韩明钥，冯晓东

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081;2.总参信息化部驻石家庄地区军事代表室，河北石家庄050081)

0 引言

对流层散射传播存在多径传播现象，导致接收信号存在严重的衰落，为此必须采用分集接收技术［1，2］。传统散射调制解调器通常采用空间与频率结合的分集方式，每个空间分集通道中各个频率分集信号的瞬时接收电平相差高达20 dB，却占用了相同的发射功率，导致功率利用率较低，对此提出空间分集选频技术体制［3，4］。针对两重空间分集站型条件下的应用，设计并实现了两重空间分集选频调制解调器，通过信道认知、反馈控制和自适应传输的一体化工作过程，可将功率集中在衰落最小的频率上发射，获得散射信道下传输性能的提升。

1 设备组成与工作原理

空间分集选频调制解调器完成信道认知、协议控制及业务信息的复分接与调制解调功能，主要包括:辅助复分接、调制、探测信号产生、中放、解调、信道检测、协议控制、监控和电源单元等，其组成框图如图1所示。

图1 空间分集选频调制解调器组成

发端:业务信息经辅助复接单元完成信息的复接成帧及TPC编码，形成1路连续码流及时钟信号送给调制单元;调制单元根据协议控制单元输出的调制载波频率控制信号，在相应频点上完成信息调制，探测信号产生单元输出一路信道探测信号;调制信号与信道探测信号合并后形成一路中频信号输出。

接收端:2路中频输入信号经中放单元完成混频、滤波以及自动增益控制，形成恒幅低中频信号送给解调单元与信道检测单元;解调单元根据协议控制单元输出的解调载波频率控制信号，在对应频率上进行信号下变频，然后完成相位不连续条件下的相干检测、合并、同步与TPC译码，与此同时信道检测单元完成各个探测频点的能量检测并进行两重空间分集合并，对比选出当前衰落幅度最小的最佳频率，并将其输送给协议控制单元;最后译码结果经辅助复分接单元进行分接，恢复出业务信息。

2 关键技术的设计与实现

2.1 实时信道认知技术

实时信道认知即通过周期发送信道探测信号，在频率选择性衰落信道的时不变区间内，针对工作带宽内各空间分集支路的幅频特性进行实时认知，并将对应于每部发射机的各空间分集支路的认知结果进行合并，进而选出最佳工作频点。由于散射信道衰落具有快速时变特性，要求信道认知具有快速测量和决策的能力，另外由于散射信道的多径时延展宽较小，使得探测频率间隔较小，导致信道检测复杂度较高。因此该项技术设计与实现的关键在于2个方面:探测发送方式和信道检测［5］。

2.1.1 探测发送方式

探测发送方式主要指探测信号与调制信号的协同发送方式，可选方案有分时发送和并行发送2种，对比如表1所示［6，7］。在保证性能恶化较小的前提下，采用实现复杂度较低方案，因此采用二者并行发送方式。探测信号选取周期发送校正的线性调频信号，从而在工作带范围内产生相同幅度、相同间隔的离散谱线，在此根据信道相关带宽，选取工作带宽33 MHz、谱线间隔 3.072 MHz。

表1 分时发送和并行发送方式的比较

2.1.2 信道检测

信道检测完成每个空间分集支路、每个探测频点的能量检测，不仅需要保证检测结果的实时性及精确性，而且必须降低多通道、多频点检测的实现复杂度。综上要求，该设计方案中，对于每个空间分集支路信号，检测带宽33 MHz、检测带宽分辨率100 Hz、检测频点数量11个，若采用传统的FFT检测方式，则复杂度非常高，导致难以实现，因此采用零中频信号窄带滤波的检测方法，其所需的主要资源为乘法器和加法器，数量分别为88个。

信道检测单元实现原理如图2所示，2个空间分集支路信号分别与各个对应的低中频载波混频，通过抽取滤波降低时钟频率与采样点数，然后经积分累加、平方相加和分集合并得到各个频点的检测结果，最后比较选出能量最大的频率，即为当前衰落幅度最小的频点。

图2 信道检测实现原理

2.2 链路反馈控制技术

由于信道快衰落认知结果不仅控制本端解调载波，还需反馈对端控制调制载波，需要鲁棒的链路反馈控制协议。发收两端的载波切换时刻必须严格一致，保证传输信息不受损伤［8，9］。

链路反馈控制单元实现原理如图3所示。

图3 链路反馈控制实现原理

首先根据解调信息实时搜索当前链路的帧同步状态，若链路处于失步状态则进行链路建立过程，两端均采用固定频点传输信息，若处于同步状态则开始选频工作，输出当前最佳工作频率代号，控制对端调制载波及本端解调载波，最后根据同步状态选择输出当前选用频率代号，送给本端解调器及对端调制器。

2.3 基于突发信号的散射解调技术

为了对抗散射信道传播造成的多径干扰，采用均衡技术;由于实时工作频率切换，导致载波相位不连续，使得解调信号呈现突发特性，要求均衡快速收敛，因此设计了基于训练序列的均衡解调器［10－12］。初始阶段，通过盲均衡处理恢复出发送信息，并采用基于相位旋转的帧头匹配方式，即采用帧头序列QPSK调制符号可能存在的4个不同相位状态，与接收信息同时进行帧头匹配，从而实现快速捕获帧同步;同步阶段，将均衡器的参数在每帧频率切换时刻进行复位，并根据帧头位置确定训练序列的准确位置，采用已知训练序列对均衡过程进行训练实现快速收敛。

针对该均衡器进行了效果测试，将其均衡输出眼图进行分析如图4所示，其在一帧初始位置载波切换，均衡参数复位，图中第100个符号为帧的切换时刻，眼图闭合，经过40个训练序列符号的引导，眼图由闭合到睁开，星座图达到了稳定状态，在后续的符号，通过均衡器参数跟踪，保持了星座图的收敛稳定状态。由此可见该均衡器具有较高的收敛速度，满足了突发传输要求。

图4 均衡器实测结果

3 性能测试

为了验证该“两重空间分集选频调制解调器”是否达到了设计要求，采用无线信道模拟器及微波收发信机搭建测试系统，针对其在恒参信道条件下的误码性能进行测试，在误码率10－5条件下，无FEC时所需信噪比为10.5 dB，与理论曲线误差约1 dB，采用FEC后所需信噪比降低为5.5 dB，获得编码增益5 dB。

在恒参信道性能得以验证的基础上，对其在散射信道下的性能进行测试，并与两重空间分集站型下的传统散射调制解调器(两重空间×两重带内频率)进行对比。测试按照150 km散射链路特性，估算最大多径时延展宽为320 ns，据此设置信道参数如表2所示，其中信道多径数目为9。测试结果如图5所示，可见该空间分集选频调制解调器在误码率10－5时所需信噪比仅为5.5 dB，与理论曲线差距约为3.5 dB，考虑到信道探测需要额外开销，则该实测差距在工程上是可以接受的，且与传统体制调制解调器相比，实测性能改善达4 dB以上。

表2 散射信道参数设置

图5 散射信道下空间分集选频调制解调器的测试结果

4 结束语

空间分集选频是一种新颖的散射抗衰落体制，基于该体制设计了新型散射调制解调器，其测试结果表明达到了预期性能，而且与传统体制调制解调器相比，性能提升达4 dB以上，若将该新型散射调制解调器应用于两重空间分集散射站型，则可实现通信距离拓展40 km或者发射功率降低3倍的应用效果提升。

［1］张明高.流层散射传播［M］.北京:电子工业出版社，2006.

［2］中国人民解放军总参谋部通信部.对流层散射远距离通信［M］.北京:中国人民解放军战士出版社，1982.

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［8］秦建存.对流层散射通信自适应选频技术研究［D］.北京:北京交通大学，2010.

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