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基本信息
- 項目名稱：
- 高速率短波OFDM調(diào)制解調(diào)器
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是基于正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)的高速率短波調(diào)制解調(diào)器，能在惡劣的短波信道條件下實現(xiàn)低誤碼率和高速率傳輸，人機(jī)接口和設(shè)備接口符合使用要求。作品已通過了實驗室物理測試和室外無線電通信測試。 本作品采用先進(jìn)的OFDM技術(shù)，避開了單載波系統(tǒng)存在的復(fù)雜均衡問題，而且可擴(kuò)展帶寬到12KHz，大幅提高了傳輸速率以及高速傳輸時的傳輸效果，使得對于圖像等多媒體信息也能夠進(jìn)行高質(zhì)量的傳輸。本作品擁有廣闊的市場應(yīng)用前景：民用方面，可用于民用救災(zāi)應(yīng)急，海洋作業(yè)的指揮調(diào)度救援和偏遠(yuǎn)山區(qū)通信保障等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸；軍用方面，以本作品為核心組成的短波鏈在戰(zhàn)場信息化、損毀評估、偵察數(shù)據(jù)/圖像傳輸、雷達(dá)網(wǎng)信息傳輸，遠(yuǎn)程武器遙控及無人值守系統(tǒng)等方面也都有重要的應(yīng)用。
- 詳細(xì)介紹：
- 傳統(tǒng)的短波電臺只提供話音通信功能。隨著信息時代的到來，軍事和民用通信對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟛粩嘣鲩L。短波調(diào)制解調(diào)器和短波通信電臺組成的數(shù)字通信系統(tǒng)可以滿足人們對短波數(shù)據(jù)通信的需求。在發(fā)送端，調(diào)制解調(diào)器接收來自計算機(jī)終端的用戶數(shù)據(jù)，經(jīng)過OFDM調(diào)制產(chǎn)生偽話音信號，并通過話音接口送至短波電臺發(fā)射出去。在接收端，短波電臺將接收的短波信號進(jìn)行處理，通過話音接口輸出到OFDM調(diào)制解調(diào)器。OFDM調(diào)制解調(diào)器對接收的話音信號進(jìn)行解調(diào)和處理，恢復(fù)數(shù)據(jù)，并上傳用戶終端。顯然，調(diào)制解調(diào)器是短波數(shù)字通信系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎驼`碼率是衡量調(diào)制解調(diào)器性能的最重要指標(biāo)。 針對短波信道環(huán)境和應(yīng)用需求，本作品采用了移動通信領(lǐng)域近年來提出的多項新技術(shù)，將先進(jìn)的OFDM技術(shù)、信道估計技術(shù)、比特交織編碼調(diào)制（BICM）技術(shù)和低密度校驗（LDPC）編譯碼技術(shù)創(chuàng)新地集成在一個系統(tǒng)中，研發(fā)成功了高速率OFDM短波調(diào)制解調(diào)器。 本作品硬件平臺的設(shè)計采用了DSP+FPGA結(jié)構(gòu)的軟件無線電思想，具有開放性、可擴(kuò)展性和可升級性，充分滿足目標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。軟件方案采用了結(jié)構(gòu)化、模塊化和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，便于代碼重用和軟件升級。 調(diào)制解調(diào)器已具備實際使用所需的各種接口，包括連接短波電臺的話音信號接口，與計算機(jī)數(shù)據(jù)通信的串行接口和一個用于系統(tǒng)軟件升級與參數(shù)配置的超級終端串行接口。作品前面板的鍵盤和LCD顯示屏用于參數(shù)設(shè)置和工作狀態(tài)指示。 我們對本作品進(jìn)行了大量性能測試，實驗室測試環(huán)境采用美國ROCKWELL公司生產(chǎn)的短波信道模擬器MDM-3001（在國際上已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）。測試表明，本作品在3KHz帶寬內(nèi)的傳輸速率達(dá)到9.6Kbps,比國內(nèi)串行MODEM的速率提高了四倍，在12KHz帶寬內(nèi)的傳輸速率達(dá)到了38.4Kbps。在典型的ITU POOR短波信道（時延2ms，多普勒擴(kuò)展1Hz）條件下，各種傳輸速率時的誤碼性能均優(yōu)于國際上最先進(jìn)的串行MODEM（具體測試結(jié)果見先進(jìn)性分析部分）。我們還在南京和無錫之間對本作品進(jìn)行了外場無線通信測試，結(jié)果表明，本作品性能良好，工作穩(wěn)定，使用操作符合實際應(yīng)用要求。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 【作品目的】 目前，短波通信存在的主要問題是傳輸速率低。在3KHz帶寬內(nèi)，我國的短波通信系統(tǒng)最高傳輸速率2.4Kbps，國外最高傳輸速率9.6 Kbps?，F(xiàn)有的短波通信系統(tǒng)均采用復(fù)雜的單載波自適應(yīng)均衡技術(shù)，但隨著傳輸速率的提高，均衡器的階數(shù)變得很大，以至于難以實現(xiàn)，迫切需要新的適于多徑衰落信道的傳輸技術(shù)。 【作品思路】 短波信道的多徑時延將產(chǎn)生嚴(yán)重的符號間干擾，而OFDM技術(shù)具有很高的頻帶利用率和天然的抗頻率選擇性衰落的能力。本作品的基本思路就是將OFDM技術(shù)應(yīng)用到短波數(shù)字通信領(lǐng)域，并應(yīng)用近年來無線通信領(lǐng)域提出的新技術(shù)，提高了誤碼率性能，研制成功新一代高性能短波調(diào)制解調(diào)器。 【創(chuàng)新點與關(guān)鍵技術(shù)】 1）性能優(yōu)越的新型OFDM短波調(diào)制解調(diào)器； 2）適于短波信道的多模式OFDM傳輸體制； 3）適于短波信道和OFDM系統(tǒng)特點的聯(lián)合信道估計方案； 4）BICM-LDPC聯(lián)合編碼調(diào)制及相干檢測技術(shù)。 【主要技術(shù)指標(biāo)】 信號帶寬：3KHz，12KHz 數(shù)據(jù)速率：3KHz帶寬：75bps～9.6Kbps 12KHz帶寬：75bps～38.4Kbps 工作方式：全雙工 調(diào)制方式：PSK/4QAM/8PSK/16QAM/32QAM/64QAM 同步方式：突發(fā)同步，同步概率大于99% 人機(jī)接口：鍵盤、LCD、局域網(wǎng)（RJ45）、USB、RS232串口 信號接口：話音、512KHZ中頻 供電方式：直流5V-24V 功耗：≤5W
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 【科學(xué)性】 OFDM是一種新的多載波調(diào)制技術(shù)，可以最大限度地利用頻譜資源。已有研究表明，OFDM技術(shù)具有很高的頻帶利用率和天然的抗頻率選擇性衰落的能力，特別適合短波信道，為高速短波通信提供了新的技術(shù)途徑。 【先進(jìn)性】 一、本作品采用了多項先進(jìn)技術(shù) 1.將OFDM技術(shù)用于短波通信領(lǐng)域； 2.采用高性能的低密度奇偶校驗（LDPC）編譯碼方法； 3.所提出的聯(lián)合信道估計方案針對短波信道和OFDM系統(tǒng)的特點； 4.將先進(jìn)的比特交織編碼調(diào)制（BICM）技術(shù)用于短波OFDM通信系統(tǒng)。 二、本作品采用了先進(jìn)的設(shè)計方法 本作品的硬件平臺采用了軟件無線電設(shè)計思想和先進(jìn)的A/D/A、DSP、FPGA芯片，具有開放性、可擴(kuò)展性和可升級性。系統(tǒng)軟件采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，具有結(jié)構(gòu)化、模塊化特點，便于代碼重用和軟件升級。 三、本作品達(dá)到了國際先進(jìn)的性能指標(biāo) 本作品已實現(xiàn)3KHz帶寬內(nèi)傳輸9.6 Kbps的國外最高水平，且誤碼率性能比國外單載波調(diào)制解調(diào)器提高3dB左右。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2008.11 學(xué)校第十一屆大學(xué)生科技競賽特等獎
作品所處階段
- 本作品已完成實驗室測試和室外無線通信測試,可直接進(jìn)入生產(chǎn)階段。 生產(chǎn)所需的設(shè)備條件簡單。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品；現(xiàn)場演示；錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 【使用說明】 本作品工作于雙工模式。發(fā)送端的modem將用戶數(shù)據(jù)調(diào)制為OFDM信號，通過音頻接口送至短波電臺，經(jīng)短波信道發(fā)送出去。接收部分完成相反的操作，恢復(fù)傳輸數(shù)據(jù)。 實驗室中我們采用Rockwell公司的短波信道物理模擬器MDM-3001仿真真實的短波信道。 【特點和優(yōu)勢】 本作品的主要特點是誤碼率低、傳輸速率高；另一特點是帶寬可擴(kuò)展到12KHz，這是其它調(diào)制解調(diào)器不具備的。本作品大幅提高了傳輸速率，可支持圖像等多媒體信息的高速有效傳輸。 【應(yīng)用領(lǐng)域】 本作品可用于所有短波數(shù)字通信應(yīng)用，其高速率和低誤碼率性能進(jìn)一步拓寬短波通信的應(yīng)用范圍。 民用方面，可用于民用救災(zāi)應(yīng)急，海洋作業(yè)的指揮調(diào)度救援和偏遠(yuǎn)山區(qū)通信保障等系統(tǒng)。軍用方面，以本作品為核心組成的短波數(shù)據(jù)鏈在戰(zhàn)場信息化方面有重要應(yīng)用。 【經(jīng)濟(jì)效益】 我國正在使用的調(diào)制解調(diào)器有數(shù)百萬臺，信息社會的發(fā)展進(jìn)一步擴(kuò)大了應(yīng)用需求。本作品可作為現(xiàn)有調(diào)制解調(diào)器的替代和補充，其推廣應(yīng)用可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 【短波通信的國內(nèi)外現(xiàn)狀】 短波信道利用電離層的反射傳送信息，由于電離層是分層、不均勻、各向異性、隨機(jī)性的介質(zhì)，短波信道存在嚴(yán)重的多徑時延和衰落。多徑效應(yīng)引起的時域擴(kuò)展成為限制短波通信速率的主要因素。 國外有代表性的短波通信公司有美國的Harris公司、通用航天航空防務(wù)公司、加拿大CRC研究中心，法國的Thales公司。目前，Harris公司的RF-5800系統(tǒng)傳輸速率已達(dá)到9.6Kbps。我國的短波通信系統(tǒng)實際最高傳輸速率2.4Kbps，急需更高速率的短波通信系統(tǒng)。 目前短波通信的研究重點是進(jìn)一步提高頻帶利用率。當(dāng)傳輸速率大于9.6Kbps時，傳統(tǒng)的均衡單載波短波傳輸系統(tǒng)已難于勝任，需要采用新的適于多徑衰落信道的傳輸技術(shù)。 【OFDM技術(shù)在短波通信中的應(yīng)用概況】 OFDM是上世紀(jì)七十年代提出的一種多載波調(diào)制技術(shù)，但直到九十年代以后才得到足夠的重視。OFDM采用多載波技術(shù)將頻率選擇性信道轉(zhuǎn)化為若干個頻率非選擇性的子信道，使信道均衡比單載波系統(tǒng)簡單得多，特別適合于短波通信的應(yīng)用。 DRM是采用OFDM技術(shù)，獲得成功的短波數(shù)字廣播系統(tǒng)，其目的是代替現(xiàn)行短波AM廣播。DRM使用短波頻段（3～30MHz）傳輸數(shù)字音頻和數(shù)據(jù)信息。 國外已有多家公司從事OFDM短波通信技術(shù)方面的研究：法國Thales公司的短波OFDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到9.6Kbps， 美國環(huán)球無線電通信公司（UR）的ARD9900型OFDM調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù)傳輸速率3.6Kbps，但未見誤碼率性能方面的報導(dǎo)。 國內(nèi)其它單位也開展了短波OFDM系統(tǒng)的研究工作。西安電子科技科大學(xué)從事寬帶OFDM短波通信系統(tǒng)的研究，但頻帶利用率比本作品低得多，現(xiàn)在只有仿真結(jié)果的報導(dǎo)。查新結(jié)果表明，國內(nèi)還大量的理論和仿真研究報導(dǎo)，但研究內(nèi)容只針對某個單項技術(shù)，未見系統(tǒng)研究和性能方面的報導(dǎo)。 國內(nèi)外相關(guān)研究表明 OFDM技術(shù)在短波通信領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為發(fā)展趨勢，但基于OFDM技術(shù)的短波通信體制尚不成熟。所采用的OFDM系統(tǒng)在保護(hù)間隔、子載波間隔、調(diào)制方式和糾錯編碼方案均不相同，而在導(dǎo)頻信號設(shè)計、同步和信道估計方案以及PAPR減小技術(shù)方面的差別則更大，尚未形成如串行體制美國MIL-STD-188-110B軍用標(biāo)準(zhǔn)這樣完備的技術(shù)規(guī)范，這從另一方面也說明OFDM短波通信技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。
