CN111884971A - 测控信号与ofdm信号一体化波形共存传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,旨在提供一种高速、实时、传输可靠的波形共存传输系统,本发明通过下述技术方案实现:数据链路中,数据信息模块产生的数据信息比特,经LDPC编码模块、QAM调制模块进行幅度调制,OFDM模块生成正交复用OFDM信号,经功率调整模块率调整后与测控信号一起在信道叠加模块中完成功率域的叠加;测控链路上的测控信息模块经卷积编码模块、BPSK调制模块调制和扩频模块扩频后,将BPSK信号流映射到载波上,经功率调整后与数据信号一起在信道叠加模块中完成功率域叠加,叠加形成扩频测控信号与正交频分复用OFDM信号共存的一体化波形信号。

Description

测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统
技术领域
本发明涉及一种可用于航空、航天测控通信等技术领域,基于功率域叠加的测控数传一体化传输及接入系统,尤其是基于功率域叠加的扩频测控信号与OFDM信号共存的一体化波形传输及接入系统。
技术背景
随着航空、航天事业的发展和天地一体化体系的建设以及新的测控技术的不断出现并且,出现了多种测控信号体制共存的现状,导致遥感、遥控和数传分系统的各阶段测试面临的任务难度越来越大,任务周期越来越紧。尤其是随着测控技术与无线通信技术的进一步融合,接入测控通信目标数量的增多和接入测控通信目标测控精度需求的提高,使得现有频带资源变得愈发拥挤,技术难度也显著增大。单点计划式的测控需求逐步转向集群非计划式的测控需求,另一方面,测控目标的集群化发展也对系统的多址接入能力、高速率传输能力提出了更高的要求。现有的无线通信和扩频测控信号共存系统不能完全满足上述需求,需要寻求设计方法和技术上的突破,核心关键技术之一是共用信号波形设计。现有的无线通信和扩频测控信号共存系统采取的是“序贯设计”的方法,往往是从雷达或者通信单一系统角度出发进行设计,然后通过调整信号波形参数来尽量满足另一系统的需求。由于在设计之初缺乏一体化的考虑,更没有完善的理论体系对信号波形设计进行规范和指导。在进行多脉冲相参积累时,一体化波形不同脉冲间的差异可能会导致目标能量积累性能下降,导致设计的信号波形很难在兼顾测控和通信性能。由于现有一体化信号均采用固定的波形,不能适应动态变换的复杂电磁环境。如何在保持现有测控能力的同时实现集群接入和高速传输成为目前测控领域的重要课题,目前的共用信号波形的设计主要利用两个正交的信号波形分别进行测控通信和通信信号的调制,然后采用叠加的方式进行发射,这种思路的关键是寻找两个正交的信号波形,一旦信号波形不正交,将严重影响其系统功能。更重要的是,如果采用的信号波形在频率正交,则会增加对频率带宽的需求,如果采用的信号波形在空域正交,则会降低测控通信使用的相控阵面积和功率,影响测控通信探测的性能;其次是在测控通信波形中加载通信数据,统一采用一种信号波形进行调制,然后进行发射,这种方法目前有单载波和多载波体制,在单载波体制中,线性调频、伪随机序列是典型的信号波形,单载波体制普遍存在频谱效率较低的问题,多载波体制主要采用正交频分复用OFDM信号波形,OFDM作为一种新兴的多载波调制技术,具有很好的抗多径衰落性能,超高的频带利用率,被视为第移动通信技术的关键技术之一。为获取无线信号多径传播信息提供技术支持,通常是将信道分成若干个彼此相交的子信道,然后将高速串行的数据流转换为多个低速并行的子数据流,并将子数据流调制到正交子信道中传播,每个子数据流称之为子载波,每个子载波之间相互正交。常用的无线设备的频宽为20MHz,在这样的频宽下的正交频分复用系统下,CSI被分为30个子载波组。每个CSI测量值是包含30个Ntx*Nrx维的矩阵,Ntx是发送天线的个数,Nrx是接收天线的个数。任意矩阵内的元素是在一个确定OFDM载波频率下一对天线对之间的CFR(Channel Frequency Response)值。我们称在一定时间序列下的给定天线对之间的CFR值为CSI流。CFR信道频率响应,可以用来描述多径传播,包括相频响应和幅频响应。
为获取无线信号多径传播信息提供技术支持,通常是将信道分成若干个彼此相交的子信道,然后将高速串行的数据流转换为多个低速并行的子数据流,并将子数据流调制到正交子信道中传播,每个子数据流称之为子载波,每个子载波之间相互正交。常用的无线设备的频宽为20MHz,在这样的频宽下的正交频分复用系统下,CSI被分为30个子载波组。每个CSI测量值是包含30个Ntx*Nrx维的矩阵,Ntx是发送天线的个数,Nrx是接收天线的个数。任意矩阵内的元素是在一个确定OFDM载波频率下一对天线对之间的CFR值。我们称在一定时间序列下的给定天线对之间的CFR值为CSI流。CFR信道频率响应,可以用来描述多径传播,包括相频响应和幅频响应。每个数据包包含2330=180个CSI值,每个CSI值是一个复数值,发送端有两根天线,接收端有3根天线,每对发送端和接收端之间的1*30的CSI矩阵称为一个CSI数据流。OFDM系统可以方便地与其他多址接入方法相结合使用,构成OFDMA系统,使得多个用户可以同时利用OFDM技术进行信息传输,能够有效抑制和消除由于信道的时延扩展引起的频率选择性衰落、具有较高的频谱利用率和容易实现调制解调。然而,OFDM系统会因无线信道存在的时变性,传输过程中出现信号频率的偏移,例如多普勒频移;或者由于发射端振荡器与接收端振荡器之间存在频率偏差,都会使得正交频分复用OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏,从而导致子信道间的相互干扰(Inter-CarrierInterference,ICI),使系统性能恶化;其次存在较高的峰值平均功率比;与单载波系统相比,正交频分复用OFDM系统的输出容易导致出现较大的峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio,PAPR),高PAPR对发射机功率放大器的线性度提出了很高的要求。
在移动通信环境中,移动台的移动会使电波传播条件恶化,在传播中除了路径损耗外,还常常要受到噪声、干扰、多径衰落、阴影衰落、多普勒频移等各种干扰和衰落的影响,信道条件非常恶劣。传统扩频测控体制是基于伪码扩频序列进行无线测量与信息传输的扩频通信体制,利用码与载波的跟踪环路进行相位同步,提取精确时间信息,是一种针对高精度测量需求进行了体制参数与接收机优化的传输波形。由于传统测控方法和测控信号主要针对卫星、飞行器等测控目标,具有较强的特殊性,为保证这些测控目标安全、稳定地运行,完成既定任务,会为其规划专用的频谱资源。在规划频段中,基于扩频序列进行码相位环路跟踪的方法,虽然能取得精度极高的测速、测距值,而且有成熟的发送、接收方案,但其传输资源消耗严重,频谱资源利用率极低,其连续波体制和专用频带规划无法与现有5G通信体制进行兼容,难以实现高速率传输和海量接入。
基于OFDM传输协议的5GNR,支持5种子载波间隔配置,6G以下支持100MHz带宽传输,6G以上支持400MHz带宽传输。利用子载波与时隙的划分,设计了共享信道、控制信道、广播信道、同步信号、接入导频等,是一种适应参数集灵活配置的空口L1体制。5G通信系统在系统时延、接入数量、传输速率等指标上能够满足现阶段大容量、高速率的通信需求,实现超高的频谱利用率,但基于OFDM波形子载波相互正交叠加以及其他相关物理特性,很难满足高精度的测量需求。随着物联网业务的发展,智能无人化设备及其集群设备的发展,无人驾驶、自动操控等应用的发展,定位、测距、测速的需求发生了爆炸式的增长,在保证通信与测控兼容的同时,对时、频、码甚至新的资源域规划与调度有了更新、更高的要求。理论分析表明,一体化信号的距离旁瓣由所用伪随机编码序列的自相关、互相关特性及调制的通信信息共同决定。在测控数传一体化中,测距与数传的结合方式是关键技术问题,波形中融入通信功能,无疑是解决上述问题的一个好的途径。
因此,急需设计一种测控数传一体化波形,在非规划频段内,进行传统测控信号与OFDM信号波形的融合,在同一时间、同一频率实现高效数据传输和高精度测量。
发明内容
为了既满足高精度测量需求,又满足高效率传输需求,本发明的目的是针对现有技术方案的不足,提供一种高速、实时、传输可靠,满足高速数传和高精度测量需求,支持现有测控系统与5G系统的测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,以实现测控信号与OFDM信号同时、同频工作。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到,一种测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,包括:至少一条数据链路和一条测控链路,其中,数据链路设有顺次串联的数据信息模块、LDPC编码模块、QAM调制模块、OFDM模块以及功率调整模块;测控链路设有顺次串联的测控信息模块、卷积编码模块、BPSK调制模块、扩频模块以及测控功率调整模块,其特征在于:数据链路中,数据信息模块产生的数据信息比特,经LDPC编码模块、QAM调制模块在两个正交载波上进行幅度调制,OFDM模块根据正交幅度调制QAM信号生成正交复用OFDM信号,并经功率调整模块进行功率调整后与测控信号一起在信道叠加模块中完成功率域的叠加;测控链路上的测控信息模块将产生的测控信息比特信号,经卷积编码模块、BPSK调制模块调制和扩频模块扩频后,将生成的二进制相移键控BPSK信号流映射到载波上,通过测控功率调整模块进行功率调整后与数据信号一起在信道叠加模块中完成功率域叠加和接入;信道叠加模块将使用数据链路信号和测控链路信号完成功率域叠加,叠加形成扩频测控信号与正交频分复用OFDM信号共存的一体化波形信号,并通过天线发送出一体化波形。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
(1)本发明采用数据链路中,数据信息模块产生数据信息比特,数据信息比特经LDPC编码模块、QAM调制模块、OFDM模块生成OFDM信号,通过功率调整模块进行功率调整后与测控信号在信道叠加模块中进行功率域叠加,将调制的QAM符号流映射到子载波上,实现高速、实时、可靠传输。由于LDPC编码模块LDPC码的码率可以按配置构造,输出码流宽度具备一定的灵活性,给编码后的符号映射模块提供最佳的码流格和通用性,降低了符号映射设计的复杂度。OFDM信号使用相互正交的子载波来传输数据,降低了每个子载波上数据的传输速率,能够有效的抵抗多径时延引起的频率选择性衰落。同时允许子载波频率相互重叠,极大的提高了频带利用率。仿真实验表明,OFDM通信一体化波形不会影响目标在主瓣内能量的相参积累。
(2)本发明采用测控链路中,测控信息模块产生的测控信息比特,测控信息比特经卷积编码模块、BPSK调制模块调制和扩频模块扩频后,将生成的二进制移相键控BPSK信号流映射到载波上。由于在卷积码的编码过程中充分利用了各组的相关性,使得卷积码具有相当好的性能增益。其中BPSK调制器载波抑制良好,可提高转换增益,信号杂散较小、频谱分布及主旁瓣比接近理论值。通过测控功率调整模块进行功率调整后与数据信号在信道叠加模块中完成功率域叠加和接入,形成一体化的波形,可通过动态比特分配以及动态子信道分配,提高系统的性能;另一方面可利用宽带信道的频率分集,提升目标测控的稳定性和可靠性。
(3)本发明采用在功率域叠加形成的扩频测控信号与正交频分复用OFDM信号共存的一体化波形信号,数据链路和测控链路信号将在道叠加模块中完成的功率域叠加,实现测控数传扩频测控信号与正交频分复用OFDM信号共存的一体化波形信号,这种基于功率叠加的测控数传一体化波形,在5G空口体制的基础上,可以实现5G通信信号和传统扩频测控信号的共存设计。通过互相正交的同频载波进行抑制在播的双边带调制,利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输,可以实现测控信号与OFDM信号同时、同频工作。从业务层面看,既提高了原有5G系统在测速、测距的精度,又提升了测控系统的多址能力和传输速率。无人设备和无人集群通过接收本发明所设计的一体化波形,在实现随时通信的同时,可实现目标的按需测控。仿真结果验证了扩频因子、子载波数目、数据长度的不同取值对测控通信一体化信号的距离维模糊函数的旁瓣的影响,可为优化一体化信号的性能提供依据;设计的测控通信一体化信号可有效改善对通信信息和多普勒频移的敏感性,满足探测波形要求。
本发明可以在5G空口体制的基础上实现通信信号和扩频测控信号的共存,满足高速数传和高精度测量需求,适应按需测控的发展趋势。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
图1为本发明一种测控数传信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统示意图;
图2为本发明基于前导序列的终端随机接入的曲线示意图;
图3是本发明在不同扩频因子、功率分配比例下5G信号误码率性能图;
图4为现有测控信号与5G信号功率共存叠加后的归一化频谱波形的对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。
参阅图1。在以下描述的优选实施例中,一种测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,包括:至少一条数据链路和一条测控链路,其中,数据链路设有顺次串联的数据信息模块、LDPC编码模块、QAM调制模块、OFDM模块以及功率调整模块;测控链路设有顺次串联的测控信息模块、卷积编码模块、BPSK调制模块、扩频模块以及测控功率调整模块,其特征在于:数据链路中,数据信息模块产生的数据信息比特,经LDPC编码模块、QAM调制模块在两个正交载波上进行幅度调制,OFDM模块根据正交幅度调制QAM信号生成正交复用OFDM信号,并经功率调整模块进行功率调整后与测控信号一起在信道叠加模块中完成功率域的叠加;测控链路上的测控信息模块将产生的测控信息比特信号,经卷积编码模块、BPSK调制模块调制和扩频模块扩频后,将生成的二进制相移键控BPSK信号流映射到载波上,通过测控功率调整模块进行功率调整后与数据信号一起在信道叠加模块中完成功率域叠加和接入;信道叠加模块将使用数据链路信号和测控链路信号完成功率域叠加,叠加形成扩频测控信号与正交频分复用OFDM信号共存的一体化波形信号,并通过天线发送出一体化波形。
LDPC信道编码模块对其比特序列进行编码,QAM调制模块接收LDPC信道编码模块编码后,根据系统配置的调制参数,将QPSK、16QAM、64QAM比特序列映射为符号流,OFDM模块接收来自QAM调制模块的符号流,按映射规则,将调制符号映射成均匀的符号流,各种符号映射加入相应的功率归一化因子,使各种符号映射的平均功率趋同,并映射到子载波上,在OFDM系统中通过空载波填零,实现点数为N的快速傅里叶反变换IFFT,经并串转换、基带解调后,得到接收的信息比特流。经快速傅里叶反变换IFFT运算后的数据信号发送链路功率与测控信号发送链路功率进行协调分配,通过数据链路功率调整模块和测控功率调整模块进行功率调整,再经天线发送。
在可选的实施例数据链路中,数据信息模块产生数据信息信源比特序列,按照不同配置,生成序列长度可选为1620比特、1458比特、972比特。
LDPC信道编码模块利用校验矩阵的稀疏性对校验矩阵进行一定的预处理后进行编码,作为下一QAM调制模块的输入信号。根据不同配置,编码码率可选为5/6、3/4、1/2,编码后的码片数据长度统一为1944比特。
为了提高传输的频带利用率,QAM调制模块根据系统配置的调制参数,调制方式可选为正交幅度调制QPSK、16QAM和64QAM三种调制方式,其中,四相相移键控QPSK的符号流长度为972,16QAM的符号流长度为486,64QAM的符号流长度为342。
QPSK将两路信号幅度相同,功率相当,码元同步正交的BPSK信号相叠加,产生PAM信号可直接加到两个正交载波相位上。对于16QAM,每4比特对应于1个星座符号,最佳码流宽度为4;类似地,对于32QAM,每5比特对应于1个星座符号,最佳输入码流宽度为5;对于64QAM,由于每6比特对应于1个星座符号,因此最佳的输入码流宽度为6。由于编码后的数据首先要进行基于比特的交织,因此最佳的输入码流格式为串行数据,可以利用6个宽度为1的FIFO来实现串行数据流到指定宽度数据流的转换。
在可选实施例的测控链路中,卷积编码模块对来自测控信息模块输入的信息比特序列进行码率为1/2的卷积编码,BPSK模块将来自卷积编码模块编码后的比特序列映射为BPSK符号流,扩频模块对来自BPSK模块的符号流通过长度为1023的M伪随机序列对其进行扩频,其扩频倍数由预设扩频因子所确定;经扩频后,测控信号发送链路功率将与数据信号发送链路功率进行协调分配,功率调整模块对扩频测控信号进行功率调整,经功率调整后的测控信号和数据信号在信道中完成叠加,经天线发送。
本发明通过测控信号等效信噪比,考察多址数量和扩频因子导致的等效系统信噪比变化,协调多址干扰和扩频对系统造成的影响。
所述数据信号发送链路功率与测控信号发送链路功率进行协调分配包含:确定目标等效信噪比和测控数据信号的功率分配比例,两部分内容:
(1)确定目标等效信噪比,多址干扰下,测控信号基于码分多址系统产生的等效信噪比
Figure BDA0002560227530000071
可有
Figure BDA0002560227530000072
上式可以进一步表示成:
Figure BDA0002560227530000073
当扩频因子N足够大时,多址干扰下码分多址系统等效信噪比逼近原始信噪比。
其中,Eb为测控通信链路当前目标比特级功率,N0为高斯白噪声功率谱密度,r为信道编码效率,α是<1的远近效应损耗,M是并发测控通信目标数(即系统多址数量),Pk为第k个接入目标发送信号功率,Pk0第k0个目标发送信号功率,k、k0是目标测控通信目标编号,Tb为测控通信目标k0的信号速率。
(2)在确定测控信号和数据信号的功率分配比例中,通过功率分配参数调整,在给定的OFDM信号参数配置表1,扩频测控信号参数配置表2,测控信号和数据信号不同功率配比为
Figure BDA0002560227530000074
通过功率调配因子β来调配扩频测控信号功率和数据信号功率之间的比例关系为
Figure BDA0002560227530000075
其中,β∈(0,1],PTT&C表示扩频测控信号功率,POFDM表示数据信号功率,
确定测控信号和数据信号的功率分配比例,通过功率分配参数调整考察在给定的OFDM信号参数配置表1,扩频测控信号参数配置表2,测控信号和数据信号不同功率配比.
为了进一步说明测控信号与数据信号在功率域叠加互为干扰时,功率调配因子和扩频因子不同取值的情况下,测控信号对数据信号产生的误码性能的影响,此处对接收过程进行说明:
在一体化信号的接收端,接收天线将接收到的信号向量,经过并串转换和去除循环前缀并通过IFFT模块后进行信号检测,随后进行扩频测控信号和通信信号分离,将一帧高速的数据流通过串并转换器变为多路并行的数据流,通信信号通过并串转换并解调后得到并行的数据流。
在数据信号发送端功率恒定的情况下,测控信号功率和数据信号功率比例随功率调配因子变化而变化。另外,值得说明的是,若发射端使用差分编码,传输的信息调制到子载波间的变化中,接收端可以使用不需要信道状态信息CSI便能够完成解调的非相干差分解调,这可使系统接收端设计得到一定的简化。
在一体化波形产生的具体步骤中,OFDM信号参数配置表1,扩频测控信号参数配置表2如下所示。
表1 OFDM信号参数配置
Figure BDA0002560227530000081
表2测控信号参数配置
Figure BDA0002560227530000082
Figure BDA0002560227530000091
参阅图2。为了进一步说明本发明取得效果,在可选的实施例中,设定Eb/N0=12.6dB,扩频测控信号与数据信号功率比在为功率调配因子时,误码性能能够满足通信需求,即两类信号能够在相同时频资源中实现有意义的共存;另外,在相同功率配比的情况下,扩频测控信号的扩频因子越大,对5G信号的影响越小。
参阅图3。本发明采用的测控通信目标接入方法为基于前导序列的接入,其具体步骤如下:
测控通信目标在随机接入前导序列集中随机挑选一个前导序列,在下一个配置了作为非同步用户和无线接入的正交传输方案的接口的物理随机接入信道PRACH,主要用于网络接入的初始化,为未得到上行同步或已经失去上行同步的用户实现上行定时同步。物理随机接入信道PRACH与随机接入信道形成映射关系的子帧上,通过下行共享信道(PDSCH)发送随机接入响应消息,向基站发送挑选的前导序列;
基站检测到测控通信目标选择的前导序列后,在PDSCH信道上传输随机接入响应(RAR),如果所接收到的RAR中的前导序列索引与UE自己发送的前导序列相同,采用RAR中的上行时间调整信息,并启动相应的冲突调整过程,其中,RAR包括随机接入前导的识别结果、定时调整信息、上行初始许可、临时C-RNTI等。
测控通信目标在物理下行控制(PDCCH)上通过RA-RNTI寻址并维护一个RAR窗口,在窗口内接收PDSCH上的RAR信息,解码相应的PDSCH信道,并在UL-SCH信道上向基站发送上行调度传输RRC连接请求;基站收到RRC连接请求后,在PDSCH信道上传输包含竞争成功的测控通信目标ID信息。
完成基于前导序列的接入后,测控通信目标可分为两类,分别为:1.仅有数据传送需求的测控通信目标;2.即有数据传输需求又有测控需求的测控通信目标:
当接入测控通信目标仅有数据传输需求时,接入测控通信目标和基站将按照5G标准协议流程完成数据传输;既有数据传输需求又有测控需求时,基站通过PDCCH,为接入测控通信目标在码集中选取扩频码,通过PDCCH分配,另外,基站还将通过PUCCH指示接入测控通信目标测控子带信号上行发送的时频资源、测控子带信号中心频点、带宽等信息,其中,扩频码集中包含了预先生成相互正交的扩频码字,且码集中码字数量固定,采取先申请先获得的方式;若测控码字分配完毕,但仍存在有测控需求的测控通信目标向基站发送申请,则基站会依照时间先后顺序记录该测控通信目标ID,并让该测控通信目标处于等待状态,在当前获得扩频码字测控通信目标完成测控任务后,将退回的扩频码字按记录顺序再次分配给新申请测控通信目标。
参阅图4。为所述5GOFDM信号与测控信号(N=64)功率叠加后的归一化频谱。
以上所述为本发明较佳实施例,应该注意的是上述实施例对本发明进行说明,然而本发明并不局限于此,并且本领域技术人员在脱离所附权利要求的范围情况下可设计出替换实施例。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,包括:至少一条数据链路和一条测控链路,其中,数据链路设有顺次串联的数据信息模块、LDPC编码模块、QAM调制模块、OFDM模块以及功率调整模块;测控链路设有顺次串联的测控信息模块、卷积编码模块、BPSK调制模块、扩频模块以及测控功率调整模块,其特征在于:数据链路中,数据信息模块产生的数据信息比特,经LDPC编码模块、QAM调制模块在两个正交载波上进行幅度调制,OFDM模块根据正交幅度调制QAM信号生成正交复用OFDM信号,并经功率调整模块进行功率调整后与测控信号一起在信道叠加模块中完成功率域的叠加;测控链路上的测控信息模块将产生的测控信息比特信号,经卷积编码模块、BPSK调制模块调制和扩频模块扩频后,将生成的二进制相移键控BPSK信号流映射到载波上,通过测控功率调整模块进行功率调整后与数据信号一起在信道叠加模块中完成功率域叠加和接入;信道叠加模块将使用数据链路信号和测控链路信号完成功率域叠加,叠加形成扩频测控信号与正交频分复用OFDM信号共存的一体化波形信号,并通过天线发送出一体化波形。
2.如权利要求1所述的测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,其特征在于:LDPC信道编码模块对其比特序列进行编码,QAM调制模块接收LDPC信道编码模块编码后,根据系统配置的调制参数,将QPSK、16QAM、64QAM比特序列映射为符号流,OFDM模块接收来自QAM调制模块的符号流,按映射规则,将调制符号映射成均匀的符号流,各种符号映射加入相应的功率归一化因子,使各种符号映射的平均功率趋同,并映射到子载波上,在OFDM系统中通过空载波填零,实现点数为N的快速傅里叶反变换IFFT,经并串转换、基带解调后,得到接收的信息比特流。
3.如权利要求2所述的测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,其特征在于:经快速傅里叶反变换IFFT运算后的数据信号发送链路功率与测控信号发送链路功率进行协调分配,通过数据链路功率调整模块和测控功率调整模块进行功率调整,再经天线发送。
4.如权利要求1所述的测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,其特征在于:在数据链路中,数据信息模块产生数据信息信源比特序列,按照不同配置,生成序列长度为1620比特、1458比特和972比特。
5.如权利要求1所述的测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,其特征在于:LDPC信道编码模块利用校验矩阵的稀疏性对校验矩阵进行一定的预处理后进行编码,作为下一QAM调制模块的输入信号。
6.如权利要求1所述的测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,其特征在于:为了提高传输的频带利用率,QAM调制模块根据系统配置的调制参数,调制方式选为正交幅度调制QPSK、16QAM和64QAM三种调制方式,其中,四相相移键控QPSK的符号流长度为972,16QAM的符号流长度为486,64QAM的符号流长度为342。
7.如权利要求1所述的测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,其特征在于:QPSK将两路信号幅度相同,功率相当,码元同步正交的BPSK信号相叠加,产生PAM信号直接加到两个正交载波相位上。
8.如权利要求1所述的测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,其特征在于:在测控链路中,卷积编码模块对来自测控信息模块输入的信息比特序列进行码率为1/2的卷积编码,BPSK模块将来自卷积编码模块编码后的比特序列映射为BPSK符号流,扩频模块对来自BPSK模块的符号流通过长度为1023的M伪随机序列对其进行扩频,其扩频倍数由预设扩频因子所确定;经扩频后,测控信号发送链路功率将与数据信号发送链路功率进行协调分配,测控功率调整模块对扩频测控信号进行功率调整,经功率调整后的测控信号和数据信号在信道中完成叠加,经天线发送。
9.如权利要求1所述的测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,其特征在于:数据信号发送链路功率与测控信号发送链路功率进行协调分配包含:确定目标等效信噪比和测控数据信号的功率分配比例的两部分,确定目标等效信噪比,多址干扰下,测控信号基于码分多址系统产生的等效信噪比
Figure FDA0002560227520000021
则有
Figure FDA0002560227520000022
并可进一步表示成:
Figure FDA0002560227520000023
当扩频因子N足够大时,多址干扰下码分多址系统等效信噪比逼近原始信噪比,
其中,Eb为测控通信链路当前目标比特级功率,N0为高斯白噪声功率谱密度,r为信道编码效率,α是<1的远近效应损耗,M是并发测控通信目标数(即系统多址数量),Pk为第k个接入目标发送信号功率,Pk0第k0个目标发送信号功率,k、k0是目标测控通信目标编号,Tb为测控通信目标k0的信号速率。
10.如权利要求9所述的测控信号与OFDM信号一体化波形共存传输系统,其特征在于:在确定测控信号和数据信号的功率分配比例中,通过功率分配参数调整,在给定的OFDM信号参数配置表1,扩频测控信号参数配置表2,测控信号和数据信号不同功率配比为
Figure FDA0002560227520000024
通过功率调配因子β来调配扩频测控信号功率和数据信号功率之间的比例关系为
Figure FDA0002560227520000031
其中,β∈(0,1],PTT&C表示扩频测控信号功率,POFDM表示数据信号功率。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112737997A (zh) * 2020-12-25 2021-04-30 上海微波技术研究所(中国电子科技集团公司第五十研究所) 基于fh-ofdm的导航通信一体化信号波形构造方法及系统
CN112763985A (zh) * 2020-12-25 2021-05-07 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) 脉冲多普勒雷达探通一体化波形设计方法
CN112803973A (zh) * 2021-04-01 2021-05-14 中国人民解放军国防科技大学 一种mimo-ofdm系统及其分集方法、装置、系统
CN113179107A (zh) * 2021-02-07 2021-07-27 西安宇飞电子技术有限公司 一种基于子载波扩频的动态调整ofdm体制数据链码率的方法
CN113992289A (zh) * 2021-10-25 2022-01-28 江南大学 一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置
CN114978432A (zh) * 2022-08-02 2022-08-30 烟台初心航空科技有限公司 用于雷达通信一体化的速率自适应调制方法
CN115225137A (zh) * 2022-06-30 2022-10-21 哈尔滨工程大学 一种高精度星间通信测距一体化信号传输系统
CN116886123A (zh) * 2023-08-21 2023-10-13 北京和德宇航技术有限公司 多信号传输方法、装置、设备及存储介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102185821A (zh) * 2011-05-10 2011-09-14 哈尔滨工业大学 基于认知无线电的多载波宽带抗干扰通信系统
DE102010056087A1 (de) * 2010-12-23 2012-06-28 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Verringerung der Störeinflüsse von pulsförmigen Störsignalen bei einer OFDM-basierten Datenübertragung
WO2017077971A1 (ja) * 2015-11-05 2017-05-11 シャープ株式会社 端末装置および基地局装置
US20180063851A1 (en) * 2016-08-31 2018-03-01 Intel Corporation Channel allocation among multiple radio frequency networks
CN110034899A (zh) * 2018-01-12 2019-07-19 华为技术有限公司 信号检测的方法和装置
CN110460556A (zh) * 2019-08-23 2019-11-15 电子科技大学 正交多载波系统无线数据与能量一体化传输信号设计方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010056087A1 (de) * 2010-12-23 2012-06-28 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Verringerung der Störeinflüsse von pulsförmigen Störsignalen bei einer OFDM-basierten Datenübertragung
CN102185821A (zh) * 2011-05-10 2011-09-14 哈尔滨工业大学 基于认知无线电的多载波宽带抗干扰通信系统
WO2017077971A1 (ja) * 2015-11-05 2017-05-11 シャープ株式会社 端末装置および基地局装置
US20180063851A1 (en) * 2016-08-31 2018-03-01 Intel Corporation Channel allocation among multiple radio frequency networks
CN110034899A (zh) * 2018-01-12 2019-07-19 华为技术有限公司 信号检测的方法和装置
CN110460556A (zh) * 2019-08-23 2019-11-15 电子科技大学 正交多载波系统无线数据与能量一体化传输信号设计方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TAKASHI IWAI等: "System Performance of Clustered DFT-S-OFDM Considering Maximum Allowable Transmit Power", 《2011 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMMUNICATIONS (ICC)》 *
金亚玲: "一种航天测控扩频全双工数字域自干扰抑制技术研究", 《中国优秀硕士论文电子期刊网》 *
马松: "一种测控系统抗干扰性能评估模型", 《电讯技术》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112737997B (zh) * 2020-12-25 2022-09-13 上海微波技术研究所(中国电子科技集团公司第五十研究所) 基于fh-ofdm的导航通信一体化信号波形构造方法及系统
CN112763985A (zh) * 2020-12-25 2021-05-07 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) 脉冲多普勒雷达探通一体化波形设计方法
CN112763985B (zh) * 2020-12-25 2023-07-14 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) 脉冲多普勒雷达探通一体化波形设计方法
CN112737997A (zh) * 2020-12-25 2021-04-30 上海微波技术研究所(中国电子科技集团公司第五十研究所) 基于fh-ofdm的导航通信一体化信号波形构造方法及系统
CN113179107A (zh) * 2021-02-07 2021-07-27 西安宇飞电子技术有限公司 一种基于子载波扩频的动态调整ofdm体制数据链码率的方法
CN112803973A (zh) * 2021-04-01 2021-05-14 中国人民解放军国防科技大学 一种mimo-ofdm系统及其分集方法、装置、系统
CN113992289A (zh) * 2021-10-25 2022-01-28 江南大学 一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置
CN113992289B (zh) * 2021-10-25 2022-12-16 江南大学 一种基于卷积码的多场景信道传输模拟方法及装置
CN115225137A (zh) * 2022-06-30 2022-10-21 哈尔滨工程大学 一种高精度星间通信测距一体化信号传输系统
CN114978432A (zh) * 2022-08-02 2022-08-30 烟台初心航空科技有限公司 用于雷达通信一体化的速率自适应调制方法
CN114978432B (zh) * 2022-08-02 2022-10-25 烟台初心航空科技有限公司 用于雷达通信一体化的速率自适应调制方法
CN116886123A (zh) * 2023-08-21 2023-10-13 北京和德宇航技术有限公司 多信号传输方法、装置、设备及存储介质
CN116886123B (zh) * 2023-08-21 2024-04-02 北京和德宇航技术有限公司 多信号传输方法、装置、设备及存储介质

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