CN117639831A - 5g融合处理测控信号的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种5G融合处理测控信号的方法，涉及5G网络测控领域。所述方法步骤如下：测控通信模块基于射频前端的硬件以及高性能FPGA的处理能力来构建各类测控体制和5G融合处理测控信号模型；FPGA、高位宽、高采样率的模数AD和数模DA进行相关接口优化，不断优化检测算法，检测、定位和追踪测控目标；运用通信感知功能网元和卫星地面站测控管理软件，将感知信息和通信信息在通信感知一体化系统内进行融合，实时测试应用软件的频偏捕获算法抑制普勒偏差，然后将通感融合信道收集到的测控目标节点信号送入宽带中频数字化处理模块和测控信号处理模块生成遥测信息，对模拟信号进行数字信号处理，将各类模拟信号信息转变为数字信息。
Description
技术领域
本发明涉及本发明涉及5G网络技术测控领域，更具体地，及一种基于5G专网的5G融合处理测控信号的方法。
背景技术
随着移动卫星通信的发展，地面移动通信系统已经进入5G时代，卫星通信呈现高中低轨多层立体化发展、由单星系统向网络化发展及宽带高通量发展的特征，星地融合迎来新的时代。如今，卫星成为地面的补充和延伸。地面移动通信系统为用户提供了便捷的服务，然而在山地、荒漠及海上等地区，由于基站架设因困难。目前，5G在全球范围内迅速发展，5G商业化运行已逐步展开，其提供基础性、决定性的支撑，开辟了卫星通信应用的新时代。5G时代的来临，将给卫星通信带来新的机遇和挑战，北斗+5G、北斗+低轨、北斗+物联网等通导一体技术作为综合PNT体系的重要组成部分，展现出显著的协同优势。
在技术方面，星地融合架构既有透明弯管转发，也有星上接入，松耦合与紧耦合的星地融合网络架构将在很长时间内并存：传统的测控包含了空间飞行器测控的对象。测控信息系统利用跟踪测轨设备获得飞行器的轨道信息，利用各种传感器获得遥测信息。随着低轨星座的大面积部署，频率冲突的问题将愈发严重，目前，制约星地融合的主要瓶颈是频率资源，传统的频率独占授权方式已经越来越制约了技术的发展，引发了大量的频率协调问题，并且造成了资源的极大浪费。卫星通信和地面移动通信都面对更大容量、更高频谱效率、更多连接的总体需求，因此系统必须要最大化资源利用率。5G关键技术中的非正为了实现超高速数据传输的目标，5G需要采用全新的无线传输技术，由于频率资源和带宽问题，需要使用更高的频段，例如毫米波，调制带宽会从现在的几十M跨越到500M到3GHz。在GEO卫星业务中，较长的时延往往是影响用户体验的痛点，而根据实际测量的结果，时延主要来自于网络拥塞。通过GEO卫星传输数据往返的固有时延大约为600ms,而实际使用中，TCP协议层建立链接至少需要3次握手，网络拥塞产生的丢包重传也要消耗大量的时间，最终很容易造成连接中断。以此降低算法应用的复杂性。
超密集组网技术实践过程中存在高成本、强干扰、资源传输利用率较低等问题。卫星的主要问题在于传输时延大，路径损耗大。传输时延不仅容易放大网络拥塞的影响，还使得控制层难对通信资源进行准时实时的调度协调。而5G接口技术往往需要用户端与控制层的频繁交互。GE0卫星信道可以近似为恒参信道，实际上也不需要根据信道条件的变化频繁地对资源分配进行调整，控制层更多的是需要适应业务的突发性。此外，在缺乏大量地面站辅助的情况下，星间链路的路由问题也比较复杂，在业务高峰时容易引起网络拥塞，成为瓶颈问题。
在软件方面如何简便快捷地产生和分析5G信号；硬件能否实现在灵活在射频∽100GHz频段，实现500M到2GHz超宽带信号的发射和接收，同时还得能提供全面灵活的验证和测试能力，比如系统级验证和软件硬件甚至模块的验证和测试。5G技术遭遇到的一大挑战是需要对太多的波形、频率和带宽加以分析。除了6GHz以下频率的波形以外，还包括微波和毫米波频率的波形。有的波形可能还设计到大带宽。所有这因素对5G信号的生成和分析提出了新的测试挑战，因此灵活性是当今5G研究的关键技术。然而基于5G技术的宽带通信，又要实现遥测、遥控功能，目前尚无成熟的技术手段。
卫星无线电测控是用无线电的方法对卫星进行跟踪测轨、遥测和遥控的简称(Tracking Telemetry and Command,TTC或TT&C)。无线电测控是及时了解和掌握星上情况并保证卫星在轨工作正常的主要手段。但是航天测控技术包含了遥控、遥测、测速、测距等诸多功能，测控体制也是多种多样，空间飞行器无线电测控作为空间技术的基础在飞行器发展的历程中具有关键的作用。目前，我国的卫星测控设备大都由传统的硬件组成，只能执行单一的测控任务。由于各个卫星系统的工作频率、编码体制、测距体制和调制解调体制各不相同，这种测控设备无法通用，这无形中增加了设备的研制负担。一个测控通信任务的执行通常有多个测控通信资源参与，由于资源的地理位置不同，不同资源与飞行器的可见时间不同，导致不同资源的任务起止时间也不同.因此，测控通信任务在不同的时间参与执行的资源数目及任务成败标准均会发生变化。假设测控资源只有正常与失效2种状态，且假设资源的失效与维修时间服从指数分布，2个连续阶段间的转移是瞬时的，即可以忽略其转移时间.在任一弧段中任务执行失败，都会导致整个任务失败。目前，我国的卫星测控设备大都由传统的硬件组成，只能执行单一的测控任务。由于各个卫星系统的工作频率、编码体制、测距体制和调制解调体制各不相同，这种测控设备无法通用，这无形中增加了设备的研制负担。
多众所周知，远端无线射频单元(RRH))和基带处理单元(BBU)之间的分离是5G中云化无线接入网(C-RAN)。BBU可以部署在通用的虚拟化服务器上，进行集中式管理。而这种传统基站的功能分离产生了新的网络结构前传链路,在RRH和BBU之间需要有光纤来连接，传输来自基站的模拟或者数字信号。但是问题是，因为异构网络的存在，光纤有时候无法铺设专网，需要租赁已有的民用带宽，然而这不一定会有那么宽。当前网络资源配置手段难以满足4G/5G融合网络中快速变化的业务需求,所以，前传链路的容量限制使RRH上进行信号压缩成为一种必然选择，这种压缩可能基于滤波、预测量化等等。但是有的时候，压缩也不足以解决链路容量问题。“无线测试”被定义为评估设备能力的所需阶段，首先，它需要正确且安全地连接其他设备和网络，然后成功完成所连接设备预期的操作任务。例如，无线切换测试模拟必须完美地反映实际切换发生的场景。在某些情况下，可能还需要进行一系列无线测试来验证设备的互操作性、性能以及安全性。在传统的测控系统中，测控信号的传输采用点对点专用信号线和开关矩阵的方式。对于大型的系统，设备连接关系复杂，需要大量信号传输电缆，相互干扰严重，可扩展性差，重组的灵活度低。5G通信的带宽要求更高的中频以及采样速率，如何保证在高速采样下的指标和可靠性将是设计的又一挑战。虽然此前业界的众多测试结果表明智能超表面(RIS)对于提升移动通信系统的性能有显著效果，但是要实现在实际工程应用中落地仍存在诸多挑战。相关的现有技术为基于扩频信号体制的统一载波测控系统，将测轨、遥测、遥控信号采用时分或频分方式调制在一个载波上，实现对飞行器跟踪、测量、控制。统一载波测控系统，此外，信号分析就是将一复杂信号分解为若干简单信号分量的叠加，并以这些分量的组成情况去考察信号的特性。信号处理是指对信号进行某种变换或运算(如滤波、变换、增强、压缩、估计、识别等)。广义的信号处理可把信号分析也包括在内。信号处理包括时域和频域的处理，时域处理中最典型的是波形分析。信号处理另一个重要内容是滤波，将信号中感兴趣的部分(有效信号)提取出来，抑制(削弱或滤波)不感兴趣的部分(干扰或噪声)。传统的统一载波测控系统基于扩频体制，无法直接应用于基于多载波OFDM信号体制的卫星互联网系统。5G虽然通过网络能力提升、产品和解决方案定制有可能满足一些少数个性化需求，但是时间成本和经济成本很高，而且很难具备可复制性，难以规模推广。传统用于测距、测速、相干解调等的信号对相位连续性有较高的要求，由于各测控单元、测控子网众多而又分散化，它们在网络上传输数据以及数据传输的时延都具有随机性。网络数据包发送的延迟不固定特性会导致网络数据包抖动，如果在接收端直接恢复数字信号会导致信号无法连续，进而影响测速测距等的精度。另外，由于数字信号处理采用均匀时间采样，数据量较大，直接传输数字信号会造成网络资源的浪费。测控信号采用的信号体制通常采用连续信号测距、测速、相干解调等处理对信号相位连续性有较高要求，IP化传输数据具有数据抖动、阻塞、掉包、延迟不确定等特征。因此测控信号处理对网络传输技术的数据传输和处理实时性要求更高。测控系统需同时传输多路信号，多通道需在时间上严格的同步。但网络传输是串行传输，因此到达收端的多路数据在时间上不一致。且网络传输中，可能出现少量的丢包或者误码。
本发明针对上述现有技术中存在的不足之处，提供一种捕获跟踪精度高，误码率低，具有高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强、灵活可变的5G融合处理测控信号的方法。
为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种5G融合处理测控信号的方法，其特征在于包括如下步骤：
测控通信模块接收5G通信系统的多频段子带的信号变量，利用5G技术高带宽、低时延、广连接的特性，基于射频前端的硬件以及高性能FPGA的处理能力来构建各类丰富的测控体制；
以探测性能和通信性能为目标函数，基于PDMA技术的5G异构网络及5G通信帧结构建立5G融合处理测控信号模型；
在测控通信模块中加入信道模拟器传输5G通信高速数据和基带收发协议模式接口时序，将下行和上行同步信号与宽带星地信道模拟器同步，遵循资源管理要求，优化时频资源映射效果和接收机的检测效果，基于区间线性相采用高性能现场可编程门阵列FPGA、高位宽、高采样率的模数AD和数模DA进行相关接口优化，优化干扰预知机制，增强检测性能，不断优化检测算法，检测、定位和追踪测控目标；
在测控通信模块赋能感知功能，运用通信感知功能网元和卫星地面站测控管理软件，并将感知信息和通信信息在通信感知一体化系统内进行融合，通过模块化仪器系统PXI硬件结合实时测试应用VeriStand软件的频偏捕获算法抑制普勒偏差，滤除干扰信号及噪声信号，然后通过高速数据接收通道将频率范围在400MHz∽6GHz的射频信号下变频到适合的固定中频频率上，将通感融合信道收集到的测控目标节点信号送入宽带中频数字化处理模块和测控信号处理模块生成遥测信息，对模拟信号进行数字信号处理，将各类模拟信号信息转变为数字信息,完成后续信息传输工作。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明以探测性能和通信性能为目标函数，基于PDMA技术的5G异构网络及5G通信帧结构建立5G融合处理测控信号模型；将软件无线电技术应用于卫星测控领域，建立一个通用的、开放性的硬件平台，通过对功能软件的不断优化升级来实现各种测控任务的需求。这样将大大缩短研制周期，降低研制成本，既增强了卫星测控系统的灵活性和可维修性，又保持了技术的先进性。
本发明以探测性能和通信性能为目标函数，基于PDMA技术的5G异构网络及5G通信帧结构建立5G融合处理测控信号模型；这种以PDMA技术为基础进行5G异构网络融合，有利于优化系统设计效果，并且信息交流速度也能不断加快，可以通过适当改进干扰对齐机制，能够适当扩大吞吐量，有效降低信息传递过程中干扰影响几率。还可以根据系统运行需要有序管理无线资源，避免现有资源浪费，全面提高现有无线资源利用率。一方面，优化时频资源映射效果，遵循资源管理要求，以此提高资源利用率；另一方面，优化图样特征设计效果。系统以PDMA技术为基础进行异构网络融合，能扩大5G异构网络融合技术应用范围，同时，还能解决融合机制实践期间存在的现实问题。此外，5G系统频谱利用效率能够相应增加，系统吞吐量不断提高，并且不同区域间的干扰也会逐渐减少，有利于加快通信数据传输速度，优化通信质量。仿真结果表明结合PDMA新型多址的异构网络融合机制可以提高系统吞吐量、频谱利用率。
本发明在测控通信模块中加入信道模拟器传输5G通信高速数据和基带收发协议模式接口时序，将下行和上行同步信号与宽带星地信道模拟器同步，遵循资源管理要求，优化时频资源映射效果和接收机的检测效果，基于区间线性相采用高性能FPGA、高位宽、高采样率的模数AD和数模DA进行相关接口优化，优化干扰预知机制，增强检测性能，不断优化检测算法，检测、定位和追踪测控目标；通过干扰管理增加这一系统的发展动力。一方面，干扰协调处理通过合理调整不同区域的资源，做好资源分配以及调用工作，以此可以降低区域间资源分配无序现象。也可以设计干扰预知机制，以此提高干扰处理效率，降低跨层干扰几率。同时可以遵循最优信号分配准则，完成各类基站功率的高效分配任务。另一方面，可以采用带通采样定理，采样速率就不需要一定大于信号最高频率的两倍，用较低的采样速率也可以正确反映带通信号的特性。由于抽样点数的减少，从而降低了通信系统对ADC器件的要求，也很大程度上减轻了后续数字信号处理的负担。同时可以在做好干扰对齐工作，在发射信号预处理的基础上合理排列编码矩阵，以此控制干扰波束方向，避免出现信号干扰重叠现象，不断扩大信号空间利用率。
本发明在测控通信模块赋能感知功能，运用通信感知功能网元和卫星地面站测控管理软件，并将感知信息和通信信息在通信感知一体化系统内进行融合，通过模块化仪器系统PXI硬件结合实时测试应用VeriStand软件的频偏捕获算法抑制普勒偏差，滤除干扰信号及噪声信号。这种在测控通信模块中赋能感知功能，可以利用通信系统的频谱资源、空口技术、硬件资源处理单元等接收感知信号并进行处理，实现多维多粒度的环境和目标感知功能并提升系统频谱效率、硬件效率和信息处理效率。既有宽的频率范围，又具有能自动感知干扰源的存在并抑制其影响的能力，还具有自动增强所需信号的能力。这种基于通信感知融合的能力开放技术可提供高精度定位、高分辨率成像以及虚拟环境重构等高效的感知应用，可以有效构建数字孪生环境，实现数字化再呈现和深度处理。通信感知一体化系统可以将基于通信与感知融合技术实现高精度的定位服务，一方面基于通信中的参考信号获得设备的位置信息，另一方面也可以基于对反射的无线信号的时延、角度以及多普勒信息的感知，获得距离、角度和速度信息。通信感知一体化系统可以将基于通信与感知融合技术提供高分辨率成像服务，通信感知一体化系统中基站、终端等各种节点具有无线感知能力，利用多角度、多维度、超大数量的感知信息实现超高分辨率成像服务。因其可以全天候、无接触地服务，并具有无电离损伤、高隐私安全等特点，可以更好地服务于医疗/健康、安检、工业生产等领域，例如，工业制造过程中的缺陷/故障检测，医疗领域的癌变组织和龋齿的检测。
本发明借鉴软件无线电的思想，在中频采样数字化，采用FPGA作为模块的核心处理芯片，大大增强了通信模块的灵活性、可靠性和通用性，降低了整机的体积和功耗。
本发明将通感融合信道收集到的测控目标节点信号送入宽带中频数字化处理模块和测控信号处理模块生成遥测信息，对模拟信号进行数字信号处理，将各类模拟信号信息转变为数字信息,采用了FLL+PLL的复合软环方法的载波跟踪环，用FLL进行载波频率的跟踪，FLL具有较好的动态性能，跟踪之后采用PLL进行相位补偿，采用此方法可满足动态性能和跟踪精度的要求。与模拟下变频技术相比，数字下变频不存在混频器的非线性、本地振荡器的稳定度边带、相位噪声、温度漂移等难以解决的问题，同时数字下变频在频率步进、频率间隔等方面具有良好的性能。另外，数字下变频器的控制和修改较容易等特点也是模拟下变频器无法比拟的。
本发明通过测试，该设计电路性能优越，与传统的模拟通信设备相比，具有高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强、灵活可变等许多优点，克服了温漂、增益不稳等缺点。通过对功能软件进行优化升级，可以实现各种测控任务的需求。
附图说明
图1是本发明5G融合处理测控信号的流程图。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
具体实施方式
参阅图1。根据本发明采用：测控通信模块接收5G通信系统的多频段子带的信号变量，利用5G技术高带宽、低时延、广连接的特性，基于射频前端的硬件以及高性能FPGA的处理能力来构建各类丰富的测控体制；
以探测性能和通信性能为目标函数，基于PDMA技术的5G异构网络及5G通信帧结构建立5G融合处理测控信号模型；
在测控通信模块中加入信道模拟器传输5G通信高速数据和基带收发协议模式接口时序，将下行和上行同步信号与宽带星地信道模拟器同步，遵循资源管理要求，优化时频资源映射效果和接收机的检测效果，基于区间线性相采用高性能现场可编程门阵列FPGA、高位宽、高采样率的模数AD和数模DA进行相关接口优化，优化干扰预知机制，增强检测性能，不断优化检测算法，检测、定位和追踪测控目标；
在测控通信模块赋能感知功能，运用通信感知功能网元和卫星地面站测控管理软件，并将感知信息和通信信息在通信感知一体化系统内进行融合，通过模块化仪器系统PXI硬件结合实时测试应用VeriStand软件的频偏捕获算法抑制普勒偏差，滤除干扰信号及噪声信号，然后通过高速数据接收通道将频率范围在400MHz∽6GHz的射频信号下变频到适合的固定中频频率上，将通感融合信道收集到的测控目标节点信号送入宽带中频数字化处理模块和测控信号处理模块生成遥测信息，对模拟信号进行数字信号处理，将各类模拟信号信息转变为数字信息,完成后续信息传输工作。
进一步，5G融合处理测控信号模型内置GPS同步系统和CPU数学协处理器，CPU可以采用INTEL x86处理芯片，运行5G的L1、L2、L3程序，通过融合5G信令，获取测控信令参数与被测信令建立连接，获取信令参数创建信令承载通道。
5G融合处理测控信号模型可以选择通信信道中的簇作为环境目标，建立感知测控目标与通信目标共享信道环境的相关性，对每个感知测控目标或散射簇分别建模融合通信RCS,每个感知测控目标和散射簇分别利用路径损耗公式计算得到路径损耗，最后将路径损耗值和对应的信道相乘并求和即可计算得到通感信道。通感系统路径损耗计算公式可以基于现有3GPP定义的路径损耗计算公式修改得到。现有3GPP定义的路径损耗公式描述的是发射机到接收机的单向链路，其中包含接收机的接收天线孔径的影响，而感知目标仅反射信号。
VeriStand软件通过一个高级激励配置文件编辑器创建特定测试场景的测试配置文件，测试配置文件提供代表控制信号和负载条件的激励信号，构建多核实时引擎来执行实时激励生成、高速和调理测量数据采集，以及计算通道和自定义通道扩展等任务。具有可确保准确地展示任何真实环境。
射频信号输入首先前置低噪声放大器提升小信号接收灵敏度，然后经过程控步进衰减器，根据信号电平调节衰减量，其后，测控信号经过一个低通滤波器，滤除信号的背景噪声干扰和测量频率范围以外的干扰信号，削弱信号中的多余信息量滤波后，对接收数据进行抗混叠滤波混频处理并执行第一级抽取滤波，信号进入第一混频器产生第一中频信号，混频后的信号经过一个带通滤波器，滤除混频器产生的其他杂散信号，对信号进行二级抽取滤波，可以得到抽取后信号，混频器通过本地载波与输入中频信号相乘，滤出高频分量得到混频输出信号，通过数字下变将输入的中频信号转变为基带信号，然后对高中频的上变频，输出宽带高本振信号，对该本振信号进行精细的调整，实现载波频率变化的跟踪。
本振信号经过锁相环与10MHz频率参考鉴相完成锁定，在鉴频器前加入数字AGC,调整鉴频输入信号的幅度，并根据AGC信号强度给出信号失锁指示。经过带通滤波器后的信号进入第二混频器，与固定本振频率信号混频，将第一中频信号下变频到第二中频低中频频率上，经过相关的滤波处理后，再经过一系列杂散抑制、幅度补偿和湍口匹配后，利用数字AGC模块调整后的输出信号AGCi和AGCq进行鉴频操作，鉴频器输出为待解调的遥控副载波信号和环路滤波输出的频率精确调整分量，由基带发生器模块为当前要实现的调制类型提供相应格式的基带信号，然后送给射频信号RF源的调制电路，射频合成器模块产生载波400MHz-6GHz的0FDMA数字调制信号。
射频合成器模块产生400MHz∽6GHz的载波信号，然后同相功分成多路，输入信号为混频输出信号的I、Q两路分量,输出为16倍抽取滤波后的同相和正交分量信号,这两路信号送载波捕获模块进行载波捕获，送到下一级8倍抽取滤波器进一步处理后，送给1Q调制器的L0端口。同时中频基带模块的输出信号送给调制器的基带信号输入端口；调制器输出F端口为400Mz∽6GHz的下行调制信号，该信号再通过多波段射频滤波器组和数字稳幅电路，宽带Q调制器实现400MHz6GHz信号调制，输出功率范围-140∽15dBm的射频调制信号，最终传送至天线。
结合航天测控系统的特点，设计一种基于FPGA的中频信号处理的宽带中频数字化处理模块，该宽带中频数字化处理模块主要包括A/D、D/A、现场可编程门阵列FPGA最小系统、接口电路、电源转换电路等硬件电路，宽带中频数字化处理模块将遥控中频模拟信号数字化处理，然后送FPGA解调，将中频信号无差别的解调为IQ数据流，实现数字下变频、采样率变换、抽取滤波、载波捕获与跟踪、BPSK副载波解调和遥测FM调制解调，并将FPGA调制处理的测控遥测数字信号转换成模拟信号，放大后送上变频器处理。本模块的主要功能是通过软件编程的方式在FPGA上实现，高速数据发射通道的主要功能是由基带发生器模块为当前要实现的调制类型提供相应格式的基带信号，然后送给RF源的调制电路，产生载波400MHz-6GHz的0FDMA数字调制信号。
模拟测控信号首先通过模数A/D采样及数字混频得到零中频基带信号，然后进行压缩处理为最小单位传输帧，经过差错控制和异常帧连续性的处理后，再经信号解压缩恢复出零中频基带信号，最后由混频和D/A处理得到模拟信号。
本实施例宽带中频数字化处理模块主要以现场可编程门阵列FPGA为核心，实现遥控信号的捕获、跟踪、副载波解调和遥测调制，主要遥控信号通过信号放大电路、带通滤波器、AD转换电路、D/A转换电路串联FPGA最小系统。AD转换的作用是把连续的模拟信号转换成为离散的数字信号。AD转换可分为两个过程：采样和量化。采样是把模拟信号在时间上离散化，而量化则是从幅度上进行离散化。模拟信号都有一定的输入范围，量化过程就是把输入信号与基准电压相比所占的比例通过二进制码的方式表示出来。采样频率是AD转换器的频率特性。根据奈奎斯特采样定理，采样频率必须大于输入信号最高频率的2倍，采样信号才能无失真的还原输入信号。D/A转换器的主要作用就是把数字量转换成模拟量，它将时间和幅度都是离散的数字信号转换成时间连续幅度离散的模拟信号，通常这种转换是线性的。
FPGA最小系统经电源转换电路，通过D/A转换电路、带通滤波器、信号放大电路输出遥测信号f0，信号放大电路实现信号隔离与功率调整的功能，在接收通道中，将外部信号与内部信号隔离，并将接收中频信号接口的输入阻抗调整为502、信号强度由0dBm∽3dBm调整为7dBm∽10dBm。在发射通道中，将内部信号与外部信号隔离，并将发送信号输出接口调整为502匹配、信号强度为0dBm。带通滤波器包括接收带通滤波器和发送带通滤波器。接收带通滤波器主要抑制带外噪声信号，采用LC滤波实现对接收中频信号的滤波。发送带通滤波器主要抑制数模转换产生的谐波与杂散，采用LC滤波器，在保证幅频特性的前提下可以获得良好的相频特性。
本实施例宽带中频数字化处理模块在进行软件设计时，按照功能划分对软件进行模块化设计。由于上行遥控解调的体制为PCM-BPSK-FM,下行调制为PCM-FM,所以软件设计时将软件划分为FM解调模块，BPSK解调模块和FM调制模块。FM解调模块又分成数字下变频模块、载波捕获模块和载波跟踪模块；BPSK解调模块又分为副载波数字下变频模块、环路滤波和符号判决模块和软件的模块构成。
模拟在软件实现BPSK解调时，遥控副载波的数字下变频模块BPSK DDC输入信号为载波同步后的鉴频输出信号SCar和频率控制字信号DPCW。其输出信号包括混频后的信号Mix和MixQ,以及4倍抽取后信号DDCi和DDCq。
典型数字信号包括正弦信号、周期信号、高斯随机信号等，应用Matlab等工具编程实现典型离散信号(正弦信号、周期信号)的离散傅立叶变换，显示时域信号和频谱图形(幅值谱和相位谱)。把连续时间信号变成离散时间序列，用采样函数去乘连续信号，将长度为T的连续时间信号x(t),从t＝0点开始采样，得到离散时间序列x(n)为
x(n)＝x(nTs)＝x(nfs)，
然后进行信号的数字化处理
x(nTs)＝x(t)|t＝nTs
在对模以信进材低氏通被
其中，n＝0,1,2,3,…N，N→序列长度，T→采样间隔：fs→采样频率，滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率通过，而极大的衰减其它频率成份。利用它可以滤除干扰噪声或进行频谱分析
本发明的上述实施方式不能认为是对本发明权利要求所作的限制，如果本领域的技术人员通过本发明的启发不需要创造性的劳动对本发明做出各种修改或等同替换，都应落入本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种5G融合处理测控信号的方法，其特征在于包括如下：
测控通信模块接收5G通信系统的多频段子带的信号变量，利用5G技术高带宽、低时延、广连接的特性，基于射频前端的硬件以及高性能FPGA的处理能力来构建各类丰富的测控体制；
以探测性能和通信性能为目标函数，基于PDMA技术的5G异构网络及5G通信帧结构建立5G融合处理测控信号模型；
在测控通信模块中加入信道模拟器传输5G通信高速数据和基带收发协议模式接口时序，将下行和上行同步信号与宽带星地信道模拟器同步，遵循资源管理要求，优化时频资源映射效果和接收机的检测效果，基于区间线性相采用高性能FPGA、高位宽、高采样率的模数AD和数模DA进行相关接口优化，优化干扰预知机制，增强检测性能，不断优化检测算法，检测、定位和追踪测控目标；
在测控通信模块赋能感知功能，运用通信感知功能网元和卫星地面站测控管理软件，并将感知信息和通信信息在通信感知一体化系统内进行融合，通过模块化仪器系统PXI硬件结合实时测试应用VeriStand软件的频偏捕获算法抑制普勒偏差，滤除干扰信号及噪声信号，然后通过高速数据接收通道将频率范围在400MHz∽6GHz的射频信号下变频到适合的固定中频频率上，将通感融合信道收集到的测控目标节点信号送入宽带中频数字化处理模块和测控信号处理模块生成遥测信息，对模拟信号进行数字信号处理，将各类模拟信号信息转变为数字信息,完成后续信息传输工作。
2.如权利要求1所述的5G融合处理测控信号的方法，其特征在于：在测控通信模块赋能感知功能，运用通信感知功能网元和卫星地面站测控管理软件，并将感知信息和通信信息在通信感知一体化系统内进行融合，通过模块化仪器系统PXI硬件结合实时测试应用VeriStand软件的频偏捕获算法抑制普勒偏差，滤除干扰信号及噪声信号，然后通过高速数据接收通道将频率范围在400MHz∽6GHz的射频信号下变频到适合的固定中频频率上，将通感融合信道收集到的测控目标节点信号送入宽带中频数字化处理模块和测控信号处理模块生成遥测信息，对模拟信号进行数字信号处理，将各类模拟信号信息转变为数字信息,完成后续信息传输工作。
3.如权利要求1所述的5G融合处理测控信号的方法，其特征在于：5G融合处理测控信号模型选择通信信道中的簇作为环境目标，建立感知测控目标与通信目标共享信道环境的相关性，对每个感知测控目标或散射簇分别建模融合通信RCS,每个感知测控目标和散射簇分别利用路径损耗公式计算得到路径损耗，最后将路径损耗值和对应的信道相乘并求和，计算得到通感信道。
4.如权利要求1所述的5G融合处理测控信号的方法，其特征在于：射频信号输入首先前置低噪声放大器提升小信号接收灵敏度，然后经过程控步进衰减器，根据信号电平调节衰减量，其后，测控信号经过一个低通滤波器，滤除信号的背景噪声干扰和测量频率范围以外的干扰信号，削弱信号中的多余信息量滤波后，对接收数据进行抗混叠滤波混频处理并执行第一级抽取滤波，信号进入第一混频器产生第一中频信号，混频后的信号经过一个带通滤波器，滤除混频器产生的其他杂散信号，对信号进行二级抽取滤波，得到抽取后信号，混频器通过本地载波与输入中频信号相乘，滤出高频分量得到混频输出信号，通过数字下变将输入的中频信号转变为基带信号，然后对高中频的上变频，输出宽带高本振信号，对该本振信号进行精细的调整，实现载波频率变化的跟踪。
5.如权利要求4所述的5G融合处理测控信号的方法，其特征在于：本振信号经过锁相环与10MHz频率参考鉴相完成锁定，在鉴频器前加入数字AGC,调整鉴频输入信号的幅度，并根据AGC信号强度给出信号失锁指示。经过带通滤波器后的信号进入第二混频器，与固定本振频率信号混频，将第一中频信号下变频到第二中频低中频频率上，经过相关的滤波处理后，再经过一系列杂散抑制、幅度补偿和湍口匹配后，利用数字AGC模块调整后的输出信号AGCi和AGCq进行鉴频操作，鉴频器输出为待解调的遥控副载波信号和环路滤波输出的频率精确调整分量，由基带发生器模块为当前要实现的调制类型提供相应格式的基带信号，然后送给射频信号RF源的调制电路，射频合成器模块产生载波400MHz-6GHz的0FDMA数字调制信号。
6.如权利要求5所述的5G融合处理测控信号的方法，其特征在于：射频合成器模块产生400MHz∽6GHz的载波信号，然后同相功分成多路，输入信号为混频输出信号的I、Q两路分量,输出为16倍抽取滤波后的同相和正交分量信号,这两路信号送载波捕获模块进行载波捕获，送到下一级8倍抽取滤波器进一步处理后，送给1Q调制器的L0端口。同时中频基带模块的输出信号送给调制器的基带信号输入端口；调制器输出F端口为400Mz∽6GHz的下行调制信号，该信号再通过多波段射频滤波器组和数字稳幅电路，宽带Q调制器实现400MHz6GHz信号调制，输出功率范围-140∽15dBm的射频调制信号，最终传送至天线。
7.如权利要求1所述的5G融合处理测控信号的方法，其特征在于：结合航天测控系统的特点，设计一种基于FPGA的中频信号处理的宽带中频数字化处理模块，该宽带中频数字化处理模块主要包括A/D、D/A、现场可编程门阵列FPGA最小系统、接口电路、电源转换电路等硬件电路，宽带中频数字化处理模块将遥控中频模拟信号数字化处理，然后送FPGA解调，将中频信号无差别的解调为IQ数据流，实现数字下变频、采样率变换、抽取滤波、载波捕获与跟踪、BPSK副载波解调和遥测FM调制解调，并将FPGA调制处理的测控遥测数字信号转换成模拟信号，放大后送上变频器处理。
8.如权利要求7所述的5G融合处理测控信号的方法，其特征在于：模拟测控信号首先通过模数A/D采样及数字混频得到零中频基带信号，然后进行压缩处理为最小单位传输帧，经过差错控制和异常帧连续性的处理后，再经信号解压缩恢复出零中频基带信号，最后由混频和D/A处理得到模拟信号。
9.如权利要求7所述的5G融合处理测控信号的方法，其特征在于：宽带中频数字化处理模块以现场可编程门阵列FPGA为核心，实现遥控信号的捕获、跟踪、副载波解调和遥测调制，遥控信号通过信号放大电路、带通滤波器、AD转换电路、D/A转换电路串联FPGA最小系统，AD转换把连续的模拟信号转换成为离散的数字信号；AD转换分为两个过程：采样和量化，采样是把模拟信号在时间上离散化，而量化则是从幅度上进行离散化。
10.如权利要求9所述的5G融合处理测控信号的方法，其特征在于：FPGA最小系统经电源转换电路，通过D/A转换电路、带通滤波器、信号放大电路输出遥测信号f0；信号放大电路实现信号隔离与功率调整的功能，在接收通道中，将外部信号与内部信号隔离，并将接收中频信号接口的输入阻抗调整为502、信号强度由0dBm∽3dBm调整为7dBm∽10dBm。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118249843A (zh) * | 2024-05-24 | 2024-06-25 | 苏州门海微电子科技有限公司 | 干扰信号抑制方法、装置、可读存储介质及电子设备 |
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2023
- 2023-11-26 CN CN202311606982.4A patent/CN117639831A/zh active Pending
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