通信原理与技术 教学课件 ppt 作者 李白萍 吴冬梅 第9章

第九章 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 9.2 TCT-301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 9.4 关 键 技 术 9.5 软硬件设计及框图,9.1 短波高速数字通信系统组成,短波通信由于电离层不稳定、干扰严重等问题，对数据信号传输的影响主要表现如下。 （1） 电离层的衰耗随时间变化及多径效应所引起的衰落。 （2） 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变化所引起的多普勒频移。 一般情况下，短波高速数字通信系统框图如图9-1所示。,图9-1 短波无线数字通信系统框图,9.2 TCT-301短波高速调制解调器的基本原理,图9-2和图9-3分别是短波高速调制解调器的发送端和接收端的原理框图。,图9-2 高频高速调制解调器发送端原理框图,图9-3 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入发端缓冲器，经编码器、交织设备变成需要传送的高速数据流，经串/并变换成多路低速数据流，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，调用IFFT算法程序完成各分路信号的合成。 （2） 在接收端，来自信道机的模拟信号，通过低通滤波器之后经过A/D转换成数字离散信号。,9.3 TCT-301短波高速调制解调器的主要性能指标,TCT-301短波高速调制解调器具有如下技术指标。 （1） 工作方式 （2） 数据速率 （3） 信道带宽及各副载波的选取,（4） 纠错方式 （5） 调制方式 （6） 解调方式 （7） 交织度 （9） 多普勒估值音及帧同步建立音 （10） 多普勒校正 （11） 同步调整,9.4 关 键 技 术,1. 信号格式 （1） 单音数目 本系统采用4TDPSK调制方式。,（2） 抽样速率 根据奈奎斯特抽样定理，并考虑SSB机器的边带滤波特性，抽样速率确定为fs=2.4Fm，Fm为最高频率，即，Fm=3000Hz，则fs=7200Hz （3） 音距及帧速率 抽样速率须满足fs=L·B，其中L为FFT的长度，B为音距。,2. 同步头设计实现 这里的同步头是指建立正常数据通信所需的信号头，它包括如下几部分。 信号存在信息。收端检测到此信号以确定信号出现。 多普勒频偏估值信号。收端依次估计信息通过信道所产生的频偏。 , 帧同步建立信号。收端根据此信号，建立帧同步（即位同步）。 参考相位。此信号为收端调相信号的解调提供起始相位值。 （1） 信号存在检测 用四音频信号来检测信号存在。 （2） 多普勒频偏估值 多普勒估值是在检测到信号之后进行的。,（3） 位同步建立 在并行体制的HFMODEM中，位同步的含义就是指要确定22.5ms帧的起始位置，只有这个位置找到了，才能确保FFT变换的样点取一帧内，以保证判决信号抽样点在22.5ms的中央。 （4） 参考相位信息 因为采用的是4TDPSK（四相DPSK）调制方式，因此在传输实际信息时，首先得发送参考相位信息。,3. 群同步建立、位同步跟踪、多普勒频偏跟踪 （1） 群同步建立 这里所指的群同步是指译码同步。在位同步建立之后，抽样的位置确定了。 （2） 位同步跟踪 在通信过程中，由于时钟等各种因素的影响，位同步的位置会发生变化，如果不跟踪其变化，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。,通过计算机模拟得出如下结果： 上下帧相位突跳点附近有比较好的线性关系，在其附近有如下关系： Diff0，同步超前； Diff=0，同步； Diff0，同步滞后。 上、下帧相位突跳点同时位于两窗口内，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小，若两窗口能量均大于某个门限时，同步处于跟踪模糊区内，就自动向固定方向调一个样点，使同步头脱离跟踪模糊区。 b. 在条件不满足的条件下，检测两窗口内参考音能量差值，依据前述准则判别。,（3） Doppler 频偏跟踪 在通信过程中，由于多种因素的影响会导致频率漂移，若不对此进行校正，将会产生较大的相位误差，严重地影响判决的结果，导致错误。,4. 调制解调及分集 （1） 调制方式的选择 在并行体制的短波数传系统中，常用的两种调制方式为4TDPSK和4FDPSK。 （2） 信号合并与分解 如图9-2所示，发送端是通过IFFT变换将调制在39个单音上的信号合并，而信号的分解则是在接收端通过FFT完成的。, 利用IFFT完成调制信号的合路 利用DFT完成接收信号的分路 分集接收技术,5. 编译码及交错 （1） 编码 众所周知，在短波信道上存在严重的突发干扰。就目前所知的编码方式中，Reed-Solomon码具有纠单个错，特别是具有较强的纠突法错误的能力。因此，在本系统中采用R-S码作为纠错码。,（2） R-S码的译码 采用Peterson-Gorenstien-Zierler（PGZ）算法，其基本过程如下： 由接收多项式V（x）计算校正子S=（S1，S2，S2t）； 由伴随式分量S1，S2，S2t解出错误位置多项式A（x）； 通过求解A（x），确定错误数x1，x2，xv； 计算错误幅度y1，y2，yv纠错。,（3） 交织 交织是一种非常简单而有效的造码方法，可大大提高纠随机错能力，使抗短突发错误的码成为抗较长突发错误的码，但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 短波信道由于其信道的特点，实现无错传输是极其困难的。在前向纠错的基础上增加了校验重发，采用的校验码为CRC-16，其多项式为X16+X15+X2+1，,在误码率为10-2的情况下采用该种校验方式后，其误码率小于10-11，可以认为是无差错传输。另外采用了 S-ARQ技术，即重发有错的小组，大大地提高了通过率。 另外在ARQ工作方式下，实现了自动降速的功能，共分为两档：300bit/s以上及150bit/s以下。在每一挡下，通信速率可以根据信道的实际情况实现自动的速率升降，以获得大的通过率。,9.5 软硬件设计及框图,1. 硬件框图 短波高速调制解调器的硬件框图如图9-7所示。 2. 软件框图 软件框图如图9-8所示。,图9-7 短波高速调制解调器的硬件框图,图9-8 短波高速调制解调器的软件框图,