书签 分享 收藏 举报 版权申诉 / 12

超宽带岩层通信系统.pdf

  • 上传人:1520****312
  • 文档编号:801139
  • 上传时间:2018-03-12
  • 格式:PDF
  • 页数:12
  • 大小:405.65KB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN201010524834.4

    申请日:

    2010.10.29

    公开号:

    CN101977083A

    公开日:

    2011.02.16

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H04B 13/00申请日:20101029|||公开

    IPC分类号:

    H04B13/00; H04B1/69(2011.01)I

    主分类号:

    H04B13/00

    申请人:

    西安电子科技大学

    发明人:

    易克初; 刘祖军; 田红心; 田斌; 王勇超; 王杰令

    地址:

    710071 陕西省西安市太白南路2号

    优先权:

    专利代理机构:

    陕西电子工业专利中心 61205

    代理人:

    王品华;朱红星

    PDF完整版下载: PDF下载
    内容摘要

    本发明公开了一种超宽带岩层通信系统,主要解决矿井中发生严重事故时无可靠通信手段的问题。本发明包括两个收发信机、一对收发共用的电极和收发切换开关,通过电极以岩层为传输媒质形成无线信道,构成时分双工的通信系统,每个收发信机包括一个发送设备和一个接收设备,该发送设备包括信道编码单元、M元扩频单元和E类功率放大器;该接收设备包括低噪声放大器、级间隔直耦合电容器、AGC放大器、A/D变换器、解扩解调与信道译码单元。M元扩频码取码片值为-1或0或1的三进制伪随机码,E类功率放大器采用有输出变压器的推挽功率放大器。本发明具有信号占空比小,峰平功率比高,误码特性好,传输距离远的优点,可为矿井救灾提供可靠的通信手段。

    权利要求书

    1: 一种超宽带岩层通信系统, 由两个连接有用户终端的收发信机、 一对收发共用的电 极和收发切换开关构成, 通过电极以岩层为传输媒质构成电流场无线通信信道进行通信 ; 每个收发信机包括一个发送设备和一个接收设备, 该发送设备包括信道编码单元、 扩频单 元、 波形成形单元和功率放大器 ; 该接收设备包括低噪声放大器、 低通滤波器、 级间隔直耦 合电容器、 AGC 放大器、 A/D 变换器、 匹配滤波器、 解扩单元、 解调与信道译码单元, 其特征在 于: 所述的扩频单元, 采用码片值取 -1 或 0 或 1 的三进制伪随机码作为扩频码, 对于输入 的数字信息进行直接序列扩频, 输出为扩频后的码片序列 ; 每个扩频码中码片值为零的码 片数占总的码片数的 75%~ 94% ; 所述波形成形单元, 采用数字逻辑电路产生的双向矩形脉冲作为扩频信号的码片波 形, 对扩频单元送来的码片序列逐个码片地进行波形成形, 将该码片序列转化成脉冲型波 形信号 ; 对于码片值等于 1 的码片, 其码片波形为一个正矩形脉冲后跟一个负矩形脉冲, 对 于码片值等于 -1 的码片, 其码片波形为一个负矩形脉冲后跟一个正矩形脉冲, 对于码片值 等于 0 的码片, 相应的输出波形为零电平 ; 如此形成的脉冲型波形信号, 是一种无载波的脉 冲型超宽带数字调制信号 ; 将该信号分成正相和反相两路信号, 并将两路信号中的负脉冲 置为零电平后再传送给功率放大器 ; 所述功率放大器, 采用有输出变压器的推挽功率放大器, 其两个功率管采用开关晶体 管, 工作在开关状态 ; 输出变压器初级的两端并联有一个电容器, 该电容器与输出变压器的 初级电感一起构成并联谐振回路 ; 输出变压器的次级除了两个端接点之外, 中间还设有多 个抽头接点, 应用时根据两电极之间的岩层阻抗情况从这些接点中选择两个, 将其中一个 与一个电极相连、 并接地, 而将另一个通过收发切换开关连接到另一个电极。
    2: 根据权利要求 1 所述的岩层通信系统, 其特征在于 : 扩频单元采用 M 元扩频体制进 k 行直接序列扩频, 其中 M = 2 , 该 k 的取值为 2 至 6 的整数 ; 由信道编码单元输入到扩频单 元的数字信息, 其比特率 Rb 的取值范围为 1.25 ~ 1280 比特 / 秒, 扩频单元输出的码片序 列, 其码片速率 Rc 取值范围为 5120 ~ 10240 码片 / 秒。
    3: 根据权利要求 1 所述的岩层通信系统, 其特征在于 : 所述波形成形单元所采用的双 向矩形脉冲, 其矩形脉冲宽度 Tp 的取值范围为码片时长 Tc 的 10%~ 50%, 两矩形脉冲之间 设有间隙 Tg, 该间隙的取值范围为码片时长的 0%~ 80%, 并满足 2Tp+Tg ≤ 1/Rc = Tc, 其中 Rc 和 Tc 分别为扩频信号的码片速率和码片时长。
    4: 根据权利要求 1 所述的岩层通信系统, 其特征在于 : 所述有输出变压器的推挽功率 放大器, 其中两个功率管都采用复合管 ; 将一个中功率晶体管的射极与一个大功率晶体管 的基极相连, 并将该中功率晶体管的集电极与该大功率晶体管的集电极相连组成一个复合 管; 如此组成的两个复合管与输出变压器一起构成推挽功率放大器, 工作在开关状态。
    5: 根据权利要求 4 所述的岩层通信系统, 其特征在于 : 两个复合管的集电极分别连接 到输出变压器初级的两端, 该两个复合管的射极相连、 并接地 ; 输出变压器初级的中心抽头 通过一个 0.5 欧姆的限流电阻连接到直流供电电源的正端, 限流电阻两端并联有一个 20 微 法电容器。
    6: 根据权利要求 1 所述的岩层通信系统, 其特征在于 : 输出变压器初级两端并联的电 容器, 取值范围为 0.1 ~ 0.3 微法 ; 该电容器与输出变压器初级线圈的电感构成并联谐振回 2 路, 该谐振回路的谐振频率设计为 5000Hz ~ 10000Hz 之间。
    7: 根据权利要求 1 所述的岩层通信系统, 其特征在于 : 所述的低通滤波器采用有源低 通滤波器或开关型低通滤波器, 其幅度 - 频率响应降低到 -3dB 时的带宽, 设计为等于波形 成形单元所产生的波形信号幅度频谱降低到 -10dB 时的带宽。
    8: 根据权利要求 1 所述的岩层通信系统, 其特征在于 : 所述 A/D 变换器的采样频率取 为所述低通滤波器带宽的 2 倍以上。
    9: 据权利要求 1 所述的岩层通信系统, 其特征在于 : 所述接收设备中的匹配滤波器, 采 用数字式横向滤波器, 其单位冲激响应由码片波形的离散形式与总的信道单位冲激响应相 卷积得到。
    10: 根据权利要求 1 所述的岩层通信系统, 其特征在于 : 所述收发切换开关, 采用单刀 双掷或双刀双掷的电磁继电器或电子开关, 用于实现时分双工通信方式, 即控制电极在接 收时与收发信机的低噪声放大器相连, 而在发送时与收发信机的输出变压器的次级相连。

    说明书


    超宽带岩层通信系统

        【技术领域】
         本发明涉及通信系统, 具体的说是一种超宽带岩层通信系统, 可用于井下应急通信。 背景技术 由于煤矿矿井中一旦发生严重事故, 可能引起漏水、 停电、 塌方坑道堵塞, 通信电 缆破坏等现象, 已有的各种通信手段都可能无法应用, 井上对于井下的情况不明, 严重影响 抢险、 救灾工作的正常进行和实际实施效果。 在这种情况下采用岩层通信系统, 以偶极子电 极形成的电流场、 以岩层为传输媒质构成无线信道进行通信, 将是一种独特的应急通信手 段。
         现有的岩层通信系统主要有西安煤碳科学研究院申请的实用新型专利 《便携式岩 层通信机》 ( 申请号 : 200820030023.7) 和西安电子科技大学 2004 年硕士论文 《地下甚低频 无线通信机的研制》 ( 作者郭保娟, 导师易克初 )、 无线通信技术 2004 年第 1 期刊登的 “基 于软件无线电的数字语音岩层通信机” ( 作者 : 田红心、 郭保娟、 向新、 易克初 ) 等资料所介
         绍的系统。这种岩层通信系统可通过钉在岩层上的电极进行数字或声码器话音通信, 但因 其采用常规的数字调制方式, 产生近似恒定幅度的连续波形信号, 并通过线性功率放大器 放大后发送, 其功率效率较低, 因而其通信传输距离和通信的可靠性都很难达到实用要求, 因而至今尚未投入实际应用。其根本原因是这种岩层通信机能可靠地进行通信的距离太 小, 通信信号在岩层中衰减很大, 随着距离的增大信号很快变得非常微弱, 而受井下设备本 质安全要求的限制, 最大允许发射功率不能太大, 因而通信距离一般只能达到几百米。 发明内容
         本发明的目的在于针对上述已有技术的不足, 提出一种超宽带岩层通信系统, 使 通信系统设备能在符合本质安全设计的条件下, 将能够可靠地进行通信的距离增大到 1500 米以上。
         实现本发明目的的技术原理是 : 采用无载波调制的脉冲型超宽带扩频通信体制, 构成一种岩层无线通信系统 ; 其通信信号是占空比比较小而峰平功率比比较高的脉冲性信 号, 加之它结合了基于三进制伪随机码的 M 元扩频和高效率的 E 类功率放大技术, 因而可在 符合本质安全的较小平均发送功率的条件下, 发送驱动能力很强、 短时功率很大的脉冲信 号, 因而能使可靠通信的距离显著增大。
         根据上述原理本发明提供的岩层通信系统, 由两个连接有用户终端的收发信机、 一对收发共用的电极和收发切换开关构成, 通过电极以岩层为传输媒质构成电流场无线通 信信道进行通信 ; 每个收发信机包括一个发送设备和一个接收设备, 该发送设备包括信道 编码单元、 扩频单元、 波形成形单元和功率放大器 ; 该接收设备包括低噪声放大器、 低通滤 波器、 级间隔直耦合电容器、 AGC 放大器、 A/D 变换器、 匹配滤波器、 解扩单元、 解调与信道译 码单元, 其特征在于 :上述扩频单元, 采用码片值取 -1 或 0 或 1 的三进制伪随机码作为扩频码, 对于输 入的数字信息进行直接序列扩频, 输出为扩频后的码片序列 ; 每个扩频码中码片值为零的 码片数占总码片数的 75%~ 94%。
         上述波形成形单元, 采用数字逻辑电路产生的双向矩形脉冲作为扩频信号的码片 波形, 对扩频单元送来的码片序列逐个码片地进行波形成形, 将该码片序列转化成脉冲型 波形信号 ; 对于码片值等于 1 的码片, 其码片波形为一个正矩形脉冲后跟一个负矩形脉冲, 对于码片值等于 -1 的码片, 其码片波形为一个负矩形脉冲后跟一个正矩形脉冲, 对于码片 值等于 0 的码片, 相应的输出波形为零电平 ; 如此得到的脉冲型波形信号, 是一种无载波的 脉冲型超宽带数字调制信号 ; 将该信号分成正相和反相两路信号, 并将两路信号中的负脉 冲置为零电平后再传送给功率放大器。
         上述功率放大器, 采用有输出变压器的推挽功率放大器, 其两个功率管采用开关 晶体管, 工作在开关状态 ; 输出变压器初级的两端并联有一个电容器, 该电容器与输出变压 器的初级电感一起构成并联谐振回路 ; 输出变压器的次级除了两个端接点之外, 中间还设 有多个抽头接点, 应用时根据两电极之间的岩层阻抗情况从这些接点中选择两个, 将其中 一个与一个电极相连、 并接地, 而将另一个通过收发切换开关连接到另一个电极。
         上述扩频单元采用 M 元扩频体制进行直接序列扩频, 其中 M = 2k, 该 k 的取值范围 是 2 至 6 的整数 ; 由信道编码单元输入到扩频单元的数字信息, 其比特率 Rb 的取值范围为 1 ~ 1280 比特 / 秒, 扩频单元输出的码片序列, 其码片速率 Rc 取值范围为 5120 ~ 10240 码 片 / 秒。
         上述波形成形单元所采用的双向矩形脉冲, 其矩形脉冲宽度 Tp 的取值范围为码 片时长 Tc 的 10%~ 50%, 两矩形脉冲之间设有间隙 Tg, 该间隙的取值范围为码片时长的 0%~ 80%, 并满足 2Tp+Tg ≤ 1/Rc = Tc, 其中 Rc 和 Tc 分别为扩频信号的码片速率和码片时 长。
         上述有输出变压器的推挽功率放大器, 其中两个功率管都采用复合管 ; 将一个中 功率晶体管的射极与一个大功率晶体管的基极相连, 并将该中功率晶体管的集电极与该大 功率晶体管的集电极相连组成一个复合管 ; 如此组成的两个复合管与输出变压器一起构成 推挽功率放大器, 工作在开关状态。
         上述两个复合管的集电极分别连接到输出变压器初级的两端, 该两个复合管的射 极相连、 并接地。输出变压器初级的中心抽头通过一个 0.5 欧姆的限流电阻连接到直流供 电电源的正端, 限流电阻两端并联有一个 20 微法电容器。
         上述输出变压器初级两端并联的电容器, 取值范围为 0.1 ~ 0.3 微法 ; 该电容器与 输出变压器初级线圈的电感构成并联谐振回路, 该谐振回路的谐振频率设计为 5000Hz ~ 10000kHz 之间。
         上述的低通滤波器采用有源低通滤波器或开关型低通滤波器, 其幅度 - 频率响应 降低到 -3dB 时的带宽, 设计为等于波形成形单元所产生的波形信号频谱幅度降低到 -10dB 时的带宽。
         上述 A/D 变换器的采样频率取为所述低通滤波器带宽的 2 倍以上。
         上述接收设备中的匹配滤波器, 采用数字式横向滤波器, 其单位冲激响应由码片 波形的离散形式与总的信道单位冲激响应相卷积得到。上述收发切换开关, 采用单刀双掷或双刀双掷的电磁继电器或电子开关, 用于实 现时分双工通信方式, 即控制电极在接收时与收发信机的低噪声放大器相连, 而在发送时 与收发信机的输出变压器的次级相连。
         本发明具有如下优点 :
         1) 本发明的扩频单元, 由于采用码片值取 -1 或 0 或 1 的三进制伪随机码作为扩 频码对于输入的数字信息进行直接序列扩频, 每个扩频码中码片值为零的码片数占总的码 片数的 75%~ 94% ; 扩频单元输出的这种码片序列, 在波形成形单元中转化为脉冲型波形 信号, 它是一种无载波的脉冲型超宽带数字调制信号。 该信号的占空比很小、 峰平功率比很 高, 这就使系统能在设备符合本质安全设计要求的最大平均功率限制下, 发送很大的峰值 功率, 以便达到更远的通信距离。
         2) 本发明的扩频单元, 由于采用 M 元扩频具有向香农限逼近的优势, 使达到无误 码传输时所要求归一化信噪比明显降低, 有利于增大可靠地进行通信的最大距离。
         3) 本发明发送设备中的功率放大器, 由于采用一种工作在开关状态的有输出变压 器的推挽功率放大器, 其功率效率显著高于常规的线性功率放大器, 特别是当它用于放大 占空比很小的脉冲信号时, 仍具有很高的效率 ; 而且这种功率放大器的输出阻抗很低, 类似 于恒压源, 因而当电极负载电阻大小在很大范围中变化时, 它都能保持很高的功率馈送效 率; 此外, 由于码片波形成形单元输出的是两路稀疏的正矩形脉冲去驱动开关型推挽功率 放大器, 因而不仅驱动电路简单, 而且驱动高效很高。 综合上述三个优点可知, 按照本发明设计的岩层通信系统设备, 能够在符合井下 电气设备本质安全要求的前提下显著地增大能可靠地进行通信的最大距离。
         此外, 本发明由于采用时钟定时地自动控制收发切换开关的方式实现完全的时分 双工通信方式, 为双向话音通信提供了保证, 克服了已有系统只能通过人工收发切换实现 半双工通信方式的缺陷。
         附图说明
         图 1 为本发明超宽带岩层通信系统的结构框图 ;
         图 2 为本发明收发信机的结构框图 ;
         图 3 为本发明系统发送设备中波形成形单元所产生的码片值为 +1 时的波形图 ;
         图 4 为本发明系统发送设备中波形成形单元所产生的码片值为 -1 时的波形图 ;
         图 5 为本发明发送设备中的功率放大器原理图。 具体实施方式
         实施例 1
         参照图 1, 本发明提供的超宽带岩层通信系统, 由两个连接有用户终端的收发信 机、 一对收发共用的电极和收发切换开关构成。以第一个用户终端与第一个收发信机相连 作为一方, 以第二个用户终端与第二个收发信机相连作为另一方, 通过两方各有一对钉在 岩层上的电极发送接收信号, 以岩层为传输媒质构成电流场无线通信信道进行通信。
         参照图 2, 每个收发信机包括一个发送设备和一个接收设备。 该发送设备包括有信 道编码单元、 扩频单元、 波形成形单元和功率放大器 ; 该接收设备包括有低噪声放大器、 低通滤波器、 级间隔直耦合电容器 C、 AGC 放大器、 A/D 变换器、 匹配滤波器、 解扩单元、 解调与 信道译码单元。其中 :
         信道编码单元, 用于将对用户终端产生的数字信息进行信道编码, 该信道编码采 用结合交织的 RS 码, 编码后得到的数字信息的比特率 Rb = 1.25, 10, 80, 640, 1280 比特 / 秒, 由用户在每次应用时选取其中一种比特率进行通信。
         扩频单元, 用于对信道编码单元输入的数字信息进行扩频, 其输入信息的比特率 为 Rb 比特 / 秒, 输入信息在扩频单元中进行扩频后变为扩频码片序列输出, 其码片速率为 Rc = 5120 码片 / 秒。所用扩频体制采用 M 元扩频, 取 M = 16, 每个信息符号对应的比特数 k = 4, 即每 4 比特看作一个符号, 用 16 个相互正交的三进制伪随机码进行扩频, 于是比特 率为 Rb 的输入数字信息变为符号速率为 Rs = Rb/4 个符号 / 秒的符号序列, 对应于输入数 字信息的上述 5 种不同的比特率, 有 5 种不同的符号速率, 即 Rs = 0.3125, 2.5, 20, 160, 320 波特 / 秒。 。采用长度为 N = Rc/Rs 的三进制伪随机码作为扩频码, 对该符号序列进行 M 元 扩频。针对每种符号速率, 事先各设计 16 个相互近似正交的三进制伪随机码, 构成的一个 扩频码集, 存于扩频单元中备用。该 5 个扩频码集之中扩频码的长度分别为 N = Rc/Rs = 16384, 2048, 256, 32, 16。所需的扩频码在设计阶段中采用计算机搜索方法产生, 各码片的 取值有 -1, 0, 1 三种选择, 每个扩频码取值为零的码片数占整个扩频码总码片数的 3/4, 即 r0 = 3/4。 码片成形单元, 用于使扩频单元送来的扩频信号码片序列实现波形成形。采用数 字逻辑电路产生的双向矩形脉冲作为扩频信号的码片波形, 对扩频单元送来的码片序列逐 个码片地进行波形成形, 将该码片序列转化成脉冲型波形信号。对于码片值等于 1 的码片, 其波形为一个宽度为 Tp = 65 微秒的正矩形脉冲后跟一个宽度为 Tp = 65 微秒的负矩形脉 冲, 二者之间的零电平间隙为 Tg = 22 微秒, 如图 3 所示 ; 对于码片值等于 -1 的码片, 其波 形为一个 Tp 的负矩形脉冲后跟一个 Tp 的正矩形脉冲, 二者之间的零电平间隙为 Tg, 如图 4 所示 ; 此处 2Tp+Tg = 152 微秒, 满足 2Tp+Tg ≤ 1/Rc = Tc = 195.3125 微秒, 其中 Tc 为扩频信 号的码片时长。 如此形成的脉冲型波形信号, 是一种无载波的脉冲型超宽带数字调制信号 ; 本单元进一步将该信号分成正相和反相两路信号, 并将两路信号中的负脉冲置为零电平后 再传送给功率放大器。
         功率放大器, 采用有输出变压器的推挽功率放大器, 如图 5 所示, 它是由两个复合 管、 变压器以及外围器件 R1 ~ R5 组成。其中 T1 和 T2 为最大集电极电流不小于 500 毫安的 中功率开关晶体管 ; T3 和 T4 为最大集电极电流不小于 10 安培的中功率开关晶体管。 T1 的射 极与 T3 的基极相连, T1 的集电极与 T3 的集电极相连, T1 与 T3 一起构成一个复合管 ; T2 的射 极与 T4 的基极相连, T2 的集电极与 T4 的集电极相连, T2 与 T4 一起构成另一个复合管。该两 个复合管与输出变压器一起构成推挽功率放大器, 工作在开关状态。该两个复合管的集电 极分别连接到输出变压器初级 L1 的两端, 输出变压器初级的中心抽头通过一个限流电阻 R5 连接到 +5 伏直流电源的正端, 取 R5 = 0.5 欧姆 ; R5 两端并联有一个 20 微法电容器 Cp。该 两个复合管的射极相连、 并接地 ; 由波形成形单元传送来的两路波形信号分别由两个复合 管的基极引入 ; 串联在输入端与基极之间的两个电阻 R1 和 R2 为基极限流电阻, 分别用于限 制 T1 和 T2 的基极电流, 以免其集电极电流超过最大允许值, R1 和 R2 取值范围为 250 ~ 2500 欧姆, 在调试阶段通过测试 T1 和 T2 的集电极饱和状态集电极电流大小确定该两个电阻的大
         小。并联在基极与地之间的两个电阻 R3 和 R4 分别为 T1 和 T2 的基极下偏置, 取值为 R1 = R2 = 2000 欧姆。所述输出变压器初级两端并联一个电容器, 其取值 C0 = 0.2μf, 输出变压器 初级的电感设计为 5 毫亨, 并联谐振频率为 5kHz。输出变压器次级线圈与初级线圈的总匝 数之比为 6 ∶ 1 ; 次级线圈除了两个端点之外, 中间还有两个抽头, 分别位于 1/3 处和 5/9 处。应用时根据两电极间岩层阻抗的情况, 从变压器次级的 4 个接线头中选择两个, 其中一 个接头与电极 1 相连, 并接地, 另一个接头通过收发切换开关连接到电极 2。
         收发切换开关, 采用微型电磁继电器, 用于控制一个电极的收发切换, 继电器的 “刀” 结点与该电极相连, 而其两个 “掷” 结点 A 和 B, 分别接所述低噪声放大器的输入端和 功率放大器输出变压器次级的一个抽头 ; 另一电极永久接地 ; 当要进行发送时, 与电极相 连的 “刀” 结点与 “掷” 结点 B 连通, 而与 A 断开 ; 而当要进行接收时, “刀” 结点与 “掷” 结点 A 连通, 而与 B 断开 ; 如此实现时分双工, 该继电器的驱动可用分帧定时自动进行, 时分双工 帧长取为 TD = 0.2 秒。 当需要进行半双工方式通信时, 收发切换开关变为人为地手动控制。
         低噪声放大器, 采用噪声电平尽可能低的专用芯片实现, 其增益设计为 20dB。
         低通滤波器, 采用 4 阶开关电容型有源滤波器芯片实现。由于前述码片波形采用 宽度为 Tp = 65 微秒的双向矩形脉冲, 其频谱幅度降到 -10dB 时的带宽约为 fB = 1.8/Tp = 27700Hz, 因此低通滤波器的幅度降到 -3dB 时的带宽取为 27700Hz。 级间隔直耦合电容器, 用以消除信号中的直流分量, 其值取为 C = 0.05 微法。
         AGC 放大器, 即自动增益控制放大器, 采用两片高增益运算放大器芯片和数字电位 器实现, 两个运算放大器的闭环增益都设计为 45dB, 采用数字电位器控制总增益自适应地 变化, 动态范围 40dB。其增益的自动控制是 : 由 A/D 变换后自动而准实时地检测接收信号 的短时平均幅度, 并计算出期望的信号幅度与检测到的实际信号短时平均幅度之比, 将此 比值用于控制数字电位器, 使实际信号的短时平均幅度近似保持不变, 这里的期望信号的 短时平均幅度取为 A/D 变换器输出最大信号幅度的 1/32。
         A/D 变换器, 采样频率取为 fs = 56320Hz, 此频率大于低通滤波器幅度响应下降 到 -3dB 时带宽的 2 倍。A/D 变换器选用量化精度大于或等于 12 比特的芯片实现。
         匹配滤波器, 采用数字式横向滤波器, 其单位冲激响应为码片波形的离散形式与 总的信道单位冲激响应的卷积, 总的信道单位冲激响应通过现场实验测试得到。
         解扩单元, 用于对从匹配滤波器送来的信号进行同步相关解扩, 所采用的本地扩 频码与发送设备中的扩频码相同。
         解调与信道译码单元, 采用结合解交织的 RS 码译码器, 解调译码算法与发送设备 中的调制与编码单元相对应。
         整个系统的通信过程如下 :
         从一个收发信机的发送设备向另一个收发信机的接收设备发送数字信息的过程 是: 用户终端产生的数字信息, 送到信道编码单元进行编码后, 输送到扩频单元中进行扩 频, 变为扩频码片序列后, 输送到波形成形单元中实现码片的波形成形转变为脉冲型波形 信号, 然后经推挽功率放大器放大, 再通过收发切换开关将信号输出到钉在岩层上的电极 进行发送。
         一个收发信机中接收设备接收由另一个收发信机中发送设备所发送的数字信息 的过程是 : 由钉在岩层上的电极接收到信号后, 经收发切换开关送到低噪声放大器放大, 放
         大后的信号再送到低通滤波器滤波, 滤波后的信号再经过级间隔直耦合电容器送到 AGC 放 大器放大, 放大后的信号再经 A/D 变换器变为数字信号, 该数字信号经匹配滤波器滤波后, 再在解扩单元中实现解扩, 最后经解调与信道译码单元恢复出对方所发送的数字信息。
         实施例 2
         系统结构和通信过程与实施例 1 完全相同, 但各个单元的技术参数要作如下的修 改, 未列出的内容与实施例 1 完全相同。
         信道编码单元, 与实施例 1 完全相同, 编码后数字信息的比特率仍为 Rb = 1.25, 10, 80, 640, 1280 比特 / 秒。
         扩频单元, 采用 M 元扩频, M = 16, k=4; 对应于上述 5 种信息速率的符号速率仍 为 Rs = 0.3125, 2.5, 20, 160, 320 波特 / 秒 ; 但扩频码片速率修改为 Rc = 10240 码片 / 秒, 相应的扩频码码长 N = Rc/Rs = 32768, 4096, 512, 64, 32 ; 三进制扩频码中 0 值码片所占比 例修改为 r0 = 15/16, 其余与实施例 1 相同。波形成形单元, 矩形脉冲宽度 Tp = 42 微秒, 正负脉冲之间的间隙 Tg = 13 微秒 ; 2Tp+Tg = 97 微秒, 满足 2Tp+Tg ≤ 1/Rc = Tc = 97.65625 微秒, 其余与实施例 1 相同。
         功率放大器, 并联谐振电容器 C0 = 0.1μf, 输出变压器初级电感 L0 = 2.5 毫亨, 并联谐振频率 10kHz, 其余与实施例 1 相同。
         收发切换开关, 与实施例 1 相同。
         低通滤波器, 采用 4 阶开关电容型有源滤波器, 幅度响应降低到 -3dB 时的带宽取 为 fB = 1.8/Tp = 42857Hz。
         A/D 变换器, 采样频率 fs = 92160Hz, 采样量化精度 12 比特。
         实施例 3
         系统结构和通信过程与实施例 1 完全相同, 但各个单元的技术参数要作如下的修 改, 未列出的内容与实施例 1 完全相同。
         信道编码单元, 与实施例 1 完全相同, 编码后数字信息的比特率仍为 Rb = 1.25, 10, 80, 640, 1280 比特 / 秒。
         扩频单元, 采用 M 元扩频, M = 4, k=2; 对应于上述 5 种信息速率的符号速率为 Rs = 0.625, 5, 40, 320, 640 波特 / 秒 ; 但扩频码片速率为 Rc = 7680 码片 / 秒, 相应的扩频码码 长 N = Rc/Rs = 12288, 1536, 192, 24, 12 ; 三进制扩频码中 0 值码片所占比例为 r0 = 11/12。
         波形成形单元, 矩形脉冲宽度 Tp = 54 微秒, 正负脉冲之间的间隙 Tg = 16 微秒 ; 2Tp+Tg = 124 微秒, 满足 2Tp+Tg ≤ 1/Rc = Tc = 130.2 微秒。
         功率放大器, 并联谐振电容器 C0 = 0.2μf, 输出变压器初级电感 L0 = 1 毫亨, 并 联谐振频率 7700kHz。
         收发切换开关, 与实施例 1 相同。
         低通滤波器, 采用 4 阶开关电容型有源滤波器, 幅度响应降低到 -3dB 时的带宽取 为 fB = 1.8/Tp ≈ 33400Hz。
         A/D 变换器, 采样频率为 fs = 69120Hz, 采样量化精度 12 比特。
         实施例 4
         系统结构和通信过程与实施例 1 完全相同, 但各个单元的技术参数要作如下的修 改, 未列出的内容与实施例 1 完全相同。信道编码单元, 与实施例 1 完全相同, 编码后数字信息的比特率仍为 Rb = 1.25, 10, 80, 640, 1280 比特 / 秒。
         扩频单元, 采用 M 元扩频, M = 64, k=6; 对应于上述 5 种信息速率的符号速率为 Rs = 0.2083, 1.6667, 13.3333, 106.6667, 213.3333 波特 / 秒 ; 但扩频码片速率为 Rc = 7680 码片 / 秒, 相应的扩频码码长 N = Rc/Rs = 36864, 4608, 576, 72, 36 ; 三进制扩频码中 0 值码 片所占比例为 r0 = 7/8。
         波形成形单元, 矩形脉冲宽度 Tp = 54 微秒, 正负脉冲之间的间隙 Tg = 16 微秒 ; 2Tp+Tg = 124 微秒, 满足 2Tp+Tg ≤ 1/Rc = Tc = 130.2 微秒。
         功率放大器, 并联谐振电容器 C0 = 0.2μf, 输出变压器初级电感 L0 = 1 毫亨, 并 联谐振频率 7700kHz。
         收发切换开关, 采用两个电子开关, 一个用于控制电极 2 与变压器之间的通断, 另 一个用于控制电极 2 与低噪声放大器之间的通断。
         低通滤波器, 采用 4 阶开关电容型有源滤波器, 幅度响应降低到 -3dB 时的带宽取 为 fB = 1.8/Tp = 33400Hz。
         A/D 变换器, 采样频率为 fs = 69120Hz, 采样量化精度 12 比特。 以上实例只是本发明的几个优选实例, 并不构成对本发明的任何限制, 显然任何 人都可以在本发明的思想下进行适当的修改, 但是任何对参数的修改而得到的其他实例, 都属于本发明的保护范围之列。
        

    关 键  词:
    宽带 岩层 通信 系统
      专利查询网所有文档均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    0条评论

    还可以输入200字符

    暂无评论,赶快抢占沙发吧。

    关于本文
    本文标题:超宽带岩层通信系统.pdf
    链接地址:https://www.zhuanlichaxun.net/p-801139.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

    copyright@ 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
    经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1