【关键词】：对流层散射通信；AD9361；参数分析；应用
0. 引言
对流层散射通信是利用对流层中大气的不均匀性对超短波和短波的散射或反射作用来实现的一种超视距无线通信方式[1]。其具有单跳跨距大、保密性好、抗侦收和抗截获能力强等特点，在军事和民用通信领域中占有重要地位[2]。
AD9361是ADI公司推出的一款高集成化的解决方案，可以很好的满足当前绝大部分对流层散射通信设备的集成化要求。其内部集成了模数变换、数模变换、上/下频率合成、可控增益放大器以及直流偏置校准等功能，可通过正交误差校准和直流偏置校准功能很好的解决在零中频架构中存在的直流偏置和正交误差，从而使零中频架构在对流层散射通信这种高性能要求的设备中得到很好的应用。
1.设备组成与原理
1.1 设备组成
现有对流层散射通信设备的组成框图如图1所示。在发送端，包括数字处理（含数字复接、编码、调制等）、数模变换、低中频（上变频）、发信机、高功率放大器、双工器、发射天线；在接收端，包括接收天线、双工器、低噪声放大器、收信机、低中频（下变频）、自动增益控制（AGC）、模数变换、数字处理（含解调、译码、数字分接）等。其中收/发信机、低中频（上/下变频）、AGC、AD/DA变换均为分立器件或模块搭建。这些分立的器件和模块的使用，极大的增加了设备体积和复杂度，也是未来对流层散射通信设备进行小型化、低功耗、模块化、集成化升级的障碍。
1.2 现有波形分析
现行的对流层散射通信设备架构设计与波形体制是密切相关的。要研究AD9361是否可应用于对流层散射通信设备中，必须对现行体制进行研究分析，包括工作频率、信号带宽、接收通道增益、采样率设计等。
其中接收通道增益与采样率设计与通信速率密切相关，不同的通信速率对应的最佳通道带宽和最佳采样率也不同。在以上通信速率下，波形体制主要分为两种，包括失真自适应接收体制和自适应均衡接收体制。
失真自适应接收体制，发射信号预留保护时间，接收端提取出失真载波，实现最佳匹配接收，当多径展宽小于半个符号周期时，常采用的成型方式为3/4占空的升余弦，多用于通信速率为32Kb/s~2.048Mb/s的对流层散射通信设备中。
自适应均衡接收体制，多用于存在大多径时，接收机采用均衡器消除码间干扰，当多径展宽大于1个符号周期时，常采用的成型方式为交叠升余弦，多用于通信速率为2.048Mb/s~16.384Mb/s的对流层散射通信设备中。
2. 基于AD9361的电路设计
2.1 频率设计
AD9361的工作频率为70MHz~6.0GHz。从表1中可知，其工作频率完全覆盖对流层散射通信设备的常用频率，可以很好的满足工作频率要求。
2.2 接收通道增益设计
从表1中可知，对流层散射通信设备的通信速率覆盖32Kb/s~16.384Mb/s，接收门限从-90dBm~115dBm，单独依靠AD9361的通道增益（4000MHz~6000MHz时为62dB），显然是不够的，需要与接收通道上的低噪声放大器协同工作，合理分配通道增益。例如在16.384Mb/s通信速率下，接收门限为-90dBm，AGC增益为62dB，那么低噪声放大器增益设计为28dB，即完全可以满足应用需求。
2.3信号带宽设计
信号占用的带宽与所采用的波形体制密切相关，根据不同的通信速率以及采用的波形体制，对应不同的信号带宽如表2所示
表2 不同波形体制下的信号带宽
注：fb为通信速率
AD9361的通道带宽范围为200kHz至56MHz，完全可以满足不同通信速率的信号带宽要求。
2.4 采样率设计
在实际的对流层散射通信设备设计中，通常满足采样率大于符号速率4倍这一关系，以AD9361工作于FDD模式下为例，其最大采样率为61.44MSPS，假设通信速率为16.384Mb/s，采用QPSK调制，那么对应的符号速率为：16.384/2=8.192MSPS，采样率为符号速率之间的倍数关系为：61.44MSPS/8.192MSPS = 7.5倍，大于要求的4倍，因此在采样率上是完全可以满足要求的。
2.5 基于AD9361的系统架构设计
经过以上分析，AD9361是完全可以满足现有对流层散射通信设备的关键指标要求的。采用AD9361替换现有对流层散射通信设备中的部分元件和模块，进行电路设计，得到的设备组成框图如图1所示。
由图1可见，设备集成度实现的极大的提升，复杂度明显降低。
图1 基于AD9361的系统组成框图
3. 硬件验证及分析
为了充分验证基于AD9361进行电路设计的可行性，在实验室环境下，借助SR5500信道仿真器，搭建测试系统，对所设计电路进行硬件测试分析。测试系统由两端对流层散射通信设备组成，其中一端为基于AD9361的对流层散射通信设备，另一端为基于分立模块的传统对流层散射通信设备，两端设备进行FDD的全双工通信，通信速率为16.384Mb/s、频率配置为4.4-5GHz，设置信道形式为AWGN，归一化信噪比后的测试结果曲线如图2所示。
图2两型设备的性能对比图
从图2中可以看出两端基本没有任何的性能差别，也即表明，将AD9361这种高集成度的芯片应用于现有的对流层散射通信设备中，是完全可行。
4. 结束语
采用高集成化的AD9361芯片替换现有的分立模块，重新设计对流层散射通信设备，完全不会影响设备性能，可以推动对流层散射通信设备的小型化、低功耗、模块化、集成化发展，推动对流层散射通信设备的大范围应用。
参考文献
[1] 刘莹，董占强. 大容量散射调制解调器设计方案探讨[J]. 无线电通信技术，2008，3（34）：16-18.
[2] 吴新华. 单载波频域均衡技术在散射通信中的应用[D]. 西安：西安电子科技大学，2010.
[3] 徐鼎伟. 数字对流层散射通信. 中国电子科技集团公司第五十四研究所，2004年8月
论文作者:全亮,陈小溪
论文发表刊物:《科技新时代》2018年3期
论文发表时间:2018/6/6
标签：对流层论文; 通信设备论文; 速率论文; 通信论文; 增益论文; 体制论文; 波形论文; 《科技新时代》2018年3期论文;