МОДЕМ КВ ДИАПАЗОНА

Полезная модель относится к технике систем связи и предназначена для работы в составе комплекса приемо-передающей аппаратуры по радиоканалу коротковолнового (КВ) диапазона.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является многоканальный модем КВ диапазона, содержащий модулятор и демодулятор сигналов, блок синхронизации, блок управления, включающий в передающей части параллельно-последовательный преобразователь, блок кодеров относительности, перекодирующее устройство, кодирующее символ информационного канала по Грею и сопоставляющее фазовый сдвиг, генератор сетки частот, блок фазовых манипуляторов, выходное устройство модулятора и в принимающей части - блок квадратурных демодуляторов, генератор сетки частот, запоминающее устройство, блок вычисления разности фаз, блок сумматоров, блок декодеров относительности, параллельно-последовательный преобразователь. Модем содержит распределяющее устройство, обеспечивающее максимальное частотное разнесение каналов с одинаковой информацией, с возможностью регулировки пропускной способности от 56 до 8640 бит в секунду в режиме дублирования информации по каналам при изменениях характеристики канала связи, блок синхронизации, позволяющий тактировать демодулятор по информационному каналу.
Недостатком устройства-прототипа является повышенное влияние искажений сигнала, связанных с его многолучевым распространением.
Задача полезной модели - повышение спектральной эффективности сигнала, увеличение пропускной способности и уменьшение влияний искажений сигнала, связанных с его многолучевым распространением.
Поставленная задача достигается тем, что в модеме КВ диапазона, содержащем модулятор и демодулятор сигналов, блок управления, дополнительно введены блок ввода-вывода данных, блок ввода-вывода сигнала, модулятор включает кодер, перемножитель, скремблер, КАМ модулятор, мультиплексор, генератор пилотных сигналов, OFDM модулятор, блок переноса на текущую частоту, генератор несущей, демодулятор включает генератор несущей, блок переноса на нулевую частоту, блок вхождения в связь, блок коррекции временного смещения, OFDM демодулятор, генератор пилотных сигналов, эквалайзер, демультиплексор, КАМ демодулятор, дескремблер, деперемежитель, декодер, причем выход блока ввода-вывода данных соединен со входом кодера, выход которого соединен со входом перемежителя, выход которого соединен со входом скремблера, выход которого соединен со входом КАМ модулятора, выход которого соединен с первым входом мультиплексора, а ко второму входу мультиплексора подключен генератор пилотных сигналов, при этом выход мульплексора соединен со входом OFDM модулятора, выход которого соединен с первым входом блока переноса на несущую частоту, а ко второму входу которого подключен генератор несущей, выход блока переноса несущей частоты подключен ко входу блока ввода-вывода сигнала, выход которого соединен с первым входом блока переноса на нулевую частоту, второй вход которого соединен с выходом генератора несущей, вход которого соединен с выходом блока вхождения в связь, вход которого соединен с первым выходом блока переноса на нулевую частоту, второй выход которого соединен со первым входом блока коррекции временного смещения, второй вход которого соединен с выходом блока вхождения в связь, а третий вход которого соединен с первым выходом эквалайзера, выход блока коррекции временного смещения соединен со входом OFDM демодулятора, выход которого соединен с первым входом эквалайзера, второй вход которого подключен к генератору пилотных символов, второй выход которого соединен с первым входом КАМ демодулятора, а третий выход которого соединен со входом демультиплексора, выход которого соединен со вторым входом КАМ демодулятора, выход которого соединен со входом дескремблера, выход которого соединен со входом деперемежителя, выход которого соединен со входом декодера, выход которого соединен со входом блока ввода-вывода данных, при этом сигналы блока управления подаются на все блоки модулятора, демодулятора, блок ввода-вывода данных и блок ввода-вывода сигнала.
Достигаемым техническим результатом является повышение помехоустойчивости модема и, как следствие, более высокая достоверность приема данных.
На фиг.1. представлена общая схема предлагаемого устройства, содержащая блок ввода-вывода данных 1, модулятор 2, демодулятор 3, блок управления 4, блок ввода-вывода сигнала 5. На фиг.2 представлена структура модулятора 2, содержащая кодер 6, перемежитель 7, скремблер 8, КАМ модулятор 9, мультиплексор 10, генератор пилотных сигналов 11, OFDM модулятор 12, блок переноса на несущую частоту 13, генератор несущей 14. На фиг.3 представлена структура демодулятора 3, включающая блок переноса на нулевую частоту 15, генератор несущей 16, блок коррекции временного смещения 17, блок вхождения в связь 18, OFDM демодулятор 19, генератор пилотных сигналов 20, эквалайзер 21, демультиплексор 22, КАМ демодулятор 23, дескремблер 24, деперемежитель 25, декодер 26.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Основу его составляют блоки модулятора 2 и демодулятора 3, которые выполняют преобразование данных в сигнал и сигнала обратно в данные. За подготовку данных к преобразованию в модуляторе 2 отвечает блок ввода-вывода данных 1. За подготовку сигнала к обратному преобразованию в демодуляторе 3 отвечает блок ввода-вывода сигнала 5. Управление всеми элементами системы осуществляет блок управления 4, который, по сути, является каналом взаимодействия модема с внешними устройствами.
Модулятор 2 выполняет преобразование поступающих в него данных в низкочастотный сигнал с полосой СТК, пригодный для передачи по KB каналу связи. Его структурная схема изображена на фиг.2.
При поступлении на вход данные подвергаются помехоустойчивому кодированию. Для этого в модеме используется код с низкой плотностью проверок на четность (LDPC) с переменной длиной кодового слова. После кодирования данные с выхода кодера 6 подвергаются перемежению и скремблированию для повышения эффективности исправления ошибок в процессе приема. Полученные таким образом данные поступают в КАМ модулятор 9, где каждой группе бит, длина которой устанавливается в зависимости от выбранного режима работы, ставится в соответствие точка сигнально-кодовой конструкции. С выхода КАМ модулятора 9 КАМ символы поступают на вход мультиплексора 10, где вместе с пилотными символами из соответствующего генератора 11 группируются в кадры, длина и структура которых, как и в случае с модуляцией, зависит от режима. Сформированные кадры далее подвергаются OFDM модуляции, результатом которой является квадратурный низкочастотный сигнал, центр спектра которого расположен на нулевой частоте. Для передачи по СТК спектр сигнала смещается на центральную частоту 1850 Гц и обужается полосовым фильтром.
Демодулятор 3 выполняет преобразование поступающего на него низкочастотного сигнала в полосе СТК обратно в данные. Его структурная схема изображена на фиг.3.
Поступающий на вход демодулятора 3 сигнал в первую очередь преобразуется из действительной формы в квадратурную, и переносится на нулевую частоту. Поскольку положение принимаемого сигнала по времени и частоте, как и сам факт его наличия, в начале приема не известны, генератор несущей частоты 16 настраивается на номинальное значения центральной частоты 1850 Гц. Сформированный таким образом квадратурный сигнал поступает на вход блока вхождения в связь 18, где выполняется поиск уникальной вызывной последовательности идентифицирующей сигнал модема и определяющей его положение по времени частоте.
После обнаружения вызывной последовательности блок вхождения в связь 18 передает полученные значения оценок смещений сигнала по времени и частоте соответствующим блокам и отключается. После этого начинается непосредственно процесс демодуляции сигнала следующего за вызывной последовательностью.
Отсчеты сигнала после переноса частоты поступают на блок коррекции временного смещения 17, задача которого состоит в удержании границ OFDM символов в допустимых пределах, поскольку их смещение вызывает резкое ухудшение качества приема и при неконтролируемом ходе процесса может вызвать срыв связи. В нем вычисляется и усредняется автокорреляция принимаемого сигнала на интервале его защитного интервала, что позволяет по ее максимальному значению отыскать границы символов.
После корректировки частотно-временного положения принимаемый сигнал нарезается на символы и передается в OFDM демодулятор 19, где выполняется их демодуляция. В результате на его выход поступают КАМ символы.
Полученные таким образом КАМ символы поступают в эквалайзер 21, построенный на основе адаптивного фильтра Винера, который по известным пилотным значениям оценивает передаточную характеристику канала в двух измерениях, очищает ее от шума и компенсирует ее влияние на принимаемый сигнал. Кроме того с помощью полученной оценки канала осуществляется косвенная оценка временного смещения сигнала в ходе приема, которая предается в соответствующий блок коррекции.
С выхода эквалайзера 21 КАМ символы поступают в демультиплексор 22, который отделяет каналы данных от пилотных и передает дальше на демодулятор 23, который в свою очередь выполняет их демодуляцию с мягкими решениями, с учетом текущей оценки отношения сигнал/шум в канале, полученной от эквалайзера 21. Полученные в результате оценки поступают на дескремблер 24 и деперемежитель 25, которые восстанавливают исходный порядок их следования и передают в декодер 26. В декодере 26 выполняется итеративная демодуляция блоков данных, причем количество итераций назначается в зависимости от режима работы модема, как и длина блока кодирования. Декодированные биты данных с декодера 26 передаются на выход.
Такой подход к реализации структуры параллельного КB модема позволяет уменьшить влияние искажений сигнала, связанных с многолучевым распространением и повысить его спектральную эффективность и пропускную способность. Кроме того, модульная структура позволяет упростить реализацию модема, как в программном, так и в аппаратном виде.
Источники информации
1. Патент РФ №86064, H04L 27/00, опубл. 20.08.2009 г.