短波通信系统功率自动控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种短波通信系统功率自动控制方法，包括：步骤1，发送端间隔发送两个调频率相反的宽带chirp信号序列，并按照间隔时间的时序依次发送调制完成的数据帧；步骤2，接收端按照时隙采样和接收信号，然后与本地的chirp信号系列进行互相关，检测相关峰值大小和偏移，进行同步控制和增益调整。本发明通过利用chirp信号精锐的自相关，频谱较宽，峰均抑制比良好特点，发送端选择一个最佳的发送功率保证了信号能发送到接收端达到检测门限，又保证发送功率不过多的浪费以及对周围节点造成功率干扰，接收端根据接收到的两个前导chirp快速的估计出最佳的接收增益，同时也能有效的反馈给发送端。
【专利说明】短波通信系统功率自动控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种应用于渔船短波数字通信网系统前端的短波通信系统功率自动控制方法。
【背景技术】
[0002]海洋渔业作业分布在广阔的海面，具有流动性大，节点数目庞大，通信环境恶劣，通信救援设备信号差等特点，造成了渔业安全事故频发，目前越来越多的目光关注于高质量远距离可靠的渔船短波数字通信设备，主要是利用专用的27.5?39.5MHz频段进行无线数字通信，构建一个复杂的渔船数字通信网络。
[0003]数字通信系统最前端的信号增益控制是任何一个数字通信网络系统不可回避的问题，自动增益的调整关系到信号最前端的接收性能，增益过大会导致信号削波，损失信噪t匕，在通信网络中，更会影响相邻节点的信道；增益过小，信号得不到最佳放大，不利于采样，信号精度将损失。
[0004]由于短波信道的高噪声，快衰落，远近效应，多径效应等特点的特殊性和复杂性，使短波通信网络系统下自动增益问题特别突出，主要包括增益未知前提下的信号发送功率控制和接收增益的调整问题。
[0005]现有技术中的短波通信网络系统，发送端很难选择一个最佳的发送功率，既保证了信号能发送到接收端达到检测门限，又保证发送功率不过多的浪费以及对周围节点造成功率干扰；接收端无法根据接收到的前导信号快速的的估计出最佳的接收增益，并同时有效的反馈给发送端。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种短波通信系统功率自动控制方法，以解决上述技术问题。
[0007]为实现上述目的供了一种短波通信系统功率自动控制方法，包括:
[0008]步骤1，发送端间隔发送两个调频率相反的宽带chirp信号序列，并按照间隔时间的时序依次发送调制完成的数据帧；
[0009]步骤2，接收端按照时隙采样和接收信号，然后与本地的chirp信号系列进行互相关，检测相关峰值大小和偏移，进行同步控制和增益调整。
[0010]进一步，步骤I包括以下子步骤:
[0011](I)发送端预先设定一个功率增益因子表，并记录与每一个节点通信的功率因子Pti，作为起始的发送增益值，i为自然数；
[0012](2)发送端发送一个频率在fO?fl之间的N点的宽带chirp信号序列1，持续的时间为T秒，调频率为调频率为K=(fl_fO)/T ；
[0013](3)空闲T秒时间以消除码间串扰；
[0014](4)发送端再次发送一个频率fl?fO之间的N点的宽带chirp信号序列2，持续的时间为T秒，调频率与(2)中chirp序列I的调频率相反；
[0015]( 5 )再次空闲T秒时间；
[0016](6)按照T秒的时序依次发送调制完成的数据帧；
[0017](7)当调制完成的数据帧未发送完成时，重复第(2)?(6)步继续发送数据；当调制完成的数据帧发送完成时，进入接收检测状态。
[0018]进一步，功率因子Pti在初始未知情况下设定为最大功率增益因子Ptmax。
[0019]进一步，还包括在接收过程中根据与第i个节点通信过程不断的更新功率因子Pti。
[0020]进一步，数据帧发送的数量为M个，时间为M*T秒；所述M*T为Is。
[0021]进一步，步骤2包括以下子步骤:
[0022](I)接收端实时处于接收状态，将任意的某个时刻tl确定为采样开始的时刻，称之为同步头，并从tl时刻开始后按照T秒一帧的时序对接收到的完整一帧数据进行实时处理；
[0023](2)将接收到的一帧数据与chirp信号序列I进行相关，检测相关峰值，当峰值大于门限值Al，确定检测到一个chirp信号序列1，进入(3);当峰值不大于门限值Al，继续(O;
[0024](3)根据峰值的位置调整第一次采集同步头tl，调整为t2=tl+ τ I, τ I为调整值，同时根据信号相关峰值映射得到接收增益PRl ；
[0025](4)按照调整后的同步头t2，接收T秒的chirp信号序列2，并与chirp信号序列2进行相关运算，检测相关峰值，当峰值大于门限值A2，确定检测到一个chirp信号序列2，即检测到一个完整的帧头，进入(5);当峰值不大于门限值A2，确定接收到一个虚假的信号，继续(I)；
[0026](5)根据峰值的位置进行第二次采集同步头t3，调整为t3=t2+ τ 2，τ 2为调整值，同时根据上一次信号相关峰值映射得到接收增益PR2 ；
[0027](6)结合PRl和PR2进行一个一阶的AR模型估计，估算出真实的最佳接收功率PR，PR=al*PRl+a2*PR2，式中参数al、a2为接收功率权值；
[0028](7)按照调整好的功率PR和采集同步头t3进行后续M帧数据解调，同时根据最新计算出PR的结果更新本地发送功率因子表。
[0029]进一步,还包括预先存储chirp信号序列I及chirp信号序列2。
[0030]与现有技术相比，本发明的有益效果是:通过利用chirp信号精锐的自相关，频谱较宽，峰均抑制比良好特点，实现了:
[0031]I)发送端选择一个最佳的发送功率，既保证了信号能发送到接收端达到检测门限，又保证发送功率不过多的浪费以及对周围节点造成功率干扰；
[0032]2)接收端根据接收到的两个前导chirp快速的的估计出最佳的接收增益，同时也能有效的反馈给发送端。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明短波通信系统功率自动控制方法的原理框图；
[0034]图2为本发明短波通信系统功率自动控制方法发送端发送数据的流程图；[0035]图3为本发明短波通信系统功率自动控制方法接收端接收数据的流程图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
[0037]参图1至图3所示，图1为本发明短波通信系统功率自动控制方法的原理框图；图2为本发明短波通信系统功率自动控制方法发送端发送数据的流程图；图3为本发明短波通信系统功率自动控制方法接收端接收数据的流程图。
[0038]在本实施方式中，一种短波通信系统功率自动控制方法，包括:
[0039]步骤1，发送端间隔发送两个调频率相反的宽带chirp信号序列，并按照间隔时间的时序依次发送调制完成的数据帧。
[0040]步骤I包括以下子步骤:
[0041](I)发送端预先设定一个功率增益因子表，并记录与每一个节点通信的功率因子Pti (i为自然数)，作为起始的发送增益值，初始未知情况下可以设定为最大功率增益因子Ptmax ;然后接收过程中根据与第i个节点通信过程会不断的更新功率因子Pti ；
[0042](2)发送端发送一个频率在fO?fl之间的N点的宽带chirp信号序列1，持续的时间为T秒，调频率为K=(fl_fO)/T ；
[0043]( 3 )空闲T秒时间以消除码间串扰；
[0044](4)发送端再次发送一个频率fl?fO之间的N点的宽带chirp信号序列2，持续的时间为T秒，调频率与(2)中chirp序列I的调频率相反；
[0045]( 5 )再次空闲T秒时间；
[0046](6)按照T秒的时序依次发送调制完成的数据帧，可以发送M个，时间为M*T秒，一般要求M*T应该小于信道特性的相关时间，此处推荐为Is ；
[0047](7)当调制完成的数据帧未发送完成时，重复第(2)?(6)步继续发送数据；当调制完成的数据帧发送完成时，进入接收检测状态。
[0048]步骤2，接收端按照时隙采样和接收信号，然后与本地的chirp信号系列进行互相关，检测相关峰值大小和偏移，进行同步控制和增益调整。
[0049]步骤2包括以下子步骤:
[0050](I)接收端实时处于接收状态，并按照T秒一帧的时序对接收到的完整一帧数据进行实时处理；
[0051](2)本地预先存储了 chirp信号序列I，将接收到的一帧数据与chirp信号序列I进行相关，检测相关峰值，当峰值大于门限值Al，确定检测到一个chirp信号序列1，进入
(3);当峰值不大于门限值Al，继续(I)；
[0052](3)根据峰值的位置调整第一次采集同步头tl，调整为t2=tl+ τ I, τ I为调整值，因为chirp信号序列I之后的T时间是空闲的数据，所以有足够的时间进行时序调整，同时根据信号相关峰值映射得到接收增益PRl ;
[0053](4)按照调整后的同步头t2，调整完成之后等待接收T秒的chirp信号序列2，接收完成之后，与本地存储的chirp序列信号2进行相关运算，检测相关峰值，当峰值大于门限值A2，确定检测到一个chirp信号序列2，即检测到一个完整的帧头，进入(5);当峰值不大于门限值A2，确定接收到一个虚假的信号，继续(I);
[0054](5)根据峰值的位置进行第二次采集同步头t3，调整为t3=t2+ τ 2，τ 2为调整值，因为chirp信号序列2之后的T时间是空闲的数据，所以也有足够的时间进行时序调整，同时根据信号相关峰值映射得到接收增益PR2 ；
[0055](6)结合PRl和PR2进行一个一阶的AR模型估计，估算出真实的最佳接收功率PR，PR=al*PRl+a2*PR2，式中参数al、a2为接收功率权值，数值的选取与实际信道多普勒频率
有关;
[0056](7)按照调整好的功率PR和采集同步头t3进行后续M帧数据解调，同时根据最新计算出PR的结果更新本地发送功率因子表，这样接收方需要给发送方发送的时候就可以找到合适的功率因子了。
[0057]本发明选择chirp信号作为前缀信号:
[0058]chirp信号具有良好的自相关特性，自相关特性尖锐，接收信号与本地信号相关之后峰值比较明显，有利于信号能量的相干积累，经过信道传输后输出信号可以与原始chirp信号相关，得到尖锐的相关峰值，双chirp信号两次自相关，对功率进行两次的估计与调整，可以实现高精度的同步与功率控制；
[0059]chirp信号具有较宽的频带特性，作为前导信号，抗频率选择性衰落，窄带干扰等能力较强，有利于提高接收端的信噪比，这将降低信道的选择性衰落对前缀信号造成的影响；
[0060]chirp信号具有良好的PAPR (峰均功率比)，chirp信号的振幅是恒定的，这不仅方便发射端功率放大器可以有效的放大信号，而不造成削波，也降低了接收端自动增益控制器线性和功率补偿的要求；
[0061]双chirp信号调频率相反，减少了第一个信号的拖尾对第二个信号的干扰，降低了码间串扰的影响。
[0062]综上所述，本发明通过利用chirp信号精锐的自相关，频谱较宽，峰均抑制比良好特点，实现了:
[0063]I)发送端选择一个最佳的发送功率，既保证了信号能发送到接收端达到检测门限，又保证发送功率不过多的浪费以及对周围节点造成功率干扰；
[0064]2)接收端根据接收到的两个前导chirp快速的的估计出最佳的接收增益，同时也能有效的反馈给发送端。
[0065]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
[0066]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
【权利要求】
1.一种短波通信系统功率自动控制方法，其特征在于，包括: 步骤1，发送端间隔发送两个调频率相反的宽带Chirp信号序列，并按照间隔时间的时序依次发送调制完成的数据帧； 步骤2，接收端按照时隙采样和接收信号，然后与本地的chirp信号系列进行互相关，检测相关峰值大小和偏移，进行同步控制和增益调整。
2.如权利要求1所述的短波通信系统功率自动控制方法，其特征在于，所述步骤I包括以下子步骤: (O发送端预先设定一个功率增益因子表，并记录与每一个节点通信的功率因子Pti，作为起始的发送增益值，i为自然数； (2)发送端发送一个频率在fO~fl之间的N点的宽带chirp信号序列I，持续的时间为T秒，调频率为调频率为K=(fl-fO)/T ； (3)空闲T秒时间以消除码间串扰； (4)发送端再次发送一个频率Π~fO之间的N点的宽带chirp信号序列2，持续的时间为T秒，调频率与(2)中chirp序列I的调频率相反； (5)再次空闲T秒时间； (6)按照T秒的时序依次发送调制完成的数据帧； (7)当调制完成的数据帧未发送完成时，重复第(2)~(6)步继续发送数据；当调制完成的数据帧发送完成时，进入接收检测状态。
3.如权利要求2所述的短波通信系统功率自动控制方法，其特征在于，所述功率因子Pti在初始未知情况下设定为最大功率增益因子Ptmax。
4.如权利要求3所述的短波通信系统功率自动控制方法，其特征在于，还包括在接收过程中根据与第i个节点通信过程不断的更新功率因子Pti。
5.如权利要求4所述的短波通信系统功率自动控制方法，其特征在于，所述数据帧发送的数量为M个,时间为M*T秒；所述M*T为Is。
6.如权利要求5所述的短波通信系统功率自动控制方法，其特征在于，所述步骤2包括以下子步骤: (O接收端实时处于接收状态，将任意的某个时刻tl确定为采样开始的时刻，称之为同步头，并从tl时刻开始后按照T秒一帧的时序对接收到的完整一帧数据进行实时处理； (2)将接收到的一帧数据与chirp信号序列I进行相关，检测相关峰值，当峰值大于门限值Al，确定检测到一个chirp信号序列1，进入(3);当峰值不大于门限值Al，继续(I)； (3)根据峰值的位置调整第一次采集同步头tl，调整为t2=tl+τ I, τ I为调整值，同时根据信号相关峰值映射得到接收增益PRl ; (4)按照调整后的同步头t2，接收T秒的chirp信号序列2，并与chirp信号序列2进行相关运算，检测相关峰值，当峰值大于门限值A2，确定检测到一个chirp信号序列2，即检测到一个完整的帧头，进入(5);当峰值不大于门限值A2，确定接收到一个虚假的信号，继续(1); (5)根据峰值的位置进行第二次采集同步头t3，调整为t3=t2+τ 2，τ 2为调整值，同时根据信号相关峰值映射得到接收增益PR2 ； (6)结合PRl和PR2进行一个一阶的AR模型估计，估算出真实的最佳接收功率PR，PR=al*PRl+a2*PR2，式中参数al、a2为接收功率权值； (7)按照调整好的功率PR和采集同步头t3进行后续M帧数据解调，同时根据最新计算出PR的结果更新本地发送功率因子表。
7.如权利要求6所述的短波通信系统功率自动控制方法，其特征在于，还包括预先存储所述chir p信号序列I及chirp信号序列2。
【文档编号】H04B7/005GK104038264SQ201410161426
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】徐硕, 王宇, 王立华, 黄其泉, 王振洲, 刘慧媛, 陈梦婕, 孙璐 申请人:中国水产科学研究院渔业工程研究所