新型摩尔斯电码调制解调器 在短波通信中的应用

2019-07-02 13:27:00

来源:凯池电子

1. 前言

随着科技发展的日新月异,各种新型的现代通信方式不断发展,通过摩尔斯电码进行短波信息传递的通信方式似乎显得过于老旧及远远落后于当下科技的发展。当今短波电台主要通过话报模式进行无线电短波通信,但在某些环境和条件下,短波电台的话报通信质量和稳定性都是不乐观的,甚至有时候根本无法进行话报的短波通信。这是由于影响短波电台通信质量的因素有很多,如大气条件,气温,太阳活动频繁程度等,都有可能影响短波电台的通信质量。而通过摩尔斯电码进行短波通信的成功率要远高于通过话报模式进行短波通信。这是由于人类的话音频率范围较大(20-20KHz),导致电台发射功率利用率不高。而摩尔斯电码信号是一种单音信号,通过短波电台发送时基本可视为满功率发送。因此在短波电台话报通信质量不佳或者根本通不上的情况下,利用摩尔斯电码进行短波通信可被视为有效的短波通信替代手段。在某些应用场景(如重大应急现场,重大自然灾害等),摩尔斯电码短波通信仍然可发挥巨大甚至关键的作用。

摩尔斯电码的历史十分悠久,发明于1837年。摩尔斯电码在早期无线电上举足轻重,是每个无线电通讯者所必须熟练掌握的基本技能。近年来由于现代通信方式的不断发展,摩尔斯电码似乎已经被放弃,越来越少的人使用摩尔斯电码进行短波通信。但是在某些特殊行业和应用场景下,摩尔斯电码依旧发挥着重要的作用。如果说短波电台是在紧急状况下的保底通信方式,那么摩尔斯电码则是短波电台的保底通信模式。

虽然通过摩尔斯电码进行短波通信相对于通过话报模式进行短波通信有诸多优势,但是通过摩尔斯电码短波进行通信在当代运用的越来越少,一方面是因为现代通信方式的不断发展,而另一方面是由于摩尔斯电码一般是通过人工方式进行发送和接收的,即摩尔斯电码的编码及译码工作都是有人工进行的。近些年虽然出现了摩尔斯电码自动编码器,但译码工作则仍由人工去完成。而熟练掌握摩尔斯电码的编码及译码技能难度很大,据了解培养一个合格的摩尔斯电码译码员使其译码速度达到80WPM平均需要9个月的时间。其时间成本和人员成本都很高导致了使用摩尔斯电码进行短波通信的门槛很高。新型摩尔斯电码调制解调器的主要功能是实现摩尔斯电码消息的自动编码及译码。通过本设备,即使对摩尔斯电码短波通信零基础的用户也可熟练的通过短波电台进行摩尔斯电码消息的传输。即解决了使用摩尔斯电码进行短波通信的最大门槛。

2.设备介绍

新型摩尔斯电码编解码调制解调器是一款可自动对摩尔斯电码进行编码及译码的设备,其发报和收报速度速率可根据短波信号强度进行调节,最高速率可达180WPM。用户可通过与新型摩尔斯电码调制解调器所连接的软件快速发送或者接收摩尔斯电码短报文,如下图所示。用户不需要了解任何摩尔斯电码的相关知识,即可通过摩尔斯电码进行短波通信。

图 1.发送摩尔斯电码短报文上位机软件界面

新型摩尔斯电码调制解调器设备的硬件采用ST最新的高性能STM32H743芯片作为主编解码芯片,使用WM8978音频芯片用于短波电台输出音频的A/D转换,LAN8720A网络芯片用于与上位机软件的网络传输。其硬件结构框图如下图所示:

新型摩尔斯电码编解码调制解调器的嵌入式软件是基于UCOSII实时操作系统并搭配LWIP网络协议栈进行开发。UCOSII实时操作系统具有任务调度,任务管理,时间管理,内存管理等基本功能且所占用资源小和可裁剪等特点十分适合嵌入式应用的操作系统,并被广泛的用于各类嵌入式芯片的系统开发。LWIP协议栈用于TCP/IP网络的搭建及数据的网络传输,LWIP协议栈可在UCOSII实时操作系统环境下运行,支持TCP和UDP等主要网络协议,并且所占用的单片机资源相对较小,十分适合用于搭建基于单片机的各种设备。而专为摩尔斯电码编解码调制解调器所开发的编解码算法,设备间的通信协议及校验方法则可有效的保证所接收摩尔斯报文的正确率。

新型摩尔斯电码调制解调器采用可靠的TCP网络协议与上位机软件进行连接和数据交换,从而保证了与上位机软件之间的数据传输的完整性和可靠性。根据RFC793的定义,TCP网络协议是一种面向连接的,可靠的,基于字节流的传输层通信协议。

3.应用场景

摩尔斯电码调制解调器不仅可运用在自动发送或者接收摩尔斯电码报文的应用场景,而且可通过摩尔斯电码远距离发送或者接收设备控制指令从而实现低成本,远距离的设备远程控制功能,特别适用于在偏远山区或者距离陆地较远的海洋岛屿建立无人值守的基站或观察点等应用场景。

3.1 摩尔斯电码发送接收报文应用场景

发送端:用户将要发送的报文数据输入到与摩尔斯电码调制解调器所连接的上位机摩尔斯报文收发软件,通过TCP网络将报文数据发送到摩尔斯电码调制解调器,摩尔斯电码调制解调器收到报文数据后,首先通过设备间的通信协议与目标台设备建立链接,然后通过一系列的算法处理将报文数据转换为摩尔斯电码并通过短波系统将报文发送到目标台。

接收端:接收端短波系统接收到发送端的摩尔斯电码信号并将信号转换成音频发送给摩尔斯电码调制解调器,摩尔斯电码调制解调器通过一系列算法将接收到的摩尔斯电码音频信号解码为可供单片机与上位机软件识别的二进制数字信号后,与发送端建立链接,然后将已经解码并校验成功的摩尔斯电码报文通过网络传送给与摩尔斯电码调制解调器所连接上位机软件,上位机软件收到摩尔斯报文数据后,将报文信息在显示屏上显示出来,并根据需要对接收到报文进行进一步处理,如转发给其它设备等。

3.2设备远程控制应用场景

发送端:用户通过使用与摩尔斯电码调制解调器连接的上位机远程控制软件,将远程设备的控制指令通过网络发送到摩尔斯电码调制解调器,摩尔斯电码调制解调器收到远程设备的控制指令后,首先通过设备间的通信协议与目标台设备建立链接,然后通过一系列的算法处理将远程设备的控制指令转换为摩尔斯电码并通过短波系统将报文发送到目标台。

接收端:接收端短波系统将接收到的发送端的摩尔斯电码信号转换成音频后,发送给摩尔斯电码编解码调制解调器,摩尔斯电码调制解调器通过一系列算法将接收到的摩尔斯电码音频信号解码为可供单片机与上位机软件识别的二进制数字信号后,与发送端建立链接,然后将已经解码并校验成功的控制指令通过网络发送到与远程受控设备所连接的信号转换设备,信号转换设备通过解析摩尔斯电码调制解调器接收到的设备控制指令后,向受控设备输出相应的控制信号从而完成设备的远程控制。

4.主要功能及参数

?? 摩尔斯电码调制解调器的主要功能是自动编解码通过短波电台系统传输的摩尔斯电码报文及设备的远程控制指令。设备的详细功能介绍和参数说明详见下文的设备功能表。

5.设备主要技术特性

(文章:
凯池电子研发部 付琰