接口。軟件模塊的功能，就是通過軟件來控制和協(xié)調(diào)接口的正確工作，尤其是當(dāng)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)終端通信時，需控制DSP與終端的數(shù)據(jù)適配。5

9、) 功能選擇模塊這是系統(tǒng)內(nèi)置的可供調(diào)用的功能子程序，以實(shí)現(xiàn)僅僅通過軟件，就可以改變系統(tǒng)功能的目的，比如不同的信源和信道編解碼程序、不同的調(diào)制和解調(diào)程序等。具體到我們的感應(yīng)軟件無線電臺，我們將主要的軟件系統(tǒng)的框圖繪制如下。這里要說明的是語音的編解碼已作為外圍部件而未畫在圖4-3功率放大低噪放大D/AA/D調(diào)制解調(diào)加擾解擾糾錯編碼糾錯解碼打包解包語音信令用戶數(shù)據(jù)天線圖43 本方案軟件模塊（陰影部分） 1. 3 通信方式與通信過程感應(yīng)電臺通信系統(tǒng)采用FDD（頻分雙工）方式進(jìn)行通信，即采用一個頻段作為反向鏈路，而用另外一個頻段作為正向鏈路，兩個頻段之間的間隔是為了防止電臺發(fā)射機(jī)與接收機(jī)同時工作時，有信

10、號從發(fā)射機(jī)進(jìn)入接收機(jī)而產(chǎn)生干擾。總的頻帶寬度為90kHz，頻率從420kHz到510kHz。整個通道共有2個子信道和1個隔離帶，如圖4-4所示。設(shè)定兩個子信道為F1（420430kHz）和F2（500510kHz），其中一個用于發(fā)信，一個用于收信。具體到某一部電臺、某一次通信，到底那一個子信道用于發(fā)、那一個用于收，則是根據(jù)該電臺所處的通信狀態(tài)由軟件來設(shè)定的。F1和F2之間的有一個70kHz的收發(fā)隔離帶。圖44 頻譜分配示意圖4204305005100F1信道 F2信道 (kHz) F2 F1 F1、F2分別為收發(fā)信道的中心頻率，兩者可以互換道。對于通信的發(fā)起者，F(xiàn)1為發(fā)送信道、F2為接收信道；

11、對于通信的接收者，F(xiàn)2為發(fā)送信道、F1為接收信道。在每個信道中又包含3個邏輯信道，即語音邏輯信道、數(shù)據(jù)邏輯信道和信令邏輯信道。這3個邏輯信道以時分復(fù)用的方式進(jìn)行復(fù)用。語音邏輯信道承載用戶的雙向語音通信信息，數(shù)據(jù)邏輯信道承載用戶數(shù)據(jù)信息，信令邏輯信道承載用于控制感應(yīng)通信系統(tǒng)的通信控制信息。在這3個邏輯信道中，信令信道是始終打開的，各機(jī)車、車站的電臺時時在利用信令信道進(jìn)行通信控制。其它兩個信道則根據(jù)用戶需求和通信進(jìn)程隨時可以打開或關(guān)閉。 所有的機(jī)車或車站采用一樣的電臺，處于同一優(yōu)先級別，在一個有效通信范圍內(nèi)所有設(shè)備都處于平等的地位，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的概念提供點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)的無線鏈接。任一電臺都可以得到

12、一個唯一的地址碼，所有的電臺時刻都在接收（偵聽）信令信道發(fā)送的信號。處于閑置情況下的電臺默認(rèn)為用F1頻率進(jìn)行接收話音信號，如果被叫，則用F2頻率發(fā)送話音信號。其中首先提出通信要求的設(shè)備稱為主設(shè)備（Master），被動進(jìn)行通信的設(shè)備稱為從設(shè)備（Slave）。一個Master最多可以同時與7個Slave進(jìn)行通信并和多個Slave保持同步但不通信?；诟袘?yīng)電臺的平等性，任何一個電臺既可以作Master,又可以作Slave，還可同時既是Master,又是Slave，這是因?yàn)樵谲浖袘?yīng)電臺系統(tǒng)中沒有基站的概念，此外所有的電臺都是可移動的。當(dāng)其中一輛機(jī)車或車站的電臺想進(jìn)行通信時，首先必須“偵聽”F2信道上

13、是否空閑，如果此時信令信道處于“忙”態(tài)（已被其它電臺占用），則等待一段隨機(jī)時間再“偵聽”；如果此時信令信道處于“空”態(tài)，則可以打開F1信道，開始通信。這一電臺屬于主叫方，主叫方在通信的起始階段首先將自己的標(biāo)識號、被叫方的標(biāo)識號、通信類別等信令信號送上F1信道的信令邏輯信道，并不斷地在信令信道上進(jìn)行通信計時，等待出現(xiàn)在F2信道上的對方的應(yīng)答信號。如果在規(guī)定的通信計時時間內(nèi)收不到對方的應(yīng)答信號，則作超時處理：重新發(fā)起通信或結(jié)束通信；如果收到了對方的應(yīng)答信號，則可以打開在F1上的自己的數(shù)據(jù)或語音發(fā)送邏輯信道，將自己的話音或數(shù)據(jù)信號送到F1發(fā)送出去，同時打開在F2上的數(shù)據(jù)或語音信道，接收來自F2的對方

14、語音或數(shù)據(jù)信號。如圖4-5所示，主叫臺以F1頻率發(fā)送信息的同時用F2頻率進(jìn)行接收，它和被叫電臺的收發(fā)頻率正好相反。其中，被叫對象可以根據(jù)主叫的需要進(jìn)行選擇，如需要進(jìn)行廣播時就多選定幾個機(jī)車電臺的地址，當(dāng)需要只和一輛機(jī)車通信時就將地址只設(shè)定為這輛機(jī)車的地址碼。這些地址碼和通信控制信號都是在信令邏輯信道中傳輸?shù)?。另外，主叫電臺發(fā)出申請時，它同時在信令信道發(fā)出選擇命令：是廣播方式通信還是只跟其中某一電臺進(jìn)行雙工通信，也就是要選擇不同的地址碼。此時，如果地址碼表示主叫電臺只和一個電臺進(jìn)行通信，除了被選中的電臺以外，其余的各電臺可以不參與這次通信，也可以作為廣播的對象來接收信號，但不可以應(yīng)答，即使這時提

15、出申請也不可以發(fā)信息。只有等通信結(jié)束或主叫電臺發(fā)出允許它發(fā)送信息的地址碼，它才可以向主叫電臺發(fā)送信息，但剛剛和主叫電臺通話的那個電臺就不可以再進(jìn)行信息發(fā)送而變成了廣播對象。由于處于閑置的電臺時刻都在監(jiān)聽F1信道，一旦獲得F1信令信道上的被叫標(biāo)號和自己一致，則立即確認(rèn)自己為被叫，它一邊打開自己的F1子信道用于接收主叫的信息，一邊打開F2子信道，立即將自己的應(yīng)答信號發(fā)送出去，通知主叫。至此，主、被叫之間的雙向通信可進(jìn)入正式通信階段。通信的雙方只要有一方退出通信，或者由于通信故障使通信非正常中斷，則整個通信過程就即將結(jié)束，所剩的事為：主叫方釋放F1發(fā)送子信道，結(jié)束信令信道的通信計時，繼續(xù)偵聽信令信道

16、；被叫方釋放發(fā)送子信道F2，繼續(xù)偵聽信令信道。圖45 感應(yīng)電臺工作過程中頻段的使用 ST2T1T3T4F1 信道F2 信道主叫被叫例如：圖45中車站S想跟機(jī)車T1、T2通信，首先它對F2信道進(jìn)行監(jiān)聽，如果此時沒有機(jī)車在進(jìn)行通信，它將可以用F1的信令信道發(fā)出T1、T2的地址碼和信令。其中T1可以接收也可以進(jìn)行發(fā)送信息，T2只可以接收但不可以發(fā)送信息。F2將作為車站S的接收頻率和T1的發(fā)送頻率，T1的聲音到達(dá)車站S后，將同S的聲音混在一起發(fā)送到F1信道上去，這樣T2將也可以聽到T1的聲音了。被叫采用回波抵消的方式，這樣就實(shí)現(xiàn)了這3個電臺之間的通信和廣播。§ 通信過程：軟件感應(yīng)電臺系統(tǒng)支持

17、實(shí)時的同步定向聯(lián)接和非實(shí)時的異步不定向聯(lián)接，分別成為面向連接的同步鏈路（SCO）和非對稱連接鏈路（ACL），前者主要傳送話音等實(shí)時性強(qiáng)的信息，在有效的傳輸頻帶內(nèi)傳輸；后者則以數(shù)據(jù)為主，甚至可以在話音頻帶的剩余部分進(jìn)行傳送。但當(dāng)ACL傳輸占用SCO的預(yù)留傳輸頻帶時，一旦系統(tǒng)需要SCO傳輸，ACL則自動讓出這些頻帶以保證SCO的實(shí)時性。數(shù)據(jù)包被分為三大類：鏈路控制包、SCO包和ACL包。 任一電臺 收F1有無信號？有無發(fā)起通信？否是解開F1信令呼叫自己？否是打開F2發(fā)送應(yīng)答 打開F2語音、數(shù)據(jù)信道，發(fā)送信息 雙向通信打開F1語音、數(shù)據(jù)信道，接收信息 打開F1，由信令信道發(fā)呼叫收到應(yīng)答？否是否超時？

18、否是是 打開F1語音、數(shù)據(jù)信道，發(fā)送信息。在信令信道發(fā)通信計數(shù)信息 雙向通信打開F2語音、數(shù)據(jù)信道，接收信息打開F2接收應(yīng)答 通信正?；蚍钦＝Y(jié)束主叫被叫圖46 通信流程圖收發(fā)雙方的通信主要過程見圖46 ： § 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：感應(yīng)電臺的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要涉及物理層、鏈路層以及作為高層的應(yīng)用層，其中，鏈路層是最主要的數(shù)據(jù)打包和解包的地方，它又可分為邏輯鏈路控制子層（LLC）和介質(zhì)訪問控制子層(MAC)，如圖4-6所示。在發(fā)端，用戶數(shù)據(jù)和信令由LLC層打包處理，送交MAC層；壓縮語音數(shù)據(jù)直接送交MAC層，會同LLC來的數(shù)據(jù)一起打包成MAC幀，送交物理層傳輸。在接收端，工作過程和發(fā)送端相反。物理層鏈

19、路層高層網(wǎng)絡(luò)層邏輯鏈路控制子層 （LLC）介質(zhì)訪問控制子層 （MAC）數(shù)據(jù)信令語音圖47鏈路層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈路層采用簡化的高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程（HDLC）來對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，即根據(jù)電臺通信的實(shí)際需要，將HDLC中那些過于復(fù)雜和用不到的部分予以刪減。2 軟件感應(yīng)電臺的關(guān)鍵技術(shù)研究1. RF技術(shù)：感應(yīng)天線和射頻模塊的示意如圖48所示：功率發(fā)射模塊低噪接收模塊雙工器帶通濾波器帶通濾波器AGC圖48 射頻模塊射頻（RF）采用橋式電路、帶通濾波器（如聲表面波濾波器SAW）可將收、發(fā)兩部分盡量分開，避免相互干擾，尤其是強(qiáng)大的發(fā)送功率對低電平接收電路的影響。設(shè)天線的等效阻抗為5，載波輸出功率為10W，則有效電

20、平約為7V，通過90kHz的隔離帶，有80dB的衰減，則對接收放大器的輸入端基本不會產(chǎn)生強(qiáng)干擾電壓。此外，要將發(fā)射功率和天線Q值適當(dāng)降低一些，例如可將發(fā)射功率設(shè)計為5至8W左右，天線Q值設(shè)計為15至20之間。這樣一則可以增加有效天線帶寬，二則可以減小在同一電臺內(nèi)發(fā)送子信道對接收子信道的干擾。盡管感應(yīng)通信系統(tǒng)和其它無線通信系統(tǒng)相比性能相對穩(wěn)定，它的最大的波動是隨著火車的移動電臺接收電平的降低。為了解決這一問題，我們在射頻電路部分加上自動增益控制（AGC）以保持接收電平的相對穩(wěn)定。2. 信號處理：RF轉(zhuǎn)換高速DSP窄帶A/D/A寬帶A/D/A模擬接口數(shù)字接口圖49 軟件感應(yīng)電臺簡圖1) 接收端的信

21、號處理在電臺處于接收模式時，接收到的無線射頻（RF）信號首先經(jīng)過前端接收和放大，再通過一個以載波為中心的帶通濾波器送到高速A/D轉(zhuǎn)換器。帶通濾波器的頻率、相位及幅度等特性可以由DSP來設(shè)定和調(diào)整，以適應(yīng)信道變化的要求。帶通濾波后的模擬信號經(jīng)過寬帶的A/D變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后進(jìn)入DSP。DSP對進(jìn)入的數(shù)字信號首先進(jìn)行數(shù)字解調(diào)，形成數(shù)字基帶信號；然后再對此解調(diào)信號進(jìn)行糾錯解碼，得到用戶數(shù)據(jù)。如果該信息是用戶數(shù)據(jù)，則可通過用戶接口部分送出，如果是經(jīng)過壓縮的用戶語音信號，則還需由DSP進(jìn)行語音解壓縮運(yùn)算，將還原出來的語音信號由語音接口送給用戶。至于語音解壓縮運(yùn)算，如果有價格低廉的專用芯片，則可用它來

22、完成解壓縮任務(wù)，可以減輕DSP的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。2) 發(fā)送端的信號處理電臺處于發(fā)送模式時的信號的發(fā)射過程則剛好和接收過程相反。用戶的原始模擬語音數(shù)據(jù)首先由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字語音信號，然后在DSP中對此信號進(jìn)行壓縮語音編碼運(yùn)算。當(dāng)然，如果有適當(dāng)?shù)膶Ｓ眯酒?，則上述的語音數(shù)字化和壓縮編碼的任務(wù)都可以由該專用芯片完成。在傳送語音信號的同時還允許傳送用戶數(shù)據(jù)信息，用戶數(shù)據(jù)信息由數(shù)據(jù)接口進(jìn)入DSP以后和壓縮后的用戶語音信息復(fù)用成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流，接著DSP對此數(shù)據(jù)流進(jìn)行糾錯編碼和數(shù)字調(diào)制。處理后的數(shù)字信號由高速D/A轉(zhuǎn)換成模擬射頻信號經(jīng)功率放大電路放大，由天線發(fā)射出去。3) DSP信號處理能力的估計 運(yùn)算速度是

23、DSP芯片的一個最重要的性能指標(biāo)。我們所選用的TMS320C54x的運(yùn)算能力為100MIPS（每秒執(zhí)行百萬條指令），即其主頻為100MHz，指令周期為10ns。我們以按樣點(diǎn)處理估算C54x的處理能力。所謂按樣點(diǎn)處理就是DSP算法對每一個輸入樣點(diǎn)循環(huán)一次。例如，一個采用LMS算法的40個抽頭的FIR自適應(yīng)濾波器，假定每個抽頭的計算需要3個MAC（乘法和加法運(yùn)算，需要一個指令周期），則一共需要120個MAC周期，也就是30*40ns=1200ns。如圖49所示的我們的軟件無線電感應(yīng)通信電臺的簡單框圖，由于感應(yīng)收發(fā)天線工作在以425kHz與505kHz為中心的一個頻段，根據(jù)低通抽樣定理，并留有少許余

24、量，抽樣頻率速率為1MHz，為理論值的（825kHz）的1.2倍。那么采樣點(diǎn)之間的間隔為1us（即1000ns）顯然小于1200ns，從而不能夠?qū)崿F(xiàn)信號的實(shí)時處理。因而，必須在DSP中，對高速輸入信號進(jìn)行帶通抽樣處理，以降低它的運(yùn)算量，達(dá)到實(shí)時處理的目的。3. 調(diào)制解調(diào)： 調(diào)制是為了使信號特性與信道特性相匹配，顯然對于不同類型的信道特性，應(yīng)采取不同類型的調(diào)制方式。同時所采用的信號調(diào)制技術(shù)必須具有優(yōu)良的頻譜特性和抗干擾、抗衰落性能。例如，無線通信中的發(fā)信機(jī)，一般都采用高效率的C類放大器，以獲得較大的射頻輸出；接收機(jī)則為抗衰落增加了限幅措施；由于收發(fā)兩端的濾波器和放大器，使得信道具有帶限特性和非線

25、性特性。為了適應(yīng)這些信道特性，要求的已調(diào)波應(yīng)具有以下兩個特點(diǎn)：其一是包絡(luò)恒定或者包絡(luò)起伏很??；其二是要求已調(diào)波具有快速高頻滾降的頻譜特性，具有最小功率譜占用率。 目前用于無線通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，主要有兩大類。第一類是連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)，其射頻已調(diào)波信號具有恒定包絡(luò)特性，其中有代表性的為FSK、MSK和GMSK等。第二類則是線性調(diào)制技術(shù)，例如BPSK、MPSK和MQAM等為代表。這些調(diào)制方式可用于線性無線信道，但是從基帶頻率變換到無線電載頻以及放大到發(fā)射電平，都需要高度的線性，即低的失真。不過由于近年來高效而實(shí)用的線性放大器技術(shù)的發(fā)展，使線性調(diào)制技術(shù)逐漸流行起來。比如泛歐的GSM移動通信系統(tǒng)采用的

26、是GMSK調(diào)制，而新發(fā)展起來的基于IS-95標(biāo)準(zhǔn)的北美CDMA移動通信系統(tǒng)則采用QPSK調(diào)制。在感應(yīng)通信信道傳輸特性中，幅度由于受環(huán)境影響而有較大的波動，如果調(diào)制方式對僅依賴于幅度值，或?qū)Ψ人p比較敏感，如數(shù)字ASK等調(diào)制方式就顯得不適合了。此外，如果采用FSK的調(diào)制方式，則必須在相應(yīng)的調(diào)制信號后加載窄帶FIR濾波器，但是為了在感應(yīng)信道上傳輸就得再經(jīng)過寬帶D/A變換器轉(zhuǎn)化為模擬信號，考慮到相鄰頻率的跳變可能會造成較大的誤碼率。同時由于FSK調(diào)制方式的效率也不是很高，所以我們主要考慮MPSK和MQAM這兩種多進(jìn)制的調(diào)制方式。但是由于感應(yīng)無線信道對信號幅度衰減敏感，應(yīng)用MQAM調(diào)制是否可行需要進(jìn)

27、一步實(shí)驗(yàn)才能下結(jié)論。我們的初步選擇為MPSK調(diào)制方式。在系統(tǒng)帶寬一定的情況下，多進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)的頻帶利用率隨著M的增大而提高。但是多進(jìn)制頻帶利用率的提高是以犧牲功率利用率為代價的，因?yàn)樾盘柨臻g各個信號點(diǎn)間的最小間距減小，相應(yīng)信號的判決空區(qū)間也隨之減小，從而造成接收信號誤碼率的提高。在感應(yīng)電臺系統(tǒng)中，感應(yīng)收發(fā)天線在425kHz與505kHz的中心頻率的頻段有一定動態(tài)范圍的帶寬的頻點(diǎn)，由于要求是雙工方式且收發(fā)為同一副天線，考慮到保護(hù)帶寬，對于發(fā)送通道或接收通道實(shí)際僅有最大7kHz的模擬頻譜帶寬可供利用?？紤]到采用語音編碼方式，壓縮后語音基帶信號速率為5.3kb/s，再加近似63/47倍的糾錯保護(hù)和頭

28、信息開銷，則語音大約需要8kb/s的速率帶寬；考慮到信道復(fù)用和用戶數(shù)據(jù)等約需2kb/s的開銷，信令需要0.5kb/s的開銷，則總量開銷需10.5kb/s。為此，我們采用4PSK調(diào)制，它的信道利用率為2bit/s/Hz。如果信道升余弦滾降系數(shù)為0.3，也就是說有效模擬帶寬在5.4kHz，可傳送5.4 kHz x 2 bit/Hz = 10.8kb/s的數(shù)字信號。如果進(jìn)一步增大m的值，雖然可以提高信道利用率，但將會使信道的誤碼率提高，影響整個通信系統(tǒng)性的可靠性，所以目前難以決定。綜合以上種種考慮，從保證通信可靠性出發(fā)，現(xiàn)在我們的方案采用/4-4PSK調(diào)制方式。到底是否可以采用效率更高的調(diào)制方式，要

29、在實(shí)際調(diào)試中決定，因?yàn)楝F(xiàn)在沒有一份準(zhǔn)確的感應(yīng)信道的特性參數(shù)。好在軟件無線電電臺中這部分是由DSP軟件實(shí)現(xiàn)的，可以方便地更改。調(diào)制器的結(jié)構(gòu)如圖410所示。由鏈路層生成的比特流首先被擾碼，擾碼器可按V.32標(biāo)準(zhǔn)由偽隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生。對擾碼器輸出的碼流進(jìn)行差分編碼，每2比特為一組（符號）。此符號被映射到4PSK星座圖上完成4PSK調(diào)制。最后用升余弦滾降濾波器進(jìn)行帶通濾波，并以一定的速率送入D/A轉(zhuǎn)換器，生成Modem調(diào)制信號。比特流擾碼差分編碼D/A成形濾波 4PSK調(diào)制映射圖410 調(diào)制器結(jié)構(gòu)Sin(0k+)逆映射差分譯碼解擾器比特流輸出載波誤差提取再生A/D定時誤差提取Cos(0k+)內(nèi)插濾波

30、器解調(diào)輸入判決 定時偏差均衡器圖411 解調(diào)器結(jié)構(gòu) 解調(diào)器的結(jié)構(gòu)如圖411所示。來自模擬前端的信號經(jīng)過AGC電路，使信號幅度穩(wěn)定。然后被A/D采樣，輸出被分成兩路，進(jìn)行正交解調(diào)，相差180度的正交載波由載波再生電路提供。帶通濾波器有升余弦滾降特性。由于感應(yīng)信道特性隨時間起伏較大，因此解調(diào)后的信號有可能考慮采用自適應(yīng)均衡，以部分抵消信道的起伏和漂移。由自適應(yīng)均衡器輸出經(jīng)逆映射部分找出4PSK的對應(yīng)星座點(diǎn)的符號，此符號經(jīng)差分譯碼、解擾器后，還原成能提交給鏈路子層（MAC）的比特流。4. 糾錯編碼：在無線信道中，由于衰落、多徑和帶內(nèi)電波等因素的干擾，會引起數(shù)據(jù)通信中的多種噪聲和突發(fā)干擾，會使接收端解

31、調(diào)后的話音信息或數(shù)據(jù)信息不可避免地出現(xiàn)錯誤。為了在已知信噪比的情況下達(dá)到一定的誤碼率指標(biāo)，首先應(yīng)該合理的設(shè)計基帶信號，選擇抗干擾性較強(qiáng)的調(diào)制解調(diào)方案，甚至采用頻域/時域均衡的方法從而盡可能的降低無線通信系統(tǒng)的誤碼率。在綜合考慮上述因素之后，本系統(tǒng)信道編碼采用前向差錯控制編碼，以此獲得編碼增益，提高系統(tǒng)傳輸性能，保證軟件無線電感應(yīng)通信電臺的通信可靠性。前向糾錯方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：不需要反饋信道，能用于單向通信，因而也適用于一點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的廣播式通信；譯碼延遲固定，較適用于實(shí)時傳輸系統(tǒng)。在本方案中，對于語音傳輸，采用RS（63，47）碼作前向糾錯碼和檢錯碼（FEC）。對于數(shù)據(jù)傳輸，一旦前向糾錯碼糾錯失敗，再采用反饋重傳技術(shù)（ARQ）。FEC/ARQ糾錯模塊位于MAC層，是移動數(shù)據(jù)鏈路