北邮通信原理课件 (9)(全).pdf

第九章第九章 数字通信系统的应用举例数字通信系统的应用举例 9 1短波高速数字通信系统组成短波高速数字通信系统组成 9 2 TCT 301短波高速调制解调器的基本原理短波高速调制解调器的基本原理 9 3 TCT 301短波高速调制解调器的主要性能指标短波高速调制解调器的主要性能指标 9 4关关 键键 技技 术术 9 5软硬件设计及框图软硬件设计及框图 9 1 短波高速数字通信系统组成短波高速数字通信系统组成 短波通信由于电离层不稳定短波通信由于电离层不稳定 干扰严干扰严 重等问题重等问题 对数据信号传输的影响主要表对数据信号传输的影响主要表 现如下现如下 1 电离层的衰耗随时间变化及多电离层的衰耗随时间变化及多 径效应所引起的衰落径效应所引起的衰落 2 多径效应所引起的波形展宽多径效应所引起的波形展宽 3 电离层快速运动和反射层高度电离层快速运动和反射层高度 变化所引起的多普勒频移变化所引起的多普勒频移 一般情况下一般情况下 短波高速数字通信系统短波高速数字通信系统 框图如图框图如图9 1所示所示 图图9 1 短波无线数字通信系统框图短波无线数字通信系统框图 9 2 TCT 301短波高速调制解短波高速调制解 调器的基本原理调器的基本原理 图图9 2和图和图9 3分别是短波高速分别是短波高速 调制解调器的发送端和接收端的调制解调器的发送端和接收端的 原理框图原理框图 图图9 2 高频高速调制解调器发送端原理框图高频高速调制解调器发送端原理框图 图图9 3 高频高速调制解调器接收端原理框图高频高速调制解调器接收端原理框图 1 发送端来自数字设备的信码送发送端来自数字设备的信码送 入发端缓冲器入发端缓冲器 经编码器经编码器 交织设备变成交织设备变成 需要传送的高速数据流需要传送的高速数据流 经串经串 并变换成多并变换成多 路低速数据流路低速数据流 然后根据所采用的调制方然后根据所采用的调制方 式将数字信号转换成各频谱线上的频域值式将数字信号转换成各频谱线上的频域值 调用调用IFFT算法程序完成各分路信号的合成算法程序完成各分路信号的合成 2 在接收端在接收端 来自信道机的模拟来自信道机的模拟 信号信号 通过低通滤波器之后经过通过低通滤波器之后经过A D转换转换 成数字离散信号成数字离散信号 9 3 TCT 301短波高速调制解短波高速调制解 调器的主要性能指标调器的主要性能指标 TCT 301短波高速调制解调器具有如短波高速调制解调器具有如 下技术指标下技术指标 1 工作方式工作方式 2 数据速率数据速率 3 信道带宽及各副载波的选取信道带宽及各副载波的选取 4 纠错方式纠错方式 5 6 解调方式解调方式 7 交织度交织度 9 多普勒估值音及帧同步建立音多普勒估值音及帧同步建立音 10 多普勒校正多普勒校正 11 同步调整同步调整 9 4 关关 键键 技技 术术 1 信号格式信号格式 1 本系统采用本系统采用4 TDPSK调制方式调制方式 2 根据奈奎斯特抽样定理根据奈奎斯特抽样定理 并考虑并考虑SSB 机器的边带滤波特性机器的边带滤波特性 抽样速率确定为抽样速率确定为 fs 2 4Fm Fm为 最 高 频 率为 最 高 频 率 即即 Fm 3000Hz 则则fs 7200Hz 3 抽样速率须满足抽样速率须满足fs L B 其中其中L为为FFT 的长度的长度 B为音距为音距 2 这里的同步头是指建立正常数据通信这里的同步头是指建立正常数据通信 所需的信号头所需的信号头 它包括如下几部分它包括如下几部分 信号存在信息信号存在信息 收端检测到此信号收端检测到此信号 以确定信号出现以确定信号出现 多普勒频偏估值信号多普勒频偏估值信号 收端依次估收端依次估 计信息通过信道所产生的频偏计信息通过信道所产生的频偏 帧同步建立信号帧同步建立信号 收端根据此信号收端根据此信号 建立帧同步建立帧同步 即位同步即位同步 参考相位参考相位 此信号为收端调相信号此信号为收端调相信号 的解调提供起始相位值的解调提供起始相位值 1 用四音频信号来检测信号存在用四音频信号来检测信号存在 2 多普勒估值是在检测到信号之后进行多普勒估值是在检测到信号之后进行 的的 3 在并行体制的在并行体制的HFMODEM中中 位同位同 步的含义就是指要确定步的含义就是指要确定22 5ms帧的起始位帧的起始位 置置 只有这个位置找到了只有这个位置找到了 才能确保才能确保FFT 变换的样点取一帧内变换的样点取一帧内 以保证判决信号抽以保证判决信号抽 样点在样点在22 5ms的中央的中央 4 因为采用的是因为采用的是4 TDPSK 四相四相DPSK 调制方式调制方式 因此在传输实际信息时因此在传输实际信息时 首先首先 得发送参考相位信息得发送参考相位信息 3 群同步建立 位同步跟踪 群同步建立 位同步跟踪 1 这里所指的群同步是指译码同步这里所指的群同步是指译码同步 在在 位同步建立之后位同步建立之后 抽样的位置确定了抽样的位置确定了 2 在通信过程中在通信过程中 由于时钟等各种因素由于时钟等各种因素 的影响的影响 位同步的位置会发生变化位同步的位置会发生变化 如果如果 不跟踪其变化不跟踪其变化 则在通信建立一段时间之则在通信建立一段时间之 后因同步位置丢失而导致通信中断后因同步位置丢失而导致通信中断 上下帧相位突跳点附近有比较好的上下帧相位突跳点附近有比较好的 线性关系线性关系 Diff 0 Diff 0 Diff 0 同步滞后同步滞后 上上 下帧相位突跳点同时位于两窗下帧相位突跳点同时位于两窗 口内口内 则存在一个同步跟踪的模糊区则存在一个同步跟踪的模糊区 a 在检测的前后窗口的参考音能量大在检测的前后窗口的参考音能量大 小小 若两窗口能量均大于某个门限时若两窗口能量均大于某个门限时 同同 步处于跟踪模糊区内步处于跟踪模糊区内 就自动向固定方向就自动向固定方向 调一个样点调一个样点 使同步头脱离跟踪模糊区使同步头脱离跟踪模糊区 b 在条件在条件 不满足的条件下不满足的条件下 检测两检测两 窗口内参考音能量差值窗口内参考音能量差值 依据前述准则判依据前述准则判 别别 3 Doppler 在通信过程中在通信过程中 由于多种因素的影响由于多种因素的影响 会导致频率漂移会导致频率漂移 若不对此进行校正若不对此进行校正 将将 会产生较大的相位误差会产生较大的相位误差 严重地影响判决严重地影响判决 的结果的结果 导致错误导致错误 4 调制解调及分集调制解调及分集 1 在并行体制的短波数传系统中在并行体制的短波数传系统中 常用常用 的两种调制方式为的两种调制方式为4 TDPSK和和4 FDPSK 2 如图如图9 2所示所示 发送端是通过发送端是通过IFFT变变 换将调制在换将调制在39个单音上的信号合并个单音上的信号合并 而信而信 号的分解则是在接收端通过号的分解则是在接收端通过FFT完成的完成的 利用利用IFFT 利用利用DFT 5 1 众所周知众所周知 在短波信道上存在严重的在短波信道上存在严重的 突发干扰突发干扰 就目前所知的编码方式中就目前所知的编码方式中 Reed Solomon码具有纠单个错码具有纠单个错 特别是具特别是具 有较强的纠突法错误的能力有较强的纠突法错误的能力 因此因此 在本在本 系统中采用系统中采用R S码作为纠错码码作为纠错码 2 R S 采用采用Peterson Gorenstien Zierler PGZ 算法算法 由接收多项式由接收多项式V x 计算校正子计算校正子 S S1 S2 S2t 由伴随式分量由伴随式分量S1 S2 S2t解出解出 错误位置多项式错误位置多项式A x 通过求解通过求解A x 确定错误数确定错误数x1 x2 xv 计算错误幅度计算错误幅度y1 y2 yv纠错纠错 3 交织交织 交织是一种非常简单而有效的造码方交织是一种非常简单而有效的造码方 法法 可大大提高纠随机错能力可大大提高纠随机错能力 使抗短突使抗短突 发错误的码成为抗较长突发错误的码发错误的码成为抗较长突发错误的码 但但 这是以增加存储设备和通信时延为代价的这是以增加存储设备和通信时延为代价的 4 自动重发的实现自动重发的实现 短波信道由于其信道的特点短波信道由于其信道的特点 实现无实现无 错传输是极其困难的错传输是极其困难的 在前向纠错的基础在前向纠错的基础 上增加了校验重发上增加了校验重发 采用的校验码为采用的校验码为CRC 16 其多项式为其多项式为X16 X15 X2 1 在误码率为在误码率为10 2的情况下采用该种校 的情况下采用该种校 验方式后验方式后 其误码率小于其误码率小于10 11 可以认为可以认为 是无差错传输是无差错传输 另外采用了另外采用了 S ARQ技术技术 即重发有错的小组即重发有错的小组 大大地提高了通过率大大地提高了通过率 另外在另外在ARQ工作方式下工作方式下 实现了自动实现了自动 降速的功能降速的功能 共分为两档 共分为两档 300bit s以上及以上及 150bit s以下以下 在每一挡下在每一挡下 通信速率可以通信速率可以 根据信道的实际情况实现自动的速率升降根