CN105915264B - 多路传输sma链路二重扩频码信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多路传输SMA链路二重扩频码信号处理的方法，利用本发明可以显著提高中继卫星系统S频段相控阵多址链路SMA传输能力和多目标服务能力，增加信号带宽利用率。本发明通过下述技术方案予以实现：在中继星发射端的上行调制器中，将N路阵元产生的一次扩频码信号分别进行二次扩频处理产生二重扩频码信号，同时晶振产生的一路单载波的参考信号进行同样的扩频处理，再将上述保持同步的N路阵元二重扩频码信号相加合成为1路信号；中继星地面接收系统通过先解扩参考信号来分别引导N路二次扩频信号解扩，然后通过数字波束合成器合成为1路信号，将合成之后的1路信号输出到接收端的基带进行一次扩频码信解扩解调，还原出各路阵元信号。

Description

多路传输SMA链路二重扩频码信号的方法

技术领域

本发明涉及一种在相控阵多址(SMA)链路传输领域中，多路二重扩频传输处理的一种方法。

背景技术

在中继卫星系统(TDRSS中，为提高其服务能力，需要增加S频段相控阵多址(SMA)系统。在SMA中采用中继星上相控阵天线实现前向、返向多目标的同时测控。美国已建的三代TDRSS中的SMA系统前向链路都采用开环方式通过地面发射控制指令实现对中继星上S频段相控阵天线各发射阵元射频移相器移相形成波束对准需要跟踪的目标，这样在前向链路中只能以“时分”的方式对不同的用户服务。中继卫星SMA系统是一个包括地面、中继星、用户星设备的复杂系统。S频段相控阵天线安装在地球同步轨道的中继星上。为了实现前向多目标测控有两种多波束形成方式：一种是在中继星上采用模拟的射频移相器使各阵元信号达到用户星的相位相同，达到各阵元信号同相相加使用户星接收信号信噪比最大；另一种方式是在地面中频上完成各阵元的数字移相代替中继星上的射频模拟移相，达到用户星接收信号信噪比最大的目的。采用星上模拟移相时，前向链路对不同的用户星需要采用“时分”的方式实现多目标测控。由于前向遥控指令数据量相对较少，时分方式也能满足任务需求，这也是国外中继卫星SMA系统采用的方法。但采用“时分”方式会带来使用上的一些问题，其中有两个主要问题：一是对一个确的用户星在整个“可见”的范围内只有在波束对准的时间范围内能够进行测距、测速；二是中继星上相控阵每个模拟移相器的移相值是由地面终端站通过TlP&C链路发到中继星上，中继星应答机解调出移相值后送各移相器完成移相形成波束指向用户星。采用地面中频数字移相即可以与星上移相一样“时分”完成多目标功能，也可以同时形成多个波束同时对准多个用户星。时分方式与星上移相相比减少了星上移相器，同时也不需要利用TlP&C通道解调出地面发到星上各移相器的移相值，这样既减少了星上设备，也不需要将地面移相控制指令传到中继星上，提高了SMA系统前向链路的可靠性。地面中频数字移相还可以在地面采用频分复用(VDM)、中继星上解频分复用(DFDM)信道代替“单频点”的星、地信道实现每个目标、每个阵元的移相，同时形成多个对准用户星的波束。中继星上相控阵天线、信道相位、幅度不一致性引起合成增益损失卫星参数变化会造成相位和增益的随机漂移，会进一步降低波束形成的精度，造成合成增益损失。由于前向链路采用开环波束形成方式，这种损失不可避免。扩频码信号由于其频谱密度低、处理增益高，使得该类信号的截获和检测十分困难。

图2所示的是现有技术扩频码信号频分传输处理方法。其中，现有相控阵多址(SMA)链路传输，一般采用扩频码信号频分传输处理方法，由于频率资源带宽有限，传输的路数、多目标服务能力受到限制。现有相控阵多址(SMA)链路传输原理是，首先N路阵元在上行调制器中进行一次扩频处理，然后合成1路信号通过天线发射出去。接收端通过接收天线将信号接收下来，通过滤波下变器将S频段的信号变到中频，然后输入到接收机的基带中，对N路阵元扩频信号分别进行解扩解调。由于阵元中部分扩频码相同，无法用码分复用(CDM)的地址码来区分各路信号，通过再次变频，通过频率不同区分各路信号，由于频率资源带宽有限，传输信号带宽、链路数传输受到很大的限制。总之，现有的一次扩频相控阵多址(SMA)链路传输方法都达不到路数任意增加、信号带宽任意增加的要求。近期的一些相控阵多址(SMA)链路传输，一次扩频码信号再次采样频分方法，但是扩频码速率不能太高，信号链路也不能太多，受到频率资源、信号带宽、信号增益等限制，无法在相控阵多址(SMA)链路传输中广泛使用，而相控阵多址(SMA)链路传输中无论在研制或使用过程中，都需要有一套灵活、方便、可靠的方法。现有扩频码信号频分传输方法无法实现上述功能，给研制和使用方都带来诸多不便。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有扩频码信号频分传输处理方法频带有限、带宽受限、扩频增益不够的问题，提供一种能够节约频率资源，增加信号带宽，提高信号处理增益，并能提高中继卫星系统S频段相控阵多址链路SMA传输能力和多目标服务能力，灵活、方便、可靠，能够对扩频码信号进行再处理的二重扩频码信号传输处理方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种多路传输SMA链路二重扩频码信号处理的方法，其特征在于包括如下步骤：

在中继星发射端的上行调制器中，将N路阵元产生的N路阵元一次扩频码信号分别经过二重扩频处理设备进行二次扩频处理产生二重扩频码信号，然后通过发射端合路器将N路阵元二重扩频码信号相加合成1路信号，同时将晶振产生的一路单载波的参考信号通过二重扩频设备进行同样的扩频处理，二重扩频设备将上述参考信号同时与N路阵元二重扩频码信号进行扩频处理，产生1路频分的一次扩频的参考信号；再将上述保持同步的N路阵元二重扩频码信号相加合成为1路信号，然后将该相加合成的1路信号和参考信号同时通过中继星发射天线发射出去，通过星-地传输通路传输到地面，完成星地多路信号的传输；中继星地面接收系统通过接收阵列天线接收信号，首先对接收到的参考信号进行解扩，然后利用解扩参考信号分别引导解扩N路阵元二重扩频码信号进行解扩，解扩后分别输出N路阵元一次扩频码信号，N路阵元一次扩频码信号通过接收端数字波束合成器相加合成为1路信号，将合成之后的1路信号输出到接收端解扩解调设备的基带进行一次扩频码信解扩解调，还原出各路阵元信号。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

节约了频率资源，增加了信号带宽，提高信号处理增益，提高中继卫星系统S频段相控阵多址链路SMA传输能力和多目标服务能力。本发明将中继星上S频段相控阵天线每个阵元接收的扩频码信号(称为一次扩频)再进行一次扩频(二次扩频)，把N个阵元二重扩频的信号相加后传到地面，完成星地多路信号的传输，地面再完成二重扩频解扩和解调处理。其中将一次扩频频分关系变成二次扩频码分多址的关系节约了频率资源。二重扩频处理是在模拟信号上进行的处理，可以对几十MHz到几个GHz的宽带的信号进行处理，因此可以提高信号带宽。

可以提高接收端的信号功率。本发明将N路阵元二重解扩之后还原的一次扩频码信号，由于还原出来的N路阵元一次扩频码信号功率均很小，通过数字波束合成器将N路阵元信号合成为1路，提高信号的功率，最后将其送入到解扩解调设备进行一次扩频码信号解扩和解调，还原出各路阵元信号。

简单可靠灵活，本发明在发射端的N路阵元产生N路阵元一次扩频码信号，经过二次扩频处理产生二重扩频码信号，然后将N路阵元二重扩频码信号相加合成1路信号输出；由晶振产生一路单载波的参考信号，参考信号与N路阵元一次扩频码信号同步进行扩频处理，变成一次扩频码信号，与N路阵元合成之后的信号同时输出；能够对扩频码信号进行处理为二重扩频码信号。

二重扩频码信号实现简捷且消耗资源小。本发明首先在二重扩频模拟信号上进行的调制，没有用到大量的AD与DA，其次采用在接收端先通过参考信号的解扩来引导其它N路阵元二重扩频码信号分别解扩，先捕获参考信号的扩频码，并对其进行解扩处理，得到参考信号的码钟与码全，然后将得到的码钟与码全1送到其它N路阵元中，用来引导其它N路阵元信号分别进行二重扩频的解扩处理。这种方法不需要将N路阵元信号分别做捕获。

可以提高信号带宽利用率、码间干扰小。本发明二次扩频的扩频码速率与一次扩频的扩频码速率不同，二次扩频的扩频码速率比一次扩频码速率高，二次扩频的扩频码速率可以从几MHz到几十MHz，这样可以充分利用带宽内的频率，且N路阵元扩频码之间的码间干扰很小。

附图说明

下面结合附图和实例对本专利进一步说明。

图1是本发明多路二重扩频码信号传输处理方法的原理框图。

图2是现有的扩频码信号频分传输处理方法的原理框图。

具体实施方式

参阅图1。在多路传输SMA链路二重扩频码信号处理中，根据本发明，在中继星发射端的上行调制器中，将N路阵元产生的N路阵元一次扩频码信号分别经过二重扩频处理设备进行二次扩频处理产生二重扩频码信号，然后通过发射端合路器将N路阵元二重扩频码信号相加合成1路信号，同时将晶振产生的一路单载波的参考信号通过二重扩频设备进行同样的扩频处理，二重扩频设备将上述参考信号同时与N路阵元二重扩频码信号进行扩频处理，产生1路频分的一次扩频的参考信号；再将上述保持同步的N路阵元二重扩频码信号相加合成为1路信号，然后将该相加合成的1路信号和参考信号同时通过中继星发射天线发射出去，通过星-地传输通路传输到地面，完成星地多路信号的传输；中继星地面接收系统通过接收阵列天线接收信号，首先对接收到的参考信号进行解扩，然后利用解扩参考信号分别引导解扩N路阵元二重扩频码信号进行解扩，解扩后分别输出N路阵元一次扩频码信号，N路阵元一次扩频码信号通过接收端数字波束合成器相加合成为1路信号，将合成之后的1路信号输出到接收端解扩解调设备的基带进行一次扩频码信解扩解调，还原出各路阵元信号。

首先，在发射端将一次扩频码信号直接进行二次扩频调制，变成二重扩频模拟信号，，其次，采用在接收端先通过参考信号的解扩来引导其它N路阵元二重扩频码信号分别解扩，先捕获参考信号的扩频码，并对其进行解扩处理，得到参考信号的码钟与码全1，然后将得到的码钟与码全1送到其它N路阵元中，用来引导其它N路阵元的二重扩频信号分别进行二重扩频的解扩处理。

具体包括，(1)二重扩频是将中继星上S频段相控阵天线每个阵元接收的称为一次扩频的扩频码信号再进行一次扩频，形成二次扩频，把各个阵元(假设为N个阵元)二重扩频的信号相加后传到地面，完成星-地多路信号的传输。但是需要注意的是这N路阵元二重扩频码信号必须保持同步；(2)产生1路参考信号，参考信号为频率不同的单载波。参考信号同时与N路阵元二重扩频码信号同时进行扩频处理，产生1路频分的一次扩频的参考信号；(3)二重扩频的解扩是通过先解扩参考信号，解扩参考信号分别引导解扩其它N路阵元信号，然后分别输出N路阵元解扩二重扩频之后的一次扩频码信号；(4)通过数字波束合成器将N路阵元扩频码信号合成1路信号(码分复用(CDM)的地址码来区分各路信号)，合成之后的信号输出到解扩解调设备进行一次扩频码信号解扩和解调，还原出各路阵元信号。

Claims (4)

1.一种S频段多址SMA链路多路二重扩频传输的处理方法，其特征在于包括如下步骤：

在中继星发射端的上行调制器中，将SMA系统前向链路中的N路阵元产生的N路阵元一次扩频分别经过二重扩频处理设备进行二次扩频处理产生保持同步的二重扩频，然后通过发射端合路器将保持同步的N路阵元二重扩频相加合成1路信号，同时在一次扩频前，将晶振产生的一路单载波的参考信号通过二重扩频设备进行同样的扩频处理，二重扩频设备将上述一次扩频前的单载波参考信号同时与N路阵元二重扩频进行扩频处理，产生1路频分的一次扩频参考信号；再将上述保持同步的N路阵元二重扩频相加合成为1路信号，然后将该相加合成的1路信号和经过一次扩频之后形成的一次扩频参考信号同时通过中继星发射天线发射出去，通过星-地传输通路传输到地面，完成星地多路信号的传输；中继星地面接收系统通过接收阵列天线接收信号，接收端先对接收到的参考信号进行解扩，先捕获参考信号的扩频码，并对其进行解扩处理，得到参考信号的码钟与码全，将得到的码钟与码全 送到其它N路阵元中，用来引导其它N路阵元的二重扩频信号分别进行二重扩频的解扩处理，得到解扩参考信号，解扩后分别输出N路阵元解扩二重扩频之后的一次扩频，N路阵元一次扩频通过接收端数字波束合成器相加合成为1路信号，将合成之后的1路信号输出到接收端解扩解调设备的基带进行一次扩频码解扩和解调，还原出各路阵元信号。

2.按权利要求1所述的S频段多址SMA链路多路二重扩频传输的处理方法，其特征在于，首先，在发射端将一次扩频直接进行二次扩频调制，变成二重扩频模拟信号，其次，采用在接收端先通过单载波参考信号的解扩来引导其它N路阵元二重扩频分别解扩。

3.按权利要求1所述的S频段多址SMA链路多路二重扩频传输的处理方法，其特征在于，二重扩频是将中继星上S频段相控阵天线每个阵元接收的称为一次扩频的扩频再进行一次扩频，形成二次扩频，把各个阵元二重扩频的信号相加后传到地面，完成星-地多路信号的传输。

4.按权利要求1所述的S频段多址SMA链路多路二重扩频传输的处理方法，其特征在于，数字波束合成器将N路阵元的一次扩频信号合成1路利用码分复用CDM的地址码来区分各路阵元的信号，各路阵元信号通过解扩解调设备进行一次扩频解扩和解调后，还原出各路阵元信号。