CN106027079A - 一种直升机多用户卫星通信系统的发射机和接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直升机多用户卫星通信系统的发射机和接收机，属于卫星通信技术领域。本发明主要应用于直升机多用户卫星通信系统的上行链路，实现在直升机旋翼遮挡的断续信道下进行高效发送和多用户信息的同时接收。所述发射机根据缝隙预测模块得到的可通信时间段的长度确定每次通信时段可传输符号的数量，并按对应数量将待发送数据分组，添加导频后形成分段发送的信号；所述接收机通过对导频进行相关来检测各用户信息段的到达时间，确定用户相互干扰的状态，然后使用干扰重构模块估计每个用户受到的多址干扰的特征，并进行多址干扰消除，得到每个用户发送符号的估计，再将估计值送回干扰重构模块形成迭代检测，在一定的迭代次数后，输出检测结果。

Description

一种直升机多用户卫星通信系统的发射机和接收机

技术领域

本发明关于一种基于直升机旋翼遮挡规避的多用户卫星通信系统，所述多用户卫星通信系统属于卫星通信技术领域，特别一种直升机多用户卫星通信系统的发射机和接收机。

背景技术

直升机通信需要依靠直升机卫星通信系统，但是由于发射天线在直升机上的安装位置受限，例如很多卫星通信天线只能安装在直升机旋翼下方，这样的安装位置会导致直升机与卫星通信系统之间传输的信号因直升机旋翼的阻挡而被阻断。所以在直升机卫星通信中，需要考虑因旋翼遮挡而带来的影响。

为了应对因旋翼遮挡对于直升机卫星通信的上行通信信号的影响(即从直升机发往卫星的信号)，现有的技术方案通过信号删除或者缝隙规避的方式进行对抗。其中，所述信号删除的方式不特意考虑旋翼的影响，而是通过降低码率的方式增强抗删除能力(进而减小了因机翼遮挡对信号造成的影响)，在上行接收端使用译码的方式恢复信息，但这种方式缺陷是同时降低了直升机卫星通信系统的通信速率；所述缝隙规避的方式通过检测旋翼的运行或者通过直升机内部信息反馈，进而预测不被旋翼遮挡的时间段，最终在无旋翼遮挡的缝隙中发送通信信号，而在旋翼遮挡的时间段不发送通信信号，这样可以有效的节省发射功率，并提高发射效率。但是在多用户的上行通信中，多个用户的信息会因旋翼转速不同而具有不同的缝隙通信时间，并且在接收时会相互干扰而难以消除。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决上述技术问题，本发明提出一种直升机多用户卫星通信系统的发射机和接收机。

为了实现上述目的，本发明实施例公开了如下技术方案：

第一方面，公开一种直升机多用户卫星通信系统的发射机，所述发射机包含：

设置预测直升机天线不被旋翼遮挡的时间段的预测模块；

根据以此预测模块预测的天线不被遮挡的时间段得到直升机下一次能够通信的缝隙时刻和在缝隙时刻内能够传输的符号个数T的计算处理模块；

设定前导频长度为N₁，后导频长度为N₂，将前导频和后导频的总符号个数“N₁+N₂”与计算处理模块得到的符号个数T进行比较并输出判决结果的判决处理模块；

当判决处理模块得到的结果为符号个数T大于“N₁+N₂”时，在直升机待发送的符号中顺序取出不多于“T-N₁-N₂”个符号作为一个分组的分组模块；

在每一个分组前后分别添加前导频和后导频得到一个缝隙内发送的信息段，以及为各用户分配导频的导频添加和分配模块，其中各用户分配的导频互不相同；

根据计算处理模块得到的下一次能够通信的缝隙时刻将导频添加和分配模块得到的信息段进行发送的发送模块。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，上述发射机还包含：采用信道编码技术将直升机待发送的信息进行信道编码操作的编码器；根据以此编码器输出的信道编码后的信号进行交织编码和调制的编码调制模块。

结合第一方面，和/或第一种可能的实现方式，在第二种可能实现的方式中，所述预测模块进一步包含：

通过检测旋翼对卫星向直升机发送的信号的遮挡进而预测直升机天线不被旋翼遮挡的时间段的第一预测子模块；或

通过直升机内部信息反馈，进而预测直升机天线不被旋翼遮挡的时间段的第二预测子模块。

第二方面，公开一种直升机多用户卫星通信系统的接收机，所述接收机包含：与每个直升机用户相对应设置的干扰消除模块和译码模块，以及一个干扰重构模块；

上述各个译码模块同时估计得到时刻t时各直升机用户的发送比特的对数似然比，并将各直升机用户在发送端发送信号的均值和方差输入所述干扰重构模块；

上述干扰重构模块根据上述输入信息对每一个直升机用户重构其余直升机用户在时刻t造成的多址干扰的均值和方差；

上述干扰消除模块根据干扰重构模块得到的每一个直升机用户的多址干扰的均值和方差以及接收机接收的每一个直升机的接收信号，进而计算得到干扰消除后的每一个用户的接收信号以及等效噪声功率；

上述译码模块将上述干扰消除模块消除干扰后的接收信号和等效噪声功率进行解调解交织后进行译码，进而估计出本用户在时刻t的发送比特对数似然比；

其中，上述译码模块还将译码后输出的发送比特对数似然比重新输入上述干扰重构模块，再次进行干扰重构，并依次执行上述各个模块的操作，直至满足迭代次数要求并最终输出估计的各直升机用户在时刻t的发送信号。

结合上述第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述接收机还包含：同步及信道估计模块；

上述同步及信道估计模块，用于利用每个用户的导频进行滑动相关操作，再根据滑动相关操作获得的相关峰的峰值确定接收的各个用户的信息段以及到达时间，并根据发送端发送的导频和接收机接收的导频得到每一个信息段内符号的随机相位θ_m(t)和幅度信息A_m(t)，并采用函数δ_m(t)表征任一时刻t是否有用户m的信息到达；

上述函数δ_m(t)的值根据接收信号中用户m的每一分段的前导频和后导频的相关峰确定，具体原则为：若时刻t处于每一分段的前后相关峰之间，则时刻t有用户m的信号存在，即δ_m(t)＝1；否则，时刻t没有用户m的信号存在，即δ_m(t)＝0；

其中，上述随机相位和幅度信息计算以及δ_m(t)还作为干扰重构模块的输入信息用于干扰重构操作；所述的信息段为发送端参考预测的下一个缝隙长度向接收端发送的信息，所述信息段可以采用本发明第一方面所提的发送机的分组模块发送各个信息段。

结合上述第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述干扰消除模块和译码模块之间还包含：解调制和解交织模块；

上述解调制和解交织模块，用于对上述干扰消除模块输出的信号以及等效噪声进行与发送端相对应的解调制和解交织处理操作；

其中，经过上述解调制和解交织模块后的信号得到各个比特的对数似然比再输入译码模块进行译码操作。

结合上述第二方面，和/或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述干扰重构模块进一步包含：

第一处理子模块，用于设定各直升机用户的发送符号的分布概率符合高斯分布，对各用户的译码模块输入的每个发送符号的均值E(x_i(t))和方差Var(x_i(t))进行计算，i表示第i个直升机用户，其中在首次计算时，初始化均值E(x_i(t))＝0，方差Var(x_i(t))＝1；

第二处理子模块，用于根据δ_i(t)函数的结果判断时刻t直升机用户i的符号是否存在，进而得出t时刻各个用户之间信息相互干扰的关系，计算得到多址干扰的均值和方差；

其中，第二处理子模块分别采用如下公式计算用户m在t时刻受到的多址干扰的均值E_m(t)和方差Var_m(t)：

$E_m\left(t\right)\underset{i,i\≠m}{\Σ}{\mathrm{\δ}}_i\left(t\right)A_i\left(t\right)E\left(x_i\right(t\left)\right)e^{{\mathrm{j\θ}}_i\left(t\right)}{\mathrm{Var}}_m\left(t\right)=\underset{i,i\≠m}{\Σ}{\mathrm{\δ}}_i\left(t\right){A^2}_i\left(t\right)Var\left(x_i\right(t\left)\right)$

其中，i为任意一个直升机用户但不包含用户m；

将第二处理子模块得到的均值和方差同时送入对应用户m的干扰消除模块。

结合上述第二方面，和第二种可能的实现方式中，针对用户m的干扰消除模块进一步包含：

输入模块，用于输入上述同步及信道估计模块输出的接收符号y_m(t)和上述干扰重构模块计算得到的用户m的多址干扰的均值E_m(t)和方差Var_m(t)；

计算处理子模块，用于采用如下公式计算得到用户m在t时刻发送符号的估计“y_m(t)-E_m(t)”以及对应的等效噪声功率“Var_m(t)+σ²”，再将计算得到的发送符号的估计和等效噪声功率送入解调制和解交织模块；

其中，y_m(t)为t时刻接收到的符号值，σ²为噪声功率，E_m(t)和Var_m(t)分别为干扰重构与消除模块输入的用户m在t时刻受到的多址干扰的均值与方差；

上述用户m的干扰消除模块与任意直升机用户的干扰消除模块的结构相同。

上述第一方面和第二方面可以组成一个卫星通信系统，此时上述第二方面接收机处理的每个信息段对应于上述第一方面发送机的分组模块发送的各组数据。

本发明提出一种基于直升机旋翼遮挡规避的多用户卫星通信系统，主要应用于直升机卫星通信的上行多用户信道。首先在发端使用缝隙检测与预测模块分段发送信息,避开直升机旋翼的遮挡,在上行接收机处对各用户信息段进行检测,并使用迭代的方法进行联合干扰消除和译码。该系统在发端通过缝隙检测有效利用发送时间，并在接收端实现多用户干扰消除，降低多址干扰，提升系统容量。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

本发明主要应用于直升机卫星通信的上行多用户信道，首先在发端使用缝隙检测与预测模块分段发送信息,避开直升机旋翼的遮挡,在上行接收机处对各用户信息段进行检测,并使用迭代的方法进行联合干扰消除和译码。本发明的系统在发端通过缝隙检测有效利用发送时间，并在接收端实现多用户干扰消除，明显降低了多址干扰，提升了系统容量。

附图说明

图1是直升机旋翼遮挡下的信道通断示意图；图中的空白段表示无遮挡可通信，阴影段表示信道被旋翼遮挡；

图2-a是本发明所述的基于直升机旋翼遮挡规避的多用户卫星通信系统发射机结构图；

图2-b是本发明实施例提供的分组发送模块的功能的实现框图；

图3是本发明所述的基于直升机旋翼遮挡规避的多用户卫星通信系统接收机结构图；

图4是直升机旋翼遮挡下，使用本发明的发射机在每个可发送时间内发送的信号及导频示意图；

图5是本发明所述的基于直升机旋翼遮挡规避的多用户卫星通信系统发射模块处理流程图；

图6是本发明所述的基于直升机旋翼遮挡规避的多用户卫星通信系统接收模块处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述方法进行详细说明。

实施例1

如图2所示，为关于本发明实施例的直升机卫星通信的发射机，该发射机位于直升机上，通过上述发射机进而实现直升机向卫星发射通信信号。

图2中，11为使用信道编码对所发送信息进行编码操作的编码器；12为将编码后的用户信息比特进行交织，然后进行调制操作，得到调制后的信息符号序列的交织调制模块；13为根据直升机旋翼对直升机接收的卫星信号的遮挡，预测下一次可通信的缝隙时刻和下一次可通信缝隙内可传输的符号个数T的缝隙预测功能块(预测模块，其中本专利申请的目的是避开直升机发送到卫星的信号受到的遮挡，而预测模块是通过检测卫星发送到直升机的信号被遮挡的状况而进行预测的)，其中该处的预测模块的具体实现过程可以参考申请号“201110404404.3”，名称为“一种基于LMS的直升机旋翼缝隙时间预测方法及装置”的专利申请记载的技术手段；14为根据预测装置预测的下一次可通信缝隙内可传输的符号个数与用户前后导频个数是否匹配，决定是否在预测的下一次可通信缝隙发送添加导频后的待发送符号，并在多用户各自待发送信息符号中取出信息分段并添加前后导频，最终发送的判决分组发送功能模块。

下面就本实施例的动作进行说明。

将直升机发往卫星的信息通过编码器11采用信道编码技术进行信道编码操作，然后再将信道编码后的信息传送至交织调制模块；所述交织调制模块对收到的信道编码后的用户信息进行交织操作，最后将交织操作后的信号进行调制进而得到调制后的信息符号序列；同时预测模块根据直升机旋翼对直升机接收的卫星信号的遮挡，预测下一次可通信的缝隙时刻和下一次可通信缝隙内可传输的符号个数T；根据预设的前端导频长度N₁和后端导频长度N₂的和(N₁+N₂)与预测的缝隙可传输的最大信息符号数进行比较进而判断能否发送符号，具体判断原则为：若，(T-N₁-N₂)不大于0，则此缝隙内不传输数据；否则，在待发送的信息符号序列中取出最多(T-N₁-N₂)个信息符号，并在取出的符号的前端和后端分别添加不同的导频，然后将添加导频后的信息段在预测模块预测的下一次可通信的缝隙时刻发送出去；假设某个用户发送的符号x_m(t)，M是系统中存在的用户数且M是一个正整数，m表示用户的序号且m＝1,2,...,M，t是在卫星接收端各符号的接收时刻，t＝1,2,...,T。

上述发送机位于直升机上，当同时通信的用户数量L较少时(L的取值和信道编码以及旋翼转速有关)，采用上述技术方案再结合现有接收机(此接收机具有检测发送端发送符号的起始和终止位置的检测模块，具体检测手段属于现有技术再次不做赘述)可以有效提高直升机与卫星之间的通信信息的精确度同时针对每一个用户采用这样的通信策略也可以有效避免飞机旋翼对发射信号的影响。

实施例2

本实施例的发射机位于直升机上，接收机位于卫星上。为了克服目前多用户同时与卫星通信带来的干扰问题，本实施例还改进了现有的卫星上的接收机。

上述位于卫星上改进的接收机结构如图3所示。

图3中的，21为利用每个用户的导频进行滑动相关操作再根据相关峰的峰值确定接收的各个用户的信息段以及到达时间，并根据发射端导频和接收机接收的导频信号得到随机相位和幅度信息的同步及信道估计装置；25为计算各个用户的对编码后码字的估计结果在时刻t的符号的估计值(所述估计值为均值和方差)，再根据各个用户在时刻t的符号估计值及各用户的参数(所述用户的参数包含符号是否存在的表示δ_m(t)，随机相位θ_m(t)和幅度A_m(t))重构用户间的多址干扰的干扰重构功能块(干扰重构装置)；22为根据上述同步及信道估计装置送入的各个用户的接收符号和上述干扰重构装置输出的多址干扰的均值和方差，计算用户在时刻t发送符号估计以及等效噪声功率的干扰消除模块；23为利用用户在时刻t发送符号的估计和等效噪声分别进行进行解调制和解交织操作的解调制节交织功能块；24为将各个用户的解调制和解交织处理后的信号分别进行译码操作的译码器，进而得到用户的估计信息即完成了对各个直升机用户在时刻t发送的信号的估计。

下面就本实施例的动作进行说明。

卫星接收机将接收的若干用户在时刻t发送的信息通过同步及信道估计装置进行如下处理：利用每个用户的导频进行滑动相关操作，根据相关峰的峰值确定各个用户的信息段以及到达时间，得到t时刻用户m的符号是否存在的表示δ_m(t)的值，若t时刻接收信号中不含有用户m的符号，则δ_m(t)＝0，否则δ_m(t)＝1；当判定在时刻t用户m发送符号后计算得到用户m的发送符号的随机相位为θ_m(t)和符号幅度为A_m(t)；对于用户m，设定直升机发送的导频符号为P_m，卫星上的接收到的导频符号为随机相位计算为其中∠·表示计算复数的角度，符号幅度其中|·|表示计算复数的幅度；最后将计算得到的用户m的参数δ_m(t)，随机相位θ_m(t)和幅度A_m(t)送入干扰重构模块，将卫星接收机接收的符号y(t)送入干扰消除模块。

然后，上述干扰重构模块基于估计得到的各个直升机发送的信息x_m(t)，并结合计算得到的与用户m相关的δ_m(t)，θ_m(t)和A_m(t)参数重构多直升机造成的多址干扰，多址干扰的具体重构过程如下：

首先，设定各直升机用户的发送符号的分布概率符合高斯分布，对各用户的每个发送符号的均值E(x_i(t))和方差Var(x_i(t))进行计算，在首次计算时，初始化均值E(x_i(t))＝0，方差Var(x_i(t))＝1；

然后，根据δ_i(t)函数的结果判断直升机用户的符号是否存在，进而得出t时刻各个用户之间的碰撞状态和t时刻用户之间信息相互干扰的关系，计算用户m在t时刻受到的多址干扰的均值：

$E_m\left(t\right)=\underset{i,i\≠m}{\Σ}{\mathrm{\δ}}_i\left(t\right)A_i\left(t\right)E\left(x_i\right(t\left)\right)e^{{\mathrm{j\θ}}_i\left(t\right)}$

和方差：

${\mathrm{Var}}_m\left(t\right)=\underset{i,i\≠m}{\Σ}{\mathrm{\δ}}_i\left(t\right){A^2}_i\left(t\right)Var\left(x_i\right(t\left)\right)$

将得到的均值和方差结果送入为用户m设置的干扰消除模块。

上述干扰消除模块根据经同步及信道估计模块处理后送入的接收符号y(t)和干扰重构模块输出的多址干扰的均值E_m(t)和方差Var_m(t)，计算得到用户m在t时刻发送符号的估计“y_m(t)-E_m(t)”和对应的等效噪声功率“Var_m(t)+σ²”，并将计算得到的发送符号的估计以及等效噪声功率结果送入解调解交织模块。

上述解调解交织模块，利用干扰消除模块送入的消除多址干扰后的计算结果，进行与发射端对应用户交织调制模块的逆操作，将解调解交织结果送入译码模块；译码模块，将解调解交织结果进行软译码操作，并输出译码结果以及对编码后码字的估计结果，将译码结果输出作为用户m在t时刻的发送信息，同时还将译码的似然比送入干扰重构模块再次进行干扰重构。

上述干扰重构模块对用户译码后得到的似然比结果进行若干次迭代，最终得到各个直升机用户的发送信息，其中迭代的具体次数可以预先设定。

实施例3

本发明提出的一种基于直升机旋翼遮挡规避的多用户卫星通信系统，设定一个直升机卫星通信上行系统，有三个用户同时发送信息，卫星的接收机同时接收三个用户的信息并解调。

对每一个用户的发射机，设有：编码器11，交织调制模块12，预测模块13以及分组模块14，其中：

编码模块11，使用信道编码对所发送信息进行编码操作，再把编码后的用户信息传送至交织调制模块12。

交织调制模块12根据设定的交织长度L对收到的编码后的用户信息进行交织，然后进行调制操作，得到调制后的信息符号序列，送往分组模块。

预测模块13根据直升机旋翼对直升机接收的卫星信号的遮挡，预测下一次可通信的缝隙时刻和下一次可通信缝隙内可传输的符号个数T，并送往分组模块.

分组模块14根据设定的导频的符号个数N，其中N为大于0的整数，计算得到下一次缝隙内可传输的最大信息符号数(T-2N)。若，(T-2N)不大于0，则此缝隙内不传输数据；否则，在所述的信息符号序列中取出最多(T-2N)个信息符号，在信息符号前后分别添加长度为N的导频，其中添加在信息符号前的导频序列与添加在信息符号后的导频序列不同，各用户使用的导频不同，然后将添加导频后的信息段在所述下一次可通信的缝隙时刻发送出去，每个用户发送的符号x_m(t)，其中M是系统中存在的用户数，M是一个正整数，m表示用户的序号，m＝1,2,...,M，t是各符号的接收时刻，t＝1,2,...,T。

卫星的上行接收端是一个多用户信号接收机，该信号接收机包含：同步及信道估计模块21、干扰重构模块25、干扰消除模块22、解调解交织模块23以及译码模块24：

同步及信道估计模块21利用每个用户的导频进行滑动相关操作，根据相关峰的峰值确定各个用户的信息段以及到达时间，得到t时刻用户m的符号是否存在的表示δ_m(t)，若，t时刻接收信号中不含有用户m的符号，则δ_m(t)＝0，否则，δ_m(t)＝1，并计算得到用户m的符号的随机相位为θ_m(t)和符号幅度为A_m(t)，对于用户m，设定发送的导频符号为P_m，接收到的导频符号为其随机相位计算为其中∠·表示计算复数的角度，符号幅度其中，|·|表示计算复数的幅度，然后将所述用户m的参数δ_m(t)，随机相位θ_m(t)和幅度A_m(t)送入干扰重构模块，将接收符号y(t)送入干扰消除模块。

干扰重构模块25将各个用户的对信道编码后码字的估计结果进行解交织解调制操作，得到用户m在时刻t的符号估计值x_m(t)，并结合各用户的δ_m(t)，θ_m(t)和A_m(t)参数重构多址干扰，且该干扰重构模块会对符号估计值进行若干次迭代处理得到若干个多址干扰结果。

重构多址干扰的过程包含如下步骤：

首先，设定各用户的发送符号分布概率符合高斯分布，对用户i在时刻t的发送符号的均值E(x_i(t))和方差Var(x_i(t))进行计算，在首次计算时，初始化均值E(x_i(t))＝0，方差Var(x_m(t))＝1。

然后，根据δ_i(t)函数的结果判断直升机用户的符号是否存在，进而得出t时刻各个用户之间的碰撞状态和t时刻用户之间信息相互干扰的关系，计算用户m在t时刻受到的多址干扰的均值

$E_m\left(t\right)=\underset{i,i\≠m}{\Σ}{\mathrm{\δ}}_i\left(t\right)A_i\left(t\right)E\left(x_i\right(t\left)\right)e^{{\mathrm{j\θ}}_i\left(t\right)}$

和方差将结果送入对应用户m的干扰消除模块；

干扰消除模块22使用同步及信道估计模块21送入的接收符号y(t)和干扰重构模块25给出的多址干扰的均值E_m(t)和方差Var_m(t)，可以计算得到用户m在t时刻发送符号的软信息的估计y_m(t)-E_m(t)和对应的等效噪声功率Var_m(t)+σ²，并将计算结果送入解调解交织模块。

解调解交织模块23，利用干扰消除模块22送入的消除多址干扰后的计算结果，进行与所属发射端对应用户交织调制模块的逆操作，将解调解交织结果送入译码模块。

译码模块24将解调解交织结果进行软译码操作，并输出译码结果以及对编码后码字的估计结果，将译码结果输出，将对编码后码字的估计结果送入干扰重构模块25。此时干扰重构模块会基于译码后得到的信息再一次进行干扰重构，并将再次干扰重构的结果分别输入与各个用户相对应的干扰消除模块进行干扰消除，如此往返经过若干次迭代即可得到满足要求的各个用户的译码信息，即得到了更加精确的各个用户再直升机端发送的信息。

上述迭代次数可以根据经验预先设定。

采用实施例3的技术方案可以有效实现多用户的干扰消除。

上述实施例1，2和3记载的缝隙预测功能块13进一步包含：

设置预测直升机天线不被旋翼遮挡的时间段的预测模块；和根据以此预测模块预测的天线不被遮挡的时间段得到直升机下一次能够通信的缝隙时刻和在缝隙时刻内能够传输的符号个数T的计算处理模块。

上述实施例1，2和3记载的分组发送功能块14进一步包含如下子功能模块：

设定前导频长度为N₁，后导频长度为N₂，将前导频和后导频的总符号个数“N₁+N₂”与计算处理模块得到的符号个数T进行比较并输出判决结果的判决处理模块；

当判决处理模块得到的结果为符号个数T大于“N₁+N₂”时，在直升机待发送的符号中顺序取出不多于“T-N₁-N₂”个符号作为一个分组的分组模块；当判决符号个数T小于或等于“N₁+N₂”时，则等待一定时间直至预测的缝隙的长度T大于“N₁+N₂”时再启动导频添加和分配模块的功能；

在每一个分组前后分别添加前导频和后导频得到一个缝隙内发送的信息段，以及为各用户分配导频的导频添加和分配模块，其中，各用户分配的导频互不相同和

根据计算处理模块得到的下一次能够通信的缝隙时刻将导频添加和分配模块得到的信息段进行发送的发送模块。总之，上述缝隙预测功能块13和分组发送功能块14的详细的工作流程如图2-b所示，具体为：实时或定时预测直升机天线不被旋翼遮挡的时间段得到能够下一次通信的缝隙时刻，并计算在缝隙内能够传输的符号个数T；为待发送的数据选择前导频和后导频，且前导频的长度为N₁后导频长度为N₂。比较符号个数T与“N₁+N₂”的大小，当前者大于后者时，在直升机待发送的符号中顺序取出不多于“T-N₁-N₂”个符号作为一个分组，在每一个分组前后分别添加前导频N₁和后导频N₂得到一个缝隙内发送的信息段，并为各用户分配导频，在预测的下一缝隙内发送信息段的信息。当前者小于或等于后者时，则继续检测下一个缝隙时刻，直至找到满足上述要求的缝隙将信息段发送出去。

上述实施例1，2和3即上述分组发送模块均采用了预测的缝隙相关的技术手段，针对预测缝隙相关的技术手段具体可以采用如下两种方式之一进行缝隙预测，进而预测下一次可通信的缝隙时刻和可通信缝隙内可传输的符号个数T(详细的内容请参考专利申请号为“201110404404.3”，名称为“一种基于LMS的直升机旋翼缝隙时间预测方法及装置”的专利申请文件中记载的技术手段)：

通过检测旋翼对卫星向直升机发送的信号的遮挡进而预测直升机天线不被旋翼遮挡的时间段的第一预测子模块；或

通过直升机内部信息反馈，进而预测直升机天线不被旋翼遮挡的时间段的第二预测子模块。

综上所述，本发明涉及一种直升机多用户卫星通信系统的发射机及接收机，属于卫星通信技术领域。本发明主要应用于直升机多用户卫星通信系统的上行链路，实现了在直升机旋翼遮挡的断续信道下进行高效发送和多用户信息的同时接收。所述发射机根据缝隙预测模块得到的可通信时间段的长度确定每次通信时段可传输符号的数量，并按对应数量将待发送数据分组，添加导频后形成分段发送的信号；所述接收机通过对导频进行相关来检测各用户信息段的到达时间，确定用户相互干扰的状态，然后使用干扰重构模块估计每个用户受到的多址干扰的特征，并进行多址干扰消除，得到每个用户发送符号的估计，再将估计值送回干扰重构模块形成迭代检测，在一定的迭代次数后，输出检测结果。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种直升机多用户卫星通信系统的发射机，其特征在于，所述发射机包含：

设置预测直升机天线不被旋翼遮挡的时间段的预测模块；

根据以此预测模块预测的天线不被遮挡的时间段得到直升机下一次能够通信的缝隙时刻和在缝隙时刻内能够传输的符号个数T的计算处理模块；

设定前导频长度为N₁，后导频长度为N₂，将前导频和后导频的总符号个数“N₁+N₂”与计算处理模块得到的符号个数T进行比较并输出判决结果的判决处理模块；

当判决处理模块得到的结果为符号个数T大于“N₁+N₂”时，在直升机待发送的符号中顺序取出不多于“T-N₁-N₂”个符号作为一个分组的分组模块；

在每一个分组前后分别添加前导频和后导频得到一个缝隙内发送的信息段，以及为各用户分配导频的导频添加和分配模块，其中，各用户分配的导频互不相同；

根据计算处理模块得到的下一次能够通信的缝隙时刻将导频添加和分配模块得到的信息段进行发送的发送模块。

2.根据权利要求1所述的直升机多用户卫星通信系统的发射机，其特征在于，所述发射机还包含：

采用信道编码技术将直升机待发送的信息进行信道编码操作的编码器；

根据以此编码器输出的信道编码后的信号依次进行交织和调制的交织调制模块。

3.根据权利要求1或2所述的直升机多用户卫星通信系统的发射机，其特征在于，所述预测模块进一步包含：

通过检测旋翼对卫星向直升机发送的信号的遮挡进而预测直升机天线不被旋翼遮挡的时间段的第一预测子模块；或

通过直升机内部信息反馈，进而预测直升机天线不被旋翼遮挡的时间段的第二预测子模块。

4.一种直升机多用户卫星通信系统的接收机，其特征在于，所述接收机包含：与每个直升机用户相对应设置的干扰消除模块和译码模块，以及一个干扰重构模块；

上述各个译码模块同时估计得到时刻t时各直升机用户的发送比特的对数似然比，并将各直升机用户在发送端发送信号的均值和方差输入所述干扰重构模块；

上述干扰重构模块根据上述输入信息对每一个直升机用户重构其余直升机用户在时刻t造成的多址干扰的均值和方差；

上述干扰消除模块根据干扰重构模块得到的每一个直升机用户的多址干扰的均值和方差以及接收机接收到的每一个直升机的信号，进而计算得到干扰消除后的每一个用户的信号以及等效噪声功率；

上述译码模块将上述干扰消除模块消除干扰后的接收信号和等效噪声功率进行解调解交织后进行译码，进而估计出本用户在时刻t的发送比特对数似然比；

其中，上述译码模块还将译码后输出的发送比特对数似然比重新输入上述干扰重构模块，再次进行干扰重构，并依次执行上述各个模块的操作，直至满足迭代次数要求并最终输出估计的各直升机用户发送的信息。

5.根据权利要求4所述的直升机多用户卫星通信系统的接收机，其特征在于，所述接收机还包含：同步及信道估计模块；

上述同步及信道估计模块，用于利用每个用户的导频进行滑动相关操作，再根据滑动相关操作获得的相关峰的峰值确定接收的各个用户的所有信息段以及到达时间，并根据发送端发送的导频和接收机接收的导频得到每一个信息段内符号的随机相位θ_m(t)和幅度信息A_m(t)，并采用函数δ_m(t)表征任一时刻t是否有用户m的信息到达；

上述函数δ_m(t)的值根据接收信号中用户m的每一分段的前导频和后导频的相关峰确定，具体原则为：若时刻t处于每一分段的前后相关峰之间，则时刻t有用户m的信号存在，即δ_m(t)＝1；否则，时刻t没有用户m的信号存在，即δ_m(t)＝0；

其中，上述随机相位和幅度信息计算以及δ_m(t)还作为干扰重构模块的输入信息用于干扰重构操作；所述的信息段为发送端参考预测的下一个缝隙长度向接收端发送的信息。

6.根据权利要求5所述的直升机多用户卫星通信系统的接收机，其特征在于，所述干扰消除模块和译码模块之间还包含：解调制和解交织模块；

上述解调制和解交织模块，用于对上述干扰消除模块输出的信号以及等效噪声进行与发送端的交织和调制模块相反的解调制和解交织处理操作；

其中，经过上述解调制和解交织模块后的信号得到各个比特的对数似然比再输入译码模块进行译码操作。

7.根据权利要求4或5所述的直升机多用户卫星通信系统的接收机，其特征在于，所述干扰重构模块进一步包含：

第一处理子模块，用于设定各直升机用户的发送符号的分布概率符合高斯分布，对各用户的译码模块输入的每个发送符号的均值E(x_i(t))和方差Var(x_i(t))进行计算，i表示第i个直升机用户，其中在首次计算时，初始化均值E(x_i(t))＝0，方差Var(x_i(t))＝1；

第二处理子模块，用于根据δ_i(t)函数的结果判断时刻t直升机用户i的符号是否存在，进而得出t时刻各个用户之间信息相互干扰的关系，计算得到多址干扰的均值和方差；

其中，第二处理子模块分别采用如下公式计算用户m在t时刻受到的多址干扰的均值E_m(t)和方差Var_m(t)：

$E_m\left(t\right)=\underset{i,i\≠m}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\δ}}_i\left(t\right)A_i\left(t\right)E\left(x_i\left(t\right)\right)e^{{\mathrm{j\θ}}_i\left(t\right)}{\mathrm{Var}}_m\left(t\right)=\underset{i,i\≠m}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\δ}}_i\left(t\right){A^2}_i\left(t\right)Var\left(x_i\left(t\right)\right)$

其中，i为任意一个直升机用户但不包含用户m；

将第二处理子模块得到的均值和方差同时送入对应用户m的干扰消除模块。

8.根据权利要求7所述的直升机多用户卫星通信系统的接收机，其特征在于，针对用户m的干扰消除模块进一步包含：

输入模块，用于输入上述同步及信道估计模块输出的接收符号y_m(t)和上述干扰重构模块计算得到的用户m的多址干扰的均值E_m(t)和方差Var_m(t)；

计算处理子模块，用于采用如下公式计算得到用户m在t时刻发送符号的估计“y_m(t)-E_m(t)”以及对应的等效噪声功率“Var_m(t)+σ²”，再将计算得到的发送符号的估计和等效噪声功率送入解调制和解交织模块；

其中，y_m(t)为t时刻接收到的符号值，σ²为噪声功率，E_m(t)和Var_m(t)分别为干扰重构与消除模块输入的用户m在t时刻受到的多址干扰的均值与方差；

上述用户m的干扰消除模块与任意直升机用户的干扰消除模块的结构相同。