CN113348780B - 一种适用于卫星通信的低信噪比下短突发传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于卫星通信系统中短突发传输的方法。它涉及卫星通信领域中低信噪比环境下的应急救生通信体制。它采用极低码率的Turbo编码、扩频，以降低信噪比要求；并采用并行的三角波导频进行时间、频率和相位同步。本发明针对应急救生需要传输的信息量少、传输时间短、发送功率小的特点，采用合理的信道编码和导频信号，使得系统的综合传输性能达到最优，特别适用于卫星应急救生通信的返向链路使用。

Description

一种适用于卫星通信的低信噪比下短突发传输方法

技术领域

本发明涉及卫星通信领域中的一种低信噪比下短突发传输方法，特别适用于卫星抗干扰和卫星应急救生通信体制。

背景技术

卫星抗干扰通信或卫星应急救生通信常采用短突发传输体制。对于抗干扰通信，突发越短，被截获、干扰的概率越低，抗干扰效果越好。对于应急救生通信，突发越短，应急发送者发送起来越方便，中途受干扰的概率越小，应急救生传输成功的概率越高。为适应短突发传输，应急救生通信通常都采用代码通信，每个突发需传输的比特数目只有几十到一百多比特。

此外，卫星通信通常都面临功率受限的困境。在干扰严重的环境下，接收机接收到的信号信噪比更低。对于应急救生通信，发送者可能采用手持设备，或面临电量不足的境况，发送功率较低。两种情况下，接收机都将接收到具有极低信噪比的信号。

极低信噪比下的短突发传输面临严重困境：首先，短突发中信息量少，即码块短，常规的Turbo或LDPC码性能较差；其次，在低信噪比下，需要较长时间的导频信号，接收机方能做时间、频率和相位同步。但较长的导频信号又会延长突发传输时间。这与短突发传输的要求相悖。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，在上述背景技术中的困境之下，提供一种低信噪比下的短突发传输方法。首先，本发明采用极低码率的Turbo编码，从而即便是在短码块的情况下，依旧具有很好的性能。仿真表明，本Turbo码能对-5dB信噪比的信号，进行正确译码。其次，本发明采用并行导频的方法，直接在调制符号之上，叠加并行导频，因此传输导频不需要单独的时间，从而缩短了突发传输时间。再次，本发明的导频信号，采用三角的扫频信号，从而可使用连续波雷达中测距测速方法，进行时间和频率同步。

本发明的具体实现方法如下，一种适用于卫星通信的低信噪比下短突发传输方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)对外部输入的数据进行1/5码率的Turbo编码；

(2)对编码后数据依次进行扩频、交织、BPSK调制和成形滤波处理后输出；

(3)用一个并行导频存储器存储一个三角扫频信号；

(4)在成形滤波后输出数据的同时，读出三角扫频信号，并进行能量加权；

(5)将能量加权后三角扫频信号作为并行导频，与成形滤波处理后输出的数据进行代数相加，将代数相加后的信号进行数模转换并输出。

其中，第(3)步中三角扫频信号由正向扫频信号和负向扫频信号按顺序复接构成；其中，正向扫频信号的频率范围为-1KHz到+1KHz，负向扫频信号的频率范围为+1KHz到-1KHz。

本发明具有如下优点：

1.由于采用极低码率的Turbo编码，解调需要的信噪比门限低，因而具有抗干扰能力强或需要的发送功率低的优点；

2.由于采用并行导频方案，缩短了传输时间，因而具有发送方便、抗干扰能力强的优点。

附图说明

图1是本发明的编码、调制及导频叠加原理框图。

图2是本发明中极低码率的Turbo码编码器总体框图。

图3是本发明Turbo码编码器的分量编码器框图。

图4是导频频率随时间变化示意图。

图1中，1为Turbo编码模块，2为扩频模块，3为数据交织模块，4为BPSK调制模块，5为脉冲成形模块，6为导频信号存储器模块，7为导频能量加权模块，8为导频信号叠加模块。

具体实施方式

下面，结合图1至图3对本发明作进一步说明。

一种适用于卫星通信的低信噪比下短突发传输方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)对外部输入的数据进行1/5码率的Turbo编码；

编码器的总体结构参见图2。Turbo码编码器由两个分量编码器和一个交织器构成。两个分量编码器的结构参见图3。编码时，输入的信息码块X_k首先送入分量编码器1，得到校验码块Y₁₀、Y₁₁，然后信息码块X_k经交织器后，送入分量编码器2，得到校验码块Y₂₀、Y₂₁。最后，分别把第一个、第二个分量编码器的输入，设置成分量编码器各自的输出，输入3个反馈比特，将分量编码器的寄存器清零。由此两个分量编码器分别得到9个比特的尾比特(3个反馈比特和2路校验比特，每路3比特)，一共得到18个尾比特。

将信息码块、校验码块Y₁₀、Y₁₁、校验码块Y₂₀、Y₂₁和18个尾比特依次缀接起来，得到编码后的码块。例如，信息码块长112比特，则编码后码块长578比特。

(2)对编码后数据依次进行扩频、交织、BPSK调制和成形滤波处理后输出；

参见图1，对编码后的码块进行扩频。扩频是将编码后码块中的每个比特，与一个序列进行异或，并使用异或后的序列替代原比特的过程。例如，扩频序列为[0 0 1 1 0 1]，长度为6，编码后码块长578比特，则扩频后码块长度为3468码元。

对扩频后得数据块进行交织。交织采用通常的矩阵交织法。首先，将3468个码元按行写入一个51行68列的矩阵，然后进行列交织。列交织时，交织后的第j列为交织前的第mod(j*35，68)，j＝0，1，2，…，67列。mod(·)为取模运算。然后，对交织后数据按列读出。

对交织后的数据进行调制，将比特‘0’映射到‘+1’，比特‘1’映射到‘-1’。然后，严格按照时间顺序输出调制符号，并进行成形滤波。

(3)用一个并行导频存储器存储一个三角扫频信号；

三角扫频信号由正向扫频信号和负向扫频信号按顺序复接构成；其中，正向扫频信号的频率范围为-1KHz到+1KHz，负向扫频信号的频率范围为+1KHz到-1KHz。从数学上，三角扫频信号可如下描述。

其中

(4)在成形滤波后输出数据的同时，读出三角扫频信号，并进行能量加权；导频频率随时间变化如下图4所示。

(5)将能量加权后三角扫频信号作为并行导频，与成形滤波处理后输出的数据对齐并进行代数相加，将代数相加后的信号进行数模转换并输出。对齐方式为，导频输出的零时刻比第一个调制符号的能量中心提前半个调制符号周期。

Claims (1)

1.一种适用于卫星通信的低信噪比下短突发传输方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)对外部输入的数据进行1/5码率的Turbo编码；

(2)对编码后数据依次进行扩频、交织、BPSK调制和成形滤波处理后输出；

(3)用一个并行导频存储器存储一个三角扫频信号；

(4)在成形滤波后输出数据的同时，读出三角扫频信号，并进行能量加权；

(5)将能量加权后三角扫频信号作为并行导频，与成形滤波处理后输出的数据进行代数相加，将代数相加后的信号进行数模转换并输出；

其中，第(3)步中三角扫频信号由正向扫频信号和负向扫频信号按顺序复接构成；其中，正向扫频信号的频率范围为-1KHz到+1KHz，负向扫频信号的频率范围为+1KHz到-1KHz。

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