CN116260694B - 支持民用5g手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法 - Google Patents

支持民用5g手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种支持民用5G手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法，属于北斗短报文通信系统领域。本发明单个导频时隙的时长与入站电文符号宽度保持一致，每(N‑1)个数据支路符号后有一个导频时隙，N≥2，导频时隙上调制已知的导频符号，整个信号中导频时隙的占比为1/N，当N＝5时，导频时隙占比20％。本发明通过在原有北斗短报文信号中增加导频时隙，在不显著增加手机端调制复杂度的情况下，提升入站信号的解调性能，当N＝5时，可以实现手机入站信号解调门限低至31dBHz的性能，降低了北斗短报文手机入站信号的解调门限。

Description

支持民用5G手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法
技术领域
本发明属于北斗短报文通信系统领域，具体涉及一种支持民用5G手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法。
背景技术
随着北斗区域民用短报文系统(RSMC)应用领域的拓展，利用民用手机实现北斗短报文通信功能，尤其是用于应急救援、应急通信等领域，已成为北斗区域短报文通信系统的重要发展方向，但是现有的北斗短报文系统无法支持民用手机的接入，主要表现在：(1)民用手机终端的发射功率低，现有北斗短报文中心站无法接收和处理手机的入站信号；(2)民用手机终端的射频接收损耗大，无法对现有短报文出站信号进行解调。本专利主要解决第一个问题，设计了一种可用于民用手机的北斗短报文入站低速时分信号格式及解调方法，并将其应用于北斗短报文通信系统中。
提升信号解调门限的方法有：降低信息的符号速率、增加专门用于信号跟踪的独立导频支路、通过时分方式在数据支路中增加导频时隙辅助信号的解调；本发明专利针对北斗短报文信号的特点，在入站数据支路中插入导频时隙，并设计了相应的导频时隙图案，保证中心站具有较高的解调性能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种支持民用5G手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法，以解决现有的北斗短报文系统无法支持民用手机的接入的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种支持民用5G手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法，该方法包括如下步骤：
步骤S1、手机北斗短报文入站信号经过中心站的天线，射频前端，AD转换器后变为数字中频信号r(t)；
步骤S2、数字信号处理单元中的本地复制信号生成装置，载波频率为NCO(NCO:Numerically Controlled Oscillator)控制字fNCO，该参数通过步骤S5中的环路滤波器反馈给出，本地载波生成装置根据频率控制字产生两路正交信号，分比为同相信号sI(t)和正交信号sQ(t)；
步骤S3、接收机跟踪通道中的相关器，用于将本地复制生成的信号和接收信号进行相干积累，相干积分时间Tc；积分后得到同相支路相关值In和正交支路相关值Qn；
步骤S4、分别取连续的M个导频时隙相关积分结果，输入相位鉴别器，获得本地信号和输入信号的相位估计误差结果；
步骤S5、利用载波跟踪环路滤波器，对载波相位鉴别器的结果，通过环路滤波器计算得到步骤S2中的载波频率控制字fNCO；
步骤S6、提取步骤S3的相关积分结果中的数据支路时隙，即第1,2,…N-1,N+1,…2N-1,2N+1,…个同相支路相关积分结果，恢复得到数据符号的解调结果I1,I2,……,IN-1,IN+1,…。
(三)有益效果
本发明提出一种支持民用5G手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法，本发明的有益技术效果是：1、通过在原有北斗短报文信号中增加导频时隙，在不显著增加手机端调制复杂度的情况下，提升入站信号的解调性能，2、当N＝5时，可以实现手机入站信号解调门限低至31dBHz的性能，降低了北斗短报文手机入站信号的解调门限。
附图说明
图1为导频时隙图案设计示意图；
图2为一种利用北斗短报文手机入站信号导频时隙的高灵敏度解调流程示意图；
图3为载噪比31dBHz时对增加导频时隙的北斗短报文手机入站信号跟踪解调仿真结果；
图4为载噪比31dBHz时对无导频时隙的北斗短报文手机入站信号跟踪解调仿真结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明属于北斗短报文通信系统领域，具体涉及一种用于北斗短报文手机通信系统的入站信号解调方法与系统，其可运用在北斗短报文通信系统设计中。
本发明利用增加时分导频信号的方法，对现有北斗短报文入站信号格式进行优化设计，提升了入站信号的跟踪和解调性能，可用于北斗短报文手机入站信号设计中，支持民用手机实现北斗短报文入站通信的功能。
一种支持民用5G手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法，该方法包括：
1，单个导频时隙的时长与入站电文符号宽度保持一致，
若电文符号速率为8ksps，则单个导频时隙的符号宽度设计为0.125ms，与数据电文保持一致；
2，每(N-1)个数据支路符号后有一个导频时隙，N≥2，导频时隙上调制已知的导频符号，整个信号中导频时隙的占比为1/N，当N＝5时，导频时隙占比20％；
采用上述设计方案，对手机终端而言，只需要在原有待调制的电文符号后插入导频符号即可，修改简单。
一种利用北斗短报文手机入站信号导频时隙的高灵敏度解调方法，该方法包括如下步骤：
步骤S1、手机北斗短报文入站信号经过中心站的天线，射频前端，AD转换器后变为数字中频信号r(t)；
步骤S2、数字信号处理单元中的本地复制信号生成装置，载波频率为NCO(NCO:Numerically Controlled Oscillator)控制字fNCO，该参数通过步骤S5中的环路滤波器反馈给出，本地载波生成装置根据频率控制字产生两路正交信号，分比为同相信号sI(t)和正交信号sQ(t)，具体为
sI(t)＝cos(2πfNCO·t)·c(t)
sQ(t)＝-sin(2πfNCO·t)·c(t)
其中c(t)为与接收的入站信号匹配的伪码信号；
步骤S3、接收机跟踪通道中的相关器，用于将本地复制生成的信号和接收信号进行相干积累，相干积分时间Tc，为一个数据符号的时长，如符号速率为8ksps时，相关积分时间为0.125ms。积分后得到同相支路相关值In和正交支路相关值Qn；
步骤S4、分别取连续的M个导频时隙相关积分结果，输入相位鉴别器，获得本地信号和输入信号的相位估计误差结果，具体计算方法为：
其中εk为第k次环路更新的载波相位鉴别器误差；
步骤S5、利用传统的载波跟踪环路滤波器，对载波相位鉴别器的结果，通过环路滤波器可以计算得到步骤2中的载波频率控制字fNCO；
步骤S6、提取步骤S3的相关积分结果中的数据支路时隙，即第1,2,…N-1,N+1,…2N-1,2N+1,…个同相支路相关积分结果，恢复得到数据符号的解调结果I1,I2,……,IN-1,IN+1,…
上述步骤中描述了一种利用北斗短报文手机入站信号导频时隙的高灵敏度解调方法，在该方法中，环路更新间隔为M*N*Tc，导频支路相干积分时间为M*Tc，相同条件下，N越小，解调性能越好，但入站信号数据传输效率越低。
实施例1：
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示为一种用于北斗短报文手机的高灵敏度入站信号导频时隙设计图案，其特征在于：
1，单个导频时隙的时长与入站电文符号宽度保持一致，
若电文符号速率为8ksps，则单个导频时隙的符号宽度设计为0.125ms，与数据电文保持一致；
2，每(N-1)个数据支路符号后有一个导频时隙(N≥2)，导频时隙上调制已知的导频符号，整个信号中导频时隙的占比为1/N，当N＝5时，导频时隙占比20％；
图2为一种利用北斗短报文手机入站信号导频时隙的灵敏度解调方法，具体包括以下步骤：
步骤1，手机北斗短报文入站信号经过中心站的天线，射频前端，AD转换器后变为数字中频信号r(t)；
步骤2，数字信号处理单元中的本地复制信号生成装置，载波频率为NCO(NCO:Numerically Controlled Oscillator)控制字fNCO，该参数通过步骤5中的环路滤波器反馈给出，本地载波生成装置根据频率控制字产生两路正交信号，分比为同相信号sI(t)和正交信号sQ(t)，具体为
sI(t)＝cos(2πfNCO·t)·c(t)
sQ(t)＝-sin(2πfNCO·t)·c(t)
其中c(t)为与接收的入站信号匹配的伪码信号；
步骤3，接收机跟踪通道中的相关器，用于将本地复制生成的信号和接收信号进行相干积累，相干积分时间Tc，为一个数据符号的时长，如符号速率为8ksps时，相关积分时间为0.125ms。积分后得到同相支路相关值In和正交支路相关值Qn；
步骤4，分别取连续的M个导频时隙相关积分结果，输入相位鉴别器，获得本地信号和输入信号的相位估计误差结果，具体计算方法为：
其中εk为第k次环路更新的载波相位鉴别器误差。
步骤5，传统的载波跟踪环路滤波器，根据载波相位鉴别器，通过环路滤波器可以计算得到步骤2中的载波频率控制字fNCO；
步骤6，提取相关积分结果中的数据支路时隙，即第1,2,…N-1,N+1,…2N-1,2N+1,…,个同相支路相关积分结果，恢复得到数据符号的解调结果I1,I2,……,IN-1,IN+1,…
图3和图4分别为载噪比31dBHz时，对增加导频时隙的北斗短报文手机入站信号和无导频时隙的北斗短报文手机入站信号的跟踪和解调性能仿真结果，可以看出，增加20％的导频时隙，可以在信号载噪比低至31dBHz时实现对北斗短报文手机入站信号的正常跟踪和解调，提升入站信号的解调能力。
本发明的有益技术效果是：1、通过在原有北斗短报文信号中增加导频时隙，在不显著增加手机端调制复杂度的情况下，提升入站信号的解调性能，2、当N＝5时，可以实现手机入站信号解调门限低至31dBHz的性能，降低了北斗短报文手机入站信号的解调门限。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种支持民用5G手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤S1、手机北斗短报文入站信号经过中心站的天线，射频前端，AD转换器后变为数字中频信号r(t)；
步骤S2、数字信号处理单元中的本地复制信号生成装置，载波频率为NCO(NCO:Numerically Controlled Oscillator)控制字fNCO，该控制字fNCO通过步骤S5中的环路滤波器反馈给出，本地载波生成装置根据该控制字fNCO产生两路正交信号，分别为同相信号sI(t)和正交信号sQ(t)；具体为
sI(t)＝cos(2πfNCO·t)·c(t)
sQ(t)＝-sin(2πfNCO·t)·c(t)
其中c(t)为与接收的入站信号匹配的伪码信号；
步骤S3、接收机跟踪通道中的相关器，用于将本地复制生成的信号和接收信号进行相干积累，相干积分时间Tc；积分后得到同相支路相关值In和正交支路相关值Qn；具体为
步骤S4、分别取连续的M个同相支路相关值In和正交支路相关值Qn，输入相位鉴别器，获得本地复制生成的信号和接收信号的相位估计误差结果；具体计算方法为：
其中εk为第k次环路更新的载波相位鉴别器误差；
步骤S5、利用载波跟踪环路滤波器，对载波相位鉴别器的结果，通过环路滤波器计算得到步骤S2中的载波频率控制字fNCO；
步骤S6、提取步骤S3的第1,2,…N-1,N+1,…2N-1,2N+1,…个同相支路相关值，恢复得到数据符号的解调结果I1,I2,……,IN-1,IN+1,…；
其中，
单个导频时隙的时长与入站电文符号宽度保持一致；
每N-1个数据支路符号后有一个导频时隙，N≥2，导频时隙上调制已知的导频符号，整个信号中导频时隙的占比为1/N。
2.如权利要求1所述的支持民用5G手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法，其特征在于，电文符号速率为8ksps，则单个导频时隙的符号宽度设计为0.125ms。
3.如权利要求1所述的支持民用5G手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法，其特征在于，所述相干积分时间Tc为一个数据符号的时长。
4.如权利要求3所述的支持民用5G手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法，其特征在于，符号速率为8ksps时，相关积分时间Tc为0.125ms。
5.如权利要求1所述的支持民用5G手机的北斗短报文入站信号格式及解调方法，其特征在于，环路更新间隔为M*N*Tc，导频支路相干积分时间为M*Tc。
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