CN112187335B

CN112187335B - 用于低轨卫星通信的上星试验信号生成系统

Info

Publication number: CN112187335B
Application number: CN202010929307.5A
Authority: CN
Inventors: 刘斌彬; 尚秀芹; 柳明; 马玉娟; 刘解华
Original assignee: Huali Zhixin Chengdu Integrated Circuit Co ltd
Current assignee: Huali Zhixin Chengdu Integrated Circuit Co ltd
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2040-09-07
Also published as: CN112187335A

Abstract

本发明公开了用于低轨卫星通信的上星试验信号生成系统，Chirp信号生成器生成Chirp信号；SSB信号生成器生成SSB信号标识试验信号中各种不同信道带宽和不同MCS的信号；所述多MCS多带宽信号生成器生成各种不同的信道带宽和不同的MCS的信号，变采样处理器对各种不同的信道带宽进行采样处理保持各种不同的信道带宽的采样率一致；信号复用成帧器将Chirp信号复用到SSB信号所在时隙的空OFDM符号中，将SSB信号和对应的不同信道带宽、不同MCS的信号，按照一定的帧结构复用在同一组试验信号中输出上星试验信号。对卫星信道的大多普勒频偏、传输时延进行准确的测量，对不同信道带宽、MCS的性能进行测试。

Description

用于低轨卫星通信的上星试验信号生成系统

技术领域

本发明属于试验信号生成技术领域，涉及用于低轨卫星通信的上星试验信号生成系统。

背景技术

低轨卫星相比中高轨道卫星，具有发射成本低、传输时延短、路径损耗小、数据传输率高、有利于终端的小型化等优点。地面移动通信经过2G、3G和4G的蓬勃发展，目前全球服务的用户数已超过80亿，但受制于技术和经济等因素，只覆盖了约20％的陆地面积。低轨卫星通信可以解决地面移动通信解决不了的偏远地区、海洋、荒漠、极地等宽带通信问题，成为地面移动通信的有益补充。

从5G技术与标准演进来看，3GPP立项了NR支持的非地面网络(NTN)，在5G NR的技术体制上进行优化，研究包括低轨卫星通信。可以通俗理解是将地面基站搬到空中的卫星平台，两者的区别在于：地面移动通信中基站不动，而用户是移动的；而低轨卫星通信中，空中的基站在高速移动。

虽然低轨卫星通信系统可以充分借鉴地面5G系统先进的技术体制，比如：大带宽、灵活帧结构、信号波形、调制编码、移动性管理等。但是由于地面信道和卫星信道的差异性较大，主要表现在：卫星信道的传播特性更容易受卫星转发器特性、天气、传输路径等因素影响，对调制编码性能等提出挑战；卫星高速移动，引发大多普勒频偏、快速多普勒频偏变化率、快速时延变化率等问题，对时间频率同步跟踪等提出挑战。因此，基于5G的低轨卫星通信必须对5G NR的信号体制进行针对性的优化设计，以适应卫星信道的传播特性。

为了准确测得卫星信道的传播特性，并验证优化设计的信号体制的适应性，需要生成测试验证信号，并进行实际信号的上星试验。因此，在基于5G的低轨卫星通信信号体制优化设计中，需要一种上星试验信号的生成方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供了用于低轨卫星通信的上星试验信号生成系统，解决了上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

用于低轨卫星通信的上星试验信号生成系统，包括Chirp信号生成器、SSB信号生成器、多MCS多带宽信号生成器、变采样处理器和信号复用成帧器；

所述Chirp信号生成器生成Chirp信号；

所述SSB信号生成器生成SSB信号标识试验信号中各种不同信道带宽和不同MCS的信号；

所述多MCS多带宽信号生成器生成各种不同的信道带宽和不同的MCS的信号，并通过变采样处理器对各种不同的信道带宽的信号进行变采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致；

所述信号复用成帧器将Chirp信号复用到SSB信号所在时隙的空OFDM符号中，将SSB信号和对应的不同信道带宽、不同MCS的信号，按照一定的帧结构复用在同一组试验信号中输出上星试验信号。

进一步地，所述SSB信号包括：主同步信号PSS、辅同步信号SSS和广播信号PBCH；通过主同步信号PSS的序列ID和辅同步信号SSS的序列ID来标识各种不同信道带宽和不同MCS的信号，或者通过PBCH的载荷比特来标识各种不同信道带宽和不同MCS的信号。

进一步地，所述变采样处理器通过上采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致，或者所述变采样处理器通过下采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致，或者所述变采样处理器通过上采样和下采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致。

进一步地，所述变采样处理器对各种不同的信道带宽的信号进行滤波处理。

进一步地，所述Chirp信号以一定的间隔周期复用在试验信号中。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.通过生成Chirp信号并复用到SSB所在时隙的空OFDM符号中，可以对卫星信道的大多普勒频偏、传输时延进行准确的测量，并对试验信号进行频偏补偿和定时同步，同时不会对试验信号的帧结构产生任何影响；

2.通过生成不同调制编码方式(MCS)的信号，并按一定的帧结构复用在试验信号中，可以在一次试验中测得卫星信道的传播特性对不同MCS的性能影响；

3.通过生成不同信道带宽的信号，统一不同信道带宽信号的采样率，并按一定的帧结构复用在试验信号中，可以在一次试验中测得卫星信道的传播特性对不同信道带宽的性能影响；

4.通过利用主同步信号PSS的序列ID和辅同步信号SSS的序列ID，或者PBCH的载荷比特，来标识试验信号中各种不同信道带宽和不同MCS的信号；

5.通过将Chirp信号以一定的间隔周期复用在试验信号中，可以对卫星信道的多普勒频偏变化率、时延变化率进行准确的测量，并对试验信号进行频偏和定时跟踪。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1是本发明的框架示意图；

图2是本发明的变采样处理器的示意图一；

图3是本发明的变采样处理器的示意图二；

图4是本发明SSB信号组成示意图；

图5是本发明SSB信号位置示意图；

图6是本发明复用帧结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例

如图1所示，本发明提供的用于低轨卫星通信的上星试验信号生成系统，包括Chirp信号生成器、SSB信号生成器、多MCS多带宽信号生成器、变采样处理器和信号复用成帧器。

本实施例中，所述Chirp信号生成器生成Chirp信号，如下：

其中，φ₀是随机初相，T为信道采样周期，为信道采样率的倒数。对于400MHz信道带宽、120KHz子载波间隔的信号，T＝1/491.52MHz。DT为Chirp信号的持续时间长度，持续的时间越长，频偏和时延估计的精度越高。D为Chirp信号的采样点数，不超过SSB所在时隙的一个OFDM符号的采样点数即可。μ的值决定Chirp信号的扫频范围，扫频的范围越大，频偏估计的范围越大。取μ＝0.24，对应Chirp信号的扫频范围约60MHz。

本实施例中，所述SSB信号生成器生成SSB信号标识试验信号中各种不同信道带宽和不同MCS的信号。具体地，所述SSB信号包括：主同步信号PSS、辅同步信号SSS和广播信号PBCH；通过主同步信号PSS的序列ID和辅同步信号SSS的序列ID来标识各种不同信道带宽和不同MCS的信号，或者通过PBCH的载荷比特来标识各种不同信道带宽和不同MCS的信号。

其中，主同步信号PSS和辅同步信号SSS各占用一个OFDM符号，PBCH占用两个OFDM符号，如图4所示。

SSB信号在时隙(Slot)中的位置如图5所示。SSB所在时隙的第1、2和第8、9个OFDM符号为空符号，可以用于复用Chirp信号。

本实施例中，通过主同步信号PSS的序列ID和辅同步信号SSS的序列ID来标识各种不同信道带宽和不同MCS的信号的步骤具体如下：

主同步信号PSS由长度为127的m序列经BPSK调制后得到。三个主同步信号PSS序列中，第1个主同步信号PSS采用以下多项式生成：

g(x)＝x7+x4+1

所用的初始值为：

x(0)＝0,x(1)＝1,x(2)＝1,x(3)＝0,x(4)＝1,x(5)＝1,x(6)＝1

第2个和第3个主同步信号PSS由第1个主同步信号PSS通过两个不同的循环移位{43,86}得到。

辅同步信号SSS由长度为127的Gold序列经BPSK调制后得到：

SSS(n)＝[1-2y₀((n+m₀)mod127)][1-2y₁((n+m₁)mod127)]

其中，y₀和y₁由两个长度为127的m序列，分别采用以下多项式生成：

g0(x)＝x7+x4+1

g1(x)＝x7+x+1

所用的初始值都为：

x(0)＝1,x(1)＝0,x(2)＝0,x(3)＝0,x(4)＝0,x(5)＝0,x(6)＝0

循环移位m₀和m₁由主同步信号PSS的序列ID

和辅同步信号SSS的序列ID

来确定：

利用辅同步信号SSS主同步信号PSS的序列ID来标识不同的信道带宽，利用辅同步信号SSS的序列ID来标识不同的MCS。主同步信号PSS的序列ID与信道带宽的对应关系如表1-主同步信号PSS序列ID与信道带宽对应关系所示，辅同步信号SSS的序列ID与MCS的对应关系如表2-辅同步信号SSS序列ID与MCS对应关系所示。

表1

表2

本实施例中，通过PBCH的载荷比特来标识各种不同信道带宽和不同MCS的信号的具体步骤如下：

PBCH的载荷为56比特，其中有24比特来自高层的广播信息。物理层提供其余的32比特，其中包括8比特的物理层信息、24比特的循环冗余校验码(CRC)。PBCH的载荷内容如表3所示。

表3PBCH载荷内容

载荷内容	比特长度
		高层广播信息	24
物理层信息	8
		CRC	24
总数	56

利用PBCH的物理层信息比特来标识不同的信道带宽和不同的MCS。物理层信息比特与信道带宽和MCS的对应关系如表4所示。

表4物理层信息比特与信道带宽和MCS对应关系

生成PBCH的流程包括：首先，将24比特的高层广播信息与8比特的物理层信息组合，生成32比特的PBCH载荷。然后，32比特的PBCH载荷经过交织、编码前加扰、CRC添加的过程，产生56个比特的PBCH载荷。再通过Polar编码、速率匹配、调制前加扰、QPSK调制，最后生成PBCH符号序列，映射到预定的时频资源中。

本实施例中，所述多MCS多带宽信号生成器生成各种不同的信道带宽和不同的MCS的信号，并通过变采样处理器对各种不同的信道带宽的信号进行变采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致。优选地，所述变采样处理器对各种不同的信道带宽的信号进行滤波处理。

本实施例中，多MCS多带宽信号生成器生成各种不同的信道带宽和不同的MCS的信号，例如：

生成三种不同的信道带宽，包括：100MHz、200MHz、400MHz。

对于每一种信道带宽，生成六种不同的MCS信号，包括：1/2码率QPSK调制、3/5码率8PSK调制、4/5码率8PSK调制、9/10码率8PSK调制、2/3码率16APSK调制、3/4码率16APSK调制。

其中，所述变采样处理器通过上采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致，或者所述变采样处理器通过下采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致，或者所述变采样处理器通过上采样和下采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致。

本实施例中，所生成的不同信道带宽的信号均为单倍采样率，所述变采样处理器通过上采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致。

如图2所示，本实施例中对100MHz信道带宽的信号进行4倍上采样：

然后进行滤波，滤波采用矩形低通滤波器，其截止带宽为上采样后的信号采样率的1/4。

同理，对200MHz信道带宽的信号进行2倍上采样和去镜像滤波处理，使得所有小信道带宽信号的采样率与400MHz信道带宽信号的采样率491.52MHz一致。

本实施例中，或者所生成的不同信道带宽的信号均为4倍采样率，所述变采样处理器通过下采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致。

如图3所示，对400MHz信道带宽的信号进行滤波，滤波采用矩形低通滤波器，其截止带宽为下采样前的信号采样率的1/4。然后进行4倍下采样：

S_400×1(n)＝S_400×4(m)m＝4n

同理，对200MHz信道带宽的信号进行抗混叠滤波和2倍下采样处理，使得所有大信道带宽信号的采样率与100MHz信道带宽信号的采样率491.52MHz一致。

或者，所述变采样处理器通过上采样和下采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致。需要说明的是，变采样处理器还可以通过上采样和下采样结合的处理方式保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致，原理与上采样和下采样处理原理相同，在此不再赘述。

本实施例中，所述信号复用成帧器将Chirp信号复用到SSB信号所在时隙的空OFDM符号中，将SSB信号和对应的不同信道带宽、不同MCS的信号，按照一定的帧结构复用在同一组试验信号中输出上星试验信号。优选地，所述Chirp信号以一定的间隔周期复用在试验信号中。

本实施例中信号复用成帧器将Chirp信号复用到SSB信号所在时隙的第1个空OFDM符号中。将SSB信号，以及与其中主同步信号PSS和辅同步信号SSS序列ID对应的不同信道带宽、不同MCS的信号，或者通PBCH的物理层信息比特对应的不同信道带宽、不同MCS的信号，按照一定的帧结构复用在同一组试验信号中，如图6所示。该帧结构中，Chirp信号以5ms的间隔周期复用在试验信号中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.用于低轨卫星通信的上星试验信号生成系统，其特征在于：包括Chirp信号生成器、SSB信号生成器、多MCS多带宽信号生成器、变采样处理器和信号复用成帧器；

所述Chirp信号生成器生成Chirp信号；

所述SSB信号包括：主同步信号PSS、辅同步信号SSS和广播信号PBCH；通过主同步信号PSS的序列ID和辅同步信号SSS的序列ID来标识各种不同信道带宽和不同MCS的信号，或者通过PBCH的载荷比特来标识各种不同信道带宽和不同MCS的信号；

2.根据权利要求1所述的用于低轨卫星通信的上星试验信号生成系统，其特征在于：所述变采样处理器通过上采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致，或者所述变采样处理器通过下采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致，或者所述变采样处理器通过上采样和下采样处理保持各种不同的信道带宽的信号的采样率一致。

3.根据权利要求1所述的用于低轨卫星通信的上星试验信号生成系统，其特征在于：所述变采样处理器对各种不同的信道带宽的信号进行滤波处理。

4.根据权利要求1所述的用于低轨卫星通信的上星试验信号生成系统，其特征在于：所述Chirp信号以一定的间隔周期复用在试验信号中。