专利名称：用于短波信道精确测量的波形生成方法及波形发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及短波通信和短波信道建模领域，尤其涉及一种用于短波信道精确测量的波形生成方法及波形发生器。
背景技术：
短波通信是一种依靠电离层反射进行远距离数据传输的通信手段，在军事通信中占有非常重要的地位。但是由于电离层的分层结构、多模式传播和多跳传播、不规则运动，以及电离层的吸收、反射损耗等共同决定了短波信道的传播特性，使得短波信道的多径时延、衰落、多普勒频移和多普勒展宽在产生机理和表现方式上区别于蜂窝信道。信道测量是研究短波信道传播特性的有效途径，通过信道测量得到短波信道的信道参数，用来指导短波通信设计，提高通信质量。目前，通常使用斜向探测仪和chirp探测仪来进行信道测量，这两类设备最初是为电离层探测而设计的，能够获取信道的信号能量和路径绝对时延等参数，但对于能够衡量通信性能的信道衰落特性参数，却无法精确获取。尤其是针对当前普遍使用数字信号传输的短波通信而言，获得表征信道衰落特性的多普勒展宽、多普勒频移等信道参数是提高短波通信设备性的必要条件，现有的信道测量设备不能满足需要。
发明内容
本发明提供一种用于短波信道精确测量的波形生成方法及波形发生器，用以为短波接收端精确获取信道衰落特性参数提供波形支持。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:一方面，本发明提供一种用于短波信道精确测量的波形生成方法，包括:步骤I,生成Bark码，并对所述Bark码依次进行扩频处理、符号映射、加扰处理和PSK调制后生成用以辅助短波接收机进行信号捕获和同步的前导数据调制波形，并将所述前导数据调制波形经由短波发射机发送至短波接收机；步骤2，输入全I数据，并对所述全I数据依次进行扩频处理、符号映射、加扰处理和PSK调制后生成用以辅助短波接收机进行信道参数获取的测量数据调制波形，并将所述测量数据调制波形经由短波发射机发送至短波接收机。可选地，本发明所述方法中，所述步骤I前，还包括:生成单点频信号，并将所述单点频信号经由短波发射机发送至短波接收机；其中，所述单点频信号的频率范围为500 2500Hz，持续时间为 30(Tl000ms。可选地，本发明所述方法中，所述扩频处理，具体包括:所述步骤I中，对于Bark码中的I数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与I数据对应的前导伪随机序列，实现对I数据的扩频；对所述Bark码中的O数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与I数据对应的前导伪随机序列，并将该前导伪随机序列与I模2相加后，实现对O数据的扩频；
所述步骤2中，对于I数据，利用数据序列随机码产生器生成一个与I数据对应的测量数据伪随机序列，实现对全I数据的扩频。可选地，本发明所述方法中，所述步骤1、2中，进行符号映射、加扰处理和PSK调制，具体包括:所述步骤I中，将扩频后的二进制符号映射为8进制信道符号，并将符号映射后的信道符号与8进制前导扰码序列进行模8相加运算，得到加扰后的前导信道符号，并将该前导信道符号进行PSK调制，生成音频信号；所述步骤2中，将扩频后的二进制符号映射为8进制信道符号，并将符号映射后的信道符号与8进制测量数据扰码序列进行模8相加运算，得到加扰后的测量数据信道符号，并将该测量数据信道符号进行PSK调制，生成音频信号。可选地，本发明所述方法中，所述将加扰后的前导信道符号/测量数据信道符号进行PSK调制生成音频信号，具体包括:将8进制信道符号与PSK调制符号进行映射，得到1、Q两路数据信号，将所述1、Q两路数据信号进行内插、成形滤波处理后，经过载波上变频调制生成音频信号。另一方面，本发明还提供一种用于短波信道精确测量的波形发生器，包括:前导数据调制链路和测量数据调制链路，其中，前导数据调制链路的处理时序早于测量数据调制链路；所述前导数据调制链路包括:Bark码生成器、扩频器、符号映射器、加扰器和PSK调制器；所述Bark码生成器生成的Bark码依次经过扩频器、符号映射器、加扰器和PSK调制器处理后，生成用以辅助短波接收机进行信号捕获和同步的前导数据调制波形，并将所述前导数据调制波形经由短波发射机发送至短波接收机；所述测量数据调制链路包括:数据输入单元、扩频器、符号映射器、加扰器和PSK调制器；所述数据输入单元将输入的全I数据依次经过本链路的扩频器、符号映射器、力口扰器和PSK调制器处理后，生成用以辅助短波接收机进行信道参数获取的测量数据调制波形，并将所述测量数据调制波形经由短波发射机发送至短波接收机。可选地，本发明所述波形发生器还包括:单点频信号发射链路，该链路的处理时序早于所述前导数据调制链路；所述单点频信号发射链路包括:单点频信号生成器，用以生成单点频信号，并将所述单点频信号经由短波发射机发送至短波接收机；其中，所述单点频信号的频率范围为500 2500Hz，持续时间为300 1000ms。可选地，本发明所述波形发生器中，所述前导数据调制链路和测量数据调制链路通过开关切换的方式共用符号映射器、加扰器和PSK调制器。可选地，本发明所述波形发生器中:所述前导数据调制链路中的扩频器，具体用于对于Bark码中的I数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与I数据对应的前导伪随机序列，实现对I数据的扩频；对所述Bark码中的O数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与I数据对应的前导伪随机序列，并将该前导伪随机序列与I模2相加后，实现对O数据的扩频；所述测量数据调制链路中的扩频器，具体用于对于I数据，利用数据序列随机码产生器生成一个与I数据对应的测量数据伪随机序列，实现对全I数据的扩频。
可选地，本发明所述波形发生器中:所述符号映射器，用于将扩频后的二进制符号映射为8进制信道符号；所述加扰器，应用于前导数据调制链路时，用于将符号映射后的信道符号与前导序列扰码产生器生成的8进制前导扰码序列进行模8相加运算，得到加扰后的前导信道符号；应用于测量数据调制链路时，用于将符号映射后的信道符号与数据序列扰码产生器生成的8进制测量数据扰码序列进行模8相加运算，得到加扰后的测量数据信道符号；所述PSK调制器，用于对加扰后的信道符号进行PSK调制，生成音频信号。可选地，本发明所述波形发生器中，所述PSK调制器，具体用于将8进制信道符号与PSK调制符号进行映射，得到1、Q两路数据信号，将所述1、Q两路数据信号进行内插、成形滤波处理后，经过载波上变频调制生成音频信号。本发明有益效果如下:本发明提供的波形生成方法和装置，通过使用伪随机码结合扩频、加扰等通信手段，实现了辅助普通短波收发信机在恶劣信道下完成短波信道精确测量工作的能力；以及通过使用单点频信号做TLC/AGC，实现了辅助普通收发信机完成路径传播损耗参数计算的能力。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的一种用于短波信道精确测量的波形生成方法的流程图；图2为本发明实施例中前导数据调制波形生成阶段的流程示意图；图3为本发明实施例中前导序列随机码生成器的示意图；图4为本发明实施例中8PSK调制功能框图；图5为本发明实施例中8PSK信号星座图；图6为本发明实施例中测量数据调制波形生成阶段的流程示意图；图7为本发明实施例中测量数据随机码生成器的示意图；图8为本发明实施例中测量数据阶段的伪随机序列产生器的示意图；图9为本发明实施例提供的一种用于短波信道精确测量的波形发生器的结构示意图；图10为本发明实施例中又一用于短波信道精确测量的波形发生器的结构示意图；附图11为本发明实施例所述波形发生器的波形时序图；附图12为本发明实施例中所述波形发生器在青岛-北京链路实验的应用示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。针对现今短波通信对信道参数的需求，本发明实施例提供了一种能借助普通短波收发信机并辅助短波接收信机进行短波信道精确测量的测量波形生成方法及波形发生器。通过发射和接收本发明生成的波形信号，可以辅助短波接机计算出与短波通信相关的信道参数，完成短波信道测量工作。下面就通过几个具体实施例对本发明所述技术方案的实现过程进行详细说明。实施例一如图1所示，本发明实施例提供一种用于短波信道精确测量的波形生成方法，应用在包括短波发射机和短波接收机的系统中，具体包括:步骤S101,生成Bark码,并对所述Bark码依次进行扩频处理、符号映射、加扰处理和PSK调制后生成用以辅助短波接收机进行信号捕获和同步的前导数据调制波形，并将所述前导数据调制波形经由短波发射机发送至短波接收机；该步骤中，进行扩频处理具体为:对于Bark码中的I数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与I数据对应的前导伪随机序列，实现对I数据的扩频；对所述Bark码中的O数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与I数据对应的前导伪随机序列，并将该前导伪随机序列与I模2相加后，实现对O数据的扩频；进一步地，该步骤中，进行符号映射、加扰处理和PSK调制处理的过程具体包括:将扩频后的二进制符号映射为8进制信道符号，并将符号映射后的信道符号与8进制前导扰码序列进行模8相加运算，得到加扰后的前导信道符号，并将该前导信道符号进行PSK调制，生成音频信号。步骤S102，输入全I数据，并对所述全I数据依次进行扩频处理、符号映射、加扰处理和PSK调制后生成用以辅助短波接收机进行信道参数获取的测量数据调制波形，并将所述测量数据调制波形经由短波发射机发送至短波接收机。该步骤中，进行扩频处理具体为:对于I数据，利用数据序列随机码产生器生成一个与I数据对应的测量数据伪随机序列，实现对全I数据的扩频。进一步地，该步骤中，进行符号映射、加扰处理和PSK调制处理的过程具体包括:将扩频后的二进制符号映射为8进制信道符号，并将符号映射后的信道符号与8进制测量数据扰码序列进行模8相加运算，得到加扰后的测量数据信道符号，并将该测量数据信道符号进行PSK调制，生成音频信号。下面给出本实施例所述方法的一种优选方案，该方案包含上述所有步骤，且在步骤SlOl前生成单点频信号，并将所述单点频信号经由短波发射机发送至短波接收机，用以为短波发射机的发射点频控制和接收机的自动增益控制过程趋于稳定状态提供保护时间，以及为接收机进行增益调整提供调整时间；其中，所述单点频信号的频率范围优选为500 2500Hz，持续时间优选为300 1000ms。综上所述，本发明实施例所述方法通过发送单点频信号，辅助短波接收机完成包括传播损耗、多径延时等信道参数测量，测量精度完全满足短波通信需求；通过发送前导数据调制波形，辅助短波接收机完成单发单收信道测量的信号捕获和信号同步；通过发送测量数据波形并对测量数据波形进行加扰等处理，既可以增加信号的抗窄带干扰能力又可以为短波接收机计算信道冲激响应、多普勒展宽、多径展宽等信道参数提供依据。实施例二本发明实施例提供一种用于短波信道精确测量的波形生成方法，本实施例的基本原理与实施例一相同，是结合附图对实施例一所述方法的进一步详细阐述。本发明实施例中，按照测量波形发送的先后顺序，将波形产生过程分为三个阶段，分别为:阶段A:TLC/AGC阶段；阶段B:前导数据调制波形阶段；阶段C:测量数据调制波形阶段。其中:关于阶段A:阶段A为TLC/AG C阶段，完成单点频信号的生成，并将生成的单点频信号发送至短波接收机，它的作用是:(I)如果短波接收机使用自动增益控制，那么单点频用于为发射机的发射电平控制(Transmit Level Control, TLC)与接收机的自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)过程趋于稳定状态提供一段保护时间，以尽量减少TLC与AGC过程对前导序列所造成
号失真的影响。(2)如果信道测量目标之一是传播损耗，那么需要获得信号的输入功率，单点频信号用来辅助接收端完成接收机恒定增益值的设定。设置过程:接收端首先设置一个经验值XdB作为接收机的恒定增益值，接收单点频信号，计算接收信号的功率，检测功率值是否过大或过小，如果过大，则向下调整接收机的恒定增益值，如果过小，则向上调整接收机的恒定增益值，调整后，继续接收信号，并计算其功率、调整接收机的增益值，通过2 3次的迭代调整后，可以为接收机设置一个合理的恒定增益值。使用恒定增益值的测量数据，接收端可以计算传播损耗。单点频信号是最先传送的信号，频率选择范围为50(Γ2500Ηζ (收发信机的滤波器在此频段内较平坦)，优选地使用1800Hz。单点频信号的持续时间可以选择30(Tl000ms(包含保护时间(如(TlOOms)和设置恒定增益值时间(10(Γ选择的最大持续时间))，优选地选择的持续时间为500ms，也就是说，在(TlOOms用于提供保护时间，10(T500ms用于为接收机提供设置恒定增益值的时间。关于阶段B:阶段B为前导数据调制波形生成阶段，通过使用bark码结合扩频、加扰等通信手段，使前导数据具有辅助接收端完成单发单收信道测量的信号捕获、符号同步和载波同步等工作。完成阶段B要经过如下步骤(各步骤之间的连接关系如图2所示):步骤B1:生成Bark码；输出7位二进制符号的bark码。例如，1，1，1，0，0，1，O。关于bark码‘I’始终是第一个生成符号，‘0’始终是最后一个生成符号。步骤B2:使用前导伪随机序列进行扩频；对生成的bark码进行扩频，当接收到数据I时，生成一个对应前导伪随机序列，当扩频器接收到数据O时，生成与I数据对应的导频伪随机序列与I模2相加的序列。也就是说，对Bark码中I和O做扩频处理时使用的是同一个前导伪随机序列，区别是:对于Bark码中的I数据，使用的是前导伪随机序列本身，对于Bark码中的O数据，使用的是前导伪随机序列本身与I模2相加后的序列。其中，前导伪随机序列的生成方式为:前导伪随机序列产生器结构如图3所示，设产生器(寄存器)的初始状态为“100101”，产生前导伪随机序列使用的多项式为:χ6 χ5Φχ2 Θ,τΘΙ。伪随机序列的长度为63位。步骤Β3:符号映射；将扩频后的2进制符号映射为8进制信道符号，即符号‘0’映射为符号‘0’，符号‘I’映射为符号‘4’。步骤Β4:使用前导扰码序列进行加扰；将符号映射后的信道符号与8进制前导扰码序列进行模8相加运算，以降低信道符号之间的相关性。其中，前导扰码序列可以采用已有的扰码序列，通过查表的方式对符号映射后的前导序列进行加扰，如表I所示；也可以采用扰码器实时生成扰码序列，并利用生成的扰码序列对符号映射后的前导序列进行加扰。本发明实施例中，为了降低计算效率优选地采用前者，由于前导序列长度为441个符号，其加扰序列取值如表I所示，其取值顺序为:自左至右、从上到下按行输出。表I前导序列扰码器取值
权利要求
1.一种用于短波信道精确测量的波形生成方法，应用在包括短波发射机和短波接收机的系统中，其特征在于，包括: 步骤1，生成Bark码，并对所述Bark码依次进行扩频处理、符号映射、加扰处理和PSK调制后生成用以辅助短波接收机进行信号捕获和同步的前导数据调制波形，并将所述前导数据调制波形经由短波发射机发送至短波接收机； 步骤2，输入全I数据，并对所述全I数据依次进行扩频处理、符号映射、加扰处理和PSK调制后生成用以辅助短波接收机进行信道参数获取的测量数据调制波形，并将所述测量数据调制波形经由短波发射机发送至短波接收机。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤I前，还包括:生成单点频信号，并将所述单点频信号经由短波发射机发送至短波接收机；其中，所述单点频信号的频率范围为 50(Γ2500Ηζ，持续时间为 30(Tl000ms。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述扩频处理，具体包括: 所述步骤I中，对于Bark码中的I数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与I数据对应的前导伪随机序列，实现对I数据的扩频；对所述Bark码中的O数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与I数据对应的前导伪随机序列，并将该前导伪随机序列与I模2相加后，实现对O数据的扩频； 所述步骤2中，对 于I数据，利用数据序列随机码产生器生成一个与I数据对应的测量数据伪随机序列，实现对全I数据的扩频。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤1、2中，进行符号映射、加扰处理和PSK调制，具体包括: 所述步骤I中，将扩频后的二进制符号映射为8进制信道符号，并将符号映射后的信道符号与8进制前导扰码序列进行模8相加运算，得到加扰后的前导信道符号，并将该前导信道符号进行PSK调制，生成音频信号； 所述步骤2中，将扩频后的二进制符号映射为8进制信道符号，并将符号映射后的信道符号与8进制测量数据扰码序列进行模8相加运算，得到加扰后的测量数据信道符号，并将该测量数据信道符号进行PSK调制，生成音频信号。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将加扰后的前导信道符号/测量数据信道符号进行PSK调制生成音频信号，具体包括: 将8进制信道符号与PSK调制符号进行映射，得到1、Q两路数据信号，将所述1、Q两路数据信号进行内插、成形滤波处理后，经过载波上变频调制生成音频信号。
6.一种用于短波信道精确测量的波形发生器，应用在包括短波发射机和短波接收机的系统中，其特征在于，包括:前导数据调制链路和测量数据调制链路，其中，前导数据调制链路的处理时序早于测量数据调制链路； 所述前导数据调制链路包括=Bark码生成器、扩频器、符号映射器、加扰器和PSK调制器；所述Bark码生成器生成的Bark码依次经过扩频器、符号映射器、加扰器和PSK调制器处理后，生成用以辅助短波接收机进行信号捕获和同步的前导数据调制波形，并将所述前导数据调制波形经由短波发射机发送至短波接收机； 所述测量数据调制链路包括:数据输入单元、扩频器、符号映射器、加扰器和PSK调制器；所述数据输入单元将输入的全I数据依次经过本链路的扩频器、符号映射器、加扰器和PSK调制器处理后，生成用以辅助短波接收机进行信道参数获取的测量数据调制波形，并将所述测量数据调制波形经由短波发射机发送至短波接收机。
7.如权利要求6所述的波形发生器，其特征在于，所述波形发生器还包括:单点频信号发射链路，该链路的处理时序早于所述前导数据调制链路； 所述单点频信号发射链路包括:单点频信号生成器，用以生成单点频信号，并将所述单点频信号经由短波发射机发送至短波接收机；其中，所述单点频信号的频率范围为500 2500Hz，持续时间为 30(Tl000ms。
8.如权利要求6或7所述的波形发生器，其特征在于，所述前导数据调制链路和测量数据调制链路通过开关切换的方式共用符号映射器、加扰器和PSK调制器。
9.如权利要求6或7所述的波形发生器，其特征在于， 所述前导数据调制链路中的扩频器，具体用于对于Bark码中的I数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与I数据对应的前导伪随机序列，实现对I数据的扩频；对所述Bark码中的O数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与I数据对应的前导伪随机序列，并将该前导伪随机序列与I模2相加后，实现对O数据的扩频； 所述测量数据调制链路中的扩频器，具体用于对于I数据，利用数据序列随机码产生器生成一个与I数据对应的测量数据伪随机序列，实现对全I数据的扩频。
10.如权利要求6或7所述的波形发生器，其特征在于， 所述符号映射器，用于将扩频后的二进制符号映射为8进制信道符号； 所述加扰器，应用于前导数据调制链路时，用于将符号映射后的信道符号与前导序列扰码产生器生成的8进制前导扰码序列进行模8相加运算，得到加扰后的前导信道符号；应用于测量数据调制链路时，用于将符号映射后的信道符号与数据序列扰码产生器生成的8进制测量数据扰码序列进行模8相加运算，得到加扰后的测量数据信道符号； 所述PSK调制器，用于对加扰后的信道符号进行PSK调制，生成音频信号。
11.如权利要求10所述的波形发生器，其特征在于，所述PSK调制器，具体用于将8进制信道符号与PSK调制符号进行映射，得到1、Q两路数据信号，将所述1、Q两路数据信号进行内插、成形滤波处理后，经过载波上变频调制生成音频信号。
全文摘要
本发明公开了一种用于短波信道精确测量的波形生成方法及波形发生器，所述方法包括步骤1，生成Bark码，并对所述Bark码依次进行扩频处理、符号映射、加扰处理和PSK调制后生成用以辅助短波接收机进行信号捕获和同步的前导数据调制波形，并将所述前导数据调制波形经由短波发射机发送至短波接收机；步骤2，输入全1数据，并对所述全1数据依次进行扩频处理、符号映射、加扰处理和PSK调制后生成用以辅助短波接收机进行信道参数获取的测量数据调制波形，并将所述测量数据调制波形经由短波发射机发送至短波接收机。通过发射和接收本发明生成的波形信号，可以辅助短波接机计算出与短波通信相关的信道参数，完成短波信道测量工作。
文档编号H04B1/7075GK103152110SQ20121058107
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者金珠, 吴永宏, 刘毅敏, 朱振飞 申请人:中国电子科技集团公司第二十二研究所