導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇衛(wèi)星通信的基本原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 衛(wèi)星廣播電視

中圖分類號(hào)：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）07（c）-0152-02

Abstract：According to the problem that the experimental equipment cost limit the development of the satellite communication experiments course，the characteristics of two kinds of teaching object：undergraduate and graduate students are analyzed，and content of the satellite communication experiment course and the experiment conditions construction are explored and discussed.Undergraduate experiment teaching adopts the design of low cost experimental equipment，and emphasizes the perceptual knowledge；while the graduate experimental course extrudes the learning autonomy，and guides students to find problems，to stimulate students’interest in learning.The exploration has achieved good results in practical teaching.

Key Words：Satellite communication；Experimental teaching；Satellite broadcast TV

截至2015年底，中國(guó)在軌運(yùn)行的衛(wèi)星數(shù)量已超過(guò)140顆，僅次于美國(guó)，位居世界第二。然而，伴隨著衛(wèi)星數(shù)量的突破，我國(guó)的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展卻相對(duì)滯后，尤其是地面應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展還不夠。除投入不足外，人才缺乏也是一個(gè)重要原因。衛(wèi)星通信課程作為高校電子通信類專業(yè)的主干課程在激發(fā)學(xué)生對(duì)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的人才等方面有著不可替代的作用。

1 實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)背景

由于衛(wèi)星通信設(shè)備昂貴、通信衛(wèi)星資源緊缺，傳統(tǒng)的本科《衛(wèi)星通信》課程主要以理論教學(xué)為主，以實(shí)驗(yàn)演示和參觀觀摩為輔，實(shí)踐教學(xué)的比例非常少。衛(wèi)星通信的頻率很高，常規(guī)的仿真平臺(tái)很難實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)仿真，因此，有條件的院校開設(shè)的仿真實(shí)驗(yàn)僅限于衛(wèi)星通信的中頻部分[1]，讓學(xué)生觀察信號(hào)在中頻部分的處理與傳輸過(guò)程，深化學(xué)生對(duì)通信基本理論的認(rèn)識(shí)，但這些改善無(wú)法讓學(xué)生體會(huì)到真正的衛(wèi)星通信過(guò)程，也很難激發(fā)學(xué)生對(duì)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的學(xué)習(xí)熱情和興趣。另外，隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的迅速發(fā)展，《衛(wèi)星通信》課程的教學(xué)內(nèi)容需要不斷更新，與工程實(shí)際結(jié)合也更加密切，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性越來(lái)越突顯。與理論教學(xué)相比，由于學(xué)時(shí)有限、實(shí)踐環(huán)節(jié)組織困難，實(shí)驗(yàn)教學(xué)已成為衛(wèi)星通信教學(xué)改革與發(fā)展的瓶頸。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

為提高衛(wèi)星通信課程的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，對(duì)衛(wèi)星通信課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和方法進(jìn)行了探索，在教學(xué)實(shí)踐中取得了一定效果。

具體而言，該校在通信工程專業(yè)的本科生教學(xué)中開設(shè)了《衛(wèi)星通信》課程，在研究生教學(xué)中開設(shè)了《現(xiàn)代通信新技術(shù)》（其中包含了衛(wèi)星通信的相關(guān)內(nèi)容），針對(duì)不同的培養(yǎng)對(duì)象，教學(xué)的內(nèi)容、方式方法有很大差異。

2.1 本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)

本科教學(xué)中學(xué)生數(shù)量眾多，傳統(tǒng)的《衛(wèi)星通信》實(shí)驗(yàn)課程受限于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的成本，只能讓學(xué)生進(jìn)行衛(wèi)星通信的演示和觀摩，無(wú)法讓學(xué)生切身體會(huì)衛(wèi)星通信的過(guò)程。隨著技術(shù)的發(fā)展，作為一種最廉價(jià)的衛(wèi)星通信方式之一――衛(wèi)星廣播電視已進(jìn)入千家萬(wàn)戶，它主要由天線（及其支架）、衛(wèi)星電視接收機(jī)、電視機(jī)以及電源等設(shè)備組成。該系統(tǒng)屬于衛(wèi)星通信中的單向接收地球站，而衛(wèi)星通信中的反向發(fā)射鏈路與接收鏈路相似，因此，該系統(tǒng)完全可以作為學(xué)生體驗(yàn)衛(wèi)星通信過(guò)程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。然而，雖然電視機(jī)在該系統(tǒng)中僅作為通信的終端設(shè)備，與衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，但電視機(jī)的成本卻占據(jù)該套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的70%以上；另外，衛(wèi)星廣播電視實(shí)驗(yàn)的開設(shè)通常需要在室外開闊地域進(jìn)行，此時(shí)系統(tǒng)的室外供電也將成為課程開設(shè)必須考慮的因素；上述兩個(gè)原因?qū)е滦l(wèi)星電視接收系統(tǒng)在《衛(wèi)星通信》實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)過(guò)程中無(wú)法得到推廣。

為解決該問(wèn)題，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，將衛(wèi)星電視接收機(jī)和電視機(jī)的功能改由尋星儀來(lái)實(shí)現(xiàn)。尋星儀是融合了衛(wèi)星電視接收機(jī)、電視機(jī)以及頻譜儀簡(jiǎn)易功能的一體化設(shè)備，采用鋰電池供電，不需要市電，便于室外實(shí)驗(yàn)的開設(shè)。整套系統(tǒng)成本低于1 000元，其簡(jiǎn)易的頻譜儀功能還可以開設(shè)衛(wèi)星信標(biāo)的接收實(shí)驗(yàn)。

尋星儀的操作界面與常規(guī)的衛(wèi)星電視接收機(jī)完全相同，可以設(shè)置衛(wèi)星名稱、高頻頭本振、接收頻率、符號(hào)率、極化方式等參數(shù)；連接衛(wèi)星電視接收天線后，當(dāng)天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星時(shí)即可接收到該衛(wèi)星上的信號(hào)（即接收的信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量高于衛(wèi)星接收機(jī)門限）；若目標(biāo)衛(wèi)星上有公開的電視節(jié)目，還可以直接使用該終端收看衛(wèi)星廣播電視。在該系統(tǒng)上開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程可以讓學(xué)生熟練掌握衛(wèi)星通信中天線對(duì)星的基本流程與操作技巧，明確天線三維指向的參考基準(zhǔn)與天線精確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的判斷標(biāo)準(zhǔn)，使學(xué)生對(duì)衛(wèi)星通信的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行全面、整體認(rèn)知，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)在于突出學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，通過(guò)衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠掌握衛(wèi)星通信的基本原理，明白衛(wèi)星通信中對(duì)星的標(biāo)準(zhǔn)是什么，并掌握對(duì)星的常見技巧。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，啟發(fā)他們更深入了解衛(wèi)星通信發(fā)展的新技術(shù)、新方向。

2.2 研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)

與本科生相比，研究生具有更大的學(xué)習(xí)自主性，理論講授不僅要細(xì)而專，還要廣而泛。在本科現(xiàn)有衛(wèi)星通信內(nèi)容的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講授與衛(wèi)星通信相關(guān)的天線技術(shù)、陣列信號(hào)處理技術(shù)以及通信技術(shù)等的發(fā)展現(xiàn)狀，為研究生下一步的課題選擇提供參考。

作為小班教學(xué)，研究生的衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)課可以采用完全自主的形式――將固定衛(wèi)星地球站、便攜式地球站、衛(wèi)星動(dòng)中通地球站以及寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)視頻采集等設(shè)備交給學(xué)生進(jìn)行自主組合，按照系統(tǒng)搭建由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，地球站由固定到移動(dòng)，通信業(yè)務(wù)由話音到視頻的漸進(jìn)過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì)衛(wèi)星通信在實(shí)際生活中的各種應(yīng)用場(chǎng)景以及還存在亟需解決的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生投身衛(wèi)星通信領(lǐng)域技術(shù)研究的興趣。

3 結(jié)語(yǔ)

衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)衛(wèi)星通信基本原理的理解和掌握，激發(fā)學(xué)生對(duì)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣。該文針對(duì)本科生和研究生兩種教學(xué)對(duì)象，對(duì)衛(wèi)星通信實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)進(jìn)行了探討與摸索，在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中取得了良好效果。然而，適合于不同對(duì)象、不同接受能力的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革是永無(wú)止境的，如何取得更好教學(xué)效果還需要與廣大高校的衛(wèi)星通信課程教師共同探討。

篇2

關(guān)鍵詞：信噪比；跳頻通信；仿真；誤碼率；抗干擾

中圖分類號(hào)：TP301 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）07-1568-04

1 概述

根據(jù)整個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)早就預(yù)設(shè)的程序，自由操控該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有臺(tái)站在一秒鐘鐘內(nèi)在同一時(shí)間改變頻率多次，這么一個(gè)過(guò)程就叫做跳頻。同步信令從之前設(shè)定的基站周期性發(fā)出，從而達(dá)到指令所有的從站根據(jù)基站的頻率作跳躍式改變[1]。

跳頻短波通信相對(duì)衛(wèi)星通信在安全性上更為可靠、精準(zhǔn)。這個(gè)主要是由其所受的機(jī)構(gòu)不能所決定。衛(wèi)星通信一般都是由國(guó)家的相應(yīng)機(jī)構(gòu)所轄制，所以在一定程度上有局限性。而跳頻短波通信是完全自主的，相對(duì)自主的多，也較之可靠?，F(xiàn)今，普通數(shù)字式跳頻十分普遍。例如邊帶跳頻、智能跳頻等都是在近年出現(xiàn)比較先進(jìn)的跳頻模式。跳頻通信系統(tǒng)是一種典型擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)，它在軍事通信、移動(dòng)通信、計(jì)算機(jī)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和無(wú)線局域網(wǎng)等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，已成為當(dāng)前短波保密通信的一個(gè)重要的發(fā)展方向[2]。該文介紹了跳頻通信系統(tǒng)的基本工作過(guò)程，從跳頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，工作原理，跳頻通信系統(tǒng)的解跳、解調(diào)等方面闡述了跳頻通信基本原理，并對(duì)跳頻通信系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)進(jìn)行了仿真研究和理論分析。

2 跳頻系統(tǒng)的建模與仿真

2.1 跳頻系統(tǒng)基本原理

傳統(tǒng)的頻率跳變擴(kuò)頻系統(tǒng)叫做：多頻、碼選、頻移鍵控。其基本思想是在頻率域中，不斷地改變發(fā)射頻率進(jìn)行收發(fā)雙方預(yù)先約定好的通信。

根據(jù)圖1得知：信號(hào)首先同載波一道經(jīng)過(guò)調(diào)制器，然后進(jìn)入頻率合成器進(jìn)行混頻，在混頻過(guò)程中，信號(hào)被放大，這時(shí)已變成已調(diào)信號(hào)，已調(diào)信號(hào)經(jīng)頻率合成器中的功率放大器放大后，最后經(jīng)天線發(fā)射出去[3]。在收端，通常采用超外差式接收機(jī)，也就是說(shuō)信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率合成器比進(jìn)入前要高一個(gè)中頻，該信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率合成器后輸出一個(gè)穩(wěn)定的中頻信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)帶通濾波器后，就只保留了需要的頻帶，最后再經(jīng)解調(diào)器把信息恢復(fù)出來(lái)。

2.2 跳頻系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

跳頻通信系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)是信息論中的香農(nóng)公式，即：[C=Blog2（1+s/n）]，其中C 為系統(tǒng)的信道容量（bits/s），從公式中我們可以看到，在保證信道帶寬C不變的前提下，帶寬B和信噪比S/N是可以互換的[5]。所以從理論上而言，我們也就可以采用提高信號(hào)帶寬方法來(lái)維持或者提高系統(tǒng)通信的性能[4]。 跳頻通信正是在基于這么一個(gè)原理上而發(fā)展起來(lái)的一門新技術(shù)，目前在現(xiàn)代短距離數(shù)字通信（如衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、3G移動(dòng)通信系統(tǒng)、無(wú)線局域網(wǎng)802.11a/b/g和藍(lán)牙）等中用的甚是廣泛[5]。跳頻通信最大的不同就是在其接受端增加了擴(kuò)頻解調(diào)的過(guò)程。在接收機(jī)端，發(fā)送的跳頻同本地恢復(fù)載波以同樣的頻率發(fā)生變化。就能得到解跳頻信號(hào)，之后再解調(diào)跳頻信號(hào)即可恢復(fù)數(shù)據(jù)[6]。跳頻系統(tǒng)一般采用非相干解調(diào)頻移鍵控FSK調(diào)制方式，由于在跳頻通信系統(tǒng)接收機(jī)中跟蹤載波相位很困難，所以一般采用非相干解調(diào)頻移鍵控方式調(diào)制。

2.3跳頻通信系統(tǒng)的建模

2.3.1 跳頻通信系統(tǒng)模型建立的基本流程

1） 數(shù)學(xué)模型：根據(jù)圖1跳頻通信系統(tǒng)收發(fā)端基本原理，盡量將系統(tǒng)簡(jiǎn)化，確定系統(tǒng)整體功能，以便于將各個(gè)部分功能模塊化，找出其關(guān)聯(lián)，作出框架流程圖[8][9]。

2） 仿真系統(tǒng)：根據(jù)Simulink/Matlab通信模型庫(kù)所提供的各個(gè)功能模塊，把所需要的模塊拷貝調(diào)用到Untitled窗口，按照?qǐng)D1所作出的框架流程圖進(jìn)行連接，組建要仿真的通信系統(tǒng)模型。

3） 參數(shù)設(shè)置：設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)（如系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。采樣速率等）、功能模塊參數(shù)（如正弦信號(hào)的頻率、幅度、初相；低通濾波器的截止頻率、通帶增益、阻帶衰減等）。

4） 觀察仿真波形、數(shù)據(jù)：在整個(gè)系統(tǒng)模型中，設(shè)置一些關(guān)鍵點(diǎn)以便于了解整個(gè)功能模塊的性能、以及對(duì)結(jié)果的分析。

5） 新模塊的生成：對(duì)于在Simulnk/Matlab通信模型庫(kù)中沒有的功能模塊，需要根據(jù)掌握的技術(shù)生成所需新的子模塊，以便隨時(shí)調(diào)用[5]。

2.3.2跳頻通信系統(tǒng)仿真模型的建立

我們采用Simulink/Matlab建立的仿真模型如圖3所示，可以實(shí)時(shí)地觀測(cè)到系統(tǒng)在跳頻前后信號(hào)的頻譜變化，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代通信的模擬仿真，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究提供了強(qiáng)有力的研究平臺(tái)[10]。

以跳頻通信為基礎(chǔ)的仿真模型中，信號(hào)處理的基本過(guò)程是：

1） 信號(hào)源生成準(zhǔn)備待傳送的有用信號(hào)。

2） 由偽隨機(jī)碼序列控制2FSK部分，與有用信號(hào)進(jìn)行相乘運(yùn)算。偽隨機(jī)碼元控制2SFK部分的載波的頻率，在設(shè)計(jì)中使得載波的相位為零，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的跳頻通信。

3） 將經(jīng)過(guò)跳頻調(diào)制的信號(hào)，經(jīng)過(guò)信道傳輸，疊加上加性高斯噪聲。

4） 接收信號(hào)，在接收端的相關(guān)器中進(jìn)行相關(guān)處理，相關(guān)處理時(shí)要求發(fā)送端的隨機(jī)碼字與采用的偽隨機(jī)碼保持嚴(yán)格的同步，其中偽隨機(jī)生成模塊產(chǎn)生相應(yīng)的偽隨機(jī)碼。

5） 相關(guān)器的輸出結(jié)果利用計(jì)數(shù)器進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后完成比較，判決過(guò)程，恢復(fù)出原始信號(hào)。

6） 將恢復(fù)出的有用信號(hào)與其發(fā)送端的原始信號(hào)同時(shí)送入誤碼儀進(jìn)行比較，計(jì)算出誤碼率。

3 跳頻通信系統(tǒng)仿真結(jié)果分析

3.1 仿真結(jié)果分析

4 結(jié)論

通過(guò)構(gòu)建跳頻系統(tǒng)和仿真，以及對(duì)誤碼率的分析。從而得出現(xiàn)代通信理論的理論依據(jù)正是基于跳頻通信良好優(yōu)點(diǎn)：

1） 綜合考慮帶寬和信噪比以尋求最佳參數(shù)，最大化的利用其抗干擾性能發(fā)揮；

2） 跳頻通信的保密和無(wú)失真特征。

3） 跳頻通信利用多種圖案或時(shí)鐘，從而在一個(gè)帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)頻率資源共享，提高頻率利用率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王玉德，王金新.基于MATLAB的跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真研究[J].通信技術(shù)，2010（6）.

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篇3

關(guān)鍵詞:多波束切換;衛(wèi)星通信;物聯(lián)網(wǎng)

引言

船載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種應(yīng)用于船舶內(nèi)部的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其作用在于實(shí)時(shí)監(jiān)控船舶的位置、航行狀態(tài)、航向以及各種設(shè)備和器械的工作狀態(tài)等。能夠?yàn)榇榜{駛員以及岸基控制中心提供豐富的監(jiān)控信息和決策依據(jù)，是當(dāng)前廣泛應(yīng)用且不可或缺的重要助航設(shè)備之一［1－3］。然而，對(duì)于當(dāng)前的大多數(shù)航運(yùn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，迫切需要一種技術(shù)實(shí)時(shí)地了解多艘船舶物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，從而獲取船舶的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。這些船舶往往分布在較廣的海域內(nèi)，當(dāng)前采用的物聯(lián)網(wǎng)通信和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，無(wú)法進(jìn)行如此長(zhǎng)距離的交互，因此，船載物聯(lián)網(wǎng)的信息僅能局限于單個(gè)船舶內(nèi)部使用，而難以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)或交互。多波束切換衛(wèi)星是當(dāng)前一種新興的衛(wèi)星通信技術(shù)，一顆多波束衛(wèi)星能夠采用多個(gè)波束和多個(gè)頻段進(jìn)行通信，一方面相比于傳統(tǒng)衛(wèi)星，能夠覆蓋更大的通信范圍;另一方面能夠提供更大的通信帶寬和更好的通信質(zhì)量。當(dāng)前船載物聯(lián)網(wǎng)主要采用802.11協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸范圍和帶寬均較為不足。為解決這一問(wèn)題，本文提出一種結(jié)合多波束衛(wèi)星與船載物聯(lián)網(wǎng)的方案［4－5］，利用衛(wèi)星信道作為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑瑵M足船載物聯(lián)網(wǎng)大范圍、長(zhǎng)距離、高帶寬的傳輸需求。通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，本文提出的方法具有一定的可行性，為我國(guó)的船載物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供了一定的借鑒作用，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

1船載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

船載物聯(lián)網(wǎng)是一種應(yīng)用于船舶環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船舶的位置、航行狀態(tài)、航向、航速;船舶內(nèi)部的各種儀器、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況;電子與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作情況與安全態(tài)勢(shì);以及船舶周邊海域或目標(biāo)的狀態(tài)等。通過(guò)利用多種無(wú)線或有線傳感器節(jié)點(diǎn)，采集多種數(shù)據(jù)供船載控制中心或岸基控制中心，有效掌握當(dāng)前的船舶航行狀態(tài)，并進(jìn)行合理的指導(dǎo)和決策。其主要包含以下3個(gè)組成部分:1)船載傳感器節(jié)點(diǎn)。由于海洋應(yīng)用環(huán)境較為嚴(yán)苛，需要船載傳感器節(jié)點(diǎn)具有耐腐蝕性、高可靠性、耐潮濕高溫等環(huán)境的能力等，對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗等沒有較高要求，因此，相比于傳統(tǒng)的地面應(yīng)用環(huán)境，采用的傳感器類型和型號(hào)具有較大的不同。同時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)的傳輸方式，通常采用有線和無(wú)線傳輸相混合的方式，一方面能夠有效利用船舶內(nèi)部的傳輸線纜，另一方面能夠充分考慮傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的靈活性。2)數(shù)據(jù)分析與控制中心。該中心是整個(gè)船載物聯(lián)網(wǎng)的核心，其主要有3個(gè)主要功能，首先，其負(fù)責(zé)監(jiān)控各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常和故障，并自動(dòng)報(bào)告或處理;其次，其負(fù)責(zé)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)接收到的消息進(jìn)行分析和處理，并利用功能更加強(qiáng)大和豐富的工具進(jìn)行可視化、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)挖掘等附加功能;最后，其負(fù)責(zé)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以供其他應(yīng)用的處理。3)通信網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)絡(luò)分為2個(gè)部分:一是物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)傳感器節(jié)點(diǎn)與控制中心的消息傳輸，由于船載物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)與控制節(jié)點(diǎn)一般在一艘船舶以內(nèi)，因此，其采用的通信網(wǎng)絡(luò)較為簡(jiǎn)單;二是物聯(lián)網(wǎng)與外部控制中心的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通常采用WiMax或衛(wèi)星信道傳輸，其中前者的通信帶寬較大但覆蓋范圍較小，后者覆蓋范圍較大但難以提供足夠的帶寬，因此，至今仍然缺少一種有效地通信方式。

2多波束衛(wèi)星通信技術(shù)

多波束衛(wèi)星是一種裝備了多波束天線的衛(wèi)星系統(tǒng)，單顆衛(wèi)星能夠采用X、Ku或Ka等頻段天線，形成多個(gè)波束，不同頻段的信號(hào)能夠組成蜂窩小區(qū)，從而在較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)的覆蓋。同時(shí)，該類衛(wèi)星還能夠以多種頻帶的信號(hào)覆蓋同一蜂窩小區(qū)，并根據(jù)信號(hào)質(zhì)量、帶寬需求等自動(dòng)切換用戶使用的波束，從而提供更大的帶寬或更高的服務(wù)質(zhì)量，多波束自動(dòng)切換衛(wèi)星的工作示意圖如圖1所示。圖1多波具有多波束自動(dòng)切換功能的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信機(jī)制，具有通信帶寬更大、服務(wù)質(zhì)量更好等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)采用時(shí)分復(fù)用和正交時(shí)分復(fù)用技術(shù)，能夠有效提高能夠容納的用戶數(shù)量，同時(shí)可以有效簡(jiǎn)化星載通信設(shè)備的復(fù)雜度，并能夠與Internet協(xié)議實(shí)現(xiàn)互通，從而實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P通信。當(dāng)前采用的多波束衛(wèi)星，能夠提供高達(dá)100～200Mbps的下行鏈路帶寬，同時(shí)能夠提供超過(guò)100個(gè)波束，并能夠有效提高每個(gè)波束的性能，使得用戶在移動(dòng)中使用的體驗(yàn)獲得了較大提高。

3基于多波束衛(wèi)星通信的船載物聯(lián)網(wǎng)

本文提出的多波束衛(wèi)星通信船載物聯(lián)網(wǎng)，與傳統(tǒng)的船載物聯(lián)網(wǎng)相比，主要有2點(diǎn)不同:1)船載物聯(lián)網(wǎng)的信號(hào)接收裝置需要能夠處理多個(gè)不同衛(wèi)星通信波束的信號(hào)，并正確解碼出需要的信息;2)船載物聯(lián)網(wǎng)的信號(hào)接收裝置要能夠與無(wú)線通信裝置有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)海面船載無(wú)線通信節(jié)點(diǎn)的互相通信，也就是利用衛(wèi)星通信信道，組成不同船舶和控制中心的通信網(wǎng)絡(luò)，而每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)為單個(gè)船載物聯(lián)網(wǎng)或控制中心。由圖2可知，采用多波束，其最大通信距離和最大通信區(qū)域均明顯大于單個(gè)固定波束的效果，具有較大的優(yōu)勢(shì)。在這種體制下，岸基控制中心或其他船舶的控制中心，可以利用衛(wèi)星信道實(shí)時(shí)獲取船載物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，而不需要自身船舶控制中心的控制和管理，減少了通信開銷。本文設(shè)計(jì)的信號(hào)接收裝置基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。由圖3可知，通過(guò)不同的正交下變頻解出不同的衛(wèi)星波束信號(hào)，然后通過(guò)分路器和時(shí)分多址分解，形成數(shù)據(jù)幀，然后根據(jù)路由表和程控交換的基本原理，進(jìn)行無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)單個(gè)通信蜂窩中，存在多個(gè)可用的衛(wèi)星波束時(shí)，通信可以采用多波束傳輸?shù)姆绞?，采用多個(gè)波束提供的信號(hào)，進(jìn)行并行傳輸數(shù)據(jù)。同時(shí)，由于海上氣候變化較為劇烈，可能導(dǎo)致在某些海域或某個(gè)時(shí)段，某個(gè)衛(wèi)星波束提供的信號(hào)質(zhì)量較差，衰減較大，此時(shí)，根據(jù)自動(dòng)波束切換算法，根據(jù)信號(hào)質(zhì)量、傳輸數(shù)據(jù)需求、信號(hào)衰減程度等進(jìn)行自動(dòng)化的波束切換。該切換過(guò)程需要船載物聯(lián)網(wǎng)端和衛(wèi)星端進(jìn)行同步，首先確定通信需求和信令體制，然后采用3次握手協(xié)議實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信信道的建立;當(dāng)需要進(jìn)行波束切換時(shí)，則直接進(jìn)行3次握手協(xié)議，在新的頻段上建立新的衛(wèi)星通信信道，同時(shí)拆除原先舊的信道。通過(guò)以上介紹可知，本文提出的方案相比于傳統(tǒng)的船載物聯(lián)網(wǎng)方案，具有通信帶寬大、覆蓋范圍廣、通信可靠性強(qiáng)、傳輸方式靈活等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)在我國(guó)某遠(yuǎn)洋航運(yùn)企業(yè)中的實(shí)踐驗(yàn)證，初步實(shí)現(xiàn)了特種運(yùn)輸船舶的全球化實(shí)時(shí)監(jiān)控。利用本文提出的方案，該企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所屬150余艘特種運(yùn)輸船舶的監(jiān)控，確保了貨物運(yùn)輸、人員配備、船舶航行安全等多個(gè)方面信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控和顯示，大大提高了企業(yè)運(yùn)作的自動(dòng)化和信息化水平，有效減少了人員和成本的開銷，提高了遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)陌踩?，提升了企業(yè)運(yùn)作的效能，顯示出了良好的使用效果。

4結(jié)語(yǔ)

篇4

關(guān)鍵詞：空間激光通信；星際鏈路；通信模式；

作者簡(jiǎn)介：李靜，女，1983年出生，河南南陽(yáng)，博士，講師，主要從事目標(biāo)識(shí)別、無(wú)線通信方面的研究。

0引言

人類通信的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，從古代的狼煙通信、驛站通信，到現(xiàn)代的電報(bào)電話通信、無(wú)線電通信、光纖通信等，不僅僅是通信手段發(fā)生了巨變，而且也空前地改變了人類的生活方式。今天，科技發(fā)展日新月異，空中、地面、水下都已經(jīng)被開辟為廣闊的通信空間，采用高頻激光進(jìn)行空間衛(wèi)星通信已成為現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的新焦點(diǎn)。有專家測(cè)算，在理想的情況下，用激光作載體進(jìn)行空間衛(wèi)星通信，若話路帶寬為4千赫，則可容納100億條話路；若彩色電視帶寬為10千赫，則可同時(shí)傳送100萬(wàn)套節(jié)目而互不干擾，屆時(shí)，人們的生活將更加豐富多彩。與此同時(shí)，航天、航空、航海等都對(duì)空間激光通信技術(shù)提出了迫切需求。

1空間激光通信技術(shù)系統(tǒng)組成、關(guān)鍵技術(shù)及原理

空間激光通信也稱為無(wú)線光通信，它是指利用激光束作為載波在空間直接進(jìn)行語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等信息傳輸?shù)囊环N技術(shù)?？臻g激光通信系統(tǒng)所涵蓋的平臺(tái)有深空探測(cè)器、GEO衛(wèi)星、LEO衛(wèi)星空間站、臨近空間平臺(tái)、航空平臺(tái)、地面平臺(tái)、水面平臺(tái)等，不同平臺(tái)間可構(gòu)成不同的空間激光通信鏈路。其突出特點(diǎn)是是搭載在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，以激光器作為光源，并以小束散角發(fā)射，實(shí)現(xiàn)高速率、遠(yuǎn)距離信息傳輸。例如，星際激光通信系統(tǒng)、星地激光通信系統(tǒng)、空空激光通信系統(tǒng)等。

空間通信技術(shù)的基本原理實(shí)質(zhì)上就是，信息電信號(hào)通過(guò)調(diào)制加載在激光上，通信的兩端通過(guò)初定位和調(diào)整，再經(jīng)過(guò)光束的捕獲、瞄準(zhǔn)、跟蹤建立起光通信鏈路，然后再通過(guò)光在真空或大氣信道中傳輸信息?？臻g激光通信系統(tǒng)按照功能主要分為以下幾個(gè)部分：光源系統(tǒng)、發(fā)射和接收系統(tǒng)、信標(biāo)系統(tǒng)、捕獲、瞄準(zhǔn)和跟蹤系統(tǒng)四大塊。下面將分別對(duì)其進(jìn)行討論。

(1)光源系統(tǒng)

在衛(wèi)星激光通信中，通信光源具有十分重要的作用，他直接影響天線的增益、探測(cè)器件的選擇、天線直徑等參量。常用激光器為波長(zhǎng)在800~850nm范圍的AlGaAs激光器，該波長(zhǎng)范圍內(nèi)的APD探測(cè)器件工作在峰值，量子效率高、增益高。采用倍頻Nd：YAG激光器或氬離子激光器得到的波長(zhǎng)在514~532nm的激光器是星上激光光源的良好選擇。

(2)發(fā)射和接收系統(tǒng)

這是空間激光通信的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，激光發(fā)射機(jī)實(shí)質(zhì)上就是光源、調(diào)制器和光學(xué)天線的級(jí)聯(lián)，而接收機(jī)則可看成是接收天線和探測(cè)器、解調(diào)器的級(jí)聯(lián)。調(diào)制的作用是將需要發(fā)射的信號(hào)調(diào)制到光載波上；探測(cè)、解調(diào)是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。探測(cè)部分還包括濾波、放大部分，該部分也是衛(wèi)星光通信系統(tǒng)中必不可少的。

(3)信標(biāo)系統(tǒng)

在空間激光通信系統(tǒng)中，通信信號(hào)光束發(fā)散角非常小，因此如果利用信號(hào)光束進(jìn)行捕獲、瞄準(zhǔn)將會(huì)是非常困難的過(guò)程。所以在其中要單獨(dú)設(shè)立一個(gè)激光信標(biāo)系統(tǒng)。信標(biāo)光束主要是給瞄準(zhǔn)、捕獲過(guò)程提供一個(gè)較寬的光束，以便在掃描過(guò)程中易于探測(cè)到信標(biāo)光束，然后進(jìn)行后面的調(diào)整過(guò)程。

(4)捕獲、瞄準(zhǔn)和跟蹤系統(tǒng)

捕獲、瞄準(zhǔn)和跟蹤系統(tǒng)幾乎可以說(shuō)是整個(gè)空間激光通信系統(tǒng)的心臟，也是空間激光通信技術(shù)的難點(diǎn)、重點(diǎn)。各個(gè)國(guó)家在對(duì)空間激光通信系統(tǒng)的研究中，都提出了一些捕獲、瞄準(zhǔn)、跟蹤方案，并對(duì)相當(dāng)一部分方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室模擬。這些方案在探測(cè)時(shí)的掃描方式以及探測(cè)、跟蹤傳感器的選擇等方面都有所不同，但實(shí)際采用的捕獲、瞄準(zhǔn)、跟蹤方案是基本一致的。

2空間激光通信的優(yōu)勢(shì)

空間激光通信是在外層空間進(jìn)行的通信，由于具有損耗小、成本低、容量大、光定向性好等優(yōu)點(diǎn)，在超大容量長(zhǎng)距離數(shù)字通信系統(tǒng)中，尤其適用于星際鏈路間長(zhǎng)距離、干線通信。它比地面光纜擁有更高寬帶的數(shù)據(jù)、視頻和語(yǔ)音轉(zhuǎn)播等多項(xiàng)通信能力。因此，現(xiàn)代衛(wèi)星通信的重要方向就是自由空間中衛(wèi)星激光通信。

自由空間激光通信是利用激光作為載體，在自由空間中進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)的傳輸。激光的頻率單純，能量高度集中，波束非常細(xì)密，波長(zhǎng)介于微波與紅外線之間，因此，利用激光所特有的高強(qiáng)度、高單色性、高相干性和高方向性等諸多特性，進(jìn)行星際間鏈路通信，就可具備容量更大、增益更高、速度更快、抗干擾性更強(qiáng)和保密性更好的一系列優(yōu)點(diǎn)，從而使激光成為發(fā)展空間衛(wèi)星通信的最理想載體。

3國(guó)內(nèi)外空間激光通信歷史及現(xiàn)狀

美國(guó)是世界上開展空間激光通信研究最早的國(guó)家，于20世紀(jì)60年代中期就開始實(shí)施空間激光通信方面的研究計(jì)劃，歐洲和日本也先后于70年代末和80年代中期開始研究，到20世紀(jì)80年代末90年代初，日本、美國(guó)、歐洲空間總署先后制定了發(fā)展衛(wèi)星間激光通信的研究計(jì)劃，對(duì)衛(wèi)星與地面之間、地球軌道同步衛(wèi)星與近地軌道衛(wèi)星之間、地球軌道同步衛(wèi)星之間的激光通信技術(shù)都進(jìn)行了深入研究，初步的設(shè)計(jì)方案及模擬演示系統(tǒng)也達(dá)到了理想的效果。當(dāng)時(shí)美國(guó)率先進(jìn)行的海島與海島之間的激光通信，作用距離可達(dá)到240公里；在飛機(jī)與地面站的激光通信試驗(yàn)中，當(dāng)飛機(jī)位于1100米高度時(shí)，作用距離達(dá)到了20~30公里。1995年，美國(guó)與日本兩顆相距3.9萬(wàn)公里的衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)，并完成了8分鐘的激光通信。到現(xiàn)在歐美日在空間激光通信技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得了相當(dāng)矚目的成績(jī)。

1985年，歐洲空間局研制了SILEX系統(tǒng)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)驗(yàn)證衛(wèi)星間激光通信的所有技術(shù)。系統(tǒng)從SPOT-4上的低軌道終端向ARTEMIS上的同步軌道終端傳輸50Mb/s的數(shù)據(jù)。同時(shí)在ARTEMIS上還裝備有一個(gè)定位裝置，可使其系統(tǒng)上的望遠(yuǎn)鏡(亦即光學(xué)天線)對(duì)準(zhǔn)SPOT_4后其他任何低軌道高度大于1000km的LEO空間飛行器，并向GEO終端傳送2Mb/s的數(shù)據(jù)。

1989年，在德國(guó)政府支持下，空間固體激光通信試驗(yàn)(SolidStateLaserCommunicationsinSpace，SOLACOS)開始實(shí)施，它是一個(gè)高碼率衛(wèi)星間激光通信計(jì)劃。該項(xiàng)目建立了完整的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，同時(shí)制造了一套用于測(cè)試的試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)，其試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?997年完成。該終端采用固體激光器和相干接收，波長(zhǎng)1064nm、發(fā)射功率1W的Nd：YAG激光器，通信速率可達(dá)650Mb/s。SOLACOS終端發(fā)射孔徑150ram，質(zhì)量70kg?？梢杂脕?lái)進(jìn)行星問(wèn)激光通信和星地激光通信。

1994年，美國(guó)JPL實(shí)驗(yàn)室研制成功OCD通信端機(jī)演示系統(tǒng)，數(shù)據(jù)率可達(dá)250Mb/s，通信波長(zhǎng)采用800nm波段，用OOK調(diào)制方式。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕(15kg)、體積小、功耗低等特點(diǎn)。

1995年，在NASA的資助下，美國(guó)Ball公司完成了LCDS系統(tǒng)(LaserCommunicationDemonstrationSystem)。該系統(tǒng)具備1Gb/s的LED—GEO、距離為40000km的GEO-LEO星際通信和GEO-航空平臺(tái)激光通信能力，系統(tǒng)重量84磅(約37.8kg)，功耗96W。

1996年，美國(guó)TT公司首次成功地進(jìn)行了飛機(jī)對(duì)地面站間的激光通信試驗(yàn)，飛機(jī)的飛行高度11km，飛機(jī)距地面站距離20km~30km，傳輸速率1Gb/s。

1998年，ESA成功研制了光學(xué)演示終端SROIL(ShortRangeOpticalIntersatelliteLink)。該終端的發(fā)射機(jī)以半導(dǎo)體激光器泵浦的1064nm波長(zhǎng)Nd：YAG激光器作為光源，相干體制的接收機(jī)采用二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制方式和零差探測(cè)，通信系統(tǒng)的發(fā)射天線孔徑為350nm，通信碼率1.5Gb/s，誤碼率低于10-6，總質(zhì)量為15kg，功率為40w。

1999年，TT公司還使用T39A飛機(jī)為搭載平臺(tái)進(jìn)行了飛機(jī)一飛機(jī)間激光鏈路通信試驗(yàn)，飛行高度約為40000英尺(約12192km)，通信距離50km~500km，速率1Gb/s，誤碼率10-6。

2000年，日本研制了用于國(guó)際空間站(ISS)對(duì)地的雙向超高速光通信端機(jī)LCDE(LaserCommunicationDemonstrationEquipment)，其上行碼率為1.2Gb/s，下行碼率為2.5Gb/s，使用1550nm波段作為通信光，功耗小于115W，質(zhì)量小于90kg。

同年，JPL成功建立了一套高魯棒APT子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)在OCD基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，通信速率2.5Gb/s，通信波長(zhǎng)1550nm，發(fā)射功率200mW。

也是在這一年，在BMDO資助下，TT公司研制STVR-2衛(wèi)星通信LCT光端機(jī)和地面光端機(jī)。將LCT作為TSX-5衛(wèi)星有效載荷之一，2001年開展星地激光通信演示驗(yàn)證。

2005年，日本的OICETS(LEO)與ESA的ARTEMIS衛(wèi)星(GEO)成功實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

2006年12月，法國(guó)國(guó)防部采辦局(DGA)與歐洲航空防務(wù)與空間公司(EADS)進(jìn)行了機(jī)載激光鏈路技術(shù)演示器(LOLA)的演示試驗(yàn)，第一次實(shí)現(xiàn)了地球同步衛(wèi)星和飛機(jī)之間激光通信。先后開展了近50余次的空一星激光通信試驗(yàn)。通信距離40000km、通信速率50Mb/s、飛機(jī)海拔高度9km。

2008年3月，德國(guó)TerraSAR-X衛(wèi)星與美國(guó)NFIRE衛(wèi)星問(wèn)實(shí)現(xiàn)距離為5000km的星際相干激光通信，通信速率5.65Gb/s，通信波長(zhǎng)為1064nm。使用口徑為125mm的望遠(yuǎn)鏡，終端質(zhì)量小于30kg，功耗低于130W。該終端采用二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制，檢測(cè)方式是零差相干檢測(cè)。

我國(guó)空間激光通信研究與歐、美、日相比起步較晚，已進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)、原理樣機(jī)和野外試驗(yàn)等研究，并開始部分工程化研究。開展空間光通信研究的單位主要有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京大學(xué)、電子科技大學(xué)、上海光機(jī)所、航天504所、長(zhǎng)春理工大學(xué)等。目前已取得一定成果。

2010年8月研制出7.5G速率空間激光通信系統(tǒng)，并在在青海省青海湖成功進(jìn)行了7.5G速率40km距離的自由空間激光通信試驗(yàn)。

在國(guó)內(nèi)，目前空間光通信技術(shù)的發(fā)展才處于初級(jí)階段，及時(shí)了解空間光通信的最新動(dòng)向，以及領(lǐng)航者的研究布局，對(duì)我們發(fā)展空間光通信具有很強(qiáng)的借鑒和指導(dǎo)意義。

4空間激光通信的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢(shì)

空間激光通信技術(shù)作為一種很優(yōu)越的通信手段，應(yīng)用前景十分廣闊。

首先它既可以作為實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人通信的重要技術(shù)選擇，又可以解決寬帶網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”的瓶頸。具有十分廣闊的市場(chǎng)和美好的應(yīng)用前景。星間激光通信將成為建立全天候綜合信息網(wǎng)和區(qū)域天基綜合信息主干線的必要通信手段，也必將成為未來(lái)移動(dòng)通信和全球多媒體通信的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。

近地面的FSO可以解決通信寬帶網(wǎng)絡(luò)的最后一公里的接入問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)光纖到桌面，完成語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像的高速傳輸，拉動(dòng)聲訊服務(wù)業(yè)和互動(dòng)影視傳播，實(shí)現(xiàn)“三網(wǎng)融合”，有利于電子政務(wù)、電子商務(wù)和遠(yuǎn)程教育及遠(yuǎn)程醫(yī)療的發(fā)展，并將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在一下幾個(gè)方面也將得到廣泛的應(yīng)用：光纖通信網(wǎng)的完善和延伸，有效提高光通信網(wǎng)的覆蓋面；重要光纖通信鏈路的備份，多根不同路徑的光纖備份方式通常不可實(shí)現(xiàn)且耗資巨大，利用近地的空間激光通信(FSO)作為光纖備份既經(jīng)濟(jì)又方便；不便鋪設(shè)光纖場(chǎng)合的寬帶通信，如大城市繁華地帶的公司內(nèi)部的兩幢大樓之間，地形險(xiǎn)惡的兩通信樞紐站之間的寬帶通信；保密通信，如銀行、工商及公司內(nèi)部涉密信息的寬帶傳輸?shù)?；快速部署機(jī)動(dòng)通信，如因戰(zhàn)爭(zhēng)或水災(zāi)、山體滑坡等導(dǎo)致的兩個(gè)光纖節(jié)點(diǎn)之間的通信恢復(fù)；空間立體網(wǎng)絡(luò)組建；光纖、微波、FSO混合網(wǎng)絡(luò)的組建等。

軍事上，空間激光通信可廣泛應(yīng)用于軍事野戰(zhàn)通信網(wǎng)、空間機(jī)群指揮、海上艦艇編隊(duì)間無(wú)線電靜默期間通信、戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急通信。具體地，可架在高山之間完成邊防哨所和森林觀察的通信；可以臨時(shí)架設(shè)解決必要的戰(zhàn)時(shí)指揮所之間的保密通信問(wèn)題；可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)或作為移動(dòng)通信的轉(zhuǎn)接站；可架設(shè)在海岸、島嶼或艦船上實(shí)現(xiàn)短距離的移動(dòng)大氣激光通信。

有著如此光明的前景，空間激光通信技術(shù)空間激光通信的發(fā)展趨勢(shì)將向網(wǎng)絡(luò)化、小型化、智能化方向發(fā)展，具體來(lái)說(shuō)主要包括以下幾方面的轉(zhuǎn)變，由強(qiáng)度調(diào)制/直接探測(cè)向零差相干體制發(fā)展，由傳統(tǒng)光通信向空間量子通信變革，星載設(shè)備朝光子集成化升級(jí)，天基網(wǎng)絡(luò)一體化演變，開拓深空光通信等[6]。

未來(lái)衛(wèi)星激光通信的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，將建立GEO-GEO、GEO-LEO、LEO-LEO、LEO-地面等多種形式的激光通信鏈路，建立全球商用衛(wèi)星激光通信網(wǎng)。小衛(wèi)星星座的迅猛發(fā)展，使得人們對(duì)小衛(wèi)星星座的星間光通信更加重視。利用小衛(wèi)星間激光通信實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人移動(dòng)通信將是未來(lái)全球個(gè)人通信的發(fā)展趨勢(shì)。地面FSO系統(tǒng)將進(jìn)一步提高全天候工作的能力和自動(dòng)跟蹤精度。技術(shù)研究方面，有效的信道補(bǔ)償算法、快速精確的ATP技術(shù)、自適應(yīng)變焦的光學(xué)天線技術(shù)、新的調(diào)制和編碼技術(shù)須取得進(jìn)一步的突破?？臻g光通信聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、空間光波分復(fù)用技術(shù)也將成為今后空間光通信研究的重要課題。

篇5

【關(guān)鍵詞】 衛(wèi)星通信 技術(shù)跟蹤 特點(diǎn)分析 步進(jìn)跟蹤 圓錐掃描跟蹤伴隨著越來(lái)越發(fā)展的空間技術(shù)，使得衛(wèi)星能夠適用于多個(gè)領(lǐng)域，在初期衛(wèi)星僅僅適用于通信范疇，然而目前已經(jīng)擴(kuò)展到了多個(gè)領(lǐng)域中去，由于其覆蓋面較為廣泛，受限小等多方面特點(diǎn)受到了各個(gè)領(lǐng)域的重視。傳統(tǒng)的固定衛(wèi)星通信已然無(wú)法滿足現(xiàn)下各行各業(yè)的要求，于是就有了后來(lái)的“動(dòng)中通”衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。

一、程序跟蹤

1.1程序跟蹤原理

程序跟蹤技術(shù)原理圖如下圖1，其通過(guò)使用 GPS 或者是 CNSS測(cè)出載體所在的具體地理位置經(jīng)度λ和緯度 φ ，然后再通過(guò)利用載體上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將載體的具體姿態(tài)參數(shù)也就是下圖中k、θ、Φ的三個(gè)值進(jìn)行測(cè)算出來(lái)，然后再根據(jù)衛(wèi)星的經(jīng)緯度，以及通過(guò)天線控制計(jì)算機(jī)單元進(jìn)行解算。

1.2程序跟蹤的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單且跟蹤速度快，比較適用于初始捕捉。如在跟蹤天線受到遮擋情況下，天線仍舊能夠指向衛(wèi)星，且若消除遮擋，便能即刻建立通信鏈路。缺點(diǎn)：一旦發(fā)生了傳感器故障，單單這一點(diǎn)那么會(huì)發(fā)生整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。

二、步進(jìn)跟蹤

2.1步進(jìn)跟蹤基本原理

通過(guò)字面理解我們大致就能夠?qū)Σ竭M(jìn)跟蹤進(jìn)行解釋，也就是按照固定的算法進(jìn)行一步一步的控制天線移動(dòng)，從而進(jìn)行衛(wèi)星對(duì)準(zhǔn)，然后在到天線接收到的衛(wèi)星信標(biāo)強(qiáng)度能夠達(dá)到最大值的時(shí)候，才能夠進(jìn)入到一個(gè)平衡期，再經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間之后，再進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，不停的往返工作，圖2是步進(jìn)跟蹤的原理圖，步進(jìn)跟蹤由搜索步以及調(diào)整步構(gòu)成天線的運(yùn)動(dòng)。在具體的操作過(guò)程期間，該兩個(gè)過(guò)程可以分開進(jìn)行也能夠同時(shí)進(jìn)行。如果說(shuō)天線的位置在衛(wèi)星信標(biāo)強(qiáng)度是A的方位，而且步進(jìn)一步后天線接收到的衛(wèi)星信標(biāo)強(qiáng)度為B。若發(fā)生了A大于B的情況，那么步進(jìn)的方向是向著衛(wèi)星的方向運(yùn)動(dòng)，調(diào)整步就同搜索步是同一步。通過(guò)這些，我們可以知道，搜索步是否正確確定方向變得極其重要。如果說(shuō)方向發(fā)生偏差，那么繼而天線會(huì)朝著衛(wèi)星的方向發(fā)生變化，從而發(fā)生差錯(cuò)。

步進(jìn)跟蹤又稱之為極值跟蹤，由于其跟蹤的技術(shù)結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，且系統(tǒng)成本不高，穩(wěn)定性強(qiáng)，利于實(shí)現(xiàn)因此在現(xiàn)實(shí)中使用的頻率較高，所以本文重點(diǎn)要講的就是該種技術(shù)，步進(jìn)跟蹤技術(shù)總是以這樣的頻率進(jìn)行工作：休息--跟蹤的交替著。通過(guò)搜索步來(lái)將天線轉(zhuǎn)動(dòng)的方向進(jìn)行確定，調(diào)整步做的是在這個(gè)方向上面進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)天線的步驟。在這個(gè)動(dòng)作之后，那么整個(gè)的步進(jìn)跟蹤系統(tǒng)才會(huì)進(jìn)行工作?；旧闲枰谶M(jìn)行了很多次的搜索步之后進(jìn)行搜索才可以將天線轉(zhuǎn)動(dòng)的方向進(jìn)行確定下來(lái)，這樣天線就能夠返回到原先的方位，再像搜索步所定位的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，這最后一步我們稱之為調(diào)整步。調(diào)整步同搜索步間的最大差別就在于，如果經(jīng)過(guò)了調(diào)整步之后，那么天線將沒有辦法在返還到原先的方位上去，搜索步就不一樣了，可以透過(guò)計(jì)算機(jī)在較為恰當(dāng)?shù)姆e分時(shí)間內(nèi)對(duì)接收電平的增加或者減少進(jìn)行區(qū)分，若電平發(fā)生了增多的情況，那么天線可以沿著原來(lái)的方位進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)比較小的度數(shù)，若接收的電平發(fā)生了減小的情況，那么天線則會(huì)向反方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。俯仰的方向同方位方向可以重復(fù)著交替運(yùn)作，從而來(lái)讓天線的波束與衛(wèi)星進(jìn)行逐步對(duì)準(zhǔn)。

2.2步進(jìn)跟蹤的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：作為步進(jìn)跟蹤來(lái)說(shuō)其具體的設(shè)備以及原理都較為簡(jiǎn)單并且價(jià)格實(shí)惠，能夠?qū)︷佋淳W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡(jiǎn)化。并且能夠采用較為普通的信標(biāo)接受機(jī)以及數(shù)字接收機(jī)取代單脈沖跟蹤接收機(jī)，更適用于普通站。缺點(diǎn)：跟蹤精度相對(duì)不高，無(wú)法讓天線波束停留在對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的方向上面，只是在這個(gè)方向的四周圍進(jìn)行擺動(dòng)。且跟蹤速度并不是很快。

三、圓錐掃描跟蹤

3.1圓錐掃描原理

圓錐掃面的原理大致就是通過(guò)使用天線收到的信號(hào)幅度作為角度進(jìn)行測(cè)量，這個(gè)幅度值的變化規(guī)律取決于天線方向圖及天線掃描方式。圓錐掃描根據(jù)饋源喇叭繞對(duì)稱軸進(jìn)行一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)，或者說(shuō)副反射面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生的一個(gè)旋轉(zhuǎn)射束，圓錐掃描的原理要求衛(wèi)星在這個(gè)圓錐之內(nèi)，取一個(gè)垂直于等信號(hào)軸的平面，則天線最大輻射方向的頂點(diǎn)就形成了一個(gè)圓形軌跡。天線波束作圓錐掃描時(shí)，繞著天線等信號(hào)軸旋轉(zhuǎn)，因?yàn)榈刃盘?hào)軸偏離天線最大輻射方向的角度相等，故旋轉(zhuǎn)過(guò)程中這個(gè)方向天線的增益始終不變。當(dāng)衛(wèi)星在等信號(hào)軸位置時(shí)，接收機(jī)輸出的是等幅信號(hào)。如果衛(wèi)星偏離等信號(hào)軸方向，衛(wèi)星有時(shí)靠近有時(shí)遠(yuǎn)離天線最大輻射方向，這就導(dǎo)致了接收的信號(hào)幅度也產(chǎn)生了相應(yīng)的一定的強(qiáng)弱變化。調(diào)制的相位同波束偏離的方向相關(guān)，因此通過(guò)調(diào)制信號(hào)的幅度以及相位就能夠?qū)⑻炀€波束指向的誤差進(jìn)行檢測(cè)出來(lái)。具體的跟蹤接收機(jī)將這個(gè)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)出來(lái)，并且通過(guò)波束進(jìn)行旋轉(zhuǎn)期間所發(fā)出的正交基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制信號(hào)的方位檢測(cè)以及俯仰相敏的解調(diào)，從而將直流誤差信號(hào)控制天線向誤差的信號(hào)向著減小的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，直至檢測(cè)出來(lái)的調(diào)制信號(hào)為最小即可。

下圖3所示的是圓錐波束空間圖，該圖的立體感會(huì)比較強(qiáng)，從圖中我們可以看出，O’B作為天線的最大的輻射方向，同O’O這個(gè)偏離信號(hào)軸之間有一個(gè) δ ，若波束按著定量的角速度ωf繞等信號(hào)軸O’O進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)期間，那么波束的最大輻射方向O’B就是如下圖所示的一個(gè)立體的圓錐形，作為圓錐掃描的基本原理指的就是在這個(gè)圓錐之內(nèi)取一個(gè)垂直于等信號(hào)軸的一個(gè)平面，而天線的最大輻射方向的頂部就構(gòu)成了這樣的一個(gè)圓形狀的軌跡，通過(guò)下面的空間圖我們能夠直觀的看到。天線的波束作著圓錐狀的掃描，由于等信號(hào)軸偏離天線的最大的輻射的方向的角度是相同的，因此，在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)該過(guò)程中間該方向天線的增益一直都是固定不變的。如果衛(wèi)星在等信號(hào)軸位置期間，那么接收機(jī)所輸出的是等幅的信號(hào)，如果衛(wèi)星偏離了這個(gè)等信號(hào)軸的方位，那么衛(wèi)星則有時(shí)會(huì)靠近有時(shí)會(huì)遠(yuǎn)離天線最大值數(shù)的方向，這就導(dǎo)致接收的信號(hào)幅度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變動(dòng)，至此，所收到的信號(hào)是調(diào)幅的，它的調(diào)制后的頻率是天線的圓錐掃描頻率ωf，目標(biāo)偏離等信號(hào)軸方向的大小決定了調(diào)制的具體深度，并且目標(biāo)偏離等信號(hào)軸的具體方向決定了調(diào)制波的起始相位。

3.2 圓錐掃描跟蹤的優(yōu)缺點(diǎn)

圓錐掃描同步進(jìn)跟蹤有同樣的優(yōu)勢(shì)就是造價(jià)較低，但是精確度不高，所以單從技術(shù)水平來(lái)說(shuō)其專業(yè)度不夠。

四、單脈沖跟蹤

4.1單脈沖跟蹤原理

單脈沖跟蹤原理，在上述幾個(gè)跟蹤方式中，屬于較為先進(jìn)的跟蹤方式，它能夠在一個(gè)脈沖的間隔期間就能夠?qū)⑻炀€波束偏離衛(wèi)星的具體方位進(jìn)行確定下來(lái)，如果天線波束對(duì)準(zhǔn)了衛(wèi)星，那么天線就能夠收到“差波束”以及“和波束”的輸出信號(hào)，如果波束偏離衛(wèi)星，那么單脈沖跟蹤體制能夠分成幅度單脈沖跟蹤體制和相位單脈沖跟蹤體制兩種。幅度單脈沖體制跟蹤天線由四個(gè)饋源以及一個(gè)拋物反射面所構(gòu)成，四個(gè)饋源都發(fā)生偏離拋物面焦點(diǎn)而且對(duì)稱發(fā)生了排列現(xiàn)象，將會(huì)產(chǎn)生四個(gè)偏離拋物面對(duì)稱軸的獨(dú)立波束。再通過(guò)這個(gè)獨(dú)立波束發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)去將衛(wèi)星天線發(fā)出驅(qū)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)信號(hào)。

4.2單脈沖跟蹤的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：其具有精準(zhǔn)度高以及時(shí)效性良好的有點(diǎn)，其精密度是之前幾種跟蹤方式無(wú)法匹及的。缺點(diǎn)：該種跟蹤方式不僅設(shè)計(jì)復(fù)雜而且造價(jià)較高，一旦發(fā)生故障的話，修理起來(lái)非常困難?？梢哉f(shuō)不適用于普通站，推廣起來(lái)較艱難。

篇6

關(guān)鍵詞:動(dòng)中通;極化匹配;交叉極化干擾;極化跟蹤

中圖分類號(hào):TN927+.23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2009)12-103-03

Research on Polarization Matching and Polarization Tracking about Satcom on

Move Received Antenna System

WANG Daoping,CHEN Huihua,HE Min

(The Second Artillery Engineering Institute,Xi′an,710025,China)

Abstract:To stabilize polar axis and overcome cross-polar interference,the theory for matching polarization is analyzed based on how to aim at the antenna wave beam in time.The way which the cross polarization interference results from is also investigated and the formula used to calculate polar angle is deduced from the coordinate revolving.The necessity to track polarization is argued.A model to track polarization axis is founded.A new polarization tracking network which is controlled electrically and specially applied on the panel antenna is designed based on the electronic polarization-agile technology.The theory how the network works is also expounded.A new method to track polarization axis is achieved through the thesis.The works achieved in this thesis is proposed to enhance the quality of Satcom on the move.

Keywords:satcom on the move;polarization matching;cross-polarization interference;polarization tracking

0 引 言

移動(dòng)中的衛(wèi)星通信――“動(dòng)中通”(Satcom on the Move)利用衛(wèi)星作為中繼,可以在移動(dòng)載體(運(yùn)動(dòng)中的車、船等)雙方實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、大容量、不間斷地傳遞多媒體信息,因而成為通信業(yè)最具前景的發(fā)展方向之一?！皠?dòng)中通”的關(guān)鍵技術(shù)在于如何實(shí)現(xiàn)安裝在移動(dòng)載體上的天線對(duì)衛(wèi)星波束的實(shí)時(shí)跟蹤,從而實(shí)現(xiàn)雙方的穩(wěn)定通信。

天線對(duì)衛(wèi)星的波束跟蹤包括波束指向跟蹤與極化跟蹤。波束指向跟蹤保證載體在移動(dòng)中天線波束的軸線與衛(wèi)星波束軸線的實(shí)時(shí)對(duì)準(zhǔn)。極化跟蹤保證天線的極化與衛(wèi)星的極化實(shí)時(shí)匹配。目前國(guó)內(nèi)的“動(dòng)中通”大多只對(duì)波束指向的跟蹤進(jìn)行研究。理論與實(shí)踐均證明如果天線的極化與衛(wèi)星的極化不匹配會(huì)對(duì)通信質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,甚至造成通信的暫時(shí)中斷[1]。因此有必要對(duì)極化的匹配及跟蹤進(jìn)行研究。

1 極化匹配

電磁波的極化定義為電場(chǎng)矢量的振蕩方向。如果電場(chǎng)矢量在與傳播方向相垂直的平面上的投影是直線,則稱為線極化波。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,國(guó)內(nèi)衛(wèi)星系統(tǒng)均采用線極化方式[2]。天線輻射或接收的電磁波均具有特定的極化方向。當(dāng)接收天線與發(fā)射天線的極化方向不一致時(shí)會(huì)引起接收信號(hào)質(zhì)量的降低。極化匹配就是研究如何調(diào)整天線的極化使之與衛(wèi)星的極化相一致。

在衛(wèi)星通信中地面接收天線的極化與衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器極化定義的基準(zhǔn)不同,這就使接收天線的極化面與衛(wèi)星天線的極化面之間有一個(gè)夾角,這一夾角稱為極化偏角,如圖1所示。

極化偏角的計(jì)算公式如下[3,4]:

θs=arctan(sin Δφ/tg γ)(1)

式中:Δφ為載體所在位置與衛(wèi)星的經(jīng)度差;γ為載體所在處的緯度。

2 交叉極化干擾分析

為了緩解日趨緊張的頻譜資源,衛(wèi)星通信普遍采用正交極化的頻率復(fù)用技術(shù)[5]。理想情況下正交極化端口間應(yīng)該互不影響,但實(shí)際上對(duì)于正交雙線極化接收而言,水平極化的接收天線也能接收到衛(wèi)星發(fā)來(lái)的垂直極化信號(hào);同理垂直極化的接收天線中也能接收到衛(wèi)星發(fā)來(lái)的水平極化信號(hào),從而產(chǎn)生交叉極化干擾。其產(chǎn)生原因主要有2種:極化誤差角和大氣降雨等的去極化效應(yīng)。

圖1 極化角示意圖

2.1 極化角的擾動(dòng)

對(duì)于固定接收站,極化角是固定的,其值可由式(1)計(jì)算。對(duì)于“動(dòng)中通”接收天線,由于載體在行使中會(huì)遇到崎嶇、坡度等各種路況,因此載體的姿態(tài)是時(shí)變的。這種變化表現(xiàn)為橫滾、縱搖和偏航三個(gè)角度的變化。載體姿態(tài)的變化通過(guò)天線座耦合到天線板,從而引起天線對(duì)星所需的方位、俯仰、極化三個(gè)角度的變化。把這種時(shí)變的極化角稱為極化源轉(zhuǎn)角,在具體操作中它表示為波束對(duì)準(zhǔn)而需要繞天線波束主軸旋轉(zhuǎn)饋源的角度。極化源轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式如下[6]。

γ=arctan(-T1/T2)(2)

式中:

T1=(cos Vcos A+sin Vsin Asin E)•

(sin θcos ψ-cos θsin ψsin φ)+

(-cos Vsin A+sin Vcos Asin E)•

(-sin θsin ψ-cos θcos ψsin φ)+

(-sin Vcos E)(cos θcos φ)(3)

T2=(sin Vcos A-cos Vsin Asin E)•

(sin θcos ψ-cos θsin ψsin φ)+

(-sin Vsin A-cos Vcos Asin E)•

(-sin θsin ψ-cos θcos ψsin φ)+

(cos Vcos E)(cos θcos φ)(4)

式中:ψ,φ,θ是載體在地理坐標(biāo)系中的姿態(tài)角。其中,ψ指載體縱軸沿前進(jìn)方向在水平面上的投影與正北的夾角,以順時(shí)針為正;φ指載體縱軸軸向與水平面的夾角,以向上為正;θ指載體繞自身縱軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度,以逆時(shí)針為正,當(dāng)載體縱軸平行于水平面時(shí)為零。ψ,φ,θ可由天線座上的姿態(tài)測(cè)量元件實(shí)時(shí)讀出;A,E,V是理想指向波束在地理坐標(biāo)系中的姿態(tài)角,其中A表示波束軸線在水平面上的投影與正北的夾角,以順時(shí)針為正;E表示波束軸線與水平面的夾角,以向上為正;V表示為極化匹配而需要調(diào)整的極化角,即波束繞自身軸線轉(zhuǎn)過(guò)的角度,以逆時(shí)針為正。A,E,V可由以下公式計(jì)算得到[3]:

A=180+arctan[tan(L1-L2)/sin B](5)

E=arctancos Bcos(L1-L2)-0.1511-[cos Bcos(L1-L2)]2(6)

V=arctan[sin(L1-L2)/tan B](7)

由此可見,載體姿態(tài)的變化會(huì)引起極化源轉(zhuǎn)角的變化,從而引起交叉極化干擾。

2.2 大氣去極化

影響較大的是對(duì)流層中的多經(jīng)效應(yīng),降雨去極化以及電離層的法拉第旋轉(zhuǎn)相應(yīng)。由于去極化現(xiàn)象使得線極化波穿過(guò)大氣層后偏離原來(lái)的指向,從而引起接收端的交叉極化干擾。

綜上所述,由于交叉極化干擾的存在使得雙極化接收天線的同極化端口也能收到交叉極化的信號(hào),如圖2所示。接收天線中收到的同極化信號(hào)和交叉極化信號(hào)的比值定義為交叉極化隔離度(XPD),它是衡量交叉極化干擾程度的量值。為了保證穩(wěn)定可靠的通信,通常要求天線的XPD大于30 dB[7]。

如圖2所示XPD可用下式計(jì)算:

XPD=(EV2/EH2)2(8)

圖2 雙極化接收示意圖

3 極化跟蹤方案

第1節(jié)和第2節(jié)分別討論了極化匹配和交叉極化干擾。結(jié)論是:為了在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行衛(wèi)星通信,接收站天線的極化必須和衛(wèi)星的極化實(shí)時(shí)匹配以消除交叉極化干擾。

極化的實(shí)時(shí)匹配可以通過(guò)極化跟蹤網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)極化誤差角引起的交叉極化干擾,可以通過(guò)調(diào)整天線的極化指向,使之達(dá)到相應(yīng)的角度來(lái)抵消干擾。調(diào)整方法有多種,固定接收站通常采用手動(dòng)旋轉(zhuǎn)饋源的高頻頭來(lái)調(diào)整[8],“動(dòng)中通”接收天線通常采用極化調(diào)整電機(jī),由電機(jī)驅(qū)動(dòng)高頻頭實(shí)時(shí)調(diào)整極化源轉(zhuǎn)角。手動(dòng)和電動(dòng)極化調(diào)整都需要饋源高頻頭的物理移動(dòng)。然而對(duì)于具有廣闊發(fā)展前景的“低輪廓?jiǎng)又型ā倍?為了降低天線的高度普遍采用平板相控陣天線,這種天線的饋源相對(duì)于天線板是固定的。對(duì)于不便移動(dòng)饋源的天線,極化指向的調(diào)整,可以采用電子變極化方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)降雨去極化等隨機(jī)極化干擾,可以通過(guò)設(shè)計(jì)自適應(yīng)交叉極化干擾抵消器(XPIC)來(lái)抵消干擾。XPIC的基本原理是利用干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆群拖辔蛔儞Q產(chǎn)生出與原干擾信號(hào)等幅反相的信號(hào),該信號(hào)與有用信號(hào)相疊加,從而消除有用信號(hào)中的干擾信號(hào)[9]。XPIC可以在基帶、中頻或射頻段實(shí)現(xiàn)。這里的研究在射頻實(shí)現(xiàn)XPIC。

基于以上兩點(diǎn),設(shè)計(jì)了圖3所示的適用于低輪廓“動(dòng)中通”的極化跟蹤網(wǎng)絡(luò)。

圖3 極化跟蹤網(wǎng)絡(luò)

該網(wǎng)絡(luò)由雙極化天線、極化調(diào)整單元、極化控制單元、傳感器和雙極化輸出(H,V)端口組成。其中,極化調(diào)整單元包括2個(gè)3 dB電橋和1個(gè)可調(diào)移相器。

從功能上,網(wǎng)絡(luò)分為開環(huán)和閉環(huán)兩大部分。開環(huán)部分的傳感器有GPS和慣性測(cè)量元件,閉環(huán)部分的傳感器是微波探測(cè)器。所有傳感器的信號(hào)都送到極化控制單元,極化控制單元對(duì)來(lái)自傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理,然后產(chǎn)生,控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)可變移相器φ產(chǎn)生相應(yīng)的相移量,從而消除交叉極化干擾,實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星極化的實(shí)時(shí)跟蹤。

開環(huán)部分完成極化誤差角(包括極化偏角和極化源轉(zhuǎn)角)的調(diào)整?？梢宰C明,當(dāng)極化誤差角為θ時(shí),只需使可變移相器的相移量為2θ便可以消除誤差。

閉環(huán)部分實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)交叉極化干擾抵消。其中的微波探測(cè)器可以是幅度傳感器或者相位傳感器(相位探測(cè)器)。如果采用相位探測(cè)器,當(dāng)輸出信號(hào)中有交叉極化干擾存在時(shí),干擾信號(hào)與有用信號(hào)存在隨機(jī)的相位差,此時(shí)相位探測(cè)器有誤差信號(hào)輸出,經(jīng)極化控制單元處理后輸出移相器的驅(qū)動(dòng)信號(hào),驅(qū)動(dòng)移相器產(chǎn)生相移使干擾向減小的方向移動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的跟蹤。無(wú)論采用何種傳感器,在此過(guò)程中設(shè)計(jì)有效的跟蹤算法是至關(guān)重要的。

就系統(tǒng)整體而言,開環(huán)部分可以作為極化的粗調(diào),閉環(huán)部分可以作為極化的微調(diào)。整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程可簡(jiǎn)述如下:

在衛(wèi)星的初始捕獲階段,極化控制單元利用GPS接收機(jī)送來(lái)的載體經(jīng)緯度,并結(jié)合所選的通信衛(wèi)星的經(jīng)度,利用式(1)由計(jì)算程序,算出對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星所需的極化偏角式,計(jì)算出極化偏角V驅(qū)動(dòng)移相器移相2V。載體的移動(dòng)過(guò)程中,極化控制器定時(shí)讀取載體的姿態(tài)信息,由式(2)計(jì)算極化源轉(zhuǎn)角γ,驅(qū)動(dòng)移相器移相2γ,讀傳感器的頻率可依據(jù)載體的行使環(huán)境靈活設(shè)置。在極化誤差角糾正的間隙由XPIC完成極化的微調(diào)。

4 結(jié) 語(yǔ)

極化匹配和跟蹤對(duì)于提高“動(dòng)中通”通信質(zhì)量具有重要意義。以“動(dòng)中通”接收天線的波束實(shí)時(shí)對(duì)準(zhǔn)為基礎(chǔ),分析極化匹配的原理、極化擾動(dòng)的來(lái)源,得到極化偏角和極化源轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式,設(shè)計(jì)了全電子的極化跟蹤網(wǎng)絡(luò)。

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篇7

關(guān)鍵詞：數(shù)字微波通信技術(shù)；電視直播；反向控制；中繼系統(tǒng)；視頻；音頻

中圖分類號(hào)：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）04-0060-03

顧名思義，數(shù)字微波通信技術(shù)是借助于微波的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信息的有效傳輸而應(yīng)用的一種現(xiàn)代化通信方式。在現(xiàn)階段整個(gè)通信信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷劇烈與成熟的背景作用之下，光纖數(shù)字通信技術(shù)以及衛(wèi)星數(shù)字通信技術(shù)的綜合應(yīng)用均使得現(xiàn)代意義上的數(shù)字微波通信技術(shù)面臨著極為深遠(yuǎn)的發(fā)展?jié)摿??？梢哉f(shuō)，現(xiàn)代意義上的數(shù)字微波通信技術(shù)已自傳統(tǒng)意義上的長(zhǎng)距離通信應(yīng)用領(lǐng)域逐步發(fā)展為長(zhǎng)距離配合短距離的綜合性通信應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)而推動(dòng)著數(shù)字微波通信技術(shù)的更深層次發(fā)展。本文試針對(duì)其在應(yīng)用于電視直播過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題做詳細(xì)分析與說(shuō)明。

1 數(shù)字微波通信技術(shù)的基本原理分析

微波在空氣環(huán)境中的傳播特性與光波在空氣環(huán)境中的傳播特性基本表現(xiàn)為同等狀態(tài)，均在空氣環(huán)境中呈現(xiàn)出直線性的前進(jìn)，在其傳播路徑的延伸空間當(dāng)中，若出現(xiàn)阻擋，則將導(dǎo)致微波發(fā)生一定程度上的反射反應(yīng)，影響其傳輸性能的實(shí)現(xiàn)。從這一角度上來(lái)說(shuō)，在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，數(shù)字微波通信技術(shù)最關(guān)鍵的方式在于：建立在視距范圍之內(nèi)的通信。而受到客觀因素影響，如地球曲面?zhèn)鬏斠约翱臻g傳輸較大的衰落問(wèn)題影響，要想在不影響信號(hào)質(zhì)量的前提條件下，進(jìn)行遠(yuǎn)距離的通信與傳輸，則必須通過(guò)對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行重復(fù)性的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方式，達(dá)到接力傳輸?shù)闹匾康?。換句話來(lái)說(shuō)，在應(yīng)用數(shù)字微波通信技術(shù)進(jìn)行視頻及音頻信號(hào)的傳遞過(guò)程當(dāng)中，需要在數(shù)字微波傳輸線路的兩端位置設(shè)置相應(yīng)的終端站站點(diǎn)。與此同時(shí)，還需要在傳輸線路的延伸空間內(nèi)，設(shè)置一定的中繼站站點(diǎn)（在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，數(shù)字微波通信傳輸過(guò)程中所設(shè)置的中繼站應(yīng)當(dāng)將間隔距離設(shè)定在50m單位以內(nèi)）。按照上述方式，確保中繼站站點(diǎn)能夠?qū)鬏斶^(guò)程中流經(jīng)該站點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)加以有效接收及放大處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸質(zhì)量的有效保障。

在現(xiàn)階段應(yīng)用數(shù)字微波通信技術(shù)的過(guò)程中，可供選取的頻段單位涉及到以下幾個(gè)方面：1.4GHz、4.0GHz、7.0GHz、8.0GHz、13.0GHz、15.0GHz。特別值得注意的一點(diǎn)是：由于在數(shù)字微波通信技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，其能夠在一定程度上發(fā)揮對(duì)重大自然災(zāi)害的抵御功效，從而能夠作為既有地面有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难a(bǔ)充與拓展性傳輸方式。

2 數(shù)字微波通信技術(shù)在電視直播中的應(yīng)用形式分析

2.1 數(shù)字微波通信技術(shù)在無(wú)線攝像機(jī)中的應(yīng)用及電視直播方式分析

在當(dāng)前技術(shù)條件的支持下，最普遍，同時(shí)也是最基本的無(wú)線攝像機(jī)數(shù)字微波通信系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。在整個(gè)數(shù)字微波通信系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，僅需要使用微波發(fā)射單元設(shè)備以及分集式信號(hào)接收機(jī)設(shè)備。從實(shí)踐應(yīng)用的角度上來(lái)說(shuō)，此種數(shù)字微波通信技術(shù)方式是現(xiàn)階段進(jìn)行電視直播報(bào)道過(guò)程中最為常用，同時(shí)綜合應(yīng)用優(yōu)勢(shì)最為突出的方式之一。對(duì)于攝像機(jī)設(shè)備與衛(wèi)星通信設(shè)備間隔距離在數(shù)千米單位以內(nèi)或者是攝像機(jī)設(shè)備與衛(wèi)星通信設(shè)備間隔在同一可視范圍內(nèi)的情況下，可通過(guò)對(duì)此項(xiàng)技術(shù)及系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電視直播的最終目的。以某晚會(huì)的現(xiàn)場(chǎng)電視直播事件為例，為最大限度地保障電視直播質(zhì)量的有效實(shí)現(xiàn)，要求攝像工作人員提前將微波攝像機(jī)裝置攜帶入晚會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，并將其放置于晚會(huì)前臺(tái)相對(duì)平坦的工作區(qū)域當(dāng)中。在此基礎(chǔ)之上，微波天線能夠接收來(lái)自于攝像工作人員的所拍攝的晚會(huì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸至下變頻設(shè)備當(dāng)中。與此同時(shí)，下變頻設(shè)備能夠通過(guò)與分集信號(hào)接收單元的有效聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)這部分音頻及視頻信號(hào)的可靠性重建。在此基礎(chǔ)之上，將經(jīng)過(guò)重建處理之后的音頻及視頻信號(hào)按照便攜式衛(wèi)星站點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)房的方式加以傳遞。按照此種方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)晚會(huì)運(yùn)行情況高效和及時(shí)地進(jìn)行直播。

2.2 建立在攝像設(shè)備反向控制單元基礎(chǔ)之上的電視直播應(yīng)用方式分析

通過(guò)對(duì)攝像設(shè)備反向控制單元的有效應(yīng)用，使得電視直播后方的音頻及視頻編輯工作人員能夠輕易地實(shí)現(xiàn)對(duì)電視直播前方攝像設(shè)備操作人員的遠(yuǎn)程控制與遠(yuǎn)程調(diào)度。結(jié)合電視直播畫面播出過(guò)程當(dāng)中對(duì)于直播畫面的清晰度、取景構(gòu)圖藝術(shù)度以及音頻質(zhì)量清晰度等多個(gè)方面的特殊性節(jié)目制作需求，引導(dǎo)電視直播前方的攝像設(shè)備操作人員能夠更為系統(tǒng)與有效地展開各項(xiàng)工作。在這一過(guò)程當(dāng)中，所涉及到的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及準(zhǔn)則的掌控則完全交由電視直播后方機(jī)房?jī)?nèi)的相關(guān)技術(shù)工作者予以完成。從這一角度上來(lái)說(shuō)，建立在攝像設(shè)備反向控制單元基礎(chǔ)之上的整個(gè)電視直播節(jié)目制作表現(xiàn)出了極為突出的靈活性與機(jī)動(dòng)性。與此同時(shí)，通過(guò)引入攝像設(shè)備反向控制單元的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)電視直播后方與前方數(shù)據(jù)傳輸與通信的雙向性。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，演播室能夠通過(guò)對(duì)控制面板的操作方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電視直播實(shí)前方攝像機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程性控制與操作。而與此同時(shí)，控制信息能夠以無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)為基礎(chǔ)，將其傳送至攝像機(jī)設(shè)備當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電視直播的反向性控制。具體而言，整個(gè)建立在攝像設(shè)備反向控制單元基礎(chǔ)之上的數(shù)字微波通信系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示：

2.3 數(shù)字微波通信技術(shù)綜合信號(hào)中繼系統(tǒng)的電視直播應(yīng)用方式分析

信號(hào)中繼單元與數(shù)字微波通信技術(shù)的綜合使用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)音頻信號(hào)及視頻信號(hào)傳輸距離的有效延長(zhǎng)。整個(gè)建立在數(shù)字微波通信技術(shù)與信號(hào)中繼系統(tǒng)基礎(chǔ)之上的電視直播操作結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。從圖上可以看出，電視直播前方攝像設(shè)備通過(guò)微波發(fā)射機(jī)，將視頻及音頻信號(hào)傳送至分集式接收機(jī)設(shè)備當(dāng)中。在此基礎(chǔ)之上，將這部分信號(hào)傳輸至信號(hào)中繼器內(nèi)部。通過(guò)調(diào)制與解調(diào)的方式，輸出以COFDM格式所表現(xiàn)的綜合信號(hào)（此過(guò)程中所涉及到的信號(hào)的傳輸頻率單位一般集中表現(xiàn)在1.95～2.7GHZ單位或者是3.0～5.0GHz單位范圍之內(nèi)）。在此種電視直播方式的作用之下，中繼系統(tǒng)需要放置于較高且無(wú)明顯遮擋物的區(qū)域內(nèi)，防止中繼系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)能力受到削減。在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，數(shù)字微波通信技術(shù)綜合信號(hào)中繼系統(tǒng)的電視直播應(yīng)用方式主要適用于對(duì)傳輸距離相對(duì)較遠(yuǎn)的音頻及視頻現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道當(dāng)中，綜合優(yōu)勢(shì)顯著，值得特別重視。

3 結(jié)語(yǔ)

伴隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)發(fā)展的持續(xù)開展與城市化建設(shè)規(guī)模的持續(xù)推進(jìn)，社會(huì)大眾持續(xù)增長(zhǎng)的物質(zhì)文化與精神文化需求同時(shí)對(duì)新時(shí)期的娛樂休閑行業(yè)發(fā)展提出了更為全面的要求。與此同時(shí)，在社會(huì)大眾對(duì)于新聞時(shí)效性以及質(zhì)量性要求不斷提升的過(guò)程當(dāng)中，電視新聞業(yè)務(wù)的制作水平只有不斷發(fā)展與完善，才能夠適應(yīng)新聞的時(shí)效性特點(diǎn)，電視直播的重要性也由此得到了廣泛且深入的突顯?？偠灾疚尼槍?duì)有關(guān)數(shù)字微波通信技術(shù)在電視直播應(yīng)用過(guò)程中所涉及到的相關(guān)問(wèn)題做出了簡(jiǎn)要分析與說(shuō)明，希望能夠引起各方人員的特別關(guān)注與

重視。

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篇8

    論文摘要:移動(dòng) IP 為移動(dòng)主機(jī)在移動(dòng)過(guò)程中保持原來(lái)通信不間斷提供了實(shí)現(xiàn)方法,隧道技術(shù) 是移動(dòng) IP 的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文在深入學(xué)習(xí)移動(dòng) IP 的基礎(chǔ)知識(shí)之后,給出了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)具體的實(shí)現(xiàn),具有一定實(shí)踐意義。 

    1 移動(dòng)通信中移動(dòng) IP原理分析 

    移動(dòng) IP 中的隧道技術(shù)有三種封裝方式:IP 的 IP 封裝(IP in IP Encapsulation),最小封裝(Minimal Encapsulation)和通用路由封裝(Generic Routing Encapsulation)。 

    在移動(dòng) IP 中,隧道的入口為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng),隧道的出口為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的外地。家鄉(xiāng)需要實(shí)現(xiàn)封裝功能,封裝后的數(shù)據(jù)包能到達(dá)外地,外地接到數(shù)據(jù)包后,進(jìn)行解封裝,然后將數(shù)據(jù)包路由給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)包離開隧道入口后,在沒有到達(dá)隧道出口前,可能出現(xiàn)路由環(huán)使它又回到了隧道入口處的情況,這樣每次隧道都為它加封一個(gè) IP 報(bào)頭,而每個(gè)新的報(bào)頭都有自己的生存時(shí)間域(TTL)值,這樣就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)包一直增大下去。為了防止這種遞歸封裝,可采用如下機(jī)制:預(yù)封裝的數(shù)據(jù)包的源地址就是隧道入口地址,此時(shí)假設(shè)遞歸封裝出現(xiàn);預(yù)封裝的數(shù)據(jù)包的源地址與隧道入口處路由表指示的隧道出口地址相同,此時(shí)也假設(shè)遞歸封裝出現(xiàn)。 

    同時(shí),如果家鄉(xiāng)要將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)家鄉(xiāng)鏈路上的廣播包送給移動(dòng)節(jié)點(diǎn),必須采用多重封裝,這時(shí),里面一層隧道是從家鄉(xiāng)到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的家鄉(xiāng)地址,外面一層隧道是從家鄉(xiāng)到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)交地址。因?yàn)?如果不采用多重封裝的話,外地解封裝后收到的是廣播地址,它就不知道怎么辦了。因此,這種現(xiàn)象應(yīng)該作為防遞歸封裝中的一種特殊情況處理。 

    在解封裝中,主要是將新 IP 報(bào)頭去掉,使原來(lái) IP 數(shù)據(jù)報(bào)恢復(fù)出來(lái),因此相對(duì)較為簡(jiǎn)單。移動(dòng) IP 中,移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的外地已經(jīng)保存了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的注冊(cè)信息,它能夠?qū)⒔夥庋b后得到的數(shù)據(jù)報(bào)路由給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。這樣,就完成了從一個(gè)節(jié)點(diǎn)向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一次數(shù)據(jù)的全過(guò)程。 

    2 移動(dòng)IP節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過(guò)程中通信的實(shí)現(xiàn) 

    通常情況下,按照[RFC 2002]的標(biāo)準(zhǔn),根據(jù) IPv4 的移動(dòng) IP 方案規(guī)定,移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在外地鏈路上應(yīng)該有一個(gè)外地位于隧道的出口,將從隧道發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給已經(jīng)移動(dòng)到該鏈路上的移動(dòng)節(jié)點(diǎn),但是隨著 IPv6 即將成為事實(shí)上的下一代互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,地址空間問(wèn)題已經(jīng)徹底的解決,移動(dòng) IPv6 協(xié)議中取消了外地。在本文,為了簡(jiǎn)化問(wèn)題的實(shí)現(xiàn),我們規(guī)定,移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在外地鏈路上的轉(zhuǎn)交地址全部都是配置轉(zhuǎn)交地址,即不需要外地的轉(zhuǎn)發(fā),移動(dòng)節(jié)點(diǎn)直接位于隧道的出口,接收數(shù)據(jù)包。 

    2.1 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的工作方式 

    移動(dòng)節(jié)點(diǎn)基本工作方式有 5 個(gè)方面: 

    搜索:搜索是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能維持正常通信的前期工作,通過(guò)搜索移動(dòng)節(jié)點(diǎn)首先確定自己的位置。 

    注冊(cè):移動(dòng)節(jié)點(diǎn)確定自己在外地鏈路的時(shí)候,循環(huán)給家鄉(xiāng)帶理發(fā)送一個(gè) UDP 包,通知它自己當(dāng)前的 IP 地址,即外地鏈路取得的轉(zhuǎn)交地址,直到收到服務(wù)器的應(yīng)答消息。 

    注銷:移動(dòng)節(jié)點(diǎn)重新回到家鄉(xiāng)鏈路的時(shí)候,循環(huán)給家鄉(xiāng)帶理發(fā)送一個(gè) UDP 包,直到收到家鄉(xiāng)的應(yīng)答消息。 

    接收數(shù)據(jù)包:移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在家鄉(xiāng)鏈路接收數(shù)據(jù)包和固定節(jié)點(diǎn)的工作機(jī)制完全一樣。 

    發(fā)送數(shù)據(jù)包:如果移動(dòng)節(jié)點(diǎn)確定自己在家鄉(xiāng)鏈路上,它象固定節(jié)點(diǎn)一樣,使用 TCP/IP 協(xié)議,不需要對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行額外處理,直接發(fā)送;否則,移動(dòng)節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)現(xiàn)要發(fā)送的數(shù)據(jù)包的源地址是當(dāng)前鏈路的轉(zhuǎn)交地址,因此,它先將發(fā)送包源地址修改為家鄉(xiāng)地址,然后再發(fā)送。 

    2.2 搜索 

    移動(dòng)節(jié)點(diǎn)利用搜索過(guò)程主要完成三個(gè)功能,即判定自身當(dāng)前是連在家鄉(xiāng)鏈路上還是外地鏈路上;檢測(cè)自身是否已經(jīng)切換了鏈路;如果已經(jīng)處于外地鏈路,則取得外地鏈路上的轉(zhuǎn)交地址。 

    搜索由兩條簡(jiǎn)單的消息構(gòu)成。 

    第一條消息是廣播消息,家鄉(xiāng)利用這個(gè)消息向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)宣布它們的功能。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)在一條鏈路上被配置成家鄉(xiāng)服務(wù)器的時(shí)候,它就在這條鏈路上廣播或組播廣播消息,這使得連到這條鏈路上的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以判定該鏈路上是否有存在。如果有,可以從廣播消息中取得服務(wù)器的IP地址,并且判定的功能是什么。 

    第二條消息是請(qǐng)求消息,當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)沒有耐心等待下一個(gè)周期發(fā)送的廣播消息時(shí),它可以發(fā)送請(qǐng)求消息。這個(gè)消息的唯一目的就是讓鏈路上的所有立即發(fā)送一個(gè)廣播消息。有些時(shí)候,移動(dòng)節(jié)點(diǎn)快速地切換鏈路,而發(fā)送廣播消息的頻率相比而言就太慢了,這時(shí)請(qǐng)求消息就非常有用了。由于密鑰管理上的困難,移動(dòng)IP不要求對(duì)這兩種消息進(jìn)行確認(rèn)。 

    2.3 注冊(cè)、注銷機(jī)制 

    移動(dòng)IP的注冊(cè)過(guò)程在搜索之后。此時(shí),移動(dòng)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)可以判斷出自己的位置,是處于家鄉(xiāng)鏈路還是處于外地鏈路。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)它的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)從一條鏈路切換到另一條鏈路上時(shí),它就要進(jìn)行注冊(cè)。另外,由于這些注冊(cè)也有一定的生存時(shí)間,所以有些時(shí)候,移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置并沒有移動(dòng),它也要在現(xiàn)有注冊(cè)過(guò)期時(shí)進(jìn)行重新注冊(cè)。 

    移動(dòng)IP的注冊(cè)過(guò)程是:通知家鄉(xiāng)它在外地鏈路取得的轉(zhuǎn)交地址;使一個(gè)要過(guò)期的注冊(cè)重新生效;在回到家鄉(xiāng)鏈路上時(shí)要進(jìn)行注銷操作。 

    2.4 傳遞數(shù)據(jù)包的選路 

    根據(jù)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置進(jìn)行數(shù)據(jù)包選路的技術(shù),這是移動(dòng)IP的最主要技術(shù)之一。我們必須考慮兩種情況:移動(dòng)節(jié)點(diǎn)連接在家鄉(xiāng)鏈路上時(shí)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)連接在外地鏈路上時(shí)。后一種情況還有兩種情形:移動(dòng)節(jié)點(diǎn)采用的是轉(zhuǎn)交地址還是配置轉(zhuǎn)交地址。由于IPv6已經(jīng)成為下一代互聯(lián)網(wǎng)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,并且IPv6不存在地址空間問(wèn)題,因此,在IPv6下,移動(dòng)IP將沒有外地。 

    當(dāng)注冊(cè)工作完成之后,移動(dòng)節(jié)點(diǎn)無(wú)論漫游到Internet的任何地方,都會(huì)通過(guò)注冊(cè)機(jī)制通知它的家鄉(xiāng)它目前所取得的IP地址,使得家鄉(xiāng)能夠轉(zhuǎn)發(fā)那些試圖與它通信的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)給它發(fā)送的數(shù)據(jù)包,這里,我們不關(guān)心移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在外地鏈路是如何取得配置轉(zhuǎn)交地址的,我們假定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)通過(guò)某種辦法得到了一個(gè)外地鏈路上的配置轉(zhuǎn)交地址,然后將這個(gè)地址通知給它的家鄉(xiāng)。我們這里不考慮家鄉(xiāng)如何將送往移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包通過(guò)隧道路由給移動(dòng)節(jié)點(diǎn),這部分工作是另一位同學(xué)的畢業(yè)論文所涉及的內(nèi)容,我們僅僅考慮移動(dòng)節(jié)點(diǎn)需要做的處理。由于數(shù)據(jù)的通信是雙向的,因此,處于外地鏈路上的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)涉及的工作就分為接收數(shù)據(jù)包和發(fā)送數(shù)據(jù)包兩大部分。 

    3 總結(jié) 

    移動(dòng) IP 為移動(dòng)主機(jī)在移動(dòng)過(guò)程中保持原來(lái)通信不間斷提供了實(shí)現(xiàn)方法,隧道技術(shù)是移動(dòng) IP 的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)通信節(jié)點(diǎn)向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí),必須使用到隧道技術(shù)。本文介紹了移動(dòng) IP 中隧道技術(shù)的基本原理,以及給出了一種在 Linux 系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)它的方法。對(duì)于實(shí)現(xiàn)途徑,主要是在 Linux 內(nèi)核中加入程序模塊,用以完成隧道技術(shù)的功能。隨著當(dāng)今電子商務(wù)的蓬勃發(fā)展,人們對(duì)于新的通信業(yè)務(wù)的要求越來(lái)越高,這是互聯(lián)網(wǎng)及 TCP/IP 協(xié)議成功發(fā)展的必然結(jié)果。從而誕生出下一代的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 IPv6,因此,隨著移動(dòng)用戶和設(shè)備的飛速發(fā)展,基于 IPv6 的移動(dòng) IP 協(xié)議必然會(huì)迎來(lái)更廣泛的發(fā)展前景。 

    參考文獻(xiàn) 

    [1]裘曉峰.等譯《移動(dòng) IP》機(jī)械工業(yè)出版社 

    李承恕. 第3代移動(dòng)通信中的衛(wèi)星移動(dòng)通信[J]. 中興新通訊, 1998, (06) 

篇9

關(guān)鍵詞 衛(wèi)星TDMA；時(shí)隙檢測(cè)；多普勒頻移；解調(diào)

中圖分類號(hào)G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2015）137-0140-02

0 引言

衛(wèi)星TDMA通信系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)發(fā)器處于單載波工作狀態(tài)，不存在FDMA方式的互調(diào)問(wèn)題，衛(wèi)星功率利用率可達(dá)90%以上，頻帶幾乎可以全部利用，易于實(shí)現(xiàn)星上交換，信息速率高低適用，便于數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)。因此衛(wèi)星TDMA方式應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文設(shè)計(jì)了一種TDMA信號(hào)的接收解調(diào)方法，對(duì)此類信號(hào)的接收及解調(diào)技術(shù)具有一定的參考價(jià)值。

突發(fā)信號(hào)的數(shù)字相干解調(diào)需要載頻同步快速。信號(hào)突發(fā)時(shí)隙具有導(dǎo)頻信號(hào)的特征。利用導(dǎo)頻信號(hào)可以完成載波的快速捕獲同步。FFT達(dá)到的頻率分辨率并不能滿足數(shù)字載頻同步環(huán)路所需要的精度，這樣就需要做載頻頻率的精細(xì)測(cè)量，頻域分析已經(jīng)不能滿足，可以在時(shí)域進(jìn)行測(cè)量，對(duì)信號(hào)進(jìn)行差分檢測(cè)和一定時(shí)間內(nèi)積分平均濾除噪聲影響，可以獲得較高的頻率測(cè)量精度。

1 TDMA時(shí)隙信號(hào)檢測(cè)

TDMA分幀幀頭一般有用于載波恢復(fù)和碼元同步的特殊碼元。碼元為全‘1’碼型，或‘0’和‘1’循環(huán)碼型。在頻域表現(xiàn)為單頻。所以通過(guò)檢測(cè)單頻來(lái)確認(rèn)時(shí)隙信號(hào)的出現(xiàn)時(shí)刻，通過(guò)精確測(cè)量單頻的頻率值，可以估計(jì)載頻頻率值。低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的多普勒頻移變化率不大于1kHz/s，可見在幾毫秒內(nèi)載頻的多普勒頻移約幾個(gè)赫茲，可以忽略多普勒效應(yīng)的影響。

估計(jì)出TDMA實(shí)現(xiàn)信號(hào)的載頻頻率和起始時(shí)刻后，將該信道的突發(fā)時(shí)隙數(shù)字下變頻，附帶頻道號(hào)、起始時(shí)刻緩存后等待解調(diào)。

2 數(shù)字AGC

由于數(shù)字載波同步環(huán)路受信號(hào)幅度影響，解調(diào)器輸入信號(hào)要求穩(wěn)定在2dB以內(nèi)。TDMA信號(hào)的突發(fā)特性和解調(diào)器的多信道接收解調(diào)體制，決定了AGC的方式只能是數(shù)字AGC模式，所以需要進(jìn)行數(shù)字AGC控制，使環(huán)路工作在最佳狀態(tài)。AGC的控制依據(jù)是信號(hào)搜索得到的信號(hào)幅度，數(shù)字解調(diào)前的信號(hào)幅度可以達(dá)到正負(fù)1db精度。

本設(shè)計(jì)的數(shù)字AGC實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示，信號(hào)檢測(cè)模塊，在檢測(cè)信號(hào)突發(fā)時(shí)刻和載頻頻率的同時(shí)，可以得到信號(hào)電平，其精度可達(dá)到2db以內(nèi)，將檢測(cè)的信號(hào)電平與門限比較，得到誤差信號(hào)，誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的查表，就可以得到數(shù)字增益，將緩存器中的數(shù)據(jù)完成數(shù)字增益控制，以待解調(diào)。

3 數(shù)字下變頻

數(shù)字下變頻如圖2所示，與模擬中頻通道的功能一樣，主要有混頻，濾波，AGC，采樣率變換。關(guān)鍵部件是濾波器，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)使濾波器和采樣率變換相結(jié)合，保證濾波性能的前提下消耗最小的硬件資源。數(shù)字AGC可以彌補(bǔ)模擬AGC增益控制范圍不夠大的弊病，并能保證采樣數(shù)據(jù)的精度，得到最佳的解調(diào)效果。

4 多普勒頻移估計(jì)

由于多普勒頻移較大，對(duì)頻率的測(cè)量分為粗測(cè)和精測(cè)兩步，粗測(cè)是在信號(hào)檢測(cè)到后，取其單頻部分做FFT，搜索FFT峰值確定信號(hào)頻率，實(shí)現(xiàn)大頻率偏移的校正，精測(cè)是用粗測(cè)得到的頻率對(duì)信號(hào)做正交數(shù)字下變頻及濾波抽取，然后重復(fù)利用單頻部分?jǐn)?shù)據(jù)，用LP算法進(jìn)行頻率精測(cè)。

信號(hào)采樣速率表示為fs， fd表示多普勒頻移的估計(jì)值，D為延遲的采樣點(diǎn)數(shù)，N為參與平均處理的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。LP算法頻率估計(jì)的范圍F由fs和D決定，估計(jì)精度由輸入信號(hào)的信噪比（SNR）、D和N決定，估計(jì)誤差與延時(shí)D和SNR成反比。

5 解調(diào)處理

解調(diào)TDMA信號(hào)時(shí)，載波已經(jīng)由TDMA時(shí)隙檢測(cè)模塊精確估計(jì)給出。所以載波快速同步鎖定。鎖相環(huán)的捕獲帶大于最大多普勒頻移和載波估計(jì)的誤差，即可以滿足要求。

5.1 載波恢復(fù)算法

數(shù)字解調(diào)器中的載波恢復(fù)算法主要分為非判決反饋載波恢復(fù)法和判決反饋載波恢復(fù)法。由于判決反饋的方法性能優(yōu)于非判決反饋方法，所以本設(shè)計(jì)采用判決反饋方法來(lái)進(jìn)行載波恢復(fù)。

解調(diào)器將中頻信號(hào)經(jīng)數(shù)字下變頻轉(zhuǎn)為基帶信號(hào)后存在載波相位誤差，實(shí)現(xiàn)解調(diào)需要消除這部分偏差。可證明其載波相位誤差的鑒相特性曲線為正弦函數(shù)，相位誤差經(jīng)環(huán)路濾波器后進(jìn)入數(shù)控振蕩器，數(shù)控振蕩器產(chǎn)生相位估計(jì)值對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行相位誤差補(bǔ)償。其中環(huán)路濾波采用二階數(shù)字濾波器。

對(duì)于TDMA信號(hào)，要達(dá)到高性能的解調(diào)效果，須對(duì)載波頻差、相差進(jìn)行快速捕獲跟蹤，并且環(huán)路鎖定后還要保持較小的穩(wěn)態(tài)誤差。為此，開始解調(diào)時(shí)，應(yīng)設(shè)置較大的環(huán)路參數(shù)，待鎖定后要減小環(huán)路參數(shù)。

5.2 判決時(shí)刻提取

TDMA信號(hào)具有起始同步字的特征。利用這個(gè)特征做碼元的定時(shí)估計(jì)。其基本原理是碼字相關(guān)，I、Q兩路相關(guān)器的輸出求模，峰值檢測(cè)得到最佳判決時(shí)刻。

在本設(shè)計(jì)中，同步字是12個(gè)碼元，采樣倍數(shù)為12倍，所以相關(guān)匹配濾波器的階數(shù)為144階。其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

確保成功檢測(cè)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的關(guān)鍵是特殊字相關(guān)，相關(guān)的結(jié)果完成定時(shí)誤差的檢測(cè)和校正的同時(shí)，I、Q相關(guān)器輸出，在最佳判決時(shí)刻的相位，用來(lái)做數(shù)字載波同步環(huán)路的相位模糊校正，得到信號(hào)的數(shù)字解調(diào)結(jié)果。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)衛(wèi)星TDMA信號(hào)的分析，提出了應(yīng)用TDMA信號(hào)時(shí)隙檢測(cè)，多普勒頻移測(cè)量，載波恢復(fù)和判決時(shí)刻提取等方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星TDMA信號(hào)的解調(diào)，并在基于FPGA信號(hào)處理平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，完成了TDMA分幀信號(hào)的接收解調(diào)處理，系統(tǒng)具有高度的靈活性和可擴(kuò)展性，對(duì)類似信號(hào)的處理有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]羅利春.無(wú)線電偵察信號(hào)分析與處理[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2003.

篇10

“通信原理”是通信和電子工程類的一門專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，也是后續(xù)“移動(dòng)通信”、“衛(wèi)星通信”等專業(yè)課的基礎(chǔ)。該課程特點(diǎn)是涉及知識(shí)面廣，公式和數(shù)學(xué)推導(dǎo)較多，很多概念和原理比較抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)普遍比較吃力。而在教學(xué)過(guò)程中全方位引入實(shí)驗(yàn)?zāi)K，一方面可以變抽象為直觀，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，另一方面也可以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

本著循序漸進(jìn)、靈活多樣的原則，結(jié)合通信原理教學(xué)內(nèi)容，我們?cè)O(shè)計(jì)了多層次的的實(shí)驗(yàn)體系。所謂多層次包括兩方面含義，一是在實(shí)驗(yàn)類別上有層次之分，包括演示驗(yàn)證、模塊構(gòu)建、自主編程和硬件實(shí)現(xiàn)等多個(gè)層次；二是在具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置上也有由簡(jiǎn)到繁、由易到難的層次之分。

一、層次化實(shí)驗(yàn)體系的構(gòu)建和實(shí)施

為便于實(shí)施，我們重點(diǎn)構(gòu)建了基于計(jì)算機(jī)這個(gè)特殊的實(shí)驗(yàn)室完成的通信原理實(shí)驗(yàn)，其中的演示驗(yàn)證、模塊構(gòu)建和自主編程實(shí)驗(yàn)采用了mathworks公司的matlab/simulink軟件，而硬件實(shí)現(xiàn)則是基于自主研發(fā)的dsp+fpga硬件平臺(tái)展開，由學(xué)生在ccs和quartus環(huán)境下完成編程、下載和調(diào)試工作，同時(shí)我們也編制了配套的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。

1.基于matlab庫(kù)函數(shù)的演示驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

演示驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)屬于最簡(jiǎn)單的一本文由收集整理類實(shí)驗(yàn)，利用matlab庫(kù)函數(shù)及自行開發(fā)的一些函數(shù)包，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書簡(jiǎn)單輸入幾條命令，便可直觀得出結(jié)果。以基帶傳輸碼型及其頻譜分析為例簡(jiǎn)述其過(guò)程：

b=binary（1000）； %產(chǎn)生隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)據(jù)

x=wave_gen（b，’unipolar_nrz’）； %產(chǎn)生單極性不歸零碼

subplot（211），waveplot（x）； %顯示時(shí)域波形

subplot（212），psd（x）； %顯示功率譜密度

其中binary、wave_gen、waveplot和psd等均為自行開發(fā)的函數(shù)包，其余函數(shù)為matlab自帶。學(xué)生只需輸入上述4條命令，即可完成信號(hào)產(chǎn)生、波形成型、畫時(shí)域和頻域波形等功能，從而快速驗(yàn)證所學(xué)理論。此類實(shí)驗(yàn)開設(shè)簡(jiǎn)單，能覆蓋通信原理所有核心內(nèi)容，既可用于課下練習(xí)，也可用于課堂演示，主要目的在于加深對(duì)抽象理論的感性認(rèn)識(shí)。由于此類實(shí)驗(yàn)無(wú)需關(guān)注具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，故學(xué)生的自主參與程度低。

2.simulink模塊構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

simulink是matlab下的一個(gè)軟件包，主要用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析，其最大的特點(diǎn)是模塊庫(kù)豐富，且簡(jiǎn)單易學(xué)，只需使用鼠標(biāo)拖放相關(guān)模塊并將其連接即可。利用simulink結(jié)合通信模塊庫(kù)可以快速構(gòu)建出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模型，此類實(shí)驗(yàn)主要用于基本概念、基本原理的快速建模和仿真。例如在講授低通抽樣定理時(shí)，可以利用simulink模塊建立如圖1所示模型，形象展示抽樣定理的內(nèi)涵。其中原模擬信號(hào)由隨機(jī)信號(hào)通過(guò)模擬低通濾波得出，其截止頻率即為模擬信號(hào)的最高頻率；采樣脈沖由脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生；采樣過(guò)程由乘法器完成；采樣信號(hào)由另一個(gè)模擬低通濾波器以恢復(fù)原信號(hào)。通過(guò)修改采樣脈沖序列的周期來(lái)模擬不同的采樣速率，可以方便的觀測(cè)原信號(hào)和抽樣信號(hào)的時(shí)域頻域波形，從而加深對(duì)低通抽樣定理內(nèi)涵的理解。對(duì)該模型稍加修改還可以演示平頂抽樣以及帶通抽樣原理。

此類實(shí)驗(yàn)需在熟悉了相關(guān)理論及其實(shí)現(xiàn)框圖后實(shí)施，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生可按要求自行設(shè)計(jì)，自主參與程度較高。

3.matlab自行編程構(gòu)建基本模塊

利用matlab現(xiàn)成的函數(shù)包或者simulink模塊可以對(duì)“通信原理”課程中的理論部分進(jìn)行快速演示和驗(yàn)證，但為了加深對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容的理解和靈活運(yùn)用，還需要利用m文件自行編程來(lái)實(shí)現(xiàn)某些重要模塊，這也對(duì)學(xué)生提出了相對(duì)較高的要求。表1列出了“通信原理”課程中的一些主要實(shí)驗(yàn)，其中每一個(gè)模塊又分別從容易、較難、難三個(gè)層次給出了相關(guān)的具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，比如基帶傳輸系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的產(chǎn)生以及基帶碼型的選取非常容易，觀察時(shí)域和頻域波形也不困難，難點(diǎn)是發(fā)送和接收濾波器的設(shè)計(jì)，如果發(fā)端采用的是理想矩形成形濾波，則收端的匹配濾波實(shí)現(xiàn)相對(duì)較容易；而如果采用的是更加實(shí)用的升余弦成形濾波，則收端的匹配濾波以及相關(guān)的處理就要復(fù)雜得多，實(shí)現(xiàn)的難度也更大；在基帶傳輸系統(tǒng)性能仿真中看似簡(jiǎn)單但極易出錯(cuò)的一個(gè)模塊就是加噪聲，給定信噪比后，需要結(jié)合成形后的發(fā)送信號(hào)的平均功率，準(zhǔn)確計(jì)算出噪聲的方差后才能產(chǎn)生合適的噪聲，否則得出的性能曲線就不會(huì)與理論曲線吻合；而基帶系統(tǒng)仿真中的一些輔助觀測(cè)模塊，如星座圖和眼圖等，以及存在碼間串?dāng)_時(shí)的均衡技術(shù)等實(shí)現(xiàn)的難度也有所不同，可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況分層次組織實(shí)驗(yàn)。

表1　通信原理主要實(shí)驗(yàn)分類表

容易 較難 難

碼型及頻譜分析 單/雙極性不歸零碼/歸零碼（半占空）；差分碼 任意占空比歸零碼；ami碼 hdb3碼編譯碼；基于fft的頻譜分析

基帶傳輸系統(tǒng) 信號(hào)產(chǎn)生；基帶碼型選?。粫r(shí)域頻域波形的觀測(cè) 矩形成形及匹配濾波；星座圖模塊 升余弦成形及匹配濾波；加噪、眼圖、均衡等模塊

轉(zhuǎn)貼于

二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 信號(hào)產(chǎn)生；2ask/2fsk/

2psk調(diào)制的實(shí)現(xiàn)；時(shí)頻域波形觀察 2ask/2fsk/2psk解調(diào)的實(shí)現(xiàn) 加噪聲模塊；匹配濾波；最佳接收模塊

現(xiàn)代調(diào)制系統(tǒng) qpsk調(diào)制解調(diào)及抗噪性能仿真 oqpsk調(diào)制解調(diào)及抗噪性能仿真 π/4 dqpsk/msk調(diào)制解調(diào)及抗噪性能仿真

信道編碼 （7，4）漢明碼的編譯碼 循環(huán)碼的編譯碼 卷積碼的編譯碼（viterbi）

此類實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生要求較高，在深刻理解相關(guān)概念和原理的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)一步研究其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，每一模塊均由學(xué)生自行編程實(shí)現(xiàn)，自主參與程度高。

4.dsp+fpga的硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

上述實(shí)驗(yàn)均是基于matlab/simulink的軟件仿真實(shí)驗(yàn)，為了能從實(shí)踐角度進(jìn)一步驗(yàn)證所學(xué)理論，需對(duì)相關(guān)模塊的硬件實(shí)現(xiàn)展開實(shí)驗(yàn)。為此，教學(xué)組開發(fā)了一款基于dsp/fpga加專用射頻模塊組成的通信系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

其中ti公司的兩塊dsp芯片tms320c5416和tms320c6713分別用于發(fā)射和接收模塊的基帶處理，altera公司的fpga芯片ep2c8t144用于完成數(shù)字上下變頻；專用射頻模塊的工作頻率為225-512mhz。基于該平臺(tái)，既可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)hdb3編譯碼、漢明碼編譯碼、基帶成形濾波、同步等模塊，也可以構(gòu)建基于bpsk等調(diào)制方式的完整的通信系統(tǒng)，進(jìn)而通過(guò)示波器、無(wú)線通信分析儀等設(shè)備觀測(cè)眼圖、星座圖、時(shí)頻域波形等。

完成基于硬件平臺(tái)的通信原理實(shí)驗(yàn)，不僅需要學(xué)生具備系統(tǒng)的理論知識(shí)，也需要具備相關(guān)的dsp、fpga開發(fā)基礎(chǔ)，此類實(shí)驗(yàn)一般需由多人組成團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成，可在課程后期或課程結(jié)束之后的通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)階段實(shí)施，也可作為學(xué)生科技創(chuàng)新或畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的一部分。