窄帶短波調(diào)制解調(diào)器發(fā)送端基帶數(shù)據(jù)流成形研究及關(guān)鍵技術(shù)探討

摘要：根據(jù)美軍標(biāo)MIL―STD一110B，詳細(xì)分析了短波調(diào)制解調(diào)器發(fā)送端基帶數(shù)據(jù)流的形成。針對目前短波調(diào)制解調(diào)器工程應(yīng)用中存在的不足及美軍標(biāo)中值得研究的問題，討論了短波調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)；并針對短波信道CMA盲均衡，論述了其研究前景和目前遇到的技術(shù)障礙，分析指出短波信道盲均衡是短波調(diào)制解調(diào)器下一步重點(diǎn)研究的方向之一。
關(guān)鍵詞：短波調(diào)制解調(diào)器；格雷編碼；信道探測；數(shù)據(jù)加擾；信道盲均衡

0 引 言
短波調(diào)制解調(diào)器分為單音串行和多音并行兩種工作模式。其中，單音串行模式還可分為固定頻率和跳頻兩種工作方式。固定頻率方式采用載波頻率為1 800±1 Hz，跳頻工作方式僅在系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理上與固定頻率方式有所差別，其數(shù)據(jù)流形成流程與固定頻率模式基本一致。本文主要針對單音串行固定頻率工作模式下短波調(diào)制解調(diào)器發(fā)送端基帶數(shù)據(jù)流成形展開研究。
參照美軍標(biāo)MIL―STD一110B，在VF(語音頻段)范圍內(nèi)工作的短波調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù)率主要有：75 b／s，150 b／s，300 b／s，600 b／s，1 200 b／s，2 400 b／s和4 800 b／s。其中，4860 b／s不進(jìn)行編碼，其工作狀態(tài)不穩(wěn)定，是下一步研究設(shè)計(jì)的目標(biāo)。短波調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)流形成包括如下幾個(gè)階段：數(shù)據(jù)編碼、交織、格雷編碼、加擾、同步序列的發(fā)送、信道探測序列發(fā)送和用戶信息發(fā)送，各階段數(shù)據(jù)處理之間有所交叉。串行短波調(diào)制解調(diào)器采用8PSK調(diào)制方式，不管用戶采用何種信道速率，在基帶信號處理中，碼符號速率均為2 400 Baud。

1 發(fā)送端數(shù)據(jù)流程
1．1 數(shù)據(jù)編碼與交織
用戶數(shù)據(jù)輸出二進(jìn)制信息至編碼器，對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)編碼。糾錯(cuò)編碼一般采用(7，[-133 171-])的卷積編碼方式，所有數(shù)據(jù)率均采用不編碼或1／2碼率編碼，并重復(fù)相應(yīng)次數(shù)，以達(dá)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)率。其中，4 800 b／s和2 400 b／s數(shù)據(jù)率時(shí)編碼輸出為4 800 b／s；1 200 b／s數(shù)據(jù)率時(shí)編碼輸出為2 400 b／s；600 b／s，300 b／s，150 b／s數(shù)據(jù)率時(shí)編碼輸出為1 200 b／s；75 b／s數(shù)據(jù)率時(shí)編碼輸出為150 b／s。
編碼輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入交織矩陣，有兩種交織方式長交織和短交織，其對應(yīng)的時(shí)間常數(shù)分別為4．8 s和0．6 s或0 s；短交織一般是0．6 s。數(shù)據(jù)交織的存與取，以交織長度為單位處理，交織矩陣的規(guī)模與用戶數(shù)據(jù)率有關(guān)。同時(shí)，在等待交織長度數(shù)據(jù)過程中，系統(tǒng)發(fā)送同步數(shù)據(jù)序列，供系統(tǒng)同步用。因此，系統(tǒng)同步的時(shí)間長度與交織長度一致。無交織即對發(fā)送數(shù)據(jù)流不進(jìn)行交織處理，如用戶數(shù)據(jù)流為4 800 b／s時(shí)，不進(jìn)行交織處理。關(guān)于交織存儲的具體實(shí)現(xiàn)算法，各種文獻(xiàn)可能有所差別，這里不做詳細(xì)討論，但其基本思想均是將發(fā)送相近的比特流分裂成發(fā)送距離遠(yuǎn)的比特流。
1．2 修正格雷編碼
修正格雷編碼是為了當(dāng)碼符號出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，只有1個(gè)bit數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)。在短波調(diào)制解調(diào)器中，均采用8PSK的調(diào)制方式，為了將不同的用戶速率，均映射到2 4 O(]Baud的信道速率，將4 800 b／s和2 400 b／s數(shù)據(jù)流每3個(gè)hit為一組，進(jìn)行一次格雷編碼；將1 200 b／s和75 b／s數(shù)據(jù)流，每2個(gè)bit為一組，進(jìn)行一次格雷編碼，對應(yīng)調(diào)制為4PSK；600 b／s，300 b／s，150 b/s數(shù)據(jù)流，不進(jìn)行格雷編碼，對應(yīng)調(diào)制為BPSK。
1．3 發(fā)送數(shù)據(jù)流的形成
在調(diào)制解調(diào)器中，物理層發(fā)送的數(shù)據(jù)流包括同步信息數(shù)據(jù)流、用戶數(shù)據(jù)流和信道探測數(shù)據(jù)流，三者根據(jù)不同的時(shí)隙分配，選擇性發(fā)送。當(dāng)用戶啟動數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，根據(jù)用戶選擇的交織形式發(fā)送同步信息，同步信息的長度與交織深度一致。當(dāng)同步系信息發(fā)送完畢后，數(shù)據(jù)流從交織矩陣中輸出，開始進(jìn)入信息發(fā)送流程。在信息發(fā)送過程中由于需要加入信道探測信息，因此需要交替發(fā)送用戶信息和信道探測信息。
1．3．1 同步序列的發(fā)送
每次啟動數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，均需要先發(fā)送同步數(shù)據(jù)。同步數(shù)據(jù)以段為單位，每段數(shù)據(jù)長度為200 ms，根據(jù)系統(tǒng)的交織深度，調(diào)整同步數(shù)據(jù)段的發(fā)送次數(shù)。同步數(shù)據(jù)段包括15個(gè)8進(jìn)制數(shù)據(jù)，其內(nèi)容包括同步識別信息、交織信息和同步發(fā)送次數(shù)計(jì)數(shù)。
信道探測與用戶數(shù)據(jù)發(fā)送的比例與用戶數(shù)據(jù)率有關(guān)。在用戶數(shù)據(jù)率為4 800 b／s和2 400 b／s時(shí)，每16個(gè)信道探測符號后，發(fā)送32個(gè)用戶數(shù)據(jù)符號，探測符號與用戶數(shù)據(jù)符號的比例為1：2；當(dāng)用戶數(shù)據(jù)分別為1 200 b／s，600 b／s，300 b／s，150 b／s時(shí)，在每20個(gè)信道探測符號后，發(fā)送20個(gè)用戶數(shù)據(jù)符號，探測符號與用戶數(shù)據(jù)符號的比例為1：1。
可見，用戶數(shù)據(jù)率越低，用戶信道探測的數(shù)據(jù)越長，通信也將越可靠。當(dāng)用戶數(shù)據(jù)為75 b／s時(shí)，將不發(fā)送信道探測序列，而采取其他的技術(shù)手段，以確保通信的可靠性。
1．3．2 用戶數(shù)據(jù)的發(fā)送
對不同的波特率，由于插入的信道探測數(shù)據(jù)符號長度不等，用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過修正格雷編碼后，還要經(jīng)過數(shù)據(jù)成形，以確保信道波特率為2 400 Baud。當(dāng)用戶數(shù)據(jù)率分別為4 800 b／s，2 400 b／s時(shí)，數(shù)據(jù)流不變化。其他用戶數(shù)據(jù)率的映射方式可參見表1，實(shí)際上，其較低數(shù)據(jù)率對應(yīng)較低的調(diào)制階數(shù)。
當(dāng)用戶數(shù)據(jù)率為75 b／s時(shí)，采用發(fā)送正交波形模式，每2個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)映射成8位8進(jìn)制數(shù)據(jù)，并重復(fù)4次。