一种中速率时分多址微波传输技术

石柳+纪晓辉

摘要：微波通信是一种被广泛采用的通信手段，本文首先分析了微波信道下中速率时分多址传输面临的问题，即需要快速进行载波同步和定时同步，同时需具备一定的抗多径能力，根据其特点，提出了一种基于失真自适应的解调方式，给出了其原理，并用FPGA进行了硬件实现，最后对其性能进行了仿真和分析，仿真表明性能良好，可以应用于工程中。

关键词：微波通信；中速率；点对多点；时分多址；失真自适应

中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）05-0026-02

微波通信是一种被世界各国广泛采用，投资省、建设速度快的通信手段。随着现代通信技术的发展，各种点对多点通信在日常生活中应用越来越广泛，点对多点微波通信是相对于点对点微波通信来说的。通常点对多点微波通信有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）三种方式。频分多址是通过频率来区分外围站地址实现通信，时分多址是利用时隙来区分外围站地址实现通信，码分多址是通过不同的码字来区分外围站地址实现通信。

时分多址技术是将时间分割成周期帧，再将周期帧分割成若干时隙，分配给不同的外围站。外围站在各自的时隙发送模拟信号给主站，主站接收到模拟信号后将各外围站信息恢复出来，时分多址技术具有保密性较高，传输容量较大等特点。

中速率时分多址面临的问题是，主站接收各外围站模拟信号后，需要快速可靠地进行载波提取和定时同步，同时由于是中速率传输，需要具备一定的抗多径能力。

1 失真自适应技术

失真自适应是一种积极利用信道多径传播的特点来恢复信息的技术。由于信道存在一定的时不变特性，短时间内接收到的信号具有相同的包络，相邻码元的相位差信息保持不变，接收端对接收信号采用逆调，载波恢复一般采取数字滤波器实现。

在失真自适应相干检测中，常采用数字梳状滤波器提取自适应相关参考信号。其结构如图1所示。

对于兆比特的数据传输，散射信道特性的变化率至少比符号速率低3个数量级。因此，当用梳状滤波器产生自适应相关参考信号时，此参考信号可以迅速地跟综信道特性的变化，比较理想的实现自适应功能。失真自适应技术具有快速恢复出相干载波的特点，同时也具备一定的抗多径能力。

因此，提出基于失真自适应的一种中速率时分多址微波传输技术。

2 FPGA实现

2.1 实现框图

本文采用两频并传的方式进行传输，两频并传是指利用两个频率进行并行传输，提高系统的传输速率，同时具备一定的抗多径能力，另外信号的峰均较好。实现框图如图2、图3。

发送端的工作流程是：来自辅助复接器的速率为1/T的码流进行串并变换后，延迟其中一路T/2时间，之后两路码流分别依次输入到成形模块和调制模块进行成形和调制，产生两路调制信号f1和f2。两路调制信号相加后输出到 FPGA片外再进行D/A转换。

接收端的工作流程是：中频模拟信号经过A/D转换后输入到FPGA内，转换成数字信号。数字信号在下边频模块内部与NCO进行混频，实现频谱从中频到基带频谱的搬移。得到的基带信号进行定时提取。同时延迟其中一路下变频信号T/2进行对其，之后两路都输出到失真自适应模块进行逆调，逆调输出的值进行积分，两路积分得到的值进行串并变换，串并变换得出的码流与时钟一起输出到辅助分接器。

2.2 定时同步的实现

定时同步是数字通信系统中的关键组成部分。定时同步的性能好坏直接决定了数字接收机的性能。定时同步通常由模拟方式、数字方式和混合方式等3种基本方式实现。本文采用全数字方式进行定时同步的实现。

本文根据在中速率时分多址微波传输中的需求，采用平方和直接滤波方法实现快速位同步。

由于下变频输出的I、Q两支路平方和不含有相位信息，但是卻包含有位同步信息，根据这一点，定时提取的框图如图4。

定时同步实现的工作流程是：来自下变频的I、Q两路信号分别进行平方，之后求和再相加，相加得出的信号经过带通滤波器滤波后进行比较，产生定时同步时钟。

2.3 处理时钟

在任何一个FPGA设计，处理时钟是设计的基础。作为一个点对多点通信系统，需要各个外围站的处理时钟锁定在中心站的处理时钟上，这样外围站的节奏就能统一起来。

实现方式是通过模拟锁相环将外围站的发时钟锁定在外围站的收时钟上，而外围站的收时钟是由中心站发送的信号恢复出来的，这样就完成了处理时钟的锁定。

3 性能仿真

本文所考虑的两个重要因素是抗噪声性能和收敛速度。本文中抗噪声性能用实测曲线来说明。与野外测试有复分接、功放、天线等设备的配合不同，由于室内测试没有这些设备，因此在实验室通过模拟多径信道和噪声源来进行解调器的性能测试。

从图5可以表明，实测性能比理论值小于2dB。

收敛速度通过altera公司的逻辑分析仪SignalTap来说明。如图6所示。

从上图可以看出，仅需要30个码字左右的时间就可以正确恢复出眼图。这开销对于1个长达几百个码字的时隙是可以忽略不计的。

从测试结果可以看出：提出基于失真自适应的中速率时分多址微波传输技术收敛速度快，性能良好，且具有一定的抗多径能力。

4 结语

在中速率时分多址微波通信中，面临着主站接收各外围站模拟信号后，需要快速可靠收敛且需具备一定的抗多径能力的问题，基于失真自适应的中速率时分多址微波传输技术可以有效的解决上述问题，仿真表明其性能良好，可以用于工程应用。

参考文献

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