CN110995301B - 一种基于信号抵消的寄生通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信号抵消的寄生通信方法。该方法包括在发送端，第一通信信号和第二通信信号在时域进行混合叠加，成为混合信号，在接收端，混合信号进入接收机后，对第一通信信号进行解调，恢复第一通信信号中的第一通信数据和本地通信载波，然后合成本地抵消信号，再利用本地抵消信号对接收的混合信号进行抵消处理而得到干扰消除信号，然后对干扰消除信号进行解调处理，从而获得第二通信信号中的第二通信数据。本发明在接收端通过信号抵消技术，降低“原信号”对寄生信号的干扰，提高了寄生信号的解调门限，实现既定传输标准的频带内多路信号的可靠传输，有效提高频带利用率。

Description

一种基于信号抵消的寄生通信方法

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种基于信号抵消的寄生通信方法。

背景技术

在卫星通信中，频带资源是一种稀缺的、有限的、具有重要战略地位的资源，如何在有限的频带范围内叠加多路信号传输是卫星通信领域长期关注和研究解决的技术问题。

现有技术中，频带复用就是利用一条频带同时传输多路信号的技术，常用频带复用技术有频分复用、时分复用以及码分复用三种方式。三种复用方式可以有效提高频带利用率，但其作为通信标准的一部分，在某些既定传输标准的频带内，如DVB信号传输频带，其使用灵活性受到很大限制。

因此，需要提供一种能够汇集多种复用方式、具有使用灵活性的通信方法，解决卫星通信中在多路信号复用中存在不能共用频带资源、复用方式兼容性不强的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于信号抵消的寄生通信方法，解决卫星通信现有技术中存在的多种通信体制不能兼容、频谱利用率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种基于信号抵消的寄生通信方法，包括以下步骤：在发送端，第一通信信号和第二通信信号在时域进行混合叠加，成为混合信号，其中所述第二通信信号为扩频通信信号，所述第二通信信号的功率谱密度低于第一通信信号的功率谱密度；在接收端，所述混合信号进入接收机，所述接收机对第一通信信号进行解调，恢复第一通信信号中的第一通信数据和本地通信载波，然后利用第一通信通信数据和本地通信载波合成本地抵消信号，再利用本地抵消信号对接收的混合信号进行抵消处理，从所述混合信号中抵消第一通信信号而得到干扰消除信号，然后对干扰消除信号进行解调处理，从而获得第二通信信号中的第二通信数据。

在本发明基于信号抵消的寄生通信方法另一实施例中，所述混合信号为s(t)：

其中，m(t)为第一通信信号中的第一通信数据，p(t)为第二通信信号中的第二通信数据，n(t)表示信道高斯白噪声，e^j(w·t)表示通信载波，

和Δw分别表示通信载波的相位偏移和角速度偏移。

在本发明基于信号抵消的寄生通信方法另一实施例中，所述接收机对所述第一通信信号进行解调包括先进行AD采样，然后经过解调模块的解调后输出第一通信数据m(kT)，并恢复本地通信载波

再由第一通信数据m(kT)对本地通信载波

进行调制，得到本地抵消信号m′(kT)：

其中，T为AD采样周期，n′(kT)表示解调残留噪声，α为对第一通信信号解调时产生的解调时延系数。

在本发明基于信号抵消的寄生通信方法另一实施例中，所述接收机对所述混合信号也是先进行AD采样，再进行数据缓存后，得到缓存信号为：

在本发明基于信号抵消的寄生通信方法另一实施例中，进一步用缓存信号与本地抵消信号相减，得到干扰消除信号为：

令n″(kT)＝n((k-α)T)-n′((k-α)T)，有：

在本发明基于信号抵消的寄生通信方法另一实施例中，对第一通信信号进行解调还包括下变频、匹配滤波、AGC、符号同步、频率同步以及译码。

在本发明基于信号抵消的寄生通信方法另一实施例中，所述第二通信信号为直接序列扩频信号，其中第二通信信号所采用的扩频码的码片R_c速率为40Msps，第一通信信号比第二通信信号的功率高约30dB，第一通信信号P₁和第二通信信号P₂功率如下式所示：

其中，P₁为第一通信信号的功率，C₁为第一通信信号的单个码元的功率，N_{0_2}为第二通信信号的功率谱密度，B_{N_2}为第二通信信号的等效噪声带宽，

R_c为第二通信信号的码片速率。

在本发明基于信号抵消的寄生通信方法另一实施例中，若将第二通信信号看成噪声，则第一通信信号相对于第二通信信号的载噪比：

即相当于是在一个频带链路只传输第一通信信号时的载噪比

约为76.8dBHz，N_{0_1}为第一通信信号的噪声功率谱密度。

在本发明基于信号抵消的寄生通信方法另一实施例中，第一通信信号与第二通信信号共用同一个频带时，计算第二通信信号对第一通信信号的干扰为：

将

代入上式计算，得到：

第二通信信号对第一通信接收性能的恶化约0.01dB，忽略不计。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种基于信号抵消的寄生通信方法。该方法包括在发送端，第一通信信号和第二通信信号在时域进行混合叠加，成为混合信号，在接收端，混合信号进入接收机后，对第一通信信号进行解调，恢复第一通信信号中的第一通信数据和本地通信载波，然后合成本地抵消信号，再利用本地抵消信号对接收的混合信号进行抵消处理而得到干扰消除信号，然后对干扰消除信号进行解调处理，从而获得第二通信信号中的第二通信数据。本发明在接收端通过信号抵消技术，降低“原信号”对寄生信号的干扰，提高了寄生信号的解调门限，实现既定传输标准的频带内多路信号的可靠传输，有效提高频带利用率。

附图说明

图1是根据本发明基于信号抵消的寄生通信方法一实施例的流程图；

图2是根据本发明基于信号抵消的寄生通信方法另一实施例中的接收机组成方框图；

图3是根据本发明基于信号抵消的寄生通信方法另一实施例中的解调效果曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1显示了本发明基于信号抵消的寄生通信方法一实施例的流程图。在图1中，包括以下步骤：

步骤S101，在发送端，第一通信信号(也称为原信号、正常信号)和第二通信信号(也称为寄生信号)在时域进行混合叠加，成为混合信号，其中所述第二通信信号为扩频通信信号，所述第二通信信号的功率谱密度低于第一通信信号的功率谱密度；

步骤S102，在接收端，所述混合信号进入接收机，所述接收机对第一通信信号进行解调，恢复第一通信信号中的第一通信数据和本地通信载波，然后利用第一通信通信数据和本地通信载波合成本地抵消信号，再利用本地抵消信号对接收的混合信号进行抵消处理，从所述混合信号中抵消第一通信信号而得到干扰消除信号，然后对干扰消除信号进行解调处理，从而获得第二通信信号中的第二通信数据。

优选的，所述混合信号为s(t)：

其中，m(t)为第一通信信号中的第一通信数据，p(t)为第二通信信号中的第二通信数据，n(t)表示信道高斯白噪声，e^j(w·t)表示通信载波，

和Δw分别表示通信载波的相位偏移和角速度偏移。

优选的，对于第二通信信号为直接序列扩频信号，其中第二通信信号所采用的扩频码的码片R_c速率为40Msps，第一通信信号比第二通信信号的功率高约30dB，第一通信信号P₁和第二通信信号P₂功率如下式所示：

其中，P₁为第一通信信号的功率，C₁也代表第一通信信号的功率，N_{0_2}为第二通信信号的功率谱密度，B_{N_2}为第二通信信号的等效噪声带宽，

R_c为第二通信信号的码片速率。由于第二通信信号是直接序列扩频信号，功率谱密度低，如果将第二通信信号看成噪声，则第一通信信号相对于第二通信信号的载噪比：

即相当于是在一个频带链路只传输第一通信信号时的载噪比

约为76.8dBHz,N_{0_1}为第一通信信号的噪声功率谱密度。

第一通信信号与第二通信信号共用该频带时，计算第二通信信号对第一通信信号的干扰为：

将

代入上式计算，得到：

通过分析发现，第二通信信号对第一通信接收性能的恶化约0.01dB，可以忽略不计。因此，同频带传输的第二通信信号不会对第一通信信号传输造成不利影响。

进一步的，结合图2，接收机对接收的混合信号首先进行AD采样，然后分成两路，其中一路用于对第一通信信号进行解调，这是由于第一通信信号相对于第二通信信号而言具有较高的信噪比，另一路则对经过AD采样后的混合信号进行数据缓存。

因此，所述接收机对所述第一通信信号进行解调包括先进行AD采样，然后经过解调模块的解调后输出第一通信数据m(kT)，并恢复本地通信载波

再由第一通信数据m(kT)对本地通信载波

进行调制，得到本地抵消信号：

其中，T为AD采样周期，n′(kT)表示解调残留噪声，α为对第一通信信号解调时产生的解调时延系数，即延长的时间长度是αT。

同样，所述接收机对所述混合信号也是先进行AD采样，再进行数据缓存后，得到缓存信号为：

可以看出，第二路在进行数据缓存的时延长度与第一路对第一通信信号的时延长度相同，都是αT，也就是要使得对采样后的混合信号进行延时缓存αT后得到缓存信号。优选的，在对第一通信信号解调时，包括的步骤有下变频、匹配滤波、AGC、符号同步、频率同步以及译码，这样就要求对混合信号AD采样后，要精确计算缓存时钟周期。优选的，经计算第一通信信号解调模块中下变频处理时延为2个时钟周期，匹配滤波时延为40个时钟周期，AGC时延为5个时钟周期，符号同步时延为18个时钟周期，译码时延为5932个时钟周期，解调恢复的第一通信数据对恢复的本地通信载波进行调制的时延为44个时钟周期，因此信号接收机对AD采样后混合信号缓存的时延为：2+40+5+18+5932+44＝6041个时钟周期，也就是α＝6041。

进一步用缓存信号与抵消信号相减，得到干扰消除信号b(kT)为：

令n″(kT)＝n((k-α)T)-n′((k-α)T)，有：

可见，这里的干扰消除信号b(kT)中主要为第二通信信号p((k-α)T)和残留噪声n″(kT)。干扰消除信号b(kT)经过第二通信信号解调模块，解调恢复出第二通信数据，实现对第二通信信号的传输。

根据图3显示，第一曲线S1为未采用本发明寄生通信方法的误码率曲线，第二曲线S2是采用本发明寄生通信方法的误码率曲线，由图3可以看出，在系统误码率为10^-5时，采用本发明中的信号抵消技术后对第二通信信号的解调门限约2.5dB，比未采用信号抵消技术时提高约4dB。接收机通过上述信号抵消技术，可有效提高对寄生信号解调模块的解调门限，保障寄生信号解调的可靠性和稳定性。

由此可见，本发明公开了一种基于信号抵消的寄生通信方法。该方法包括在发送端，第一通信信号和第二通信信号在时域进行混合叠加，成为混合信号，在接收端，混合信号进入接收机后，对第一通信信号进行解调，恢复第一通信信号中的第一通信数据和本地通信载波，然后合成本地抵消信号，再利用本地抵消信号对接收的混合信号进行抵消处理而得到干扰消除信号，然后对干扰消除信号进行解调处理，从而获得第二通信信号中的第二通信数据。本发明基于信号抵消的寄生通信方法较使用频分、时分以及码分复用体制，提出的“多体制信号共频带传输”寄生通信体制：在不对“原信号”传输造成干扰前提下，利用现有频段中直接传输寄生信号；接收端通过信号抵消技术，降低“原信号”对寄生信号的干扰，提高了寄生信号的解调门限，实现“既定传输标准的频带”内多路信号的可靠传输，有效提高频带利用率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于信号抵消的寄生通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

在发送端，第一通信信号和第二通信信号在时域进行混合叠加，成为混合信号，其中所述第二通信信号为扩频通信信号，所述第二通信信号的功率谱密度低于第一通信信号的功率谱密度；

在接收端，所述混合信号进入接收机，接收机对接收的混合信号首先进行AD采样，然后分成两路，其中一路用于对第一通信信号进行解调，另一路则对经过AD采样后的混合信号进行数据缓存,得到缓存信号，所述接收机对第一通信信号进行解调，恢复第一通信信号中的第一通信数据和本地通信载波，然后利用第一通信通信数据和本地通信载波合成本地抵消信号，再利用本地抵消信号对接收的缓存信号进行抵消处理，从所述缓存信号中抵消第一通信信号而得到干扰消除信号，然后对干扰消除信号进行解调处理，从而获得第二通信信号中的第二通信数据。

2.根据权利要求1所述的基于信号抵消的寄生通信方法，其特征在于，所述混合信号为s(t)：

其中，m(t)为第一通信信号中的第一通信数据，p(t)为第二通信信号中的第二通信数据，n(t)表示信道高斯白噪声，e^j(w·t)表示通信载波，

和Δw分别表示通信载波的相位偏移和角速度偏移。

3.根据权利要求2所述的基于信号抵消的寄生通信方法，其特征在于，所述接收机对所述第一通信信号进行解调包括先进行AD采样，然后经过解调模块的解调后输出第一通信数据m(kT)，并恢复本地通信载波

再由第一通信数据m(kT)对本地通信载波

进行调制，得到本地抵消信号m′(kT)：

其中，T为AD采样周期，n′(kT)表示解调残留噪声，α为对第一通信信号解调时产生的解调时延系数。

4.根据权利要求3所述的基于信号抵消的寄生通信方法，其特征在于，所述缓存信号为：

5.根据权利要求4所述的基于信号抵消的寄生通信方法，其特征在于，进一步用缓存信号与本地抵消信号相减，得到干扰消除信号为：

令n″(kT)＝n((k-α)T)-n′((k-α)T)，有：

6.根据权利要求5所述的基于信号抵消的寄生通信方法，其特征在于，对第一通信信号进行解调还包括下变频、匹配滤波、AGC、符号同步、频率同步以及译码。

7.根据权利要求6所述的基于信号抵消的寄生通信方法，其特征在于，所述第二通信信号为直接序列扩频信号，其中第二通信信号所采用的扩频码的码片R_c速率为40Msps，第一通信信号比第二通信信号的功率高30dB，第一通信信号P₁和第二通信信号P₂功率如下式所示：

其中，P₁为第一通信信号的功率，C₁也表示第一通信信号的功率，N_{0_2}为第二通信信号的功率谱密度，B_{N_2}为第二通信信号的等效噪声带宽，

R_c为第二通信信号的码片速率。

8.根据权利要求7所述的基于信号抵消的寄生通信方法，其特征在于，若将第二通信信号看成噪声，则第一通信信号相对于第二通信信号的载噪比：

在一个频带链路只传输第一通信信号时的载噪比

为76.8dBHz，N_{0_1}为第一通信信号的噪声功率谱密度。

9.根据权利要求8所述的基于信号抵消的寄生通信方法，其特征在于，第一通信信号与第二通信信号共用同一个频带时，计算第二通信信号对第一通信信号的干扰为：

将

代入上式计算，得到：

第二通信信号对第一通信接收性能的恶化约0.01dB，忽略不计。

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