CN109996040A - 一种应用于航拍及监控的cofdm上行增强的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法，包括上行链路和下行链路采用非对称信道工作带宽；上行链路和下行链路采用非对称调制及编码，并配合LDPC编码系统；利用跳频技术，达到干扰分集的目的；采用上行双天线切换技术对上行空间分集。本发明所述的一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法能够抑制上行干扰、稳定上行链路。

Description

一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法
技术领域
本发明涉及航拍领域，尤其涉及一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法。
背景技术
伴随着国际通信技术的迅猛发展，COFDM调制技术也应运而生，使得“高速运动中”和“非视距条件下”实现高质量实时图像和数据传输得到了长足的发展。无线数字图像传输系统采用了先进的OFDM调制解调技术、信道编码技术，并结合数字图像压缩H.264/H.265等多媒体网络传输技术，能够在高速移动环境下实现视频、语音、数据等宽带多媒体业务的实时、同步传输。具有覆盖范围广、灵敏度高、移动性好、抗干扰和抗衰落能力强、传输数据率高、稳定性和可靠性突出等显著优点。
随着航拍及智能巡检机器人的快速应用发展，COFDM系统为高清视频的实时拍摄及回传提供了解决方案。通过COFDM系统搭载行业应用设备可对地球地貌、城市景观、工程建设等方面进行摄影摄像活动，也被运用于军事、交通建设、水利工程、生态研究以及电视栏目等方面，也可使用机器人进行室内外动态场景监控。
COFDM系统常用工作频段:ISM(Industrial Scientific Medical)Band。通常使用2.4G及5.8G频段。因属于公共频段，无线环境较为复杂，极易受到其他发射机的干扰。
根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》及我国频谱使用情况，无人机装备也可以使用840.5-845MHz、1430-1444MHz。800M及1.4G频段可分配带宽较小，频率复用情况严重。
通过提高发射机的发射功率，增加上行链路的信号强度，在不引入噪声的前提下可以提高接收机的接收信号强度及SNR。
PA(Power Amplifier，功率放大器)，是指能输出大功率信号的放大电路。一个电子设备中通常包含多级放大电路，除了对小信号进行电压放大的前级放大电路，其输出级携带天线负载，驱动这些负载都需要一定的功率，因此需要能放大信号的功率放大电路，如附图1所示。
LNA(Low Noise Amplifier)就是所谓的低噪声放大器，它决定接收器的整体性能；一般说来，噪声指数是LNA最重要的一个参数，通常LNA噪声指数的性能太差时，便会影响到接收器侦测微弱信号的能力，影响接收性能。
通过专业的扫频设备连接接收天线，对工作全频段进行扫频，根据底噪结果进行分析，确认发射机和接收机的最佳工作频率。对发射机和接收机配置最佳工作频率，从而达到降低上行链路干扰的目的。
但是，多级PA及LNA的引入导致射频模块的复杂度大幅度上升，同时易引入噪声，增加了系统的不稳定性，另无线设备的射频发射功率有严格的规范限制；区域扫频需耗费较大的人力及物力，COFDM系统工作可能处于移动状态，系统不会在某个固定区域工作，所以扫频方案不能解决上行链路的干扰问题；上下行使用同样的信道频宽及编码调制方式，上行链路的稳定性无法保证。基于此有必要采用新的COFDM上行增效的方法。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法，以抑制上行干扰，保证上行链路的稳定性。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法，包括以下步骤：
(1)上行链路和下行链路采用非对称信道工作带宽，其中下行信道采用宽工作频宽，上行信道采用窄工作频宽；
(2)上行链路和下行链路采用非对称调制及编码，所述上行链路采用低阶调制，所述下行链路采用高阶调制，并配合LDPC编码系统；
(3)利用跳频技术，上行接收机在每个帧周期内改变频率，帧周期为20ms，在整个跳频序列中随机进行频率跳动，达到干扰分集的目的；
(4)采用上行双天线切换技术对上行空间分集。
进一步的，步骤(1)中所述上行信道采用10M工作频宽，其灵敏度Sen为-100dbm，所述下行信道采用2.5M工作频宽，其灵敏度Sen为-106dbm，在同样的发射频率2.5M的带宽比10M工作频宽的信道SNR提高6db。
进一步的，步骤(2)中所述低阶调制采用BPSK、QPSK中的一种，所述高阶调制采用8PSK、16QAM、64QAM中的一种。
进一步的，步骤(2)中与所述低阶调制配合的LDPC编码采用1/4、1/3、1/2其中的一种方案，与所述的高阶调制配合的LDPC编码采用3/4、4/5、7/8其中的一种方案。
进一步的，步骤(4)中，在接收端分两路分集信号，并选择SNR在特定的预定门限之上的特定分支；在该信号的SNR降低到所设的门限值之下之前，选择该信号作为输入信号。当SNR低于设定的门限时，接收端开始重新扫描并切换到另一个分支。
本发明的有益效果如下所述：一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法，采用非对称信道工作带宽技术可明显改善上行链路灵敏度进而降低上行链路干扰的影响，显著提高上行链路的稳定性；采用上下行非对称调制及编码技术：最大限度保证上行链路稳定性，增强上行链路纠错能力，同时下行链路采用高阶调制及长信息位/短校验位LDPC编码方式，保证下行链路的高吞吐率要求；采用跳频方案实现干扰分集，可适应复杂多变的无线环境；采用空间分集技术，通过上行链路的双天线切换技术增强上行链路稳定性；
附图说明
附图1为本发明所述的功率放大电路；
附图2为本发明所述的上下行非对称频谱原理图；
附图3为本发明所述的调频工作原理图；
附图4为本发明所述的天线切换原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至4所述的一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法，包括上行链路和下行链路采用非对称信道工作带宽，其中下行信道采用宽工作频宽，上行信道采用窄工作频宽。应用于无人航拍及智能机器人领域的COFDM系统主要实现下行高清数字无线视频传输，对下行带宽要求较高；上行链路通常为控制及数传信道，对上行带宽要求较低。根据应用场景进行灵活配置后，可以有效的提高上行链路的灵敏度噪声检测能力，提高上行链路的SNR。灵敏度计算公式：Sen(dBm)＝-174dBm/Hz+NF+10×log(BW)+SNR。以上行信道10M带宽为例，NF值5dB，SNR值-1dB；10M带宽：BW＝10000000Hz即为20乘以10的6次方赫兹，10logB＝10×7＝70，那么10M带宽下的灵敏度为：Sen(dBm)＝-174+5+70-1＝-100。以TDD2.5M带宽为例，NF值5dB，SNR值-1dB；2.5M带宽：BW＝2500000Hz即为20乘以10的6次方赫兹，10logB＝10×6.4＝64,那么2.5M带宽下的灵敏度为：Sen(dBm)＝-174+5+64-1＝-106。
对比2.5M和10M带宽下的灵敏度，2.5M的灵敏度比10M低6dbm。在同样发射功率下的情况下2.5M工作频宽的信道SNR则可以提高6db，2.5M工作频宽下的上行链路稳定性有明显提高。
上行链路和下行链路采用非对称调制及编码，所述上行链路采用低阶调制，所述下行链路采用高阶调制，并配合LDPC编码系统。
LDPC基本原理为在发送端，通过将kbit信息作为一个分组进行编码，加入(n-k)bit的冗余校验信息，组成长度为n bit的码字；码字经过信道到达接收端之后，如果错误在可纠范围之内，通过译码即可检查并纠正错误bit，从而抵抗信道带来的干扰，提高通信系统的可靠性。通过FEC的处理，可以以很小的冗余开销代价，有效降低系统的误码率，延长传输距离，实现降低系统成本的目的。
因上行链路传输控制信令和数传信息，所需的物理层速率较低，同时需严格保证上行链路的稳定性。因此可采用低阶调制：BPSK、QPSK中的一种，同时LDPC可采用1/4、1/3、1/2中的一种方案，通过采用低阶调制及提高LDPC校验位长度提高上行链路稳定性。所述BPSK为Binary Phase Shift Keying即二相相移键控，一个符号代表1bit；QPSK为Quadrature Phase Shift Keying即四相相移键控，一个符号代表2bit。
下行链路传输视频等大流量数据，所需的物理层速率较高，因此需采用高阶调制：8PSK、16QAM、64QAM等，同时LDPC可采用3/4、4/5、5/6、7/8等，通过采用高阶调制及提高LDPC信息位长度来保证下行物理层高速率要求。所述8PSK为8Phase Shift Keying即八相相移键控，一个符号代表3bit；16QAM为16Quadrature Amplitude Modulation即十六正交幅相调制，一个符号代表4bit；64QAM为64Quadrature Amplitude Modulation即正交幅相调制，一个符号代表6bit。
利用跳频技术，上行接收机在每个帧周期内改变频率，帧周期为20ms，在整个跳频序列中随机进行频率跳动，达到干扰分集的目的。
在无人航拍或机器人领域中，因天线安装位置、设备运动姿态或者周边环境的影响，可能导致天线被遮挡的情况，上行链路进而恶化或者出现中断。采用上行双天线切换技术可以有效的避免该问题，双天线安装位置需有一定隔离，保证双线性的空间上的差异性。
双天线切换原理：接收端扫描2路分集信号，并选择SNR在特定的预设门限之上的特定分支。在该信号的SNR降低到所设的门限值之下之前，选择该信号作为输入信号。当SNR低于设定的门限时，接收端开始重新扫描并切换到另一个分支。由于切换合并并不需要同时连续不停的监视2路分集支路，实现较为简单。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法，其特征包括以下步骤：
(1)上行链路和下行链路采用非对称信道工作带宽，其中下行信道采用宽工作频宽，上行信道采用窄工作频宽；
(2)上行链路和下行链路采用非对称调制及编码，所述上行链路采用低阶调制，所述下行链路采用高阶调制，并配合LDPC编码系统；
(3)利用跳频技术，上行接收机在每个帧周期内改变频率，帧周期为20ms，在整个跳频序列中随机进行频率跳动，达到干扰分集的目的；
(4)采用上行双天线切换技术对上行空间分集。
2.根据权利要求1所述的一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法，其特征在于：步骤(1)中所述上行信道采用10M工作频宽，其灵敏度Sen为-100dbm，所述下行信道采用2.5M工作频宽，其灵敏度Sen为-106dbm，在同样的发射频率2.5M的带宽比10M工作频宽的信道SNR提高6db。
3.根据权利要求1所述的一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法，其特征在于：步骤(2)中所述低阶调制采用BPSK、QPSK中的一种，所述高阶调制采用8PSK、16QAM、64QAM中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法，其特征在于：步骤(2)中与所述低阶调制配合的LDPC编码采用1/4、1/3、1/2其中的一种方案，与所述的高阶调制配合的LDPC编码采用3/4、4/5、7/8其中的一种方案。
5.根据权利要求1所述的一种应用于航拍及监控的COFDM上行增强的方法，其特征在于：步骤(4)中，在接收端分两路分集信号，并选择SNR在特定的预定门限之上的特定分支；在该信号的SNR降低到所设的门限值之下之前，选择该信号作为输入信号。当SNR低于设定的门限时，接收端开始重新扫描并切换到另一个分支。
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