CN105577263B - 短波接入网基于软值合并的分集接收方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于短波通信技术领域,提供一种短波接入网基于软值合并的分集接收方法及系统,其中远端用户与短波接入网中的一个固定台站进行交互完成链路建立和入网;固定台站将所述工作频率f发送至控制中心;控制中心根据需要接收信号的路径数N,选定短波接入网内其它的N‑1个固定台站,并将工作频率设置为f,当需要发送信号时,远端用户发送信号,N个固定台站接收信号并进行处理,输出N路基带离散采样信号;最后所述控制中心或者固定台站通过对N路基带离散采样信号进行联合处理,得到远端用户的初始发送信号。本发明实现了在短波接入网中采用分集接收,充分发掘接入网在提供多路传输方面的优势,达到分集接收的效果,有效提升短波通信质量。

Description

短波接入网基于软值合并的分集接收方法及系统
技术领域
本发明属于短波通信技术领域,尤其涉及一种短波接入网基于软值合并的分集接收方法及系统。
背景技术
短波通信主要依靠电离层反射进行传播,能够实现无中继远距离通信,具有机动性强、网络重构快捷和抗毁性强等特点,广泛应用于军事、远洋、渔业、救灾、气象、外交等领域。同时,它也是应急和保底通信的一种重要手段。
电离层本身是一种时变的传输媒介,存在着多径干扰、时间选择性衰落、多普勒频移等复杂的因素,这导致传统的点对点短波通信无法获得良好的通信质量。现代短波通信主要采用接入网组网模式,接入网包括分布在不同地域的固定台站和控制中心。这些固定台站通过有线方式相互连接,并连接至控制中心。远端用户通过短波链路以无线方式接入短波接入网,实现与其它远端用户或有线用户通信。现有短波接入网中,远端用户通过异步模式(如导航音模式)或同步模式(如美军3G模式)入网,但这仍然是一种点对点的通信方式,信号接收误码率高。
发明内容
鉴于上述问题,本发明的目的在于提供一种短波接入网基于软值合并的分集接收方法及系统,旨在解决现有点对点的短波接入方式信号接收误码率高的技术问题。
一方面,所述短波接入网基于软值合并的分集接收方法包括下述步骤:
远端用户通过异步或同步模式与短波接入网中的一个固定台站进行交互完成链路建立和入网,链路建立后,所述远端用户与固定台站之间的工作频率为f;
所述固定台站通过有线网络将所述工作频率f发送至控制中心;
所述控制中心根据需要接收信号的路径数N,选定短波接入网内其它的N-1个固定台站,并将这N-1个固定台站的工作频率设置为f,这里总共N个固定台站形成一个接收台站集合;
远端用户开始发送信号;
接收台站集合在控制中心的统一控制下接收信号并进行处理,输出基带离散采样信号;
将所有基带离散采样信号通过有线网络传输至集中处理中心进行联合处理,得到远端用户的初始发送信号,所述集中处理中心为控制中心或者为控制中心指定的一个固定台站。
另一方面,所述短波接入网基于软值合并的分集接收系统包括远端用户以及短波接入网,所述短波接入网内包含控制中心以及分布在不同地域的固定台站,所述固定台站间通过有线网络连接,并连接至所述控制中心,所述固定台站用于实现远端用户的无线接入,完成无线到有线的转换;
其中所述远端用户包括:
建链入网模块,用于通过异步或同步模式与短波接入网中的一个固定台站进行交互完成链路建立和入网,链路建立后,所述远端用户与固定台站之间的工作频率为f;
信号发送模块,用于开始发送信号;
其中所述固定台站包括:
频率发送模块,用于通过有线网络将所述工作频率f发送至控制中心;
信号处理模块,用于在控制中心的统一控制下接收信号并进行处理,输出基带离散采样信号;
其中所述控制中心包括:
选择设置模块,用于根据需要接收信号的路径数N,选定短波接入网内其它的N-1个固定台站,并将这N-1个固定台站的工作频率设置为f,这里总共N个固定台站形成一个接收台站集合;
所述控制中心或者固定台站还包括:
汇集处理模块,用于对N路基带离散采样信号进行联合处理,得到远端用户的初始发送信号。
本发明的有益效果是:本发明实现了在短波接入网中采用分集接收技术方案,充分发掘接入网在提供多路传输方面的优势,远端用户通过选择信道质量较好的固定台站接入,可以达到分集接收的效果,有效提升短波通信质量。本发明实现简单,在台站支持互控的基础上,对现有短波接入网进行较小的改造即可形成接收台站集合;另外扩展性强,根据对接收信号质量的需求,控制中心可以灵活地调整接收台站集合中固定台站的数目,以适应不同信号强度的需求。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的短波接入网基于软值合并的分集接收方法的流程图;
图2是信号发送接收的整体框图;
图3是数据帧结构图;
图4是编码器结构图;
图5是不同数量的固定台站接收远端用户的信号时的误码率与比特信噪比的关系图;
图6是本发明第二实施例提供的短波接入网基于软值合并的分集接收系统的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一:
图1示出了本发明实施例提供的短波接入网基于软值合并的分集接收方法的流程,为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。
步骤S101、远端用户通过异步或同步模式与短波接入网中的一个固定台站进行交互完成链路建立和入网,链路建立后,所述远端用户与固定台站之间的工作频率为f。
远端用户通过异步模式(如导航音模式)或同步模式(如美军3G模式)与短波接入网中的某个固定台站进行握手交互,建立链路并入网。链路建立后,远端用户与固定台站工作在确定的工作频率f上。
步骤S102、所述固定台站通过有线网络将所述工作频率f发送至控制中心。
固定台站之间以及固定台站控制中心之间采用有线方式连接,比如光纤网络连接。固定台站负责远端用户的无线接入,完成无线到有线的转换。控制中心控制固定台站的相关工作,比如收发信号、用户接入认证、路由交换、频率分发和安全管理等。当远端用户接入到短波接入网后,远端用户与与之建立链接的固定台站之间有一个固定的工作频率f,将工作频率f发送至控制中心。
步骤S103、所述控制中心根据需要接收信号的路径数N,选定短波接入网内其它的N-1个固定台站,并将这N-1个固定台站的工作频率设置为f,这里总共N个固定台站形成一个接收台站集合。
控制中心收到固定台站发送的工作频率f后,若系统需要接收N路信号,则短波接入网内需要有N个固定台站都工作在工作频率f上,因此控制中心还需要在短波接入网选择其他的N-1个固定台站,将其工作频率同样设置成f,这样这样工作在工作频率f上的所有固定台站都可以接收到用户发出的信号。这里N个固定台站构成接收台站集合,其中一个为用户初始建链时接入的固定台站,其它N-1个为在控制中心控制下工作频率设置为f的固定台站。
步骤S104、远端用户开始发送信号。
步骤S105、接收台站集合在控制中心的统一控制下接收信号并进行处理,输出基带离散采样信号。
步骤S106、将所有基带离散采样信号通过有线网络传输至集中处理中心进行联合处理,得到远端用户的初始发送信号,所述集中处理中心为控制中心或者为控制中心指定的一个固定台站。
固定台站的工作频率设定完成后,远端用户即可发送信号,接收台站集合内的N个固定站台接收到的N路信号经过处理输出N路基带离散采样信号,然后通过有线网络将N路基带离散采样信号汇集到控制中心或控制中心指定的固定台站进行联合处理,实现多路合并,获得分集效果。
本实施例中,为了实现分集接收,从多个固定台站接收到的信号需要进行汇集处理。控制中心可以专门设置汇集处理模块,负责处理接收到的多路信号,也可以指定专门的固定台站负责汇集信号和处理,实现接收合并,提升系统性能。
由于目前短波接入网支持固定台站之间的互控功能,因此形成一个接收台站集合联合接收多路信号实现比较简单,对现有短波接入网络改造较小。由于短波信道较窄,其传输容量有限,各路信号汇集后数据量也不会太大,因此接收台站集合中的各个固定台站通过高速、高带宽有线网络(如光纤网络)连接,可以实现将各路接收信号汇集进行联合处理。因此本发明实施例方法具有以下优点:
(1)实现简单。在台站支持互控的基础上,对现有短波接入网进行较小的改造即可形成接收台站集合。
(2)扩展性强。根据对接收信号质量的需求,控制中心可以灵活地调整接收台站集合中固定台站数目,以适应不同信号强度的需求。
上述步骤S104-S106实现了远端用户的信号发送,以及短波接入网内的N个固定台站的信号接收、汇集和处理的过程,下面以远端用户为发射机,固定台站为接收机描述整个发送和接收的具体过程。参照图2所示的信号发送接收的整体框图,远端用户作为发射部分,将待发送的信号经过编码(比如采用FEC编码,采用卷积码)、符号映射、加扰码、调制(比如采用PSK调制)、上变频、功率放大;N个工作在频率f的固定台站接收远端用户发射的信号,经过滤波和下变频功能,得到N路基带离散采样信号,基带离散采样信号通过有线网络汇集至集中处理中心进行联合处理。集中处理中心联合处理的过程为:将接收到的N路信号进行解调、去扰、逆映射和译码(比如采用viterbi译码)后得到远端用户的初始发送信号。
为了证明分集接收带来的性能增益,下面通过具体试验验证:
远端用户发送部分将模拟话音送入声码器处理,75ms输出一帧数据,长度为45bit,对其尾部补3个“0”比特(bit),然后添加12bit的CRC校验,得到60bit的数据帧,数据速率为800bit/s,数据帧结构如图3所示,比特位置从左至右为P0至P59。然后对每一帧数据进行码率为1/2,约束长度为9的卷积编码,编码后速率为1600bit/s;最后加入前导序列和内插导频,进行符号映射,加扰码后进行8PSK调制、上变频和功率放大处理之后发送出去。
对每帧的60bit数据,进行码率为1/2,约束长度为9的卷积码编码,编码器结构如图4所示。编码器生成多项式为: 其中表示模2加运算。数据进入卷积码编码器进行“咬尾”编码,规则如下:(1)用数据帧中后8位初始化编码器的状态:每帧位置P52……P59分别对应编码器的x1……x8,即寄存器x1的值为P52,寄存器x8的值为P59;(2)移位寄存器x8……x1中的数据右移一次至寄存器x7……x0中,然后将数据第1比特P0移位至寄存器x8;(3)以Bitout0、Bitout1的顺序输出编码比特。输入数据、向右移位,重复上述过程直至读出120个编码比特。
图5示出了不同数量的固定台站接收远端用户的信号时的误码率(BER)与比特信噪比(Eb/N0)的关系。本试验例采用的信道为Rayleigh衰落信道,采用最大比值合并(MRC)方式合并接收多路信号,Branches表示路径数目(即同时接收信号的固定台站数目),远端用户与多个固定台站间的信道相互独立,合并点2指的是对基带离散采样信号合并,集中处理中心采用Viterbi译码方法译码。从图中看出BER=10-3时,固定台站数目分别为1、2、3、4和5时,对应的Eb/N0分别约为22dB、5.2dB、3dB、1dB和-0.5dB。从该试验可以看出,采用分集接收技术后,能够大幅度提高系统性能。
实施例二:
图6示出了本发明实施例提供的短波接入网基于软值合并的分集接收系统的结构图,为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本实施例提供的短波接入网基于软值合并的分集接收系统包括远端用户1以及短波接入网2,所述短波接入网2内包含控制中心21以及分布在不同地域的固定台站22,图示中有3个固定台站。所述固定台站22间通过有线网络连接,并连接至所述控制中心21,所述固定台站22用于实现远端用户的无线接入,完成无线到有线的转换;
其中所述远端用户1包括:
建链入网模块,用于通过异步或同步模式与短波接入网中的一个固定台站进行交互完成链路建立和入网,链路建立后,所述远端用户与固定台站之间的工作频率为f;
信号发送模块,用于开始发送信号;
其中所述固定台站22包括:
频率发送模块,用于通过有线网络将所述工作频率f发送至控制中心;
信号处理模块,用于在控制中心的统一控制下接收信号并进行处理,输出基带离散采样信号;
其中所述控制中心21包括:
选择设置模块,用于根据需要接收信号的路径数N,选定短波接入网内其它的N-1个固定台站,并将这N-1个固定台站的工作频率设置为f,这里总共N个固定台站形成一个接收台站集合;
所述控制中心21或者固定台站22还包括:
汇集处理模块,用于对N路基带离散采样信号进行联合处理,得到远端用户的初始发送信号。
本实施例提供的各个功能模块对应实现了实施例一中的步骤S101-S106,远端用户1通过建链入网模块与短波接入网中的一个固定台站进行交互完成链路建立和入网;固定台站22通过频率发送模块将所述工作频率f发送至控制中心21;控制中心21中的选择设置模块根据需要接收信号的路径数N,选定短波接入网内其它的N-1个固定台站,并将这N-1个固定台站的工作频率设置为f,这里总共N个固定台站形成一个接收台站集合;当需要发送信号时,远端用户1通过信号发送模块发送信号,固定台站22通过信号处理模块接收信号并进行处理,输出基带离散采样信号;最后所述控制中心21或者固定台站22通过汇集处理模块对N路基带离散采样信号进行联合处理,得到远端用户的初始发送信号。本实施例中,为了实现分集接收,从多个固定台站接收到的信号需要进行汇集处理。控制中心可以专门设置汇集处理模块,负责处理接收到的多路信号,也可以指定专门的固定台站负责汇集信号和处理,实现接收合并,提升系统性能。
作为一种具体结构,所述信号发送模块包括:
信号发送单元,用于对需要发送的信号依次进行编码、符号映射、加扰码、调制、上变频、功率放大处理,然后将处理后的信号发射出去。其中编码采用FEC编码,调制采用PSK调制。
所述信号处理模块包括:
信号处理单元,用于对接收到的信号进行滤波、下变频处理,输出N路基带离散采样信号。
所述汇集处理模块包括:
汇集处理单元,用于将接收到的N路基带离散采样信号进行解调、去扰、逆映射和译码后,得到远端用户的初始发送信号。其中译码采用viterbi译码。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种短波接入网基于软值合并的分集接收方法,其特征在于,所述方法包括:
远端用户通过异步或同步模式与短波接入网中的一个固定台站进行交互完成链路建立和入网,链路建立后,所述远端用户与固定台站之间的工作频率为f;
所述固定台站通过有线网络将所述工作频率f发送至控制中心;
所述控制中心根据需要接收信号的路径数N,选定短波接入网内其它的N-1个固定台站,并将这N-1个固定台站的工作频率设置为f,这里总共N个固定台站形成一个接收台站集合;
远端用户开始发送信号;
接收台站集合在控制中心的统一控制下接收信号并进行处理,输出基带离散采样信号;
将所有基带离散采样信号通过有线网络传输至集中处理中心进行联合处理,得到远端用户的初始发送信号,所述集中处理中心为控制中心或者为控制中心指定的一个固定台站;
其中,所述远端用户开始发送信号步骤具体包括:
远端用户对需要发送的信号依次进行编码、符号映射、加扰码、调制、上变频、功率放大处理,然后将处理后的信号发射出去;
其中,所述接收台站集合在控制中心的统一控制下接收信号并进行处理,输出基带离散采样信号步骤,具体包括:
接收台站集合对接收到的信号进行滤波、下变频处理,输出N路基带离散采样信号;
其中,所述将所有基带离散采样信号通过有线网络传输至集中处理中心进行联合处理,得到远端用户的初始发送信号步骤,具体包括:
集中处理中心将接收到的N路基带离散采样信号进行解调、去扰、逆映射和译码后,得到远端用户的初始发送信号。
2.一种短波接入网基于软值合并的分集接收系统,其特征在于,所述系统包括远端用户以及短波接入网,所述短波接入网内包含控制中心以及分布在不同地域的固定台站,所述固定台站间通过有线网络连接,并连接至所述控制中心,所述固定台站用于实现远端用户的无线接入,完成无线到有线的转换;
其中所述远端用户包括:
建链入网模块,用于通过异步或同步模式与短波接入网中的一个固定台站进行交互完成链路建立和入网,链路建立后,所述远端用户与固定台站之间的工作频率为f;
信号发送模块,用于开始发送信号;
其中所述固定台站包括:
频率发送模块,用于通过有线网络将所述工作频率f发送至控制中心;
信号处理模块,用于在控制中心的统一控制下接收信号并进行处理,输出基带离散采样信号;
其中所述控制中心包括:
选择设置模块,用于根据需要接收信号的路径数N,选定短波接入网内其它的N-1个固定台站,并将这N-1个固定台站的工作频率设置为f,这里总共N个固定台站形成一个接收台站集合;
所述控制中心还包括:
汇集处理模块,用于对N路基带离散采样信号进行联合处理,得到远端用户的初始发送信号;
其中,所述信号发送模块包括:
信号发送单元,用于对需要发送的信号依次进行编码、符号映射、加扰码、调制、上变频、功率放大处理,然后将处理后的信号发射出去;
其中,所述信号处理模块包括:
信号处理单元,用于对接收到的信号进行滤波、下变频处理,输出N路基带离散采样信号;
其中,所述汇集处理模块包括:
汇集处理单元,用于将接收到的N路基带离散采样信号进行解调、去扰、逆映射和译码后,得到远端用户的初始发送信号。
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