窄带短波调制解调器发送端基带数据流成形研究及关键技术探讨

摘要：根据美军标MIL―STD一110B，详细分析了短波调制解调器发送端基带数据流的形成。针对目前短波调制解调器工程应用中存在的不足及美军标中值得研究的问题，讨论了短波调制解调器设计中的注意事项；并针对短波信道CMA盲均衡，论述了其研究前景和目前遇到的技术障碍，分析指出短波信道盲均衡是短波调制解调器下一步重点研究的方向之一。
关键词：短波调制解调器；格雷编码；信道探测；数据加扰；信道盲均衡

0 引 言
短波调制解调器分为单音串行和多音并行两种工作模式。其中，单音串行模式还可分为固定频率和跳频两种工作方式。固定频率方式采用载波频率为1 800±1 Hz，跳频工作方式仅在系统数据处理上与固定频率方式有所差别，其数据流形成流程与固定频率模式基本一致。本文主要针对单音串行固定频率工作模式下短波调制解调器发送端基带数据流成形展开研究。
参照美军标MIL―STD一110B，在VF(语音频段)范围内工作的短波调制解调器数据率主要有：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不进行编码，其工作状态不稳定，是下一步研究设计的目标。短波调制解调器的数据流形成包括如下几个阶段：数据编码、交织、格雷编码、加扰、同步序列的发送、信道探测序列发送和用户信息发送，各阶段数据处理之间有所交叉。串行短波调制解调器采用8PSK调制方式，不管用户采用何种信道速率，在基带信号处理中，码符号速率均为2 400 Baud。

1 发送端数据流程
1．1 数据编码与交织
用户数据输出二进制信息至编码器，对输入数据进行纠错编码。纠错编码一般采用(7，[-133 171-])的卷积编码方式，所有数据率均采用不编码或1／2码率编码，并重复相应次数，以达到相应的数据率。其中，4 800 b／s和2 400 b／s数据率时编码输出为4 800 b／s；1 200 b／s数据率时编码输出为2 400 b／s；600 b／s，300 b／s，150 b／s数据率时编码输出为1 200 b／s；75 b／s数据率时编码输出为150 b／s。
编码输出数据进入交织矩阵，有两种交织方式长交织和短交织，其对应的时间常数分别为4．8 s和0．6 s或0 s；短交织一般是0．6 s。数据交织的存与取，以交织长度为单位处理，交织矩阵的规模与用户数据率有关。同时，在等待交织长度数据过程中，系统发送同步数据序列，供系统同步用。因此，系统同步的时间长度与交织长度一致。无交织即对发送数据流不进行交织处理，如用户数据流为4 800 b／s时，不进行交织处理。关于交织存储的具体实现算法，各种文献可能有所差别，这里不做详细讨论，但其基本思想均是将发送相近的比特流分裂成发送距离远的比特流。
1．2 修正格雷编码
修正格雷编码是为了当码符号出现差错时，只有1个bit数据传输出错。在短波调制解调器中，均采用8PSK的调制方式，为了将不同的用户速率，均映射到2 4 O(]Baud的信道速率，将4 800 b／s和2 400 b／s数据流每3个hit为一组，进行一次格雷编码；将1 200 b／s和75 b／s数据流，每2个bit为一组，进行一次格雷编码，对应调制为4PSK；600 b／s，300 b／s，150 b/s数据流，不进行格雷编码，对应调制为BPSK。
1．3 发送数据流的形成
在调制解调器中，物理层发送的数据流包括同步信息数据流、用户数据流和信道探测数据流，三者根据不同的时隙分配，选择性发送。当用户启动数据发送时，根据用户选择的交织形式发送同步信息，同步信息的长度与交织深度一致。当同步系信息发送完毕后，数据流从交织矩阵中输出，开始进入信息发送流程。在信息发送过程中由于需要加入信道探测信息，因此需要交替发送用户信息和信道探测信息。
1．3．1 同步序列的发送
每次启动数据发送时，均需要先发送同步数据。同步数据以段为单位，每段数据长度为200 ms，根据系统的交织深度，调整同步数据段的发送次数。同步数据段包括15个8进制数据，其内容包括同步识别信息、交织信息和同步发送次数计数。
信道探测与用户数据发送的比例与用户数据率有关。在用户数据率为4 800 b／s和2 400 b／s时，每16个信道探测符号后，发送32个用户数据符号，探测符号与用户数据符号的比例为1：2；当用户数据分别为1 200 b／s，600 b／s，300 b／s，150 b／s时，在每20个信道探测符号后，发送20个用户数据符号，探测符号与用户数据符号的比例为1：1。
可见，用户数据率越低，用户信道探测的数据越长，通信也将越可靠。当用户数据为75 b／s时，将不发送信道探测序列，而采取其他的技术手段，以确保通信的可靠性。
1．3．2 用户数据的发送
对不同的波特率，由于插入的信道探测数据符号长度不等，用户数据经过修正格雷编码后，还要经过数据成形，以确保信道波特率为2 400 Baud。当用户数据率分别为4 800 b／s，2 400 b／s时，数据流不变化。其他用户数据率的映射方式可参见表1，实际上，其较低数据率对应较低的调制阶数。
当用户数据率为75 b／s时，采用发送正交波形模式，每2个比特数据映射成8位8进制数据，并重复4次。