窄帶短波調制解調器發(fā)送端基帶數據流成形研究及關(guān)鍵技術(shù)探討

1．3．3 數據與同步信息加擾
當發(fā)送數據流形成后，為了增加其抗白噪聲干擾的能力，對發(fā)送數據流加擾。針對用戶(hù)數據和信道探測數據的加擾，一般采用3抽頭的12位移位寄存器，選取特定的三抽頭輸出，生成8進(jìn)制的偽隨機序列，與發(fā)送端數據進(jìn)行模8和運算，生成加擾數據。每進(jìn)行一次加擾運算，移位寄存器移位運算8次，再輸出新的偽隨機數據展開(kāi)計算。每160個(gè)加擾數據后，移位寄存器復位至初始狀態(tài)。
數據加擾后，采用1 800 Hz的載頻，進(jìn)行8PSK基帶調制及脈沖成形，生成基帶信號。在射頻發(fā)射時(shí)，還要進(jìn)行二次調制，將基帶信號調制到射頻段。關(guān)于信號基帶調制及脈沖成形等，相關(guān)參考文獻很多，在此不再討論。

2 關(guān)鍵技術(shù)探討
在短波數據調制解調器設計中，對不同的用戶(hù)數據率，信道符號速率均為2 400 Baud。發(fā)送同步序列與75 b／s的用戶(hù)數據時(shí)，數據波形采用正交形式，以提高接收端的可靠性；75～600 b／s時(shí)，實(shí)際采用的是BPSK；1 200 b／s時(shí)，采用QPSK；而2 400～4 800 b／s時(shí)，采用的是8：PSK方式。顯然，波特率越高，調制階數越高，信道符號相似程度也越大，在經(jīng)過(guò)信道及噪聲干擾的情況下，增大接收端的解調難度。
發(fā)送端數據流設計得是否合理，直接影響到接收端接收相應的系統同步、信道均衡、解調算法的效果，發(fā)送端數據流的設計，對短波調制解調器至關(guān)重要。針對目前短波調制解調器的基帶數據流形成方式和信道均衡方式，進(jìn)行以下幾方面的改進(jìn)和研究。
2．1 降低信道碼元速率方案研究
由于短波信道屬于時(shí)變色散信道，信道環(huán)境參數隨時(shí)間變化比較大，其直接影響是導致用戶(hù)通信頻率隨時(shí)間、地點(diǎn)而變化。在用戶(hù)數據率較低時(shí)，系統采用重復編碼的方式，降低編碼效率和調制階數，從而達到保持信道符號速率不變的目的。降低調制階數方案可取，但可否不進(jìn)行重復編碼，而是通過(guò)降低信道符號速率來(lái)提高數據解調的可靠性，對此值得研究；同樣，在同步數據和用戶(hù)數據為75 b／s時(shí)，每個(gè)信道符號映射至32個(gè)調制符號，實(shí)際上這32個(gè)調制符號是某8個(gè)8進(jìn)制數據的4次重復，那么，可否降低數據的重復次數，降低信道波特率來(lái)提高數據解調的可靠性，對此也值得考慮。
2．2 高階調制技術(shù)研究
目前，短波數據通信的數據率均很低，采用多音并行技術(shù)的調制解調器，最高的數據率能達到9 600 b／s，但信噪比要求達40 dB左右，難以工程實(shí)現。在單音串行體制的短波調制解調器中，其數據率一般限制在4 800 b／s。在信道碼元速率不變的情況下，可研究引入高階調制，接收端配以相應的解調算法，以提高通信數據率。
2．3 短波信道盲均衡技術(shù)研究
為了使接收端能夠及時(shí)跟蹤短波信道的變化，現行的短波調制解調器一般采用判決反饋自適應均衡方式，在發(fā)送端周期性地插入已知的訓練序列配合下，以探測短波信道參數，完成信道的自適應均衡。美軍標MIL―STD一188―110B中，對較低速短波Modem規定數據傳輸時(shí)插入比例分兩種情況：對4 800 b／s，2 400 b／s訓練序列和數據的插入比為0．5；對1 200 b／s及以下速率插入比為1，這種傳輸方式極大地浪費了信道資源?？煽紤]減少或消除信道探測序列，解調端采用全盲或半盲的信道均衡方式，從而大幅度提高系統的數據率。目前，全盲均衡算法主要分為基于平穩信號的盲均衡(包括基于Bussgang性質(zhì)的盲均衡算法和基于高階譜理論的盲均衡算法)、基于循環(huán)平穩信號的盲均衡和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )理論的盲均衡算法等。
其中，基于Bussgang性質(zhì)的盲均衡算法中最具代表性的是恒模算法(Constant Modulus A1gorithm。CMA)，該算法韌性好，代價(jià)函數僅與接收信號的幅值有關(guān)，而與相位無(wú)關(guān)，算法實(shí)現簡(jiǎn)單，但受無(wú)線(xiàn)信道時(shí)變特性造成的相位模糊影響，收斂速度慢。法國雷恩大學(xué)的研究小組基于多天線(xiàn)技術(shù)，應用CMA算法實(shí)現了時(shí)空域的盲均衡，在建立的9 kHz帶寬780 km短波信道試驗鏈路上實(shí)現了30Kb/s速率的數據傳輸，傳輸了著(zhù)名的LENA圖像。CMA應用在短波信道上的主要問(wèn)題是收斂速度和穩態(tài)誤差的問(wèn)題，然而固定步長(cháng)盲均衡器中收斂速度和穩態(tài)誤差是兩個(gè)相互制約的因素，這兩個(gè)性能指標之一的提高必須以犧牲另一個(gè)為代價(jià)，如何克服這一矛盾已成為亟待解決的問(wèn)題。信道盲均衡是無(wú)線(xiàn)信道目前最富有挑戰性和應用前景的信號處理研究方向。

3 結 語(yǔ)
基于目前窄帶短波串行調制解調器的技術(shù)實(shí)現方案，在分析其發(fā)送端數據流形成的基礎上，指出了系統設計中存在的疑問(wèn)和值得研究的方向，并基于信道盲均衡技術(shù)的發(fā)展現狀，分析并論述了CMA算法在短波信道盲均衡中的應用前景和遇到的技術(shù)障礙。