CN102136849A - 入向链路码分多址的星形无线通信网络系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种入向链路码分多址的星形无线通信网络系统及实现方法，应用于由不同的外围节点和中心节点组成的星形无线通信网络入向链路方向传输信息，整个系统需要实现时间同步，不同的外围节点通过同一个伪随机序列的不同初始相位来区分，外围节点向中心节点发送数据时，需要估计传输延迟来调整发送时隙，需要估计外围节点与中心节点之间的相对运动来补偿信号传输时的多普勒影响。该实现方式能够有效地减轻接收端的处理负担，降低接收端的设计复杂度，特别适合于陆地移动通信以及卫星通信系统。

Description

入向链路码分多址的星形无线通信网络系统及实现方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，是码分多址技术在星形无线通信网络入向链路上的一种实现方法。

背景技术

目前通信领域普遍采用码分多址技术实现多用户之间的信息传输。起初只被军事领域应用的GPS系统是码分多址技术第一次大规模的成功应用。随着时间推移，蜂窝移动通信领域也逐渐过渡到具有较高安全性和能为众多用户提供服务的码分多址技术上。

码分多址使用多个相关性优良的伪随机码，接收机利用其自相关和互相关特点进行信号的捕获和跟踪。同时码分多址系统通过扩频将信号隐于噪声中从而提高了安全性，多址接入也使得多个用户可以共享一个公共信道。通常共用信道的多个用户使用不同的伪随机码。

在诸如GPS等导航系统中，通常是卫星或者基站播发测距信息，接收机单向接收、处理获得位置、速度等信息，但是经常服务中心也需要知道用户的位置等信息，甚至于在情况模糊时拥有建立直接通信联系的迫切需求。在这类系统中，如果用于导航的部件能够做少量改动就能用于通信，那么就拥有很高的应用价值。

接收机处理一般分为射频部分和数字基带部分。射频部分实现信号放大和下变频，之后经过AD采样成为数字中频信号，进入基带处理器进行处理。发射机是接收机的逆过程。

基带处理部分一般首先需要逐个搜索所有伪随机序列和相应序列的所有相位。加上载波多普勒搜索，接收机需要进行三维的搜索过程。传统串行搜索方法耗费时间很长，FFT等并行方法以及串并结合的方法被广泛应用于现代接收机。但是限于处理器性能和考虑成本、功耗等因素，在实际应用中搜索速度仍不能满足特定的要求。三维搜索的复杂度和搜索时间成为影响CDMA接收机结构和性能的关键因素。

发明内容

本发明的目的是设计一种星形无线通信网络入向链路上码分多址方案，使不同的外围节点能实现同时与中心节点通信。

为了实现所述目的，本发明第一方面，提供一种入向链路码分多址的星形无线通信网络系统，所述星形无线通信网络系统由中心节点和多个不同的外围节点组成，中心节点和不同的外围节点之间为无线连接，其中：

不同的外围节点采用码分多址方式向中心节点传输数据；中心节点和外围节点之间需要实现时间同步，时间同步误差不能超过伪随机序列一个码片的时间间隔；

不同的外围节点采用同一个伪随机序列，通过初始相位的不同来区分各个外围节点；所述外围节点向中心节点传输数据时，需要计算出外围节点到中心节点的距离，进而得到信号从所述外围节点传输到中心节点的传播延迟，在外围节点传输数据时需要调整传输时隙，使中心节点接收到的不同的外围节点的伪随机序列的相位不出现重叠。

为了实现所述目的，本发明第二方面，提供一种使用入向链路码分多址的星形无线通信网络系统的入向链路码分多址的星形无线通信网络实现方法，所述方法的实现步骤包括：

步骤1：整个星形无线通信网络系统在传输数据前，需要实现时间同步；

步骤2：发送数据时，外围节点首先需要预先计算出到中心节点的距离，然后算出信号从外围节点传输到中心节点的传播延迟时间，调整数据传输时隙，使中心节点接收到的不同外围节点的伪随机序列的相位不出现重叠；外围节点估算和中心节点之间存在相对运动的大小，在向中心节点发送数据时需要根据相对运动的大小补偿相对运动所引起的多普勒频移；

步骤3：中心节点收到伪随机序列后，进行捕获和跟踪，根据相位和已经同步的时间信息确定外围节点信息；根据需要进行数据转发或者解调。

本发明的有益效果：本发明所设计的码分多址技术只使用一组码即可实现无线星型网络入向的通信，这等于三维搜索减少到二维，而只增加了很少的辅助部件，这极大减少了发射和接收机的设计复杂度和搜索时间，在导航通信一体化系统中优势尤其明显。

本发明的码分多址实现方式能够减少接收端的捕获时间，特别适合于星形无线网络入向链路数据传输，例如卫星通信中从地面接收机到卫星之间的通信，地面无线通信中从用户节点到无线基站之间的通信。该实现方式能够有效地减轻接收端的处理负担，降低接收端的设计复杂度，特别适合于陆地移动通信以及卫星通信系统。

附图说明

图1是本发明入向链路码分多址的星形无线通信网络实现方式的系统结构图。

图2是码从外围节点发射、传输到中心节点接收时的相位关系示意图。

图3是本发明系统信号处理流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

入向链路码分多址的星形无线通信网络系统组成结构如图1所示，主要包括中心节点1和外围节点2，中心节点1和不同的外围节点1为无线连接。外围节点2在入向链路上向中心节点1发送信息，既可以是固定的外围节点，也可以是移动的外围节点，如星载外围节点、车载外围节点、船载外围节点或手持外围节点。中心节点1在入向链路上接收所述外围节点2发出的信息，中心节点1既可以是固定中心节点，也可以是移动中心节点；可以是地面基站、空中预警机或者星载转发器。所述的外围节点2是地面固定节点21、地面控制段22、移动节点23、和中心节点相似的节点24、星基节点25。外围节点2也可以具有与中心节点1完全相同的功能。所述固定节点21是地面固定发射站、台；所述地面控制段22是指挥、控制中心节点行为的控制站；所述移动节点23是手持或者车载移动终端；所述和中心节点相似的节点24是具备和中心节点完全相同功能的地面基站、空中预警机或者星载转发器；所述星基节点25是星载转发器。

所述星形无线通信网络系统中：不同的外围节点2采用码分多址方式向中心节点1传输数据；中心节点1和所述外围节点2之间需要实现时间同步，时间同步误差不能超过伪随机序列一个码片的时间间隔；不同的外围节点2采用同一个伪随机序列，通过初始相位的不同来区分各个外围节点；所述外围节点2向中心节点1传输数据时，需要计算出外围节点2到中心节点1的距离，进而得到信号从所述外围节点2传输到中心节点1的传播延迟，在所述外围节点2传输数据时需要调整传输时隙，使中心节点1接收到的不同的外围节点2的伪随机序列的相位不出现重叠。

中心节点1处理接收到的数据，也可以把接收到的信号转发给外围节点2。

在外围节点2和中心节点1之间存在相对运动的情况下，外围节点2向中心节点1传输数据时，需要根据相对运动的大小补偿相对运动所引起的多普勒频移，使不同外围节点2到达中心节点1的信号频率一致。

整个系统在传输数据前，需要实现时间同步，并且时间同步误差要小于伪随机序列一个码片的时间间隔。如图2所示，不同外围节点2使用同一个伪随机序列的不同相位。

本发明信号传播过程如图2所示，T1、T2、T3、T4等表示不同的外围节点2，A表示为随机序列在外围节点2中开始发射过程中的相位关系，B表示在介质(空气中)传播时的相位关系，C表示中心节点1在接收信号时伪随机序列的相位关系。图中以1到9的数字表示伪随机序列的相位关系。外围节点2调整发送时伪随机序列的相位，如图2中外围节点T1所示，发送时从伪随机序列第9个相位开始，依次发送相位顺序为987654321的伪随机序列，中心节点最先收到第9个相位，根据同步的时间即可确定此为T1所发。和T1原理相同，T2最先发送伪随机序列第1个相位，中心节点最先收到第1个相位，根据同步的时间即可确定此为T2所发。T3、T4也和此原理一致。

系统工作时，外围节点2需要使信号经过图2中B部分路径的传播后，使中心节点1接收到的信号为图2中C部分所示——即相位错开的状态，以区分各个外围节点2。中心节点1在接收时，首先通过捕获确定码相位，然后利用码相位和已经同步的时间信息确定是哪一个外围节点2。确定好之后根据需求转发或者解调数据。

外围节点2需要发送数据时的工作流程如图3所示，在系统时间同步完成后，如果外围节点2不需要发送数据，则进入空闲状态，如果有数据需要发送就准备发送数据，在发送数据前，外围节点2首先需要预先计算出到中心节点1的距离，然后算出信号从外围节点2传输到中心节点1的传播延迟时间，调整数据传输时隙，使中心节点1接收到的不同外围节点2的伪随机序列的相位不出现重叠。外围节点2需要估算和中心节点1之间存在相对运动的大小，在向中心节点1发送数据时需要根据相对运动的大小补偿相对运动所引起的多普勒频移，使不同外围节点2到达中心节点1的信号频率一致。

中心节点1有两种工作模式为：

处理模式：在这种情况下，中心节点1处理接收到外围节点2的信号，捕获跟踪，解调出数据，由于只采用了一个伪随机序列，可以比较快速的实现伪随机序列捕获，确定码相位；

转发模式：在这种模式下，中心节点1不处理接收到的信号，仅仅是把接收到的信号转发到外围节点2，所述外围节点2处理信号，这样可以分担中心节点1的负担，能够比较快速地搜索到信号。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (9)

1.一种入向链路码分多址的星形无线通信网络系统，其特征在于：所述星形无线通信网络系统由中心节点和多个不同的外围节点组成，中心节点和不同的外围节点之间为无线连接，其中：

不同的外围节点采用码分多址方式向中心节点传输数据；中心节点和外围节点之间需要实现时间同步，时间同步误差不能超过伪随机序列一个码片的时间间隔；

不同的外围节点采用同一个伪随机序列，通过初始相位的不同来区分各个外围节点；所述外围节点向中心节点传输数据时，需要计算出外围节点到中心节点的距离，进而得到信号从所述外围节点传输到中心节点的传播延迟，在外围节点传输数据时需要调整传输时隙，使中心节点接收到的不同的外围节点的伪随机序列的相位不出现重叠。

2.如权利要求1所述的星形无线通信网络系统，其特征在于，外围节点是固定外围节点，也可以是移动外围节点，外围节点数目由伪随机序列的长度决定。

3.如权利要求2所述的星形无线通信网络系统，其特征在于，所述移动外围节点是手持终端、车载终端、船载终端或者星载转发器。

4.如权利要求1所述的星形无线通信网络系统，其特征在于，所述中心节点是固定的节点或者移动节点。

5.如权利要求4所述的星形无线通信网络系统，其特征在于，所述中心节点是地面基站、空中预警机或者星载转发器。

6.如权利要求1所述的星形无线通信网络系统，其特征在于，中心节点处理接收数据，中心节点也能把接收到的信号转发给具有转发或者处理功能的外围节点。

7.如权利要求1所述的星形无线通信网络系统，其特征在于，中心节点的工作模式具有处理模式和转发模式，所述处理模式是中心节点把接收到的信号解调出数据；所述转发模式是中心节点仅仅把接收到的信号转发给外围节点，此时在中心节点上不解调接收到的信号。

8.如权利要求1所述的星形无线通信网络系统，其特征在于，外围节点除具有发送能力外，具有与所述中心节点相同的工作模式，或者只具备处理或者转发工作模式。

9.一种使用权利要求1所述的入向链路码分多址的星形无线通信网络系统的实现方法；其特征在于，所述方法的实现步骤包括：

步骤1：整个星形无线通信网络系统在传输数据前，需要实现时间同步；

步骤2：发送数据时，外围节点首先需要预先计算出到中心节点的距离，然后算出信号从外围节点传输到中心节点的传播延迟时间，调整数据传输时隙，使中心节点接收到的不同外围节点的伪随机序列的相位不出现重叠；外围节点估算和中心节点之间存在相对运动的大小，在向中心节点发送数据时需要根据相对运动的大小补偿相对运动所引起的多普勒频移；

步骤3：中心节点收到伪随机序列后，进行捕获和跟踪，根据相位和已经同步的时间信息确定外围节点信息；根据需要进行数据转发或者解调。

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