[发明专利]基于计算机声卡的短波数字调制解调通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体是涉及一种基于计算机声卡的短波数字调制解调通信方法。

背景技术

短波通信是频率为3-30MHz的无线电通信方式，具有使用灵活、通信距离远、信道不易摧毁等优点。目前常用的短波电台可以分为模拟短波电台和数字短波电台。模拟短波电台只能传输模拟语音信号，数字短波电台是既可以实现模拟语音通信，也可以完成数据传输的现代化电台。近年来虽然数字电台得到推广，但是模拟电台仍占据市场较大份额。

由于模拟电台将语音直接调制到高频上，接收端模拟解调往往受到信道失真、强噪声干扰的影响，信号不易辨识，因此影响了模拟短波电台的应用。为了满足前向兼容，一次性将所有模拟短波电台升级为数字化短波电台成本高昂，产生巨大的浪费。因此，在传统模拟电台上加装数字处理模块，使目前的模拟短波电台实现数字化传输能力具有重要的应用价值。

目前常用的模拟电台数字改造方式是在电台上加装调制解调器，在调制解调器前端和后端再连接信号生成器和信号接收器。将电台传输外的处理模块简单化、便携化是现代通信的基本要求之一。

短波通信具有频率漂移大，信道噪声干扰强的特点，高准确度解调需要接收端提供准确的信道先验知识，包括同步与频偏估计。目前的调制解调器设计主要关注调制解调算法的优化却容易忽略实际应用中的需求。在短波通信中，由于频率偏移不稳定，接收端需要实时进行频偏估计，因此提出一种满足频偏估计范围、可准确同步并准确估计频偏的帧结构，对于解决短波数字通信问题有实际意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于计算机声卡的短波数字调制解调通信方法，有效解决了短波通信不稳定、噪声干扰强所导致的接收信号解调失效的问题，将发送前端与接收后端分别简化至便携计算机处理，对于短波通信实际应用有参考意义。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于计算机声卡的短波数字调制解调通信方法，该方法以计算机声卡为数模转换接口，将短波通信的调制器与解调器分别集成在发送端计算机与接收端计算机中，通过发送电台和接收电台实现短波通信，具体包括以下步骤：

1)发送端计算机生成有效数据，并对有效数据进行发送前预处理；

2)发送端计算机生成两段前导序列，并分别进行前导序列预处理；

3)将经过预处理的有效数据与前导序列组合成帧结构，前导序列位于有效数据前端；

4)步骤3)获得的帧结构经过数字上变频处理，再经过发送端计算机中的计算机声卡实现数模转换，转换后的模拟信号经过发送电台发送；

5)接收电台接收模拟信号，并传送给接收端计算机，接收端计算机中的计算机声卡对模拟信号进行模数转换，转换后的数字信号经过数字下变频处理恢复为复数信号；

6)对复数信号进行帧同步处理；

7)同步后的信号经频偏估计处理后获得前导序列的频率偏移，并根据频率偏移对信号进行频偏校正；

8)频偏校正后的信号经过解调处理获得有效信息。

步骤1)中，所述的发送前预处理包括信道编码、校验编码、扩频处理、调制和成型。

步骤2)中，所述的前导序列预处理包括差分编码和成型。

所述的发送端计算机包括依次连接的信号发生器、调制器和计算机声卡，对有效数据和前导序列进行预处理及数模转换；

所述的接收端计算机包括依次连接的计算机声卡、解调器和误码计算器，对接收到的信号进行模数转换、同步、频偏估计与解调处理。

所述的调制器包括相连接的调制模块和数字上变频模块。

所述的解调器包括依次连接的数字下变频模块、同步模块、频偏估计模块和解调模块，所述的解调模块对信号频偏校正后的信号依次经过信道估计、突发包同步、维特比解码、帧结构分解、信道解码处理，恢复出有效信息。

所述的同步处理为根据接收信号的自相关特性，由相关峰位置完成帧同步。

所述的发送电台和接收电台间的信道环境为射频线直连或无线信道。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)将发送前端与接收后端分别简化至便携计算机处理，有效解决了短波通信不稳定、噪声干扰强所导致的接收信号解调失效的问题；