CN109347535A - 一种pcma非盲解调发送信号延时调整的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PCMA非盲解调发送信号延时调整的方法，包括：S1.在系统初始化时标定链路延时τ_total；S2.采用FPGA的片内缓存，抵消掉DSP数据调度产生的抖动时延以及卫星地面站相对运动产生的抖动时延；S3.通过延时调整后从卫星信道接收到的当前超帧和本地发送的当前超帧备份严格对齐，二者相减后即为接收到的对端发送的有用信号。本发明首先通过初始时刻查表和标定卫星全链路延迟，获取到当前备份超帧比特信息的发送起始时刻点，然后根据实时变化的编码调制方式动态调整该时刻点，同时通过缓存抵消掉DSP数据调度产生的抖动时延，以及星地相对运动导致的时延抖动，从而达到精确调整发送时延的目的。

Description

一种PCMA非盲解调发送信号延时调整的方法

技术领域

本发明涉及数字通信领域，尤其涉及一种PCMA非盲解调发送信号延时调整的方法。

背景技术

成对载波多址技术(PCMA,Paired Carrier Multiple Access)，是近些年提出来的新型卫星通信多址技术，有较高的信道利用率，下行链路具有较高的抗截获能力，具有较高的安全性，已经广泛的用于军事等领域。

假设通信方1、2发送的信号分别为S₁ ^up(t)和S₂ ^up(t)，卫星收到这些信号之后然后透明转发，则转发后的信号分别为S₁ ^down(t)和S₂ ^down(t)。该系统中假设任何一个通信方(通信方1、 2、3)都可以完全接收这两路信号。则他们收到的下行信号为

S₁ ^down(t)+S₂ ^down(t)

对通信方1来说，接收到的下行信号中S₁ ^down(t)是干扰信号，应当抵消掉；而S₂ ^down(t) 是有用信号，应当分离并解调出来。因此通信方1解调的时候，应当抑制掉S₁ ^down(t)，从而获得有价值的S₂ ^down(t)信号。对于通信方1而言，信号S₁ ^up(t)是本地发送出去的，是已知的，可以保存下来。通过卫星转发器的透明转发得到S₁ ^down(t)，可知S₁ ^up(t)跟S₁ ^down(t)具有相关性，如果可以估计出信道对S₁ ^up(t)的作用，就可以“再现”S₁ ^down(t)。下面用S’₁ ^down(t)表示信号S₁ ^down(t)的估计量，这样通信方1就可以得到对信号S₂ ^down(t)的估计：

S₂’^down(t)＝S₁ ^down(t)+S₂ ^down(t)-S’₁ ^down(t)

因此如果要对S₂ ^down(t)进行精确估计，也即需要||s'₂down(t)-s₂down(t)||足够小，等价于||s'₁down(t)-s₁down(t)||足够小，也就是要求S’₁ ^down(t)足够接近S₁ ^down(t)。对于通信方2也有类似的结论。这就是PCMA信号非盲解调的自干扰抑制方法的基本思想。基于透明转发器的卫星通信系统中，若任何一个终端所发出的信号可以被包括它本身的任何一个终端接收到，同时每次通信只能经过一次卫星转发，即为单跳双向卫星链路系统，则在非对称模式下，即两个相互通信的地球站发送信号的信号功率和带宽相差较大，PCMA信号满足非盲解调的先决条件。

PCMA信号非盲解调的重点是对信道参数的估计，在估计信道参数的时候需要不断的更新信道参数，保证自干扰抵消能够实时跟踪信道的变化，提高分离解调的性能，降低误码率。然后利用这些信道估计值，作用于本地的基带信号，相当于“再现”本地信号，模拟出本地信号。使用本地信号对接收的混合信号做自干扰消除，可以得到对方发送的信息，从而实现解调对方发送的信息序列。如下图所示。其中本地发送信号的时延调整有着非常重要的作用，能否精准的重构整个发射和接收链路的传输时延，直接决定了后级抵消模块的信号输出质量，进而影响整个信号的解调信噪比。

捕获和跟踪模块可估计出接收信号的精确的帧头位置，而重构的信号帧头位置容易获取，将二者的帧头对齐后，即可进行PCMA抵消操作。重构信号的比特信息由DSP提前告知FPGA， FPGA内部经过一系列操作重构信号，操作的延时为固定延时，因此延时调整的关键是控制 DSP发送给FPGA当前帧备份比特信息的调度时间。如果调度过早，则FPGA内部会消耗大量RAM资源存储重构的超帧数据，等待当前超帧数据到来；如果调度过晚，则FPGA内部会消耗大量RAM资源存储接收到的当前超帧数据。鉴于上述因素，本发明在符号速率、编码调制方式一定的条件下，首先通过初始时刻查表和标定卫星全链路延迟，获取到当前备份超帧比特信息的发送起始时刻点，然后根据实时变化的编码调制方式动态调整该时刻点，同时通过缓存抵消掉DSP数据调度产生的抖动时延，以及星地相对运动导致的时延抖动，从而达到精确调整发送时延的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的技术不足，提供一种PCMA非盲解调发送信号延时调整的方法，达到精确调整发送时延的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种PCMA非盲解调发送信号延时调整的方法，其特征在于包括以下步骤：

S1.在系统初始化时标定链路延时τ_total；

S2.采用FPGA的片内缓存，抵消掉DSP数据调度产生的抖动时延以及卫星地面站相对运动产生的抖动时延；

S3.通过延时调整后从卫星信道接收到的当前超帧和本地发送的当前超帧备份严格对齐，二者相减后即为接收到的对端发送的有用信号。

所述步骤S1中的标定链路延时的计算公式如下：

τ_total＝τ_jitter+τ1+τ2+τ3+τ4+τ5+τ6+τ7

其中，τ_jitter为DSP数据调度抖动延时，τ₁为基带发射通道的处理延时，τ₂为射频发射通道的传播延时，τ₃为射频发射接口到天线馈源口的传播延时，τ₄为卫星信道的传输延时，τ₅为天线馈源口到射频接收接口的传播延时，τ₆为射频接收通道的传播延时，τ₇为基带接收通道的捕获延时。

所述卫星信道的传输延时是卫星地面之间斜距的函数，通过下面的公式来计算:

τ4＝d/c

其中，d为卫星和地面站之间的斜距，是卫星轨道半径和轨道提升角的函数:

其中，r为轨道半径，R_E为地球半径。

本发明的有益效果在于：本发明提出的PCMA非盲解调发送信号延时调整的方法，联合运用了初始时刻查表、初始时刻链路延时标定以及FPGA片内缓存抵消时延等多种手段，巧妙的解决了PCMA信号重构时延调整的问题，与现有技术相比，该方法设计结构精巧，控制流程简洁，逻辑存储资源开销较小，时延调整精度较高，不同符号速率以及不同编码调制方式均可采用，在宽带卫星通信领域具有很高的工程应用价值。

附图说明

图1为根据一个实施例的PCMA非盲解调发送信号延时调整的流程图。

图2为根据一个实施例的DSP数据调度示意图。

图3为根据一个实施例的标定链路延时流程图。

图4为根据一个实施例的卫星链路延时示意图。

图5为根据一个实施例的Ku频段地球同步卫星轨道控制示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图2所示，假设在t0时刻DSP发送帧长为L的超帧数据，该数据经过基带和射频发射通道处理后经馈线传输至天线BUC，上变频后馈源将该信号推送至同步卫星，天线馈源接收到该信号后经LNB下变频处理，然后经馈线传输至射频接收通道，完成解调后传输至基带接收通道，基带实时捕获该信号，并在t2时刻精确定位帧头位置，从图t0到t2的整个链路延时设为τ_total。与此同时，DSP在经τ_schedule延时后于t1时刻开始发送上一超帧的备份，该超帧数据经本地基带发射通道编码调制处理后于t2时刻和发送的前一超帧帧头对齐，设基带处理时延为τ_bbtx，延时调整的关键在于调节τ_schedule的大小。

从图2可以看出，

τ_schedule＝τ_total-τ_bbtx

整个链路延时τ_total和基带处理时延τ_bbtx均在系统初始化时进行标定，因此其流程如图3所示，因此特定的符号速率和编码调制方式对应特定的链路延时和基带处理时延。

如图4所示，整个链路的延时τ_total主要包括7部分：

1)DSP数据调度抖动延时τ_jitter

2)基带发射通道的处理延时τ1

3)射频发射通道的传播延时τ2

4)射频发射接口到天线馈源口的传播延时τ3

5)卫星信道的传输延时τ4

6)天线馈源口到射频接收接口的传播延时τ5

7)射频接收通道的传播延时τ6

8)基带接收通道的捕获延时τ7

τ_total满足如下关系：

τ_total＝τ_jitter+τ1+τ2+τ3+τ4+τ5+τ6+τ7

可知发送备份超帧的基带处理时延为τ_bbtx，该值和发送前一超帧的基带处理时延τ1完全相同，因此有

τ_bbtx＝τ1

结合已有结论，可得

τ_schedule＝τ_total-τ_bbtx＝τ_jitter+τ2+τ3+τ4+τ5+τ6+τ7

上述任意一个因素发生变化，都会影响到整个链路的时延调整控制。

DSP在调度超帧数据时，由于调度的时间片不能切割为任意小，因此调度操作会产生抖动延时τ_jitter。考虑该因素的影响，设计DSP提前一定时间将备份超帧发送至FPGA，FPGA通过内部缓存抵消掉该抖动延时τ_jitter。射频发射通道的延时τ2主要为射频处理延时，不同符号速率对应的延时不同，通过标定初始链路延时可以对其进行补偿。射频载波频率对射频发射接口到天线馈源口的传播延时τ3有一定影响，同样通过标定初始链路延时也可以对其进行补偿。卫星信道的传输延时是卫星地面之间斜距的函数，通过下面的公式来计算传播延时:

τ4＝d/c

d为卫星和地面站之间的斜距，是卫星轨道半径和轨道提升角的函数:

其中r为轨道半径，R_E为地球半径。对于地球同步卫星而言，由于星地斜距是相对固定的，所以传播延时也是一个相对固定值。但是如果考虑卫星和地面是相对运动的，所以这部分延时也是动态变化的。Ku频段地球同步卫星的轨道控制如图5所示，可以看到卫星在边长大致为70Km的立方体空间范围内运动，因此对地距离的变化范围为0～70Km，折算为卫星链路的延时，可知链路延时可能会有233us的抖动。因此，虽然初始标定链路延迟可以补偿大部分星地之间的传输延时，但是考虑卫星的运动，必须补偿该传输延时的抖动。由于该抖动值较小且为随机数值，DSP没有办法进行调度，故FPGA内部设计一定余量，采用缓存将其抵消。

射频载波频率对天线馈源口到射频接收接口的传播延时τ5有一定影响，同样通过标定初始链路延时也可以对其进行补偿。射频接收通道的传播延时τ6射频处理延时，不同符号速率对应的延时不同，通过标定初始链路延时可以对其进行补偿。基带接收通道的捕获延时τ7为FPGA的信号处理延时，而定位超帧帧头位置可以精确到1/8符号，故可以认为捕获延时值基本恒定。

显然，不同的符号速率或者不同的调制编码方式该延时调整值均有所不同，而同一符号速率同一编码调制方式条件下，考虑卫星和地面站的相对运动，该延时调整值也有微小抖动。此外，还必须充分考虑DSP数据调度产生的抖动时延的影响。因此初始时刻的链路延时标定只作为延时调整的参考，除此之外还必须充分考虑诸多动态因素的影响。

综上所述，影响整个链路延时调整的所有因素都可以通过技术手段进行补偿，在符号速率一定的条件下，同时忽略频率微小变化对延时的影响，一方面通过初始时刻的查表和链路延时标定，可以获取发端的基带处理时延和全链路数据传输时延，另一方面采用FPGA的片内缓存，抵消掉DSP数据调度产生的抖动时延以及卫星地面站相对运动产生的抖动时延，通过延时调整后从卫星信道接收到的当前超帧和本地发送的当前超帧备份严格对齐，二者相减后即为接收到的对端发送的有用信号。

如图1所示，该图示出了一种PCMA非盲解调发送信号延时调整的实施例，包括：

一种PCMA非盲解调发送信号延时调整的方法，其特征在于包括以下步骤：

S1.在系统初始化时标定链路延时τ_total；

S2.采用FPGA的片内缓存，抵消掉DSP数据调度产生的抖动时延以及卫星地面站相对运动产生的抖动时延；

S3.通过延时调整后从卫星信道接收到的当前超帧和本地发送的当前超帧备份严格对齐，二者相减后即为接收到的对端发送的有用信号。

所述步骤S1中的标定链路延时的计算公式如下：

τ_total＝τ_jitter+τ1+τ2+τ3+τ4+τ5+τ6+τ7

其中，τ_jitter为DSP数据调度抖动延时，τ₁为基带发射通道的处理延时，τ₂为射频发射通道的传播延时，τ₃为射频发射接口到天线馈源口的传播延时，τ₄为卫星信道的传输延时，τ₅为天线馈源口到射频接收接口的传播延时，τ₆为射频接收通道的传播延时，τ₇为基带接收通道的捕获延时。

所述卫星信道的传输延时是卫星地面之间斜距的函数，通过下面的公式来计算:

τ4＝d/c

其中，d为卫星和地面站之间的斜距，是卫星轨道半径和轨道提升角的函数:

其中，r为轨道半径，R_E为地球半径。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种PCMA非盲解调发送信号延时调整的方法，其特征在于包括以下步骤：

S1.在系统初始化时标定链路延时τ_total；

S2.采用FPGA的片内缓存，抵消掉DSP数据调度产生的抖动时延以及卫星地面站相对运动产生的抖动时延；

S3.通过延时调整后从卫星信道接收到的当前超帧和本地发送的当前超帧备份严格对齐，二者相减后即为接收到的对端发送的有用信号。

2.根据如权利要求1所述的PCMA非盲解调发送信号延时调整的方法，其特征在于：

所述步骤S1中的标定链路延时的计算公式如下：

τ_total＝τ_jitter+τ1+τ2+τ3+τ4+τ5+τ6+τ7

其中，τ_jitter为DSP数据调度抖动延时，τ₁为基带发射通道的处理延时，τ₂为射频发射通道的传播延时，τ₃为射频发射接口到天线馈源口的传播延时，τ₄为卫星信道的传输延时，τ₅为天线馈源口到射频接收接口的传播延时，τ₆为射频接收通道的传播延时，τ₇为基带接收通道的捕获延时。

3.根据如权利要求2所述的PCMA非盲解调发送信号延时调整的方法，所述τ₄为卫星信道的传输延时包括：

所述卫星信道的传输延时是卫星地面之间斜距的函数，通过下面的公式来计算：

τ4＝d/c

其中，d为卫星和地面站之间的斜距，是卫星轨道半径和轨道提升角的函数：

其中，r为轨道半径，R_E为地球半径。