窄帶短波調制解調器發送端基帶數據流成形研究及關鍵技術探討

摘要：根據美軍標MIL―STD一110B，詳細分析了短波調制解調器發送端基帶數據流的形成。針對目前短波調制解調器工程應用中存在的不足及美軍標中值得研究的問題，討論了短波調制解調器設計中的注意事項；并針對短波信道CMA盲均衡，論述了其研究前景和目前遇到的技術障礙，分析指出短波信道盲均衡是短波調制解調器下一步重點研究的方向之一。
關鍵詞：短波調制解調器；格雷編碼；信道探測；數據加擾；信道盲均衡

0 引 言
短波調制解調器分為單音串行和多音并行兩種工作模式。其中，單音串行模式還可分為固定頻率和跳頻兩種工作方式。固定頻率方式采用載波頻率為1 800±1 Hz，跳頻工作方式僅在系統數據處理上與固定頻率方式有所差別，其數據流形成流程與固定頻率模式基本一致。本文主要針對單音串行固定頻率工作模式下短波調制解調器發送端基帶數據流成形展開研究。
參照美軍標MIL―STD一110B，在VF(語音頻段)范圍內工作的短波調制解調器數據率主要有：75 b／s，150 b／s，300 b／s，600 b／s，1 200 b／s，2 400 b／s和4 800 b／s。其中，4860 b／s不進行編碼，其工作狀態不穩定，是下一步研究設計的目標。短波調制解調器的數據流形成包括如下幾個階段：數據編碼、交織、格雷編碼、加擾、同步序列的發送、信道探測序列發送和用戶信息發送，各階段數據處理之間有所交叉。串行短波調制解調器采用8PSK調制方式，不管用戶采用何種信道速率，在基帶信號處理中，碼符號速率均為2 400 Baud。

1 發送端數據流程
1．1 數據編碼與交織
用戶數據輸出二進制信息至編碼器，對輸入數據進行糾錯編碼。糾錯編碼一般采用(7，[-133 171-])的卷積編碼方式，所有數據率均采用不編碼或1／2碼率編碼，并重復相應次數，以達到相應的數據率。其中，4 800 b／s和2 400 b／s數據率時編碼輸出為4 800 b／s；1 200 b／s數據率時編碼輸出為2 400 b／s；600 b／s，300 b／s，150 b／s數據率時編碼輸出為1 200 b／s；75 b／s數據率時編碼輸出為150 b／s。
編碼輸出數據進入交織矩陣，有兩種交織方式長交織和短交織，其對應的時間常數分別為4．8 s和0．6 s或0 s；短交織一般是0．6 s。數據交織的存與取，以交織長度為單位處理，交織矩陣的規模與用戶數據率有關。同時，在等待交織長度數據過程中，系統發送同步數據序列，供系統同步用。因此，系統同步的時間長度與交織長度一致。無交織即對發送數據流不進行交織處理，如用戶數據流為4 800 b／s時，不進行交織處理。關于交織存儲的具體實現算法，各種文獻可能有所差別，這里不做詳細討論，但其基本思想均是將發送相近的比特流分裂成發送距離遠的比特流。
1．2 修正格雷編碼
修正格雷編碼是為了當碼符號出現差錯時，只有1個bit數據傳輸出錯。在短波調制解調器中，均采用8PSK的調制方式，為了將不同的用戶速率，均映射到2 4 O(]Baud的信道速率，將4 800 b／s和2 400 b／s數據流每3個hit為一組，進行一次格雷編碼；將1 200 b／s和75 b／s數據流，每2個bit為一組，進行一次格雷編碼，對應調制為4PSK；600 b／s，300 b／s，150 b/s數據流，不進行格雷編碼，對應調制為BPSK。
1．3 發送數據流的形成
在調制解調器中，物理層發送的數據流包括同步信息數據流、用戶數據流和信道探測數據流，三者根據不同的時隙分配，選擇性發送。當用戶啟動數據發送時，根據用戶選擇的交織形式發送同步信息，同步信息的長度與交織深度一致。當同步系信息發送完畢后，數據流從交織矩陣中輸出，開始進入信息發送流程。在信息發送過程中由于需要加入信道探測信息，因此需要交替發送用戶信息和信道探測信息。
1．3．1 同步序列的發送
每次啟動數據發送時，均需要先發送同步數據。同步數據以段為單位，每段數據長度為200 ms，根據系統的交織深度，調整同步數據段的發送次數。同步數據段包括15個8進制數據，其內容包括同步識別信息、交織信息和同步發送次數計數。
信道探測與用戶數據發送的比例與用戶數據率有關。在用戶數據率為4 800 b／s和2 400 b／s時，每16個信道探測符號后，發送32個用戶數據符號，探測符號與用戶數據符號的比例為1：2；當用戶數據分別為1 200 b／s，600 b／s，300 b／s，150 b／s時，在每20個信道探測符號后，發送20個用戶數據符號，探測符號與用戶數據符號的比例為1：1。
可見，用戶數據率越低，用戶信道探測的數據越長，通信也將越可靠。當用戶數據為75 b／s時，將不發送信道探測序列，而采取其他的技術手段，以確保通信的可靠性。
1．3．2 用戶數據的發送
對不同的波特率，由于插入的信道探測數據符號長度不等，用戶數據經過修正格雷編碼后，還要經過數據成形，以確保信道波特率為2 400 Baud。當用戶數據率分別為4 800 b／s，2 400 b／s時，數據流不變化。其他用戶數據率的映射方式可參見表1，實際上，其較低數據率對應較低的調制階數。
當用戶數據率為75 b／s時，采用發送正交波形模式，每2個比特數據映射成8位8進制數據，并重復4次。