CN115396273A - 一种ofdm导航信号的调制及性能判断方法 - Google Patents

一种ofdm导航信号的调制及性能判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种OFDM导航信号的调制及性能判断方法，包括以下步骤：S1.基于保护间隔，进行OFDM导航信号的调制；S2.计算OFDM导航信号的平均自相关函数；S3.计算OFDM导航信号功率谱密度；S4.基于OFDM导航信号的平均自相关函数和功率谱密度，对OFDM导航信号进行性能判断。本发明能够充分利用频谱资源，考虑保护间隔，并具有较强的抗干扰能力，于OFDM导航信号的平均自相关函数和功率谱密度进行性能，能够有效保证导航信号的性能。

Description

一种OFDM导航信号的调制及性能判断方法
技术领域
本发明涉及OFDM导航信号，特别是涉及一种OFDM导航信号的调制及性能判断方法。
背景技术
随着自动驾驶、5G、互联网技术的快速发展，特别是物联网、智慧城市等概念的兴起，对基于位置服务(Location Based Services，LBS)的需求不断增加。目前，全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)在室外可提供高精度位置服务，凭借高精准PNT(Positioning、Navigation and Timing)能力和泛在、高速的信息传输能力，取得蓬勃发展。但受导航信号落地功率微弱、易受物理空间环境干扰、导航电文传输速率低，导航服务种类少等因素影响，GNSS在复杂环境下还不能满足用户的个性化需求，尤其是定位精度、可服务性、抗干扰性能等方面的要求，大大限制了卫星导航的应用范围和深度。通信导航融合定位技术成为解决室内定位问题、增强位置服务能力的有效手段,也是综合定位导航授时(Positioning,Navigation and Timing，PNT)体系的关键支撑技术
但是，目前的OFDM调制方法，虽然能够充分利用大带宽的频带资源，但是没有考虑OFDM的保护间隔，并存在着跟踪精度和抗干扰能力不强的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种OFDM导航信号的调制及性能判断方法，能够充分利用频谱资源，考虑保护间隔，并具有较强的抗干扰能力，于OFDM导航信号的平均自相关函数和功率谱密度进行性能，能够有效保证导航信号的性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种OFDM导航信号的调制及性能判断方法，包括以下步骤：
S1.基于保护间隔，进行OFDM导航信号的调制；
所述步骤S1包括以下子步骤：
S101.对于任一帧OFDM导航信号，设其包含N个符号，每个符号中包含K个子载波，且子载波之间的间隔为Δf，其中第n个符号中第k个子载波调制的信息为cn,k；
S102.在k＝1,2,..,K时，将cn,k与对应的子载波ej2πkΔft相乘，然后累加，得到一帧OFDM导航信号中第n个符号的调制结果，记为：
Figure BDA0003817761410000011
S103.对第n个符号的调制结果进行优化：即对第n个符号的调制结果加入保护间隔，得到时域表达式s(t)为：
s(t)＝xu(t)+xg(t)
其中，xu(t)表示OFDM符号，xg(t)表示保护间隔：
Figure BDA0003817761410000021
Figure BDA0003817761410000029
式中，CP模式是指循环前缀模式，即将OFDM符号搬移到保护间隔的位置；ZP模式是指零填充模式在保护间隔的位置填上0；Tu为符号的有用时间长度，Tu＝1/Δf，Ts为带保护间隔的一个符号的时间长度；Ts＝Tu+Tg；
g1(t)和g2(t)为时域窗函数，用于控制OFDM符号与保护间隔的影响：
Figure BDA0003817761410000023
Figure BDA0003817761410000024
S104.在n＝1,2,…,N时，对于一帧OFDM信号的第n个符号分别按照步骤S102～S103进行处理，完成当前帧信号中所有符号的调制；
S105.对于每一帧OFDM信号，重复步骤S101～S104的调制过程，实现OFDM导航信号的调制。
调制过程中，不同符号的第k个子载波ej2πkΔft相同，k＝1,2,..,K。
S2.计算OFDM导航信号的平均自相关函数；
所述步骤S2包括以下子步骤:
S201.计算OFDM导航信号中有用符号的平均自相关函数Ru(τ)：
Figure BDA0003817761410000025
式中,
Figure BDA0003817761410000026
其中，τ为时间间隔，
Figure BDA0003817761410000027
是指对g1(-τ)做共轭操作；
S202.计算OFDM导航信号中保护间隔的平均自相关函数Rg(τ)：
Figure BDA0003817761410000028
S203.计算OFDM导航信号中有用符号和保护间隔的互相关函数Rug(τ)：
Figure BDA0003817761410000031
式中：
Figure BDA0003817761410000032
Figure BDA0003817761410000033
是指对g2(-τ)做共轭操作；
S204.计算OFDM导航信号中保护间隔和有用符号的互相关函数Rgu(τ)：
Figure BDA0003817761410000034
式中：
Figure BDA0003817761410000035
S205.计算OFDM导航信号的平均自相关函数R(τ)：
R(τ)＝Ru(τ)+Rug(τ)+Rgu(τ)+Rg(τ)
S3.计算OFDM导航信号功率谱密度；
所述步骤S3包括以下子步骤：
S301.计算OFDM导航信号中有用符号的功率谱密度Su(f)：
Figure BDA0003817761410000036
式中δ(f)为冲击响应函数，G1(f)为g1(t)的频域函数，
Figure BDA0003817761410000037
Figure BDA0003817761410000038
是指傅里叶变换；S302.计算OFDM导航信号中保护间隔的功率谱密度Su(f)：
Figure BDA0003817761410000039
S303.计算OFDM导航信号中有用符号和保护间隔的互相关函数的功率谱密度Sug(f)：
Figure BDA00038177614100000310
S304.计算OFDM导航信号中保护间隔和OFDM的互相关函数的功率谱密度Sgu(f)：
Figure BDA0003817761410000041
S305.计算OFDM导航信号的功率谱密度：
Figure BDA0003817761410000042
S4.基于OFDM导航信号的平均自相关函数和功率谱密度，对OFDM导航信号进行性能判断。
所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.给定时间间隔的取值范围和在该取值范围内均匀的时间间隔采样点，每一个时间间隔采样点即时间间隔的一个取值，根据步骤S2，每一个时间间隔采样点所对应的自相关函数，以时间间隔采样点τ为横坐标，对应的自相关函数R(τ)为纵坐标，绘制时间间隔取值范围内OFDM导航信号的自相关函数曲线；
S402.确定自相关函数曲线上的主峰宽度，以及主峰与幅度的幅度比；
设自相关函数曲线上，幅值最大位置的称为主峰，自相关函数主峰两侧曲线首次经过零点的位置为主峰过零点；自相关函数曲线上，除主峰外幅值最大的位置成为最大副峰；
计算主峰宽度，即主峰两侧过零点的横坐标差值；计算主峰与副峰的幅度比，即将主峰位置处纵坐标与主峰位置处纵坐标的比值；
S403.给定频率范围和在频率范围内均匀的频率采样点，每一个频率采样点即频率的一个取值，根据步骤S3，计算出每一个频率采样点对应功率谱密度，以频率采样点f为横坐标，对应的功率谱密度S(f)为纵坐标，绘制频率范围内OFDM导航信号的功率谱密度曲线；
S404.根据功率谱密度曲线，确定功率谱密度最大值所在的位置；
然后将功率谱密度最大值所在的位置两侧，低于最大值3dB处称为半功率点，两个半功率点对应的频率范围作为功率谱密度的主瓣带宽；
S405.判断OFDM导航信号的性能是否满足如下要求：
(1)主峰宽度小于预设的主峰宽度阈值；
(2)主峰与副峰的幅度比小于预设的比值要求；
(3)主瓣宽度内功率谱最大值小于预设的功率谱阈值；
若同时满足(1)～(3)则认为OFDM导航信号性能满足要求，能够直接用于导航，若不能同时满足(1)～(3)，则调整子载波数目K和子载波之间的间隔为Δf，然后重复执行步骤S1～S4。
本发明的有益效果是：本发明能够充分利用频谱资源，考虑保护间隔，并具有较强的抗干扰能力，于OFDM导航信号的平均自相关函数和功率谱密度进行性能，能够有效保证导航信号的性能。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为OFDM信号帧结构示意图；
图3为实施例中不同子载波数目下的自相关函数(ACF)曲线示意图；
图4为实施例中不同子载波数目下的功率谱密度(PSD)曲线示意图；
图5为实施例中自相关函数(ACF)随子载波间隔的变化曲线示意图；
图6为实施例中功率谱密度(PSD)随子载波间隔的变化曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种OFDM导航信号的调制及性能判断方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.基于保护间隔，进行OFDM导航信号的调制；
S101.对于任一帧OFDM导航信号，设其包含N个符号，每个符号中包含K个子载波，且子载波之间的间隔为Δf，其中第n个符号中第k个子载波调制的信息为cn,k；
S102.在k＝1,2,..,K时，将cn,k与对应的子载波ej2πkΔft相乘，然后累加，得到一帧OFDM导航信号中第n个符号的调制结果，记为：
Figure BDA0003817761410000051
S103.对第n个符号的调制结果进行优化：即对第n个符号的调制结果加入保护间隔，如图2所示，得到时域表达式s(t)为：
s(t)＝xu(t)+xg(t)
其中，xu(t)表示OFDM符号，xg(t)表示保护间隔：
Figure BDA0003817761410000052
Figure BDA0003817761410000053
式中，CP模式是指循环前缀模式，即将OFDM符号搬移到保护间隔的位置；ZP模式是指零填充模式在保护间隔的位置填上0；Tu为符号的有用时间长度，Tu＝1/Δf，Ts为带保护间隔的一个符号的时间长度；Ts＝Tu+Tg；
g1(t)和g2(t)为时域窗函数，用于控制OFDM符号与保护间隔的影响：
Figure BDA0003817761410000061
Figure BDA0003817761410000062
S104.在n＝1,2,…,N时，对于一帧OFDM信号的第n个符号分别按照步骤S102～S103进行处理，完成当前帧信号中所有符号的调制；
S105.对于每一帧OFDM信号，重复步骤S101～S104的调制过程，实现OFDM导航信号的调制。
调制过程中，不同符号的第k个子载波ej2πkΔft相同，k＝1,2,..,K。
S2.计算OFDM导航信号的平均自相关函数；
自相关函数可以用来表示两个信号之间的相似程度，OFDM导航信号的自相关函数是根据OFDM调制的导航信号为基础来计算的。自相关函数包含时间t和时间差τ两个参数，确定好t和τ以后，分别取时刻为t、t-τ的导航信号，将两者相乘；x(t)、x(t-τ)是两个随机变量，所以再对x(t)x(t-τ)取平均值；将OFDM导航调制信号x(t)、x(t-τ)展开成有用符号和保护间隔相加的形式，分别运算，依次可以得到有用符号的自相关Ru(t,τ)、保护间隔的自相关Rg(t,τ)、有用符号与保护间隔的互相关Rug(t,τ)、Rgu(t,τ)：
Figure BDA0003817761410000063
式中：E(t)为自相关函数的期望值，τ为接收信号和本地信号的时延，Ru(t,τ)为OFDM符号的自相关函数，Rg(t,τ)保护间隔的自相关函数，Rug(t,τ)为OFDM符号和保护间隔的互相关函数，Rgu(t,τ)保护间隔和OFDM符号的互相关函数。
接下来以OFDM符号的自相关函数Ru(t,τ)为例详细的介绍自相关函数的求解过程，首先将OFDM调制的有用符号xu(t)展开，变为cn,k与子载波ej2 ft相乘的形式，然后将各个伪码序列按照乘法结合律进行分配，得到如下式的自相关函数Ru(t,τ)的分解形式的表达式：
Figure BDA0003817761410000071
式中，cn,k和cm,l表示伪码序列。
因为伪码序列cn,k独立同分布，因此当两个序列OFDM符号位置相同时，两个伪码cn,k和cm,l的乘积的均值为1，否则为0，其表达式可以写为：
Figure BDA0003817761410000072
当n≠m或者k≠l时，即伪码序列中符号不同时，两个不同符号的相关运算结果为0。
从而可以对OFDM符号的自相关函数Ru(t,τ)的表达式进一步简化，其自相关函数可以写为子载波的累加形式：
Figure BDA0003817761410000073
Ru(t,τ)是一个周期为NTs的函数，xu(t)的均值也是周期为NTs的函数，所以它是一个广义循环平稳过程，根据广义循环平稳性过程的定义，可以通过对自相关函数Ru(t,τ)取平均值，得到一个与时间t无关的自相关函数Ru(τ)，可以发现自相关函数只与时间差有关，与时间t无关。自相关函数Ru(τ)是一个仅与OFDM调制子载波、窗函数相关的函数，其表示如下式：
Figure BDA0003817761410000074
式中：
Figure BDA0003817761410000075
ZP模式可以看作是一种特殊的CP模式在本专利的计算中，不失一般性，我们先以CP模式计算，ZP模式可以根据CP模式的推导过程方便得到。
依次求出循环前缀的自相关函数Rg(τ)和循环前缀与有用符号的自相关函数Rug(τ)、Rgu(τ)，即：
Figure BDA0003817761410000081
Figure BDA0003817761410000082
Figure BDA0003817761410000083
式中
Figure BDA0003817761410000084
将得到的自相关函数进行叠加，可以得到OFDM调制导航信号的自相关相关函数Rp(t,τ)的平均自相关函数Rp(τ)，其表达式如下：
Rp(τ)＝Ru(τ)+Rug(τ)+Rgu(τ)+Rg(τ)
S3.计算OFDM导航信号功率谱密度；
OFDM导航信号功率谱密度S(f)可以通过对自相关函数进行傅里叶变换得到，OFDM调制的平均自相关函数包含四部分：OFDM有用符号的循环前缀Ru(τ)、循环前缀的自相关函数Rg(τ)和循环前缀与有用符号的自相关函数Rug(τ)、Rgu(τ)；所以对OFDM导航信号的功率谱密度进行展开，分别对四项自相关函数进行傅里叶变化，其表达式如下：
Figure BDA0003817761410000085
式中：Su(f)为OFDM符号的功率谱密度，Sg(f)为保护间隔的功率谱密度，Sug(f)为OFDM和保护间隔的互相关函数的功率谱密度，Sgu(f)为保护间隔和OFDM的互相关函数的功率谱密度。即OFDM导航信号的功率谱密度由OFDM符号的功率谱密度、保护间隔的功率谱密度、OFDM符号和保护间隔的互相关函数的功率谱密度组成。
为了进行傅里叶变换，首先分别求出g1(t)、g2(t)、ΓK(t)、ΨK(t)、ΦK(t)等几个需要用到的函数进行傅里叶变换，得到变换后的频域形式，其表达式如下：
Figure BDA0003817761410000086
Figure BDA0003817761410000087
Figure BDA0003817761410000088
Figure BDA0003817761410000089
Figure BDA00038177614100000810
以OFDM有用符号的功率谱密度Su(f)为例，对OFDM有用符号的自相关函数进行傅里叶变化，得到它的频域形式，其表达式如下：
Figure BDA0003817761410000091
式中δ(f)为冲击响应函数，G1(f)为g1(t)的频域函数，sinc(fTu)＝sinc(fTu)fTu。
同理，使用相同的推导方法，可以依次得到循环前缀、循环前缀与保护间隔的功率谱密度Sg(f)、Sgu(f)、Sug(f)，其表达式如下：
Figure BDA0003817761410000092
Figure BDA0003817761410000093
Figure BDA0003817761410000094
将其带入功率谱密度的计算公式，得到OFDM导航信号功率谱密度。
S4.基于OFDM导航信号的平均自相关函数和功率谱密度，对OFDM导航信号进行性能判断。
所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.给定时间间隔的取值范围和在该取值范围内均匀的时间间隔采样点，每一个时间间隔采样点即时间间隔的一个取值，根据步骤S2，每一个时间间隔采样点所对应的自相关函数，以时间间隔采样点τ为横坐标，对应的自相关函数R(τ)为纵坐标，绘制时间间隔取值范围内OFDM导航信号的自相关函数曲线；
S402.确定自相关函数曲线上的主峰宽度，以及主峰与幅度的幅度比；
设自相关函数曲线上，幅值最大位置的称为主峰，自相关函数主峰两侧曲线首次经过零点的位置为主峰过零点；自相关函数曲线上，除主峰外幅值最大的位置成为最大副峰；
计算主峰宽度，即主峰两侧过零点的横坐标差值；计算主峰与副峰的幅度比，即将主峰位置处纵坐标与主峰位置处纵坐标的比值；
S403.给定频率范围和在频率范围内均匀的频率采样点，每一个频率采样点即频率的一个取值，根据步骤S3，计算出每一个频率采样点对应功率谱密度，以频率采样点f为横坐标，对应的功率谱密度S(f)为纵坐标，绘制频率范围内OFDM导航信号的功率谱密度曲线；
S404.根据功率谱密度曲线，确定功率谱密度最大值所在的位置；
然后将功率谱密度最大值所在的位置两侧，低于最大值3dB处称为半功率点，两个半功率点对应的频率范围作为功率谱密度的主瓣带宽；
S405.判断OFDM导航信号的性能是否满足如下要求：
(1)主峰宽度小于预设的主峰宽度阈值；
(2)主峰与副峰的幅度比小于预设的比值要求；
(3)主瓣宽度内功率谱最大值小于预设的功率谱阈值；
若同时满足(1)～(3)则认为OFDM导航信号性能满足要求，能够直接用于导航，若不能同时满足(1)～(3)，则调整子载波数目K和子载波之间的间隔为Δf，然后重复执行步骤S1～S4。
在本申请的实施例中，首先分析分析子载波数目对导航信号性能的影响，
设置子载波数目分别为32,64,128,256，子载波间隔1MHz，时域采样间隔为Δt，循环前缀CP长度16Δt，设置DC分量为0，虚拟子载波数目为4；
不同子载波数目下的自相关函数(ACF)曲线如图3所示，可以发现当其他参数不变化时，当子载波数目K增大时，可以发现ACF的主峰逐渐变窄，导航信号测距精度提高；主峰附近的副峰峰值降低，信号在跟踪过程中不容易出现误锁，有利于接收信号的处理；不同子载波数目下的功率谱密度(PSD)曲线如图4所示，图4展示了几组OFDM调制的PSD，可以发现OFDM导航信号的功率谱密度载波中心频点出存在凹陷，两侧呈现对称分布。在其他条件不变时，增大子载波数目K，PSD主瓣占用的频谱会逐渐扩大，因此需要接收机使用更大的接收前端，具备了更强的抗干扰能力；主瓣的功率谱密度函数的幅值降低，相同电平幅度能够发射更大功率。在本申请的实施例中，分析子载波间隔对导航信号性能的影响时：设置试验条件为:子载波数目K为128，OFDM一个符号有用时间Tu＝1/Δf，时域采样间隔为Δt＝1/NΔf，循环前缀CP长度Tg＝16Δt，子载波间隔为Δf(0.05,0.1,0.2,0.3)MHz，图5给出了四组OFDM调制的ACF随子载波间隔Δf的变化规律。图6给出了四组OFDM调制的PSD随子载波间隔Δf的变化规律，当其他条件不变时，随着子载波间隔的增加，自相关函数的主峰逐渐变窄，；对自相关函数副峰峰值基本上没有太大的影响，但是会影响副峰的位置，但是当副峰比较靠近主峰时，容易造成跟踪环路的误锁。分析几组OFDM调制的PSD，可以发现子载波间隔增大时，PSD密度的主瓣增大，主瓣的幅值逐渐降低，导航信号的抗干扰能力增强。因此，本申请在不能同时满足(1)～(3)时，只需要调节子载波数目K和子载波之间的间隔为Δf，然后重复调制和性能判断过程，就可以得到满足性能要求OFDM调制信号。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种OFDM导航信号的调制及性能判断方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.基于保护间隔，进行OFDM导航信号的调制；
S2.计算OFDM导航信号的平均自相关函数；
S3.计算OFDM导航信号功率谱密度；
S4.基于OFDM导航信号的平均自相关函数和功率谱密度，对OFDM导航信号进行性能判断。
2.根据权利要求1所述的一种OFDM导航信号的调制及性能判断方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下子步骤：
S101.对于任一帧OFDM导航信号，设其包含N个符号，每个符号中包含K个子载波，且子载波之间的间隔为Δf，其中第n个符号中第k个子载波调制的信息为cn,k；
S102.在k＝1,2,..,K时，将cn,k与对应的子载波ej2πkΔft相乘，然后累加，得到一帧OFDM导航信号中第n个符号的调制结果，记为：
Figure FDA0003817761400000011
S103.对第n个符号的调制结果进行优化：即对第n个符号的调制结果加入保护间隔，得到时域表达式s(t)为：
s(t)＝xu(t)+xg(t)
其中，xu(t)表示OFDM符号，xg(t)表示保护间隔：
Figure FDA0003817761400000012
Figure FDA0003817761400000013
式中，CP模式是指循环前缀模式，即将OFDM符号搬移到保护间隔的位置；ZP模式是指零填充模式在保护间隔的位置填上0；Tu为符号的有用时间长度，Tu＝1Δf，Ts为带保护间隔的一个符号的时间长度；Ts＝Tu+Tg；
g1(t)和g2(t)为时域窗函数，用于控制OFDM符号与保护间隔的影响：
Figure FDA0003817761400000014
Figure FDA0003817761400000015
S104.在n＝1,2,…,N时，对于一帧OFDM信号的第n个符号分别按照步骤S102～S103进行处理，完成当前帧信号中所有符号的调制；
S105.对于每一帧OFDM信号，重复步骤S101～S104的调制过程，实现OFDM导航信号的调制。
3.根据权利要求2所述的一种OFDM导航信号的调制及性能判断方法，其特征在于：所述步骤S1的调制过程中，不同符号的第k个子载波ej2πkΔft相同，k＝1,2,..,K。
4.根据权利要求1所述的一种OFDM导航信号的调制及性能判断方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下子步骤:
S201.计算OFDM导航信号中有用符号的平均自相关函数Ru(τ)：
Figure FDA0003817761400000021
式中,
Figure FDA0003817761400000022
其中，τ为时间间隔，
Figure FDA0003817761400000023
是指对g1(-τ)做共轭操作；
S202.计算OFDM导航信号中保护间隔的平均自相关函数Rg(τ)：
Figure FDA0003817761400000024
S203.计算OFDM导航信号中有用符号和保护间隔的互相关函数Rug(τ)：
Figure FDA0003817761400000025
式中：
Figure FDA0003817761400000026
Figure FDA0003817761400000027
)是指对g2(-τ)做共轭操作；
S204.计算OFDM导航信号中保护间隔和有用符号的互相关函数Rgu(τ)：
Figure FDA0003817761400000028
式中：
Figure FDA0003817761400000029
S205.计算OFDM导航信号的平均自相关函数R(τ)：
R(τ)＝Ru(τ)+Rug(τ)+Rgu(τ)+Rg(τ) 。
5.根据权利要求1所述的一种OFDM导航信号的调制及性能判断方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下子步骤：
S301.计算OFDM导航信号中有用符号的功率谱密度Su(f)：
Figure FDA0003817761400000031
式中δ(f)为冲击响应函数，G1(f)为g1(t)的频域函数，
Figure FDA0003817761400000032
Figure FDA0003817761400000033
是指傅里叶变换；
S302.计算OFDM导航信号中保护间隔的功率谱密度Su(f)：
Figure FDA0003817761400000034
S303.计算OFDM导航信号中有用符号和保护间隔的互相关函数的功率谱密度Sug(f)：
Figure FDA0003817761400000035
S304.计算OFDM导航信号中保护间隔和OFDM的互相关函数的功率谱密度Sgu(f)：
Figure FDA0003817761400000036
S305.计算OFDM导航信号的功率谱密度：
Figure FDA0003817761400000037
6.根据权利要求1所述的一种OFDM导航信号的调制及性能判断方法，其特征在于：所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.给定时间间隔的取值范围和在该取值范围内均匀的时间间隔采样点，每一个时间间隔采样点即时间间隔的一个取值，根据步骤S2，每一个时间间隔采样点所对应的自相关函数，以时间间隔采样点τ为横坐标，对应的自相关函数R(τ)为纵坐标，绘制时间间隔取值范围内OFDM导航信号的自相关函数曲线；
S402.确定自相关函数曲线上的主峰宽度，以及主峰与幅度的幅度比；
设自相关函数曲线上，幅值最大位置的称为主峰，自相关函数主峰两侧曲线首次经过零点的位置为主峰过零点；自相关函数曲线上，除主峰外幅值最大的位置成为最大副峰；
计算主峰宽度，即主峰两侧过零点的横坐标差值；计算主峰与副峰的幅度比，即将主峰位置处纵坐标与主峰位置处纵坐标的比值；
S403.给定频率范围和在频率范围内均匀的频率采样点，每一个频率采样点即频率的一个取值，根据步骤S3，计算出每一个频率采样点对应功率谱密度，以频率采样点f为横坐标，对应的功率谱密度S(f)为纵坐标，绘制频率范围内OFDM导航信号的功率谱密度曲线；
S404.根据功率谱密度曲线，确定功率谱密度最大值所在的位置；
然后将功率谱密度最大值所在的位置两侧，低于最大值3dB处称为半功率点，两个半功率点对应的频率范围作为功率谱密度的主瓣带宽；
S405.判断OFDM导航信号的性能是否满足如下要求：
(1)主峰宽度小于预设的主峰宽度阈值；
(2)主峰与副峰的幅度比小于预设的比值要求；
(3)主瓣宽度内功率谱最大值小于预设的功率谱阈值；
若同时满足(1)～(3)则认为OFDM导航信号性能满足要求，能够直接用于导航，若不能同时满足(1)～(3)，则调整子载波数目K和子载波之间的间隔为Δf，然后重复执行步骤S1～S4。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1617533A (zh) * 2003-11-11 2005-05-18 株式会社Ntt都科摩 Ofdm发射机与ofdm接收机
CN101518007A (zh) * 2006-08-16 2009-08-26 贺利实公司 用于使用其中选定副载波开启或关闭的基于符号的随机化正交频分多路复用（ofdm）来传送数据的系统和方法
CN101867548A (zh) * 2010-05-24 2010-10-20 北京科技大学 一种基于滤波器组多载波的盲频率跟踪算法
CN102316506A (zh) * 2010-06-29 2012-01-11 电信科学技术研究院 一种确定移动台速度范围的方法和设备
CN107820212A (zh) * 2017-11-24 2018-03-20 北京邮电大学 一种基于移动多媒体广播系统实现的定位方法及定位终端
WO2019020201A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-31 European Space Agency RECEIVER AND METHOD FOR PROCESSING A BROADBAND SIGNAL
CN110224958A (zh) * 2019-06-17 2019-09-10 杭州电子科技大学 一种基于混沌序列的正交宽带调制解调方法
CN112042161A (zh) * 2018-01-26 2020-12-04 加州理工学院 通过在零点上调制数据来进行通信的系统和方法
CN114089384A (zh) * 2021-11-01 2022-02-25 中国科学院国家授时中心 一种卫星导航信号合成功率谱偏差计算方法
CN114895251A (zh) * 2021-07-31 2022-08-12 西安电子科技大学 基于多变量优化的ofdm雷达通信一体化信号设计方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1617533A (zh) * 2003-11-11 2005-05-18 株式会社Ntt都科摩 Ofdm发射机与ofdm接收机
CN101518007A (zh) * 2006-08-16 2009-08-26 贺利实公司 用于使用其中选定副载波开启或关闭的基于符号的随机化正交频分多路复用（ofdm）来传送数据的系统和方法
CN101867548A (zh) * 2010-05-24 2010-10-20 北京科技大学 一种基于滤波器组多载波的盲频率跟踪算法
CN102316506A (zh) * 2010-06-29 2012-01-11 电信科学技术研究院 一种确定移动台速度范围的方法和设备
WO2019020201A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-31 European Space Agency RECEIVER AND METHOD FOR PROCESSING A BROADBAND SIGNAL
CN107820212A (zh) * 2017-11-24 2018-03-20 北京邮电大学 一种基于移动多媒体广播系统实现的定位方法及定位终端
CN112042161A (zh) * 2018-01-26 2020-12-04 加州理工学院 通过在零点上调制数据来进行通信的系统和方法
CN110224958A (zh) * 2019-06-17 2019-09-10 杭州电子科技大学 一种基于混沌序列的正交宽带调制解调方法
CN114895251A (zh) * 2021-07-31 2022-08-12 西安电子科技大学 基于多变量优化的ofdm雷达通信一体化信号设计方法
CN114089384A (zh) * 2021-11-01 2022-02-25 中国科学院国家授时中心 一种卫星导航信号合成功率谱偏差计算方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIANGANG MA, YIKANG YANG , HENGNIAN LI, JISHENG LI: "Expressions for the Autocorrelation Function and Power Spectral Density of BOC Modulation Based on Convolution Operation", 《 ISI_WEB OF SCIENCE》 *
LVYANG YE;YIKANG YANG: "Single-Satellite Integrated Navigation Algorithm Based on Broadband LEO Constellation Communication Links", 《REMOTE SENSING》 *
孙岩博;薛睿;王盾;赵旦峰;: "L/C双频段联合导航信号中通用调制方案研究", 哈尔滨工程大学学报, no. 04 *
杨宜康: "北斗导航:顶天立地的中国精度", 《科技传播》 *

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