基于DSP的单兵背负式短波数字通信系统
基于DSP的数字化机载通话系统
第３ 卷 第 １ 期 ４ ５
ＶＬ ｏ ３４
・
计
算
机
工
程
２０ ０ ８年 ８月
Ａｕｇ ｔ ０ ８ ｕｓ ２ ０
Ｎｏ１ ．５
Ｃｏ ｍｐｕｔ ｒＥｎｇ ｎ ｅ ｉ ｅ ｉ ｅ ｒｎｇ
工程 应 用技 术与 实现 ・
文章编号： ｏｏ － ２（ ｏ） — ２７ 文献标识码： １ｏ—３ ８ ｏ８ ５ ４＿ ３ ４ ２ １ Ａ
中 圈分类号ｔ ９５ ４ Ｎ
基 于 ＤＳ Ｐ的数 字化 机 载通话 系统
谢红 刚，易本顾
（ 武汉大学 电子信 息学院 ，武汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ２
摘
要：依 据机 载设备数字化 要求 ，设计一种基于 Ｒ ４ ５总线 的 Ｄ Ｐ嵌入式机载通话系统 ，采用数据总线 分时复 用方法 ， Ｓ８ Ｓ 提高 系统 的可
性 好 的特 点 ，只 需 软 件升 级就 可适 应各 种新 的 应 用 需 要 。
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２ 系统设计
根据机 载通 话系统 的需 求 ，本文将 该系统定位在 “ 布 分 式实时数据采集系统” 系统采用类似于 ＣＳ架构的设 计。如 ， ／
图 １ 示 系统 由一 个 数 据 处 理 中 ６（ａ ｒｃ ｓｉｇｃｎｅ） 所 ｄｔ ｐｏｅｓ ｅ ｔ 和 １ ａ ｎ ｒ
人 员与 地 面 的通 话 。
传统 的模拟式机 内通话系统硬件复杂、连接 电缆多、故
障排除 困难 ，随着机载设备数量和功能的逐步增加 ，模拟系
统已经难 以满足实际 的需要 ，因此 ，需要研究一种新型 的数 字化机载通话系统。本文介 绍一种基于 ＤＳ Ｐ的机 内数字通话 系统 ，它具有结构简单、连接 电缆少、通话实时性强、稳定
单兵背负式设备
单兵背负式设备1.产品概述无线宽带自组网单兵背负式设备是根据应急通信保障中单兵作业的实际需要，采用自主产权的组网协议，研制开发的集数据收发、中继路由转发、以及视音频编解码等于一体的无线宽带自组网设备。
此款产品设计精巧，便于单兵携带或其他移动基站应用环境下使用。
单兵背负式设备可与同型号或其他型号无线宽带自组网设备在极短时间内通过自组织方式建立起一个可覆盖较大范围，支持无线宽带自组网综合业务，支持高速移动，基站多跳，且高带宽的无线数字传输网络。
可广泛的应用于公共安全、反恐维稳、交通管理、环境监测、抢险救灾等领域。
2.产品特点2.1快速部署设备通过自组织方式形成网络，节点间可多跳互连，无需进行复杂的现场配置，节省网络开设时间。
同时，可内置或外接GPS接收器或北斗定位设备，提供精确的地理位置坐标，使指挥人员能够及时了解设备位置。
2.2便携设备体积小重量轻，便于携带与布设，可灵活的安置于多种应用场合，如公交车、公交站亭、警用车辆、地铁船艇等，也可以由人员携带，在应急环境下使用。
2.3高清视频传输设备可根据需要在内部集成高清的视频编码服务器，提供低延时的高清视频传输。
2.4操作便捷设备易于操作，开机即用；无需过于复杂的配置即可使用。
2.5接口丰富设备外置了多种数据类型的航插接口，包括以太网口、视频接口、音频输入输出等，易于扩展应用。
2.6工作时间长设备配备有大容量的卡扣电池，经过实际测试，在发射功率最大的情况下，满载工作时间可达5-6个小时。
2.7可靠性高设备采用铝质高强度全金属外壳，一体成型，防尘，防喷水。
同时采用高可靠性电子元件，具有良好的可靠性与环境适应性，可在恶劣环境下长期工作。
无线宽带自组网背负式设备下图为无线宽带自组网背负式设备的外观图（定制），设备高度集成音视频编码模块，且一体化封装；接口丰富，易于操作。
3技术参数表。
短波扩频猝发通信系统的DSP+FPGA实现方案
扩频 序 列 ，并且 要求 与接收信 号扩 频序列 同 步 ，这是扩频 系统 中非常重 要的环节 。
扩 频序列 的 同步分 为捕获 和跟踪两 个 阶
段 。捕获阶段完成扩频序列 的粗 同步 ，将 收 、
位 的沃尔什序列对信息速率为 ２４ ｂ ｓ ．Ｋ ｐ 的数据
发端扩频序列的相位差限制在一个码片或更小
的范 围内；跟踪 阶段实现收 、发端扩频序列的
用 耋亘 亘 ｆ — 霁｝ 匝 户 亘 ＋ ． ． 口 卜 ｛ ＿ — ． ．
匝Ｈ
（） ａ 发送端
基 带
信 精确 同步 ，让本地参考信号精确跟踪接收信号 号
对于扩频系统 ，接 收机要从接收信号中恢 ＡＴＲ Ｌ Ｅ Ａ公司的 Ｃ ｃｏｅ ｙｌ 系列 Ｆ Ｇ ｎ Ｐ Ａ构建了硬件 复发送的数据信息 ，就必须对接收信号进行解 平台，给出了 Ｄ Ｐ Ｆ Ｇ Ｓ ＋ Ｐ Ａ的混合硬件实现方案。 扩。解扩的实现依靠本地产生与发送端相同的
短波扩 频猝 发通信 系统 方 案
５ｘ 性 ，用本地序列与接收序列 滑动相关 ，相关峰 Ｃ ４ 兼容 ，不仅增加了硬件资源 ，也优化了资 最大值所对应 的位置 即为同步点 。如表 １ 所列 源管理 。
为发送数据帧结 构。
寰 １ 数据幢结构
成 码 元 同步 ，一 般 要 同 时满 足 以下 在连续 ４ 个接收码元中至少有 ３ 个与预 定 同步码 的顺序相 吻合 ；
田 １ 系统结构框田
３ 电手元 器 件 盔 用 ２ ０ ． ８ ０ ６４ ｗ ｗＣｉ Ｅ Ｄｎｔ ｗ， ｎ Ｃ． ｈａ ｅ
ＭＳ２ Ｖ ５０ 处理器是 确定 ，而且也 可认为多径 的每条路径上 的时延 理应用显得尤为重要。Ｔ ３ ０ Ｃ ５ ９
一种大功率高可靠单兵短波应急通信设备
电子基础1 我国短波应急通信的现状短波通信具有抗毁能力强、通信距离远，运行成本低等优点，在发生自然灾害，公共基础通信网瘫痪的情况下，短波仍然可以继续使用。
基于短波的应急通信能够保障通信畅通，具有巨大的经济和社会效益潜力。
目前我国的短波应急通信仍以传统的语音通信为主，功能比较单一，操作人员仍然需要一定的专业知识。
短波通信领域仍然存在无线电噪声干扰严重，语音通信效果不稳定的缺点。
在地形复杂的区域，尤其是地势落差大的山区，短波通信设备只能通过背负的方式进入现场。
现有的背负式电台通信距离短，无法对突发事件现场实现全覆盖，因此急需一种大功率、通信效果稳定的短波通信设备进行应急通信。
2 新式短波应急通信设备的设计针对上述问题，我们进行了调制解调、通信控制、终端软件等一系列专门的设计。
通过这些设计实现了单兵短波应急通信设备大功率、小型化、通信距离远、通信效果稳定、可靠的要求。
■2.1 调制解调设计调制解调模块采用北京圣非凡公司的军转民技术，专门针对短波信道特点进行设计。
硬件电路以DSP芯片为核心，由高速数据存储器、快闪存储器、音频接口电路、A/D、D/ A电路等组成。
具备纠错编码、数字调制、频偏校正、自适应均衡、数字解调、纠错译码等功能。
调制部分的功能简介如下：（1）编码纠错电路：编码纠错电路完成输入信号的编码纠错，可用的纠错编码有卷积码等；（2）调制电路：调制电路接收经编码和交织的信号，完成信号的扩频调制；（3）DA电路：接收调制电路送来的调制数字信号，进行数模转换，经滤波，变成音频信号送到短波电台。
解调部分的功能简介如下：（1）AD电路：接收短波电台送来的音频信号，完成 A/D转换；（2）信号检测电路：一旦检测有音频信号，启动解调电路；（3）同步电路：检测到信号后完成载波同步、位同步和帧同步；（4）解调电路：完成扩频解调；（5）解交织电路：对解调后的数据进行解交织，恢复原有数据序列；（6）译码电路：去除可以纠正的错误，对不能纠正的错误通知主电路；该电路的抗干扰能力强，优于国内同类产品，适合信道恶劣条件下的短波通信。
短波通信系统和超短波通
航空通信
超短波通信系统适用于航空领域，为 飞机提供地空通信服务。
移动通信
超短波通信系统支持移动终端之间的 通信，可应用于移动电话、无线局域 网等领域。
04 短波通信系统与超短波通 信系统的比较
工作频段
短波通信系统
工作频段通常在1.5MHz-30MHz之间， 也称为高频（HF）频段。
超短波通信系统
02 短波通信系统
短波通信系统的原理
01
02
03
电磁波பைடு நூலகம்播
短波通信系统利用地球表 面和电离层反射的电磁波 进行信息传输。
频率范围
短波通信系统的频率范围 通常在1.5MHz至30MHz 之间。
无需基础设施
短波通信系统不需要复杂 的基础设施，只需在发送 和接收端设置适当的天线 即可。
短波通信系统的特点
06 结论
短波通信和超短波通信的重要性和意义
短波通信和超短波通信在现代通信中占据重要地位，尤其在远程通信、广播和军事 领域具有不可替代的作用。
短波通信系统利用电离层反射信号实现远距离通信，具有设备简单、可靠性高、抗 干扰能力强等优点。
超短波通信系统利用视距传播实现信号传输，具有传输速度快、稳定性好、容量大 等优点，广泛应用于电视广播、移动通信等领域。
频谱资源优化
随着频谱资源的日益紧张，未来短波和超短波通信系统将更加注重频谱 资源的优化利用，如采用频谱共享、认知无线电等技术，提高频谱利用 率。
多元化应用
短波和超短波通信系统将进一步拓展应用领域，不仅局限于军事和应急 通信领域，还将广泛应用于智能交通、物联网、智能家居等领域。
未来面临的挑战和机遇
挑战
对未来研究和发展的建议
进一步研究短波通信和超短波通信的 传输机制和性能优化，提高通信质量 和可靠性。
基于DSP的BPM短波时码接收技术研究
短波 授 时 台每天 开机 ２ ｈ 向全 国及周 边 地 区发 播 ４， 授 时信 息 ， 一 种 重 要 的 授 时 手 段 ｌ 。但 早 期 的 是 ＿ １ ］ Ｂ Ｍ 授 时信 号 只 能 发 播 整 时 整 分 校 时 信 息 ， 有 Ｐ 没 “ 月 日时分 ” 时码 信息 ， 户使 用 多有不 便 。 年 等 用
我 国于 １ ９ ９ ８年 １ ２月 １ 日开 始 发 播 Ｂ Ｍ 短 ８ Ｐ
２ Ｂ Ｍ 短 波 时码 波 形 Ｐ
１ ９ 开始 发 播 的 新 的 Ｂ Ｍ 时 号 在 保 持 原 ９ ８年 Ｐ
有 Ｂ Ｍ 授 时程 序 不 变 的条 件 下 ， ＵＴ 时 号 的 Ｐ 在 Ｃ 秒 信 号 （ ０个 周 期 的 ｌ Ｈｚ正 弦 波 ） 面 插 入 以 １ ｋ 后
Ｔｈｉ ｅ ｈｏ ｃ ｎ ｂ ｄｏ ｅ ｎ Ｈ Ｆ ａｔ ｏｍ ｍ ｕｎ ｃ ｉｎ ｙｓ ｅ ｏ ｆ ｆｌ ｔｍ ｉ ｇ ｅ ｉｅ ｅ ． ｓｍ ｔ ｄ ａ ｅ ａ ｐｔ ｄ ｉ ｄ ａｃ ｉａｔｏ ｓ ｔ ｍ ｔ ｕｌｉｌ ｉ ｎ ｒ ｑｕ ｒ ｍ ｎｔ
Ｋｅ ｏ ｄ ＤＳ ｙＷ ｒｓ Ｐ，Ｂ ＰＭ ，ｓ ｏ ｔｗａ ｅｔｍｉｇ ｈ ｒ ｖ ｉ ｎ
总 第 ２ ３期 ０
舰 船 电 子 工 程
Ｓ ｉ ｅ ｔ ｏ ｉ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｈ ｐ Ｅｌ ｃ ｒ ｎ ｃ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
Ｖｏ１ ．３１ Ｎｏ． ５ １ Ｏ５
２ １ 年第 ５ ０１ 期
基 于 ＤＳ Ｐ的 ＢＰ 短 波 时 码 接 收 技 术 研 究 Ｍ
那 建桥
关键词 Ｄ Ｐ； Ｐ ；短 波 定 时 Ｓ ＢＭ ＴＮ９ ２ 中图 分 类 号
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ ＢＰＭ ｍ ｉ ｇ Ｔｅ ｈ ｌ ｇ Ｔｉ ｎ ｃ ｎｏ ｏ ｙ Ｂａｓ ｄ ｏ ＳＰ ｅ ｎ Ｄ
短波通信系统课件
发射机输出的电信号通过馈线传输到天线，然后由天线辐射到空间中。
接收机
接收机是短波通信系统中的另 一重要组成部分，负责接收空 间中的电信号并将其还原为原 始信息。
它通常包括天线、高频放大器、 混频器、解调器和音频放大器 等部分，用于接收和处理电信号。
接收机将天线接收到的电信号 处理后输出，供用户使用。
应急通信是短波通信系统的另一个重 要应用领域。在发生自然灾害、事故 灾难等紧急情况时，由于通信设施可 能受到破坏，因此需要依靠短波通信 系统进行应急通信。
短波通信系统在应急通信中主要用于 各部门之间的协调和信息传递，如消 防、公安、医疗等部门之间的信息传 递和调度，对于保障应急救援工作的 顺利实施具有重要作用。
天线
天线是短波通信系统中用于辐射和接 收电信号的重要设备。
天线的性能对短波通信系统的通信质 量和可靠性有着重要影响。
它通常由金属导线或金属面构成，能 够将电信号转换为电磁波并辐射到空 间中，或者接收空间中的电磁波并将 其转换为电信号。
终端设备
终端设备是短波通信系统中的用 户设备，用于输入和输出信息。
通信距离
通信距离
短波通信系统的通信距离受到多种因素的影 响，如发射功率、天线高度、工作频率、大 气条件等。在理想条件下，短波通信可以达 到数百公里甚至数千公里的距离。
通信质量
通信距离的远近与通信质量有关。在长距离 通信中，信号可能会受到噪声、干扰和多径 效应的影响，导致通信质量下降。为了提高 通信质量，可以采取适当的信号处理和编码 技术。
航海通信
航海通信是短波通信系统的又一个重要应用领域。在航海领域中，由于船舶经常 处于海洋之中，远离陆地，因此需要依靠短波通信系统进行海上通信。
短波通信系统在航海通信中主要用于船舶与岸上控制中心之间的通信，如航行调 度、气象信息传输、紧急情况报告等，对于保障航海安全和航行顺利具有重要意 义。
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基于DSP的单兵背负式短波数字通信系统
二十一世纪的战争将以数字化战场为背景,而数字化战场的一个重要特点是信息可以直达单个士兵。
采用基于软件无线电的思想,应用第三代数字信号处理器TMS320C31 和数模转换芯片TLC32044 等器件构成短波自适应调制解调器的硬件平台,将其与传统的模拟电台相连接,构成了可传输数据信息的单兵背负
式数字化电台,通过软件程序的编写实现信息处理的一系列功能。
此数字化电台不仅保留了原有的话音通信能力,而且又增加了数据通信功能。
它充分利用了现有的短波通讯设备,并大大降低了数字化改造的成本。
采用它可以将战场上的各种信息转化为数字保密代码,通过短波无线信道发送接收,把指挥所、部队及
单个士兵紧密联系起来,形成机动灵活的短波通信网路,使指战员实时掌握战场
态势,增加信息对抗和信息攻击能力,从而提高部队的战斗力。
1 软件无线电技术随着高速数字信号处理器(DSP)的研究开发,软件无线电技术得到飞速发展。
其基本概念是将硬件作为无线通信的基本平台,而将尽可能多的无线及个人通信功能以软件实现。
其组成框图如图1 所示。
软件无线电的核心是将宽带A/D 和D/A 尽可能靠近天线(将A/D 和D/A 由基带移到中频甚至射频),用实时高速DSP/CPU 代替传统的专用数字电路做A/D 后的一系列处理,将无线通信的各种功能采用软件进行定义。
软件无线电代表一个软件可重构的无线电体系,它的可重构性主要体现在其射频、中频以及基带信号处理可以通过软件编程来控制和
实现。
其硬件平台可以用可编程数字信号处理芯片或可重构专用功能信号处理
器来实现。
2 系统硬件组成及工作原理以TMS320C31 高速信号处理器为核心,辅以相应外围电路,构成短波自适应调制解调器,它和短波单边带电台连接后, 构成短波数字通信系统中的一个站。
短波自适应控制调制解调器主要由主处理
器TMS320C31、温补晶振、高速RAM、低速EPROM、A/D、D/A 转换器、控。