本發(fā)明涉及一種海上超短波超視距通信裝置，屬通信設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前大多數(shù)超短波通信設(shè)備只能在視距范圍內(nèi)通信傳輸，而海上通信距離一般都達(dá)到60公里，使用海上超短波超視距通信設(shè)備可以基本達(dá)到近海海域超短波通信的通信距離要求。海上超視距傳輸主要依靠對(duì)流層折射方式實(shí)現(xiàn)，由于折射傳輸衰減損耗大，特別是遭遇惡劣天氣，信號(hào)經(jīng)折射后在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)多徑干擾嚴(yán)重，一般在設(shè)備中表現(xiàn)為噪聲干擾，此時(shí)就不能實(shí)現(xiàn)超視距傳輸，嚴(yán)重影響海上超視距通信的質(zhì)量。因此研發(fā)一款具有低噪聲系數(shù)、高動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度特性，及數(shù)字基帶單元的射頻通道，接收超微弱信號(hào)能力強(qiáng)，海上超視距通信距離遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，低解調(diào)門限的海上超短波超視距通信裝置是十分有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種噪聲系數(shù)低、通信靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、保證低信噪比解調(diào)正確，有效減輕遠(yuǎn)距離通信的多徑干擾，海上超視距通信距離遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，保證通信質(zhì)量的海上超短波超視距通信裝置。

本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的的：

該海上超短波超視距通信裝置由天線、電子開(kāi)關(guān)、射頻接收單元、射頻發(fā)射單元、基帶單元構(gòu)成，其特征在于：天線通過(guò)電子開(kāi)關(guān)與射頻接收單元和射頻發(fā)射單元連接，射頻接收單元和射頻發(fā)射單元分別與基帶單元連接；射頻接收單元由射頻前端模塊、變頻模塊、中頻放大模塊和中頻處理模塊組成；射頻發(fā)射單元由激勵(lì)模塊和功放模塊組成；基帶單元由DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊、FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列模塊組成。

所述的電子開(kāi)關(guān)用于切換天線是發(fā)射狀態(tài)還是接收狀態(tài)。

所述的射頻接收單元的射頻前端模塊包括前級(jí)帶通濾波器BPF、低噪聲放大器LNA、后級(jí)帶通濾波器BPF；用于對(duì)接收的射頻信號(hào)進(jìn)行濾波、抑制帶外信號(hào)、及進(jìn)行預(yù)放大；變頻模塊包括本振、混頻器，用于產(chǎn)生本振信號(hào)，同時(shí)將射頻信號(hào)下變頻到中頻；中頻放大模塊包括前級(jí)中頻帶通濾波器IF BPF、中頻放大器、后級(jí)中頻帶通濾波器IF BPF；用于放大中頻信號(hào)、濾波；中頻處理模塊包括自動(dòng)增益控制器AGC、中頻處理芯片；用于將中頻信號(hào)混頻、濾波、放大、輸入基帶單元進(jìn)行處理。

所述的射頻發(fā)射單元的激勵(lì)模塊包括本振、放大器、低通濾波器LPF；用于產(chǎn)生射頻發(fā)射信號(hào)，并進(jìn)行激勵(lì)放大和低通濾波，濾除發(fā)射信號(hào)中的諧波信號(hào)；功放模塊包括放大器、自動(dòng)增益控制器AGC、前級(jí)帶通濾波器BPF、功率放大器PA、后級(jí)帶通濾波器BPF；用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大和濾波，通過(guò)功放輸出50W大功率。

所述的基帶單元的DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊，用于對(duì)無(wú)差別數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和組幀，編碼包含聲碼語(yǔ)音編解碼、咬尾卷積編解碼以及可選擇的交織編解碼；為適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景自適應(yīng)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的傳輸模式；所述的FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列模塊提供所有單元的時(shí)鐘，協(xié)調(diào)同步工作，對(duì)信道的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行控制以及信道參數(shù)的監(jiān)測(cè)、預(yù)警，4FSK波形的調(diào)制和濾波成型，同時(shí)接收中頻信號(hào)后進(jìn)行4FSK的解調(diào)和幀頭的同步檢測(cè)，還原信源信息，使射頻發(fā)射單元的功放模塊工作在非線性區(qū)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于：

該海上超短波超視距通信裝置的射頻發(fā)射單元的信號(hào)調(diào)制通過(guò)基帶單元實(shí)現(xiàn)4FSK恒包絡(luò)調(diào)制，頻譜利用率高，鄰道抑制特性好，可以使功放模塊盡可能工作在非線性區(qū)，大大提高了功放的發(fā)射效率。同時(shí)，采用4FSK恒包絡(luò)調(diào)制方式，在需要遠(yuǎn)距離通信時(shí)可轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制體制，構(gòu)成一個(gè) 2/4 電平 FSK頻移鍵控混合通信體制，保證發(fā)送功率頻譜盡可能收窄，有效提高帶外抑制率，使帶外抑制率達(dá)到≤-60～65dB。射頻接收單元通過(guò)基帶單元實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)和非相干解調(diào)結(jié)合，根據(jù)信噪比和信道動(dòng)態(tài)情況自適應(yīng)切換，既能提高增益又能在復(fù)雜和深衰落狀況下快速恢復(fù)相位信息。噪聲系數(shù)低、通信靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、解調(diào)門限低，有效減輕遠(yuǎn)距離通信的多徑干擾，海上超視距通信距離可達(dá)120公里，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。解決了現(xiàn)有遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)多徑干擾嚴(yán)重，設(shè)備噪聲干擾大，不能實(shí)現(xiàn)超視距傳輸，嚴(yán)重影響海上超視距通信質(zhì)量的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為一種海上超短波超視距通信裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為基帶單元對(duì)發(fā)送的數(shù)字語(yǔ)音的信息處理流程圖；

圖3為基帶單元對(duì)接收的數(shù)字語(yǔ)音的信息處理流程圖。

圖中：1、射頻接收單元，2、射頻發(fā)射單元，3、基帶單元，4、電子開(kāi)關(guān)；

101、射頻前端模塊，102、變頻模塊，103、中頻放大模塊，104、中頻處理模塊；

201、激勵(lì)模塊，202、功放模塊；

301、DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊，302、FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)該海上超短波超視距通信裝置的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

該海上超短波超視距通信裝置由天線、電子開(kāi)關(guān)4、射頻接收單元1、射頻發(fā)射單元2、基帶單元3構(gòu)成，天線通過(guò)電子開(kāi)關(guān)4與射頻接收單元1和射頻發(fā)射單元2連接，射頻接收單元1和射頻發(fā)射單元2分別與基帶單元3連接；射頻接收單元1由射頻前端模塊101、變頻模塊102、中頻放大模塊103和中頻處理模塊104組成；射頻發(fā)射單元2由激勵(lì)模塊201和功放模塊202組成；基帶單元3由DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊301、FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列模塊302組成。

所述的電子開(kāi)關(guān)4用于切換天線是發(fā)射狀態(tài)還是接收狀態(tài)。

所述的射頻接收單元1的射頻前端模塊101包括前級(jí)帶通濾波器BPF、低噪聲放大器LNA、后級(jí)帶通濾波器BPF；用于對(duì)接收的射頻信號(hào)進(jìn)行濾波、抑制帶外信號(hào)、及進(jìn)行預(yù)放大；變頻模塊102包括本振、混頻器，用于產(chǎn)生本振信號(hào)，同時(shí)將射頻信號(hào)下變頻到中頻；中頻放大模塊103包括前級(jí)中頻帶通濾波器IF BPF、中頻放大器、后級(jí)中頻帶通濾波器IF BPF；用于放大中頻信號(hào)、濾波；中頻處理模塊104包括自動(dòng)增益控制器AGC、中頻處理芯片；用于將中頻信號(hào)混頻、濾波、放大、輸入基帶單元3進(jìn)行處理。

所述的射頻發(fā)射單元2的激勵(lì)模塊201包括本振、激勵(lì)放大器、低通濾波器LPF；用于產(chǎn)生射頻發(fā)射信號(hào)，并進(jìn)行激勵(lì)放大和低通濾波，濾除發(fā)射信號(hào)中的諧波信號(hào)；功放模塊202包括前置放大器、自動(dòng)增益控制器AGC、前級(jí)帶通濾波器BPF、功率放大器PA、后級(jí)帶通濾波器BPF；用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大和濾波，通過(guò)功率放大器PA輸出50W大功率。

所述的基帶單元3的DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊301，用于對(duì)無(wú)差別數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和組幀，編碼包含聲碼語(yǔ)音編解碼、咬尾卷積編解碼以及可選擇的交織編解碼；為適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景自適應(yīng)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的傳輸模式；所述的FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列模塊302提供所有單元的時(shí)鐘，協(xié)調(diào)同步工作，對(duì)信道的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行控制以及信道參數(shù)的監(jiān)測(cè)、預(yù)警，4FSK波形的調(diào)制和濾波成型，同時(shí)接收中頻信號(hào)后進(jìn)行4FSK的解調(diào)和幀頭的同步檢測(cè)，還原信源信息，使射頻發(fā)射單元2的功放模塊202工作在非線性區(qū)。（參見(jiàn)圖1～3）

實(shí)施例：

如圖1所示，該超短波超視距通信裝置由天線、電子開(kāi)關(guān)4、射頻接收單元1、射頻發(fā)射單元2、基帶單元3構(gòu)成。

天線接收射頻信號(hào)送入射頻接收單元1，天線將來(lái)自射頻發(fā)射單元2的射頻信號(hào)發(fā)射出去。

電子開(kāi)關(guān)4用來(lái)切換天線是發(fā)射還是接收狀態(tài)。接收狀態(tài)下，天線接收射頻信號(hào)，發(fā)射狀態(tài)下，天線發(fā)射射頻信號(hào)。

射頻接收單元1由射頻前端模塊101、變頻模塊102、中頻放大模塊103、中頻處理模塊104組成；

射頻前端模塊101包括前級(jí)帶通濾波器BPF、低噪聲放大器LNA、后級(jí)帶通濾波器BPF；前級(jí)帶通濾波器BPF對(duì)進(jìn)入射頻前端模塊101的射頻信號(hào)濾波，抑制帶外信號(hào)。低噪聲放大器LNA工作在低噪放大區(qū)，對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行放大。后級(jí)帶通濾波器BPF對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行濾波。前級(jí)帶通濾波器BPF和后級(jí)帶通濾波器BPF的帶內(nèi)插損均設(shè)計(jì)在-1dB，可有效保證超短波超視距通信裝置的低噪聲系數(shù)。

變頻模塊102包括混頻器、本振；本振產(chǎn)生的本振信號(hào)與來(lái)自后級(jí)帶通濾波器BPF的射頻信號(hào)在混頻器中進(jìn)行差頻混頻，混頻器將射頻信號(hào)下變頻到中頻。

中頻放大模塊103包括前級(jí)中頻帶通濾波器IF BPF、中頻放大器、后級(jí)中頻帶通濾波器IF BPF；前級(jí)中頻帶通濾波器IF BPF對(duì)來(lái)自混頻器的信號(hào)進(jìn)行濾波，讓所需的中頻信號(hào)通過(guò)。中頻放大器對(duì)濾波后的中頻信號(hào)進(jìn)行放大。后級(jí)中頻帶通濾波器IF BPF對(duì)放大后的中頻信號(hào)進(jìn)行濾波。前級(jí)中頻帶通濾波器IF BPF和后級(jí)中頻帶通濾波器IF BPF有效提高該超短波超視距通信裝置的抗干擾性，大大增強(qiáng)接收信號(hào)的帶外信號(hào)抑制能力。

中頻處理模塊104包括自動(dòng)增益控制器AGC、中頻處理芯片；基帶單元3控制自動(dòng)增益控制器AGC工作，基帶單元3根據(jù)檢測(cè)到的中頻信號(hào)幅度，調(diào)整中頻處理芯片的放大增益，保證射頻接收單元1的信號(hào)通路具有大的動(dòng)態(tài)接收范圍。中頻處理芯片將中頻信號(hào)進(jìn)行二次混頻、放大和濾波為較低的中頻信號(hào)后，送入基帶單元3進(jìn)行處理。

射頻發(fā)射單元2由激勵(lì)模塊201、功放模塊202組成。

激勵(lì)模塊201包括本振、激勵(lì)放大器、低通濾波器LPF；本振產(chǎn)生發(fā)射所需的射頻信號(hào)，并通過(guò)來(lái)自基帶單元3的調(diào)制信號(hào)f對(duì)其進(jìn)行調(diào)制。激勵(lì)放大器對(duì)調(diào)制后的射頻信號(hào)進(jìn)行放大。低通濾波器LPF對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行低通濾波，濾除發(fā)射信號(hào)的諧波或雜散信號(hào)。

功放模塊202包括前置放大器、自動(dòng)增益控制器AGC、前級(jí)射頻帶通濾波器BPF、功率放大器PA、后級(jí)射頻帶通濾波器BPF；前置放大器對(duì)激勵(lì)模塊201送來(lái)的射頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大。前級(jí)射頻帶通濾波器BPF對(duì)預(yù)放大后的信號(hào)濾波并送去功率放大器PA，功率放大器PA采用線性功放，輸出50W的大功率射頻信號(hào)。后級(jí)射頻帶通濾波器BPF對(duì)大功率信號(hào)進(jìn)行濾波。自動(dòng)增益控制器AGC由基帶單元3控制，基帶單元3根據(jù)檢測(cè)到的射頻信號(hào)幅度調(diào)整前置放大器的放大增益，保證工作頻段內(nèi)的功率平坦。前級(jí)射頻帶通濾波器BPF和后級(jí)射頻帶通濾波器BPF可提高發(fā)射信號(hào)的寬帶噪聲指標(biāo)，降低對(duì)相鄰信道的干擾。

基帶單元3包括：DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊301、FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列模塊302。

DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊301對(duì)無(wú)差別的數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼和組幀，編碼包括聲碼話編解碼、咬尾卷積編解碼以及可選擇的交織編解碼；為適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，自適應(yīng)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的傳輸模式，以達(dá)到最佳的用戶體驗(yàn)和使用效果。

FPGA現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列模塊302為所有單元提供時(shí)鐘，協(xié)調(diào)同步工作；同時(shí)控制信道的實(shí)時(shí)狀態(tài)、監(jiān)測(cè)信道參數(shù)和預(yù)警，進(jìn)行頻移鍵控4FSK波形的調(diào)制和濾波成型，及接收中頻信號(hào)后進(jìn)行4FSK的解調(diào)和幀頭的同步檢測(cè)，還原信源信息。

基帶單元3對(duì)發(fā)送的數(shù)字話的信息處理流程參見(jiàn)圖2。

基帶單元3對(duì)接收的數(shù)字話的信息處理流程參見(jiàn)圖3。

該海上超短波超視距通信裝置，采用恒包絡(luò)調(diào)制4FSK技術(shù)，每個(gè)符號(hào)承載2個(gè)比特信息，頻譜利用率高、鄰道抑制特性好。由于其幅度的恒包絡(luò)特性，可以使射頻發(fā)射單元2的功放模塊202盡可能的工作在非線性區(qū)，提高了發(fā)射效率，也就是在相同發(fā)射功率下，采用恒包絡(luò)體制的調(diào)制方式可以輻射出更多的功率。相對(duì)于四進(jìn)制的體制，在需要遠(yuǎn)距離通信時(shí)可以轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的體制，在調(diào)制系數(shù)不變的情況下，二進(jìn)制提高了符號(hào)之間的距離，等效降低了解調(diào)的門限3dB，這樣，就形成了一個(gè) 2/4 電平Level FSK混合通信體制。

發(fā)送端符號(hào)速率由信道帶寬決定，通過(guò)基帶單元3成型根升余弦濾波器，盡可能減少人為引入的碼間干擾，同時(shí)能夠保證發(fā)送功率頻譜盡可能收緊，獲得好的帶外功率抑制效果，即鄰道功率抑制高達(dá)≤-60～65dB。

接收端首先要捕獲單元得到基本的傳輸信息，比如傳輸模式（二進(jìn)制或四進(jìn)制）、時(shí)隙的起始位置、頻率誤差、信道的沖擊響應(yīng)等；上述基本傳輸信息會(huì)送入解調(diào)單元；解調(diào)單元采用自適應(yīng)低噪非相干解調(diào)和相干解調(diào)。相干解調(diào)可以提供額外的3dB解調(diào)增益，但是在復(fù)雜度較高、深衰落的情況下難以恢復(fù)出相位信息，采用相干和非相干結(jié)合技術(shù)，根據(jù)信噪比和信道動(dòng)態(tài)情況，通過(guò)基帶單元3自適應(yīng)切換解調(diào)方案。

相比傳統(tǒng)的調(diào)制方式，由于能量非常集中，在極窄的帶寬內(nèi)能獲得最大限度的信號(hào)強(qiáng)度，所以在信號(hào)及其微弱的情況下仍能夠保證一定的信噪比，從而還原原始碼元，做到高的通信靈敏度。另外，使用聲碼話，在用戶速率極低的情況下仍可以流暢地傳輸語(yǔ)音業(yè)務(wù)；降低碼速率，對(duì)能量探測(cè)在時(shí)域上有積分對(duì)比的優(yōu)勢(shì)，還可將近端帶外噪聲或干擾造成的影響降低到最小，從而實(shí)現(xiàn)較低的信噪比狀況下的正確解調(diào)。

特殊的編碼使用，最大限度的保證了超視距的實(shí)現(xiàn)，采用聯(lián)合信源信道的編碼方法，綜合考慮信源和信道的特性，使之在信道時(shí)變或信源存在殘余冗余時(shí)，可以達(dá)到比傳統(tǒng)分離設(shè)計(jì)更好的性能。

由于實(shí)際碼流中不同比特發(fā)生錯(cuò)誤的效果是不同的，因此，需對(duì)不同的比特采取不同的錯(cuò)誤保護(hù)?；谛旁磧?yōu)化的信道編碼是在不同信息比特上優(yōu)化分配冗余比特或發(fā)射能量，將重要的數(shù)據(jù)分配較多的比特使之能達(dá)到更好的傳輸質(zhì)量，將不太重要的數(shù)據(jù)分配較少的比特，從而獲得最小的端到端的失真。

基于信源優(yōu)化信道編碼方案，語(yǔ)音編碼后，利用激勵(lì)比特位，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行編碼，提高糾錯(cuò)能力，然后進(jìn)行信道編碼。

數(shù)據(jù)信道編碼主要采用BPTC(分組乘積Turbo碼)，譯碼采用迭代譯碼方案，比標(biāo)準(zhǔn)1/2效率K=7的卷積碼，性能可提高2dB左右。

由于折射的多徑傳輸特性必然造成碼間串?dāng)_和相位偏移，但是接收端的解調(diào)方式是通過(guò)掃描能量積分和中點(diǎn)抽樣的方法，所以相位偏移不會(huì)造成影響，另外，碼率的降低（1.2ksps）也對(duì)多徑和碼間串?dāng)_在200海里距離下的影響不敏感。

從以上的描述中可以看出，該海上超短波超視距通信裝置基于低速率的遠(yuǎn)距離傳輸特性，選擇4FSK調(diào)制方式，并依據(jù)海上信道的衰落特性確定碼塊的交織深度，實(shí)現(xiàn)低信噪比情況下的正確解調(diào)。此外，高性能接收和信道選擇，使信道有更高的接收靈敏度，從而能夠解調(diào)接收到的超微弱信號(hào)，實(shí)現(xiàn)海上超視距通信。該海上超短波超視距通信裝置經(jīng)海上實(shí)際應(yīng)用檢測(cè)表明，超視距通信距離可達(dá)120千米，通信質(zhì)量清晰、穩(wěn)定。

以上所述只是本發(fā)明的具體實(shí)施方式，上述舉例說(shuō)明不對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了本說(shuō)明書(shū)后可以對(duì)上述的具體實(shí)施方式做修改或變形，而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。