CN111953378B - 基于多符号ofdm的雷达通信一体化信号传输技术 - Google Patents

基于多符号ofdm的雷达通信一体化信号传输技术 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号传输技术，其中的信号发送方将二进制码流采用类型相同、长度相同的不同扩频序列传输，且根据接收端对发送信号进行循环移位；接收方对接收信号进行主峰判断来判断是否为发送给自身的信号，并再次通过主峰判断来解析通信信息。该方法可以保证多符号OFDM雷达通信一体化信号的模糊函数峰值旁瓣比性能；并利用符号间循环移位的移位量表示接收节点，实现一体化系统的多节点通信。

Description

基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号传输技术
技术领域
本发明属于雷达通信一体化技术领域，具体涉及一种基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号发送方法及装置、接收方法及装置、传输方法及系统。
背景技术
雷达探测系统和无线通信系统在硬件上有高度的相似性，雷达探测和无线通信一体化系统可以提高资源利用率和频谱利用率，提高信号的隐蔽性能。最初的雷达通信一体化信号是通过复用来实现的，包括时分复用、频分复用和空分复用，易于实现，但信号的一体化程度较低。后来出现了一体化波形，包括对雷达波形进行调制和对通信波形脉冲化两种思路。
正交频分复用(orthogonal frequency division modulated,OFDM)由于具有频带利用率高、抗干扰能力强、易于实现和脉冲压缩性能好等优点，在无线通信和雷达探测中都具有广泛的应用。由于通信信息的随机性，符号间的自相关和互相关性能不稳定，多符号OFDM雷达通信一体化信号存在模糊函数峰值旁瓣比性能不稳定的缺点，而对通信信息进行扩频虽然可以提高一体化信号的模糊函数峰值旁瓣比性能，但也导致信号带宽远远增大。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种多点通信的方法，该方法能够保证雷达通信一体化信号的模糊函数峰值旁瓣比性能。
技术方案：本发明一方面公开了一种基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号发送方法，包括：
A1、确定扩频序列的长度和个数；所述扩频序列的长度为子载波数Nc，所述扩频序列的个数为一个雷达脉冲中传输的符号个数Ns的2倍；Ns≥Nu，Nu为用户节点数；为每个符号分配两个扩频序列，分别定义为二进制符号“0”和符号“1”；为每个用户分配互不相同的位移量，且位移量小于符号个数Ns；
A2、根据待发送的长度为Ns的二进制码流和每个符号对应的两个扩频序列，生成信息序列a(m,n)；a(m,n)的第n列a(:,n)为第n个符号对应的扩频序列；1≤n≤Ns，1≤m≤Nc；则多符号OFDM雷达通信一体化发射的基带信号为：
Figure BDA0002618519830000021
其中
Figure BDA0002618519830000022
为相邻子载波之间的频率间隔，TB为码元间隔，
Figure BDA0002618519830000023
为矩形脉冲；
A3、对s(t)进行串并变换，变换为Ns路并行发送信号，采用快速逆傅里叶变换对Ns路并行发送信号进行调制；对调制后的Ns路并行发送信号根据接收端用户的位移量进行循环位移，循环移位后的信号做并串变换，并经雷达发射设备发送出去。
作为一种优选，所述扩频序列为Gold序列。
另一方面，本发明还公开了基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号接收方法，包括：
B1、接收端将接收到的信号进行串并变换，变换为Ns路并行接收信号，每一路信号均为长度为Nc的序列；对Ns路并行接收信号做快速傅里叶变换解调；
B2、接收端根据自身位移量确定接收信号中第一个符号对应的序列seq[1]，并采用预先分配的第一个符号所对应的两个扩频序列分别对seq[1]进行第一次主峰判断；如判断结果为无主峰，则将接收到的信号丢弃，结束对接收信号的处理；如第一次主峰判断的结果为有主峰，接收端根据自身位移量对解调后的Ns路并行接收信号做反向循环位移；
B3、对反向循环位移后的Ns路并行接收信号进行第二次主峰判断，解析出长度为Ns的二进制通信信息。
所述第一次主峰判断的步骤为：
C1、分别计算预先分配的第一个符号所对应的两个扩频序列与seq[1]的相关函数，得到两个相关序列；
C2、分别判断所述两个相关序列是否有单一主峰：以所述相关序列中每一个元素的值为纵坐标，元素的序号为横坐标，判断波形中是否有单一主峰；
C3、如两个相关序列之一有单一主峰，则第一次主峰判断的结果为有主峰，否则为无主峰。
所述第二次主峰判断的步骤为：
D1、对反向循环位移后的Ns路并行接收信号中的第n路，分别计算其与第n个符号对应的两个扩频序列的相关函数，得到两个相关序列；
分别判断所述两个相关序列是否有单一主峰：以所述相关序列中每一个元素的值为纵坐标，元素的序号为横坐标，判断波形中是否有单一主峰；
根据有单一主峰的相关序列对应的扩频序列，查找所述扩频序列对应的二进制符号，得到第n路接收信号的二进制符号；
D2、依次对反向循环位移后的Ns路并行接收信号中的每一路执行步骤D1，解析出长度为Ns的二进制通信信息。
另一方面，本发明还公开了基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号传输方法，发送端采用上述的雷达通信一体化信号发送方法发送信号；接收端采用上述的雷达通信一体化信号接收方法接收信号。
另一方面，本发明还公开了实现上述基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号发送方法的装置，包括：
扩频序列确定模块11，用于根据上述步骤A1确定扩频序列的长度和个数，为每个符号分配"0"和"1"对应的扩频序列，为每个用户分配互不相同的位移量；
多符号OFDM雷达通信一体化发射的基带信号生成模块12，用于根据上述步骤A2生成多符号OFDM雷达通信一体化发射的基带信号；
信号发送模块13，用于根据上述步骤A3生成并发送雷达发射设备发送信号。
另一方面，本发明还公开了实现上述基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号接收方法的装置，包括：
接收信号解调模块21，用于根据上述步骤B1对接收端的接收信号进行解调；
接收信号确认模块22，用于根据上述步骤B2判断是否是发送给自身的信号；
通信信息解析模块23，用于根据上述步骤B3解析二进制通信信息。
另一方面，本发明还公开了实现上述基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号传输方法的系统，包括：上述雷达通信一体化信号发送装置；上述雷达通信一体化信号接收装置。
有益效果：本发明公开的基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号传输技术中直接利用扩频序列表示二进制码元，且不同符号间采用同一类型、相同长度的不同扩频序列，可以保证多符号OFDM雷达通信一体化信号的模糊函数峰值旁瓣比性能；并利用符号间循环移位的移位量表示接收节点，实现一体化系统的多节点通信。
附图说明
图1为本发明公开的信号传输方法的流程图；
图2为31位Gold序列自相关函数图形；
图3为31位Gold序列互相关函数图形；
图4为本发明公开的信号传输系统的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
在一个局域网络通信系统中有15个用户节点，用户之间通过多符号OFDM雷达通信一体化信号进行通信，发送端用户根据待发送的二进制码流和接收端用户的信息生成发送信号，发送信号经过雷达发射设备发送给其余的每一个用户；每一个接收到信息的用户判断是否为发送给自身的信息，如是，对接收信息进行处理，解析得到通信信息码流；如不是，则丢弃接收信息。如图1所示，具体的步骤为：
A1、确定扩频序列的长度和个数；所述扩频序列的长度为子载波数Nc，所述扩频序列的个数为一个雷达脉冲中传输的符号个数Ns的2倍；Ns≥Nu，Nu为用户节点数；为每个符号分配两个扩频序列，分别定义为二进制符号“0”和符号“1”；为每个用户分配互不相同的位移量，且位移量小于符号个数Ns；
Gold序列具有较好的自相关和互相关性能，且序列数量较多，本实施例采用Gold序列作为通信的扩频序列。采用级数为5，反馈系数分别为(1,1,0,1,1)和(1,0,0,0,1)的m序列作为优选对产生Gold序列，共产生30个Gold序列，每个Gold序列的长度为31，通过补零将其扩展为32位，因此OFDM一体化信号的子载波数为32，符号数为15，即一个雷达脉冲可以传输15个符号，最多可以支持15个用户之间的通信，本实施例中Ns＝Nu。将30个Gold序列编号，将第1、2两个序列分配给第一个符号，分别对应二进制符号“0”和“1”，第3、4两个序列分配给第二个符号，分别对应二进制符号“0”和“1”，以此类推，即一个雷达脉冲中的第n个符号与30个Gold序列中第2n-1和2n个序列对应。
为15个用户分配位移量，本实施例中为了便于运算，每个用户的位移量为用户的编号，即第n个用户的位移量为n；1≤n≤15。
A2、根据待发送的长度为Ns的二进制码流和每个符号对应的两个扩频序列，生成信息序列a(m,n)；a(m,n)的第n列a(:,n)为第n个符号对应的扩频序列；1≤n≤Ns，1≤m≤Nc；则多符号OFDM雷达通信一体化发射的基带信号为：
Figure BDA0002618519830000051
其中
Figure BDA0002618519830000052
为相邻子载波之间的频率间隔，TB为码元间隔，
Figure BDA0002618519830000053
为矩形脉冲；
A3、对s(t)进行串并变换，变换为Ns路并行发送信号，采用快速逆傅里叶变换对Ns路并行发送信号进行调制；对调制后的Ns路并行发送信号根据接收端用户的位移量进行循环位移，循环移位后的信号做并串变换，并经雷达发射设备发送出去。
上述步骤中，步骤A1是在通信前局域网络通信系统内部各用户之间进行的协商过程，A2和A3是发送端用户所执行的步骤。如发送端用户要将通信信息发送至第3个用户，则要对调制后的Ns路并行发送信号做位移量为3的循环移位，本实施例为向左循环移位。假设循环移位前Ns路并行发送信号的顺序为：sig＝s1,s2,s3,…,s15，则向左循环移位3位后为：sig′＝s4,s5,…,s15,s1,s2,s3。对sig′做并串变换并发送。其余的每一个用户都可以接收到发送信号，接收端用户对接收信号的处理为：
B1、接收端将接收到的信号进行串并变换，变换为Ns路并行接收信号，每一路信号均为长度为Nc的序列；对Ns路并行接收信号做快速傅里叶变换解调；
B2、接收端根据自身位移量确定接收信号中第一个符号对应的序列seq[1]，并采用预先分配的第一个符号所对应的两个扩频序列分别对seq[1]进行第一次主峰判断；如判断结果为无主峰，则将接收到的信号丢弃，结束对接收信号的处理；如第一次主峰判断的结果为有主峰，接收端根据自身位移量对解调后的Ns路并行接收信号做反向循环位移；
假设接收端用户对接收信号经步骤B1处理后的Ns路并行接收信号为：r1,r2,r3,…,r15；如果接收端用户自身位移量为i，根据向左循环移位，其确定的第一个符号对应的序列seq[1]为r(15-i+1)，则采用30个Gold序列中的第1、2两个序列分别对seq[1]进行第一次主峰判断，第一次主峰判断的步骤如下C1-C3：
C1、分别计算预先分配的第一个符号所对应的两个扩频序列与seq[1]的相关函数，得到两个相关序列；即分别计算第1、2两个序列与seq[1]的相关函数，得到两个相关序列R1和R2；
长度均为len的两个序列sx与sy的相关函数定义为：
Figure BDA0002618519830000061
其中sx(q)为序列sx中的第q个元素，
Figure BDA0002618519830000062
为sx的共轭，Rxy为相关序列；当序列sx与sy为两个不同的扩频序列时，上式为互相关函数的表达式，当序列sx与sy为两个相同的扩频序列时，上式为自相关函数的表达式；
C2、分别判断所述两个相关序列R1和R2是否有单一主峰：以所述相关序列中每一个元素的值为纵坐标，元素的序号为横坐标，判断波形中是否有单一主峰；
C3、如两个相关序列之一有单一主峰，则第一次主峰判断的结果为有主峰，否则为无主峰。
由于采用Gold序列，其自相关函数主峰明显，如图2所示，其互相关函数无主峰，如图3所示。只有编号为3的接收端用户能够得到“有主峰”的判断结果，因此其判断接收信号确实是发送给自身的，对r1,r2,r3,…,r15做位移量为3的向右循环移位，形成的序列为：r13,r14,r15,r1,r2,…,r12，即将并行信号的顺序恢复为与sig一致。
B3、对反向循环位移后的Ns路并行接收信号进行第二次主峰判断，解析出长度为Ns的二进制通信信息,所述第二次主峰判断的步骤为如下D1-D2：
D1、对反向循环位移后的Ns路并行接收信号中的第n路，分别计算其与第n个符号对应的两个扩频序列的相关函数，得到两个相关序列；
分别判断所述两个相关序列是否有单一主峰：以所述相关序列中每一个元素的值为纵坐标，元素的序号为横坐标，判断波形中是否有单一主峰；
根据有单一主峰的相关序列对应的扩频序列，查找所述扩频序列对应的二进制符号，得到第n路接收信号的二进制符号；
D2、依次对反向循环位移后的Ns路并行接收信号中的每一路执行步骤D1，解析出长度为Ns的二进制通信信息。
如图4所示，本发明还公开了实现上述通信方法的系统，包括雷达通信一体化信号发送装置1和雷达通信一体化信号接收装置2，其中发送装置1包括：
扩频序列确定模块11，用于根据步骤A1确定扩频序列的长度和个数，为每个符号分配“0”和“1”对应的扩频序列，为每个用户分配互不相同的位移量；
多符号OFDM雷达通信一体化发射的基带信号生成模块12，用于根据步骤A2生成多符号OFDM雷达通信一体化发射的基带信号；
信号发送模块13，用于根据步骤A3生成并发送雷达发射设备发送信号。
接收装置2包括：
接收信号解调模块21，用于根据步骤B1对接收端接收到的信号进行解调；
接收信号确认模块22，用于根据步骤B2判断是否是发送给自身的信号；
通信信息解析模块23，用于根据步骤B3解析二进制通信信息。

Claims (6)

1.基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号接收方法，其特征在于，包括：
B1、接收端将接收到的信号进行串并变换，变换为Ns路并行接收信号，每一路信号均为长度为Nc的序列；对Ns路并行接收信号做快速傅里叶变换解调；
B2、接收端根据自身位移量确定接收信号中第一个符号对应的序列seq[1]，并采用预先分配的第一个符号所对应的两个扩频序列分别对seq[1]进行第一次主峰判断；如判断结果为无主峰，则将接收到的信号丢弃，结束对接收信号的处理；如第一次主峰判断的结果为有主峰，接收端根据自身位移量对解调后的Ns路并行接收信号做反向循环位移；
B3、对反向循环位移后的Ns路并行接收信号进行第二次主峰判断，解析出长度为Ns的二进制通信信息；
所述第一次主峰判断的步骤为：
C1、分别计算预先分配的第一个符号所对应的两个扩频序列与seq[1]的相关函数，得到两个相关序列；
C2、分别判断所述两个相关序列是否有单一主峰：以所述相关序列中每一个元素的值为纵坐标，元素的序号为横坐标，判断波形中是否有单一主峰；
C3、如两个相关序列之一有单一主峰，则第一次主峰判断的结果为有主峰，否则为无主峰；
所述第二次主峰判断的步骤为：
D1、对反向循环位移后的Ns路并行接收信号中的第n路，分别计算其与第n个符号对应的两个扩频序列的相关函数，得到两个相关序列；
分别判断所述两个相关序列是否有单一主峰：以所述相关序列中每一个元素的值为纵坐标，元素的序号为横坐标，判断波形中是否有单一主峰；
根据有单一主峰的相关序列对应的扩频序列，查找所述扩频序列对应的二进制符号，得到第n路接收信号的二进制符号；
D2、依次对反向循环位移后的Ns路并行接收信号中的每一路执行步骤D1，解析出长度为Ns的二进制通信信息。
2.基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号传输方法，其特征在于，发送端采用如下步骤发送信号：
A1、确定扩频序列的长度和个数；所述扩频序列的长度为子载波数Nc，所述扩频序列的个数为一个雷达脉冲中传输的符号个数Ns的2倍；Ns≥Nu，Nu为用户节点数；为每个符号分配两个扩频序列，分别定义为二进制符号“0”和符号“1”；为每个用户分配互不相同的位移量，且位移量小于等于符号个数Ns；
A2、根据待发送的长度为Ns的二进制码流和每个符号对应的两个扩频序列，生成信息序列a(m,n)；a(m,n)的第n列a(:,n)为第n个符号对应的扩频序列；1≤n≤Ns，1≤m≤Nc；则多符号OFDM雷达通信一体化发射的基带信号为：
Figure FDA0002926355150000021
其中
Figure FDA0002926355150000022
为相邻子载波之间的频率间隔，TB为码元间隔，
Figure FDA0002926355150000023
为矩形脉冲；
A3、对s(t)进行串并变换，变换为Ns路并行发送信号，采用快速逆傅里叶变换对Ns路并行发送信号进行调制；对调制后的Ns路并行发送信号根据接收端用户的位移量进行循环位移，循环移位后的信号做并串变换，并经雷达发射设备发送出去；
接收端采用权利要求1所述的雷达通信一体化信号接收方法接收信号。
3.根据权利要求2所述的雷达通信一体化信号传输方法，其特征在于，所述扩频序列为Gold序列。
4.基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号接收装置，其特征在于，包括：
接收信号解调模块(21)，用于根据权利要求1中的步骤B1对接收端接收到的信号进行解调；所述步骤B1为：接收端将接收到的信号进行串并变换，变换为Ns路并行接收信号，每一路信号均为长度为Nc的序列；对Ns路并行接收信号做快速傅里叶变换解调；
接收信号确认模块(22)，用于根据权利要求1中的步骤B2判断是否是发送给自身的信号；所述步骤B2为：接收端根据自身位移量确定接收信号中第一个符号对应的序列seq[1]，并采用预先分配的第一个符号所对应的两个扩频序列分别对seq[1]进行第一次主峰判断；如判断结果为无主峰，则将接收到的信号丢弃，结束对接收信号的处理；如第一次主峰判断的结果为有主峰，接收端根据自身位移量对解调后的Ns路并行接收信号做反向循环位移；所述第一次主峰判断的步骤为：
C1、分别计算预先分配的第一个符号所对应的两个扩频序列与seq[1]的相关函数，得到两个相关序列；
C2、分别判断所述两个相关序列是否有单一主峰：以所述相关序列中每一个元素的值为纵坐标，元素的序号为横坐标，判断波形中是否有单一主峰；
C3、如两个相关序列之一有单一主峰，则第一次主峰判断的结果为有主峰，否则为无主峰；
通信信息解析模块(23)，用于根据权利要求1中的步骤B3解析二进制通信信息；所述步骤B3为：对反向循环位移后的Ns路并行接收信号进行第二次主峰判断，解析出长度为Ns的二进制通信信息；所述第二次主峰判断的步骤为：
D1、对反向循环位移后的Ns路并行接收信号中的第n路，分别计算其与第n个符号对应的两个扩频序列的相关函数，得到两个相关序列；
分别判断所述两个相关序列是否有单一主峰：以所述相关序列中每一个元素的值为纵坐标，元素的序号为横坐标，判断波形中是否有单一主峰；
根据有单一主峰的相关序列对应的扩频序列，查找所述扩频序列对应的二进制符号，得到第n路接收信号的二进制符号；
D2、依次对反向循环位移后的Ns路并行接收信号中的每一路执行步骤D1，解析出长度为Ns的二进制通信信息。
5.基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号传输系统，其特征在于，包括：雷达通信一体化信号发送装置，所述发送装置包括：扩频序列确定模块(11)，用于根据权利要求2 中的步骤A1确定扩频序列的长度和个数，为每个符号分配“0”和“1”对应的扩频序列，为每个用户分配互不相同的位移量；
所述步骤A1为：确定扩频序列的长度和个数；所述扩频序列的长度为子载波数Nc，所述扩频序列的个数为一个雷达脉冲中传输的符号个数Ns的2倍；Ns≥Nu，Nu为用户节点数；为每个符号分配两个扩频序列，分别定义为二进制符号“0”和符号“1”；为每个用户分配互不相同的位移量，且位移量小于等于符号个数Ns；
多符号OFDM雷达通信一体化发射的基带信号生成模块(12)，用于根据权利要求2 中的步骤A2生成多符号OFDM雷达通信一体化发射的基带信号；
所述步骤A2为：根据待发送的长度为Ns的二进制码流和每个符号对应的两个扩频序列，生成信息序列a(m,n)；a(m,n)的第n列a(:,n)为第n个符号对应的扩频序列；1≤n≤Ns，1≤m≤Nc；则多符号OFDM雷达通信一体化发射的基带信号为：
Figure FDA0002926355150000041
其中
Figure FDA0002926355150000042
为相邻子载波之间的频率间隔，TB为码元间隔，
Figure FDA0002926355150000043
为矩形脉冲；
信号发送模块(13)，用于根据权利要求2 中的步骤A3生成并发送雷达发射设备发送信号；
所述步骤A3为：对s(t)进行串并变换，变换为Ns路并行发送信号，采用快速逆傅里叶变换对Ns路并行发送信号进行调制；对调制后的Ns路并行发送信号根据接收端用户的位移量进行循环位移，循环移位后的信号做并串变换，并经雷达发射设备发送出去；
如权利要求4所述的雷达通信一体化信号接收装置。
6.根据权利要求5所述的基于多符号OFDM的雷达通信一体化信号传输系统，其特征在于，所述扩频序列为Gold序列。
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