專利名稱：Vhf、uhf頻段寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸平臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種VHF、UHF頻段寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸平臺，屬于(軍用)無線通信領域，如陸軍裝甲車輛、空降、陸戰(zhàn)隊和特種作戰(zhàn)部隊等域。
背景技術：
隨著二十世紀末信息技術的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡互聯(lián)技術開始應用于軍事領域，21世紀的數(shù)字化部隊將對通信速率、容量、互通性有更高要求，由此引發(fā)了一場作戰(zhàn)方式的革命性變革——網(wǎng)絡中心戰(zhàn)。傳統(tǒng)作戰(zhàn)方式由于受到通信能力的限制，所以只能依靠各作戰(zhàn)單元自身的態(tài)勢感知能力、指揮控制能力、機動能力、殺傷能力、生存能力以及數(shù)量來形成其戰(zhàn)斗力，而網(wǎng)絡中心戰(zhàn)則由于利用了先進的通信和網(wǎng)絡技術，所以主要依靠作戰(zhàn)單元間的合作和協(xié)同來產(chǎn)生戰(zhàn)斗力。戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變，通信數(shù)據(jù)量巨大，作戰(zhàn)部隊對傳統(tǒng)軍用通信電臺在傳輸速率、信道帶寬、通信距離、移動接收、通信組網(wǎng)及抗干擾能力等方面均提出更高要求，作戰(zhàn)部隊所使用電臺的帶寬和性能、功能會對其作戰(zhàn)能力產(chǎn)生重大的影響。

發(fā)明內容
在上述背景下，采用軟件無線電及寬帶高速波形技術，提供一種VHF、UHF頻段的寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸平臺。具體采用如下技術方案一種VHF、UHF頻段寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸平臺，包括功放和濾波器模塊、射頻信道模塊和數(shù)字信號處理模塊；所述射頻信道模塊先將射頻信號變?yōu)橹蓄l信號發(fā)送給數(shù)字信息處理模塊。所述的數(shù)據(jù)傳輸平臺，所述射頻信道模塊中，接收過程接收來自功放濾波器模塊的有用射頻信號，利用一級混頻器上變頻至高中頻868MHz，高中頻經(jīng)濾波放大后經(jīng)二級混頻器下變頻至低中頻21. 4MHz，低中頻再經(jīng)濾波器、放大器，濾波、放大后送往數(shù)字信號處理模塊進行后續(xù)處理。所述的數(shù)據(jù)傳輸平臺，所述射頻信道模塊發(fā)射過程將來自數(shù)字信號處理模塊的已調中頻信號經(jīng)濾波器、放大器，濾波、放大后進行頻譜搬移，先經(jīng)二級混頻器搬移至一中頻868MHz，濾波放大后再經(jīng)一級混頻器搬到射頻頻段后送往功放和濾波器模塊進行功率放大、諧波濾波處理，最后通過天線輻射出去。所述的數(shù)據(jù)傳輸平臺，所述數(shù)字信息處理模塊中，接收處理數(shù)字信號處理模塊從射頻信道模塊處接收中頻信號后在A/D部分進行高速A/D采樣數(shù)字化，采樣的數(shù)字信號在數(shù)字下變頻部分完成數(shù)字下變頻，在濾波器部分進行濾波處理，將高速數(shù)據(jù)流變?yōu)榛鶐?shù)據(jù)流，在基帶數(shù)據(jù)處理部分中完成系統(tǒng)同步、頻偏估計與校正、信道估計與均衡、解擴、信道譯碼以及信號解調。所述的數(shù)據(jù)傳輸平臺，所述數(shù)字信息處理模塊中，發(fā)射處理綜合業(yè)務處理單元將從外部接口收到的數(shù)據(jù)信息進行打包處理后送入基帶數(shù)據(jù)處理部分，基帶數(shù)據(jù)處理單元完成用戶數(shù)據(jù)的信源、信道編碼、交織、加密、擴頻和調制處理，然后在數(shù)字上變頻部分進行數(shù)字上變頻處理，送給D/A完成數(shù)模轉換。經(jīng)過射頻信道處理，最后經(jīng)過功放和濾波模塊處理，送至發(fā)射天線。利用軟件無線電技術，根據(jù)不同的使用要求、通信環(huán)境以及用戶需求，動態(tài)調整中頻帶寬(中頻帶寬可在25KHz-8MHz范圍內調整)。在窄帶中頻帶寬條件下，運行傳統(tǒng)窄帶低速波形，與傳統(tǒng)電臺互聯(lián)互通。在寬帶中頻帶寬條件下，運行寬帶高速波形，完成大容量高速數(shù)據(jù)傳輸。寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸平臺能夠支持多種波形和工作模式，滿足30MHz-512MHz 頻段范圍內的寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸需求。


圖1功放和濾波器模塊的原理框圖；圖2信道模塊接收通道原理框圖；圖3信道模塊發(fā)射通道原理框圖；圖4數(shù)字信息處理模塊功能原理框圖；圖5寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸平臺的原理框圖。
具體實施例方式以下結合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。參考圖5，VHF、UHF頻段寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸平臺，包括功放和濾波器模塊、射頻信道模塊和數(shù)字信號處理模塊，還包括電源與控制模塊、顯控及音頻接口模塊、顯示終端以及收發(fā)共用天線等部分。模塊之間通過數(shù)據(jù)及控制接口連接，電源模塊為各種功能模塊提供所需電壓。天線采用收發(fā)共用30MHz-512MHz寬帶天線。圖1為功放和濾波器模塊原理框圖，該模塊用于完成發(fā)射時的寬帶射頻功率放大及諧波濾波任務，放大輸入的信號，使之達到足夠高的功率電平，以滿足發(fā)射天線或負載單元的要求。發(fā)射過程來自射頻信道模塊的發(fā)射頻信號，經(jīng)駐波比保護電路、溫度保護(熱保護電路)電路，送入可變衰減器(由射頻信道模塊的控制處理部分根據(jù)平臺輸出功率要求對輸入的射頻信號進行可變衰減控制)，利用寬帶放大器進行寬帶功率放大至所需功率， 經(jīng)諧波濾波器單元(由射頻信道模塊的控制處理部分根據(jù)平臺工作頻率要求控制六波段開關切換波段)濾除諧波，由射頻信道模塊控制處理部分控制收發(fā)開關切換至發(fā)狀態(tài)后， 由天線輻射出去。定向耦合器進行前、后向功率采樣，采樣信號通過控制接口送往射頻信道模塊控制處理部分。功放和濾波器模塊的各種控制都經(jīng)控制接口由射頻信道模塊控制處理部分控制。射頻信道模塊工作頻率為30 512MHz，根據(jù)當前相關器件的性能，現(xiàn)階段難以實現(xiàn)30 512MHz射頻信號的直接采樣數(shù)字化(射頻數(shù)字化)，因此采用中頻數(shù)字化，即先將射頻信號變?yōu)橹蓄l信號，由數(shù)字信息處理模塊進行采樣，變換成數(shù)字信號進行后續(xù)處理。采用軟件無線電技術及線性信道技術，構建寬帶中頻數(shù)字化通用硬件平臺，使其可支持定頻、跳頻、擴頻等多種工作模式。射頻信道模塊支持話音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻傳輸， 可與現(xiàn)有電臺互連互通，可支持中、高速跳頻通信。衰減器的使用使整個模塊均工作在線性狀態(tài)，從而該模塊可支持各種線性、非線性調制方式。頻率合成器使其可支持中、高速跳頻通信?？刂铺幚聿糠诌M行中頻帶寬調整和功能切換，以滿足數(shù)字信號處理單元的處理要求。如圖2、圖3所示，為射頻信道模塊的接收通路、發(fā)射通路原理框圖，射頻信道模塊采用兩次變頻的超外差結構，其收發(fā)工作流程如下接收過程從寬帶天線接收的有用射頻(30 512MHz)信號，經(jīng)功放濾波器模塊， 通過大信號保護電路和濾波器1、衰減器1、放大器1、濾波器2，濾波、放大后，利用混頻器1 上變頻至高中頻868MHz，高中頻經(jīng)濾波器3、放大器2，濾波、放大后，利用混頻器2下變頻至低中頻21. 4MHz，低中頻再經(jīng)濾波器4、衰減器2、放大器3，濾波、放大后，送往數(shù)字信號處理模塊進行后續(xù)處理?？刂铺幚聿糠謱Ω魉p器衰減量的控制，可避免大信號輸入時放大器飽和，使整個信道保持線性；控制處理部分對濾波器2的頻段控制，使濾波器分段切換，更好的濾除射頻帶外無用信號；控制處理部分根據(jù)數(shù)字信號處理模塊工作模式，對濾波器4 的帶寬進行控制，調整二中頻濾波器帶寬，以適應數(shù)字信號處理模塊處理要求；控制處理部分通過控制頻率合成器，為混頻器1提供相應射頻頻率的本振信號?？刂铺幚聿糠滞ㄟ^數(shù)字接口與數(shù)字信號處理模塊進行通信?？刂铺幚聿糠挚刂乒Ψ艦V波器模塊進行收發(fā)切換。發(fā)射過程來自數(shù)字信號處理模塊的已調中頻信號(低中頻21. 4MHz)經(jīng)濾波器 5、放大器4，濾波、放大后，進行頻譜搬移，先經(jīng)混頻器2搬移至高中頻868MHz，放大器5、濾波器6，放大、濾波后，再經(jīng)混頻器1搬到射頻(30 512MHz)頻段，經(jīng)濾波器2、衰減器3、放大器6，放大、濾波后，送往功放和濾波器模塊處理，最后通過天線輻射出去?？刂铺幚聿糠謱λp器3減量進行控制，使輸出到功放濾波器模塊的射頻信號幅度相對穩(wěn)定；控制處理部分對濾波器2進行頻段控制，使濾波器分段切換，更好的濾除射頻帶外無用信號；控制處理部分根據(jù)數(shù)字信號處理模塊工作模式，對濾波器5的帶寬進行控制，調整二中頻濾波器帶寬，對應數(shù)字信號處理模塊處理要求；控制處理部分通過控制頻率合成器，為混頻器1提供相應射頻頻率的本振信號；控制處理部分對功放濾波器模塊進行采樣信號采集，可變衰減器(ALC控制)、諧波濾波器波段、收發(fā)控制。利用信道模塊中的控制處理部分對衰減器衰減量、濾波器頻段、頻率合成器輸出振頻率、二中頻濾波器帶寬等進行控制(具體由FPGA實現(xiàn))，實現(xiàn)30 512MHz范圍內的射頻信道可編程設計。如圖4所示為數(shù)字信號處理模塊的原理框圖，數(shù)字信號處理模塊運行寬帶高速波形，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。接收處理數(shù)字信號處理模塊從射頻信道模塊處接收中頻信號后在A/D模塊進行高速A/D采樣數(shù)字化，采樣的數(shù)字信號在數(shù)字下變頻部分完成數(shù)字下變頻(DDC)，在濾波器部分進行濾波處理，將高速數(shù)據(jù)流變?yōu)榛鶐?shù)據(jù)流，在基帶數(shù)據(jù)處理部分中完成系統(tǒng)同步 (載波同步、符號同步和定時同步)、頻偏估計與校正、信道估計與均衡、解擴、信道譯碼以及信號解調。解調出的用戶數(shù)據(jù)由綜合業(yè)務處理部分統(tǒng)一管理，通過外部接口送至顯示器 (視頻圖像數(shù)據(jù))、音箱(話音數(shù)據(jù))等外部設備。發(fā)射處理綜合業(yè)務處理部分將從外部接口收到的數(shù)據(jù)信息進行打包處理后送入基帶數(shù)據(jù)處理部分，基帶數(shù)據(jù)處理部分完成用戶數(shù)據(jù)的信源、信道編碼、交織、加密、擴頻和調制處理，然后在數(shù)字上變頻部分進行數(shù)字上變頻(DUC)處理，送給D/A完成數(shù)模轉換。經(jīng)過射頻信道處理，最后經(jīng)過功放和濾波模塊處理，送至發(fā)射天線，完成整個發(fā)射工作。在硬件平臺(VHF、UHF頻段寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸平臺)的基礎上，采用寬帶高速波形可以實現(xiàn)話音數(shù)據(jù)、視頻圖像的高速傳輸。在工作頻段30MHz 512MHz、信道帶寬彡8MHz 的條件下，實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)速率2Mbps 8Mbps。硬件平臺支持兩種體制的寬帶高速波形單載波和多載波OFDM體制。單載波模式下，采用單載波頻域均衡SC-FDE技術以及快速準確的同步技術。多載波OFDM體制下，采用 LDPC糾錯碼和快速的時頻同步技術。寬帶高速波形在數(shù)字信號處理模塊中運行。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種VHF、UHF頻段寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸平臺，其特征在于，包括功放和濾波器模塊、射頻信道模塊和數(shù)字信號處理模塊；所述射頻信道模塊先將射頻信號變?yōu)橹蓄l信號，再對中頻信號進行采樣，變換成數(shù)字信號發(fā)送給數(shù)字信息處理模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸平臺，其特征在于，所述射頻信道模塊中，接收過程從功放濾波器模塊收發(fā)開關(切換至收狀態(tài))接收有用射頻信號，經(jīng)濾波放大后，利用一級混頻器上變頻至一中頻868MHz，一中頻信號經(jīng)濾波、放大后，利用二級混頻器下變頻至二中頻21. 4MHz，二中頻信號再經(jīng)濾波、放大后送往數(shù)字信號處理模塊進行后續(xù)處理。
3.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸平臺，其特征在于，所述射頻信道模塊發(fā)射過程將來自數(shù)字信號處理模塊的已調中頻信號經(jīng)濾波器、放大器，濾波、放大后進行頻譜搬移，先經(jīng)二級混頻器搬移至一中頻868MHz，濾波放大后再經(jīng)一級混頻器搬到射頻頻段后送往功放和濾波器模塊進行功率放大、濾波處理，最后通過天線輻射出去。
4.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸平臺，其特征在于，所述數(shù)字信息處理模塊中，接收處理數(shù)字信號處理模塊從射頻信道模塊處接收中頻信號后在A/D部分進行高速A/D采樣數(shù)字化，采樣的數(shù)字信號在數(shù)字下變頻部分完成下變頻，在濾波器部分進行濾波處理，將高速數(shù)據(jù)流變?yōu)榛鶐?shù)據(jù)流，在基帶數(shù)據(jù)處理部分中完成系統(tǒng)同步、頻偏估計與校正、信道估計與均衡、解擴、信道譯碼以及信號解調。
5.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸平臺，其特征在于，所述數(shù)字信息處理模塊中，發(fā)射處理綜合業(yè)務處理部分將從外部接口收到的數(shù)據(jù)信息進行打包處理后送入基帶數(shù)據(jù)處理部分，基帶數(shù)據(jù)處理部分完成用戶數(shù)據(jù)的信源、信道編碼、交織、加密、擴頻和調制處理，然后在數(shù)字上變頻部分進行數(shù)字上變頻處理，送給D/A完成數(shù)模轉換。經(jīng)過射頻信道處理，最后經(jīng)過功放和濾波模塊處理，送至發(fā)射天線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種VHF、UHF頻段寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸平臺，包括功放和濾波器模塊、射頻信道模塊和數(shù)字信號處理模塊；所述射頻信道模塊先將射頻信號變?yōu)橹蓄l信號，再對中頻信號進行采樣，變換成數(shù)字信號發(fā)送給數(shù)字信息處理模塊。利用軟件無線電技術，根據(jù)不同的使用要求、通信環(huán)境以及用戶需求，動態(tài)調整中頻帶寬(中頻帶寬可在25KHz-8MHz范圍內調整)。在窄帶中頻帶寬條件下，運行傳統(tǒng)窄帶低速波形，與傳統(tǒng)電臺互聯(lián)互通。在寬帶中頻帶寬條件下，運行寬帶高速波形，完成大容量高速數(shù)據(jù)傳輸。寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸平臺能夠支持多種波形和工作模式，滿足30MHz-512MHz頻段范圍內的寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸需求。
文檔編號H04B1/40GK102195666SQ20111009317
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權日2011年4月14日
發(fā)明者唐宏震, 張寶強, 強莉娟, 梁峰, 譚文生, 馬允龍 申請人:西安烽火電子科技有限責任公司