Vhf抗干擾數(shù)字傳輸裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種VHF抗干擾數(shù)字傳輸裝置，主要由諧波濾波、功率開關(guān)、高頻功放模塊、高頻接收模塊、頻率合成模塊、數(shù)字信號處理模塊、射頻激勵模塊、聲碼器、音頻發(fā)送模塊、音頻接收模塊組成。本實用新型的優(yōu)點在于：頻帶利用率高：采用12.5KHz帶寬，較常規(guī)模擬電臺節(jié)省一半頻帶；接收靈敏度高，本單元采用中頻數(shù)字化處理代替模擬解調(diào)，靈敏度提高12dB，相當(dāng)于電臺功率可降低15倍；噪聲性能好，本單元通信下限是信噪比--10dB，抗噪聲性能提高20倍以上；抗干擾能力強，可以抵抗4倍功率的相鄰調(diào)頻電臺的干擾。
【專利說明】
VHF抗干擾數(shù)字傳輸裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種通信領(lǐng)域，具體說是一種VHF抗干擾數(shù)字傳輸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]VHF(超短波)電臺具有設(shè)備小巧、便于移動、成本較低、架設(shè)方便等優(yōu)點，在軍事、民用等各領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，VHF電臺具有模擬調(diào)頻和數(shù)字調(diào)制兩種體制，其中模擬調(diào)頻體制具有頻帶利用率較低、通信效果較差、不便于數(shù)據(jù)傳輸及加密等缺點，逐步被數(shù)字調(diào)制體制所替代。目前應(yīng)用較為廣泛的數(shù)字電臺主要采用4FSK調(diào)制方式，空中速率一般可達9600bps，可以傳輸數(shù)據(jù)及聲碼話，但是不具有抗干擾性能。
[0003]基于傳統(tǒng)模擬電臺的數(shù)據(jù)傳輸，采用模擬調(diào)頻電臺結(jié)合話帶調(diào)制解調(diào)的模擬中頻信號處理方式，如圖1所示。由于采用模擬中頻以及基于話帶的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，不能克服非線性模擬解調(diào)帶來的門限效應(yīng)和截獲效應(yīng)，其抗噪聲、抗干擾性能受到很大的制約。
[0004]當(dāng)前，由于各種無線通信設(shè)備的普遍應(yīng)用，使得空間電磁環(huán)境越來越惡劣，VHF電臺在使用過程中經(jīng)常會受到各種發(fā)射臺、民用對講機等的干擾。另外，在軍事、準軍事及應(yīng)急救援等特殊的應(yīng)用場合，往往具有通信距離較遠、電磁干擾較嚴重、傳輸數(shù)據(jù)量要求不是很大但是要求通信可靠等特點，針對這種情況，研制一種具有較高通信靈敏度、很強的抗干擾能力和抗白噪聲能力的VHF數(shù)字傳輸單元，具有特別重要的現(xiàn)實意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種通信靈敏度高、抗干擾能力強和抗白噪聲能力強的VHF數(shù)字傳輸裝置。
[0006]為了實現(xiàn)上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種VHF抗干擾數(shù)字傳輸裝置，包括諧波濾波、功率開關(guān)、高頻功放模塊、高頻接收模塊、頻率合成模塊、數(shù)字信號處理模塊、射頻激勵模塊、聲碼器、音頻發(fā)送模塊、音頻接收模塊；
[0008]接收時，將天線耦合的射頻信號依次經(jīng)過諧波濾波、功率開關(guān)輸送至高頻接收模塊;所述頻率合成模塊與高頻接收模塊兩次混頻后所述高頻接收模塊分別輸出第二中頻信號至數(shù)字信號處理模塊、音頻接收模塊;所述數(shù)字信號處理模塊輸出的數(shù)字信號通過聲碼器處理后輸送至音頻接收模塊；
[0009]發(fā)送時，MIC輸出音頻信號至音頻發(fā)送模塊，所述音頻發(fā)送模塊處理后的音頻信號分別輸送至射頻激勵模塊、聲碼器;所述數(shù)字處理模塊接收所述聲碼器將接收到的音頻信號處理后輸出數(shù)字信號，或者所述數(shù)字處理模塊接收外圍設(shè)備輸送的數(shù)據(jù)，所述數(shù)字處理模塊輸出信號至射頻激勵模塊，之后輸送至高頻功放模塊，所述高頻功放模塊依次通過功率開關(guān)、諧波濾波與天線連接。
[0010]本實用新型的工作原理為:
[0011]接收時，天線耦合的射頻信號經(jīng)過諧波濾波，濾除帶外噪聲，之后經(jīng)過功率開關(guān)切換，送到高頻接收模塊進行低噪聲放大、高頻放大及高頻放大AGC后，與頻率合成單元送來的一本振混頻，得到45MHz第一中頻信號。一中頻經(jīng)過晶體濾波器和中頻放大器后，與二本振混頻，得到455KHZ第二中頻信號。第二中頻信號經(jīng)過陶瓷濾波及AGC放大后分為兩路，一路經(jīng)過限幅放大、模擬鑒頻，得到音頻信號送到音頻接收模塊。另一路經(jīng)過A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換進行帶通采樣得到數(shù)字信號，送到數(shù)字信號處理模塊。數(shù)字信號處理模塊的高速DSP(數(shù)字信號處理)芯片負責(zé)完成對基帶信號的解調(diào)處理，具體包括同步檢測、頻偏校正、信號解調(diào)、解交織、糾錯譯碼等。解調(diào)出的數(shù)據(jù)送到數(shù)字信號處理模塊的微處理器，微處理器根據(jù)信號格式，通過數(shù)據(jù)接口將數(shù)據(jù)打包送給計算機等外圍設(shè)備或者將數(shù)據(jù)送給聲碼器進行解碼，經(jīng)D/A(數(shù)/模)轉(zhuǎn)換后，得到音頻信號送到音頻接收模塊。
[0012]發(fā)送時，MIC輸出的音頻信號經(jīng)音頻發(fā)送模塊處理后分為兩路，一路直接送到射頻激勵模塊進行模擬調(diào)頻，另一路送到聲碼器進行編碼，變?yōu)閿?shù)字信號送到數(shù)字信號處理模塊。同時，計算機等外圍設(shè)備將要發(fā)送的數(shù)據(jù)，以一定的幀格式經(jīng)數(shù)據(jù)接口送給數(shù)字信號處理模塊，數(shù)字信號處理模塊對數(shù)據(jù)進行糾錯編碼、交織、同步發(fā)送、信號調(diào)制后，送到射頻激勵模塊進行變頻、放大，之后送到高頻功放模塊進行功率放大，最后經(jīng)功率開關(guān)、諧波濾波模塊濾除各次諧波，送到天線。
[0013]采用中頻數(shù)字化處理技術(shù)，可以有效解決上述問題，原理如圖2所示。中頻數(shù)字化處理，增強了數(shù)據(jù)處理的靈活性，極大提高了系統(tǒng)的接收靈敏度和抗噪聲性能。模擬中頻在信噪比低到一定程度(一般為6-8dB)時，性能急劇下降。數(shù)字中頻避免了非線性處理，克服了門限效應(yīng)和截獲效應(yīng)，能夠適應(yīng)更低的信噪比。實際工作中，在低速率狀態(tài)下，其抗噪聲性能可以達到-1OdB以下，接收靈敏度可以優(yōu)于模擬方式十幾個分貝。
[0014]采用TFSK(時頻調(diào)制)代替FSK(頻移鍵控)及QPSK(正交相位調(diào)制)等調(diào)制技術(shù)，可以有效對抗單音干擾和衰落，大大增強系統(tǒng)的抗干擾能力。
[0015]采用可變截短長度的28域R-S糾錯編碼，結(jié)合交織技術(shù)，可以有效地糾正隨機錯誤及突發(fā)錯誤，保證在信號不穩(wěn)定和信號微弱情況下的數(shù)據(jù)通信，增強通信的可靠性。
[0016]快速同步技術(shù)。采用先進的數(shù)字信號處理算法及相關(guān)檢測等技術(shù)，保證可靠性的同時，縮短了同步時間。
[0017]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0018]1、頻帶利用率高:采用12.5KHz帶寬，較常規(guī)模擬電臺節(jié)省一半頻帶，符合移動電臺新規(guī)范和發(fā)展要求；
[0019]2、接收靈敏度高:靈敏度反映了電臺接收微弱信號的能力，相同條件下，接收靈敏度越高，通信距離越遠。本單元采用中頻數(shù)字化處理代替模擬解調(diào)，靈敏度提高12dB，相當(dāng)于電臺功率可降低15倍；
[0020]3、噪聲性能好:模擬系統(tǒng)通信下限是信噪比6dB，本單元通信下限是信噪比一10dB，抗噪聲性能提高20倍以上；
[0021]4、抗干擾能力強:本單元采用時頻調(diào)制等抗干擾技術(shù)，可以抵抗4倍功率的相鄰調(diào)頻電臺的干擾。
【附圖說明】
[0022]圖1為模擬中頻信號處理方式的示意圖；
[0023]圖2為本實用新型數(shù)字中頻信號處理方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0025]圖4為音頻發(fā)送模塊原理框圖；
[0026]圖5為射頻激勵模塊原理框圖；
[0027]圖6為高頻功放模塊原理框圖；
[0028]圖7為高頻接收模塊原理框圖；
[0029]圖8為數(shù)字信號處理模塊原理框圖；
[0030]圖9為頻率合成模塊原理框圖；
[0031 ]圖10為音頻接收模塊原理框圖；
[0032]圖11為面板控制顯示模塊原理框圖；
[0033]圖12為電源模塊原理框圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0035]如圖3所示，一種VHF抗干擾數(shù)字傳輸裝置，包括諧波濾波、功率開關(guān)、高頻功放模塊、高頻接收模塊、頻率合成模塊、數(shù)字信號處理模塊、射頻激勵模塊、聲碼器、音頻發(fā)送模塊、音頻接收模塊；
[0036]接收時，將天線耦合的射頻信號依次經(jīng)過諧波濾波、功率開關(guān)輸送至高頻接收模塊;頻率合成模塊與高頻接收模塊兩次混頻后高頻接收模塊分別輸出第二中頻信號至數(shù)字信號處理模塊、音頻接收模塊;數(shù)字信號處理模塊輸出的數(shù)字信號通過聲碼器處理后輸送至首頻接收t旲塊；
[0037]發(fā)送時，MIC輸出音頻信號至音頻發(fā)送模塊，音頻發(fā)送模塊處理后的音頻信號分別輸送至射頻激勵模塊、聲碼器;數(shù)字處理模塊接收聲碼器將接收到的音頻信號處理后輸出數(shù)字信號，或者數(shù)字處理模塊接收外圍設(shè)備輸送的數(shù)據(jù)，數(shù)字處理模塊輸出信號至射頻激勵模塊，之后輸送至高頻功放模塊，高頻功放模塊依次通過功率開關(guān)、諧波濾波與天線連接。
[0038]以上各模塊的工作原理以及相互之間的連接關(guān)系如下:
[0039]音頻發(fā)送模塊
[0040]音頻發(fā)送模塊原理框圖如圖4所示:音頻發(fā)送模塊負責(zé)對MIC輸出的音頻信號進行處理。音頻發(fā)送模塊根據(jù)需要對MIC輸出的語音信號進行模擬調(diào)制或者數(shù)字調(diào)制。模擬調(diào)制時，MIC輸出的音頻信號經(jīng)過語音壓擴、帶通濾波后，進行放大及預(yù)加重處理后，送到射頻激勵模塊進行模擬調(diào)頻。數(shù)字調(diào)制時，MIC輸出的音頻信號經(jīng)過帶通濾波、放大及模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，送到聲碼器進行語音編碼，之后送到數(shù)字信號處理模塊進行數(shù)字調(diào)制。
[0041 ]射頻激勵I(lǐng)吳塊
[0042]射頻激勵模塊主要由DDS(直接數(shù)字頻率合成器)及鎖相環(huán)電路組成，其電路原理框圖如圖5所示。數(shù)字調(diào)制模式下，DDS和TcXo (溫補晶振，標(biāo)稱頻率為19.2MHz )在數(shù)字信號處理模塊及輸入數(shù)據(jù)控制下，產(chǎn)生16個頻率中的一個，作為鎖相環(huán)的參考頻率，在鎖相環(huán)控制下，TxV⑶(發(fā)送壓控振蕩器)產(chǎn)生射頻調(diào)制載波。在音頻調(diào)頻模式下，音頻發(fā)送模塊送來的音頻信號直接對TxVCO進行模擬調(diào)頻，此時DDS不參與調(diào)制。TxVCO產(chǎn)生的調(diào)制信號經(jīng)緩沖放大和激勵放大，產(chǎn)生20mW的射頻激勵信號，送給高頻功放模塊進行功率放大。
[0043]高頻功放模塊
[0044]高頻功放模塊主要由高頻功率放大厚膜電路、功率開關(guān)、諧波濾波器、射頻檢波及功率控制電路等組成，其電路原理框圖如圖6所示。從射頻激勵模塊送來的約20mW的激勵信號，在功率控制電路的控制下，由功率放大模塊進行放大，之后經(jīng)功率開關(guān)和諧波濾波器濾除諧波，送到天線輸出。發(fā)射功率可根據(jù)面板控制模塊進行選擇，具體有0.5W、1W、5W、1ff,15W、20W、25W多種設(shè)置。
[0045]高頻接收模塊
[0046]高頻接收模塊主要由低噪放大器、晶體濾波器、混頻、AGC(自動增益控制)控制電路、陶瓷濾波器組成，其電路原理框圖如圖7所示。
[0047]接收的射頻信號經(jīng)LNA(低噪放大器)后與來自頻率合成單元的FlL(第一本振)進行第一次混頻，經(jīng)過晶體濾波器濾除雜波，得到45MHz的第一中頻信號，之后與來自頻率合成單元的F2L(第二本振)進行第二次混頻，經(jīng)過陶瓷濾波器，得到455KHZ的第二中頻信號。第二中頻信號之后分為兩路，一路進入調(diào)頻接收電路，經(jīng)限幅放大、鑒頻，解調(diào)出模擬語音信號，送到音頻接收模塊進一步處理；另一路經(jīng)過線性放大以及A/D轉(zhuǎn)換，送到數(shù)字信號處理模塊進行數(shù)字解調(diào)等處理。AGC控制電路的輸入取樣于兩級中頻信號，具有中頻和高頻兩級AGC，總的動態(tài)范圍超過100dB，確保接收信號不過載，以利于在高噪聲環(huán)境下檢測有用信號。
[0048]數(shù)字信號處理模塊
[0049]數(shù)字信號處理模塊是整個系統(tǒng)的核心，主要由ADI公司的16位高速定點數(shù)字信號處理器及附屬電路組成，其原理框圖如圖8所示。
[0050]接收時，數(shù)字信號處理模塊負責(zé)完成對接收模塊送來的數(shù)字基帶信號進行解調(diào)處理，具體包括同步檢測、頻偏校正、信號解調(diào)、解交織、糾錯譯碼等，并將解調(diào)出的數(shù)據(jù)打包通過數(shù)據(jù)接口送給計算機等外圍設(shè)備或者將數(shù)據(jù)送給聲碼器進行解碼。發(fā)送時，接收聲碼器送來的數(shù)字語音編碼數(shù)據(jù)或者計算機等外圍設(shè)備要發(fā)送的數(shù)據(jù)，數(shù)字信號處理模塊對數(shù)據(jù)進行糾錯編碼、交織、同步發(fā)送、信號調(diào)制后，送到發(fā)射模塊。同時，數(shù)字信號處理模塊負責(zé)與面板控制顯示模塊交互，接收面板的控制信息，并將設(shè)備狀態(tài)信息送給面板進行顯示。[0051 ]頻率合成模塊
[0052]頻率合成模塊主要由TcXo標(biāo)準晶振以及兩個PLL(鎖相環(huán))組成，產(chǎn)生接收時的兩級本振信號，其電路原理框圖如圖9所示。
[0053]在數(shù)字信號處理模塊的控制下，上面一路鎖相環(huán)產(chǎn)生第一本振信號F1L，頻率范圍為178MHz?190MHz，頻率步進為3.125KHz ；下面一路鎖相環(huán)產(chǎn)生固定的第二本振信號F2L，頻率為44.545MHz。
[0054]首頻接收I旲塊
[0055]音頻接收模塊主要負責(zé)對解調(diào)出的音頻信號進行處理，其原理框圖如圖10所示。
[0056]接收的音頻信號有兩路，由面板控制顯示模塊進行控制選擇。一路來自數(shù)字信號處理模塊的數(shù)字語音信號，由聲碼器進行解碼并經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后，變成模擬語音信號送到選擇開關(guān)；另一路來自高頻接收模塊的鑒頻輸出，經(jīng)過去加重、音頻放大及低通濾波后，在靜噪檢測控制電路的控制下，送到選擇開關(guān)。選擇開關(guān)將選擇的一路語音信號送到音頻功率放大器放大，最后送到喇叭輸出。
[0057]面板控制顯示模塊
[0058]面板控制顯示模塊原理如圖11所示，主要由MCU(單片機)、液晶顯示屏、按鍵等組成，單片機和主機之間由串行接口進行連接，控制整機的工作。
[0059]通過按鍵，可以對設(shè)備的工作參數(shù)進行配置，也可以對設(shè)備的工作模式進行選擇，MCU收到按鍵指令后，通過串行接口對數(shù)字信號處理模塊進行控制;設(shè)備當(dāng)前的工作參數(shù)、工作模式、工作狀態(tài)主要由液晶顯示屏進行顯示，發(fā)射、接收、同步及靜噪等狀態(tài)由狀態(tài)指示燈進行顯示。
[0060]電源模塊
[0061]電源模塊原理框圖如圖12所示。
[0062]電源模塊完成電壓轉(zhuǎn)換功能，將輸入的12V直流電壓變換為各單元所需要的工作電壓，包括叭、6￥、5￥、3.3￥、1.8￥、1.2￥等。
[0063]本實用新型按照上述實施例進行了說明，應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不以任何形式限定本實用新型，凡采用等同替換或等效變換方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種VHF抗干擾數(shù)字傳輸裝置，其特征在于，包括諧波濾波、功率開關(guān)、高頻功放模塊、高頻接收模塊、頻率合成模塊、數(shù)字信號處理模塊、射頻激勵模塊、聲碼器、音頻發(fā)送模塊、音頻接收模塊； 接收時，將天線耦合的射頻信號依次經(jīng)過諧波濾波、功率開關(guān)輸送至高頻接收模塊;所述頻率合成模塊與高頻接收模塊兩次混頻后所述高頻接收模塊分別輸出第二中頻信號至數(shù)字信號處理模塊、音頻接收模塊;所述數(shù)字信號處理模塊輸出的數(shù)字信號通過聲碼器處理后輸送至音頻接收模塊； 發(fā)送時，MIC輸出音頻信號至音頻發(fā)送模塊，所述音頻發(fā)送模塊處理后的音頻信號分別輸送至射頻激勵模塊、聲碼器;所述數(shù)字處理模塊接收所述聲碼器將接收到的音頻信號處理后輸出數(shù)字信號，或者所述數(shù)字處理模塊接收外圍設(shè)備輸送的數(shù)據(jù)，所述數(shù)字處理模塊輸出信號至射頻激勵模塊，之后輸送至高頻功放模塊，所述高頻功放模塊依次通過功率開關(guān)、諧波濾波與天線連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的VHF抗干擾數(shù)字傳輸裝置，其特征在于，所述音頻發(fā)送模塊包括模擬調(diào)制模塊或者數(shù)字調(diào)制模塊； 所述模擬調(diào)制模塊包括語音壓擴、帶通濾波、放大模塊和預(yù)加重模塊，MIC輸出的信號依次經(jīng)過語音壓擴、帶通濾波、放大模塊和預(yù)加重模塊輸送至射頻激勵模塊； 所述數(shù)字調(diào)制模塊包括帶通濾波、放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，MIC輸出的信號依次經(jīng)過帶通濾波、放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器后輸送至聲碼器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的VHF抗干擾數(shù)字傳輸裝置，其特征在于，所述音頻接收模塊主要負責(zé)對解調(diào)出的音頻信號進行處理，包括接收兩路信號:一路接收來自數(shù)字信號處理模塊的數(shù)字語音信號，由聲碼器進行解碼并經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后，變成模擬語音信號送到選擇開關(guān)；另一路來自高頻接收模塊的鑒頻輸出，經(jīng)過去加重、音頻放大及低通濾波后，在靜噪檢測控制電路的控制下，送到選擇開關(guān);選擇開關(guān)將選擇的一路語音信號送到音頻功率放大器放大，最后送到喇叭輸出。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的VHF抗干擾數(shù)字傳輸裝置，其特征在于，所述頻率合成模塊主要由TcXo標(biāo)準晶振以及兩路鎖相環(huán)組成;所述數(shù)字信號處理模塊分別與兩路鎖相環(huán)連接，所述TcXo標(biāo)準晶振分別與兩路鎖相環(huán)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的VHF抗干擾數(shù)字傳輸裝置，其特征在于，還包括分別與數(shù)字信號處理模塊連接的面板控制顯示模塊和數(shù)據(jù)接口。
【文檔編號】H04B1/10GK205490529SQ201620083407
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月27日
【發(fā)明人】陸茂林, 沈忠良, 李玉明
【申請人】南京厚華通信設(shè)備有限責(zé)任公司