一种双速率复合电文信号播发控制方法与流程

本发明涉及一种双速率复合电文信号播发控制方法，属于通信、导航信号设计
技术领域：
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背景技术：
：在当代通信、导航系统设计中，根据应用需求的不同，往往需要在同一频点的信号中同时播发满足不同要求的复合电文。如：按一定信息速率播发基本电文，满足系统基本服务性能或公开服务性能的要求，同时播发信息速率相同或不同的扩展电文，满足系统附加服务性能或非公开服务性能的要求。由于扩展电文信号不一定完全公开，系统要求设计的复合电文信号，可保证基本电文用户在不知扩展电文信号存在与否的情况下，性能完好地接收复合电文信号中的基本电文。对于采用直序扩频信号体制的通信、导航系统，播发电文的速率一般要小于扩频码周期的倒数。例如，美国的gpsl1c/a码的扩频码周期为1ms，导航电文的速率为50bps[参考icd-gps-200c]；waas卫星导航星基增强系统的扩频码周期为1ms，导航电文的速率为500sps[参考rtcado-229d-2006]。如果要提升电文播发速率，就要缩短扩频码的码长，或一个码周期内极性翻转多次，这样会降低信号接收和跟踪时的相关特性，损坏信号接收性能。另一方面，对于同样采用了csk调制方式播发电文的日本qzss准天顶卫星导航系统，为了给csk解调提供必须的扩频码码片和码周期时间信息，qzss系统在播发csk调制电文的l6信号中，设计了不播发电文的专用导频通道，导频通道信号与电文播发信号采用tdm时分复用方式组合，在同一载波相位中播发[参考is-qzssver.1.6]。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效解决通信、导航系统应用中对多类型电文服务需求的双速率复合电文信号播发控制方法。本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种双速率复合电文信号播发控制方法，应用iq两路正交调制，实现双速率复合电文信号的播发；其中，首先，同相i支路上，采用预设键控调制方法，针对基本电文进行dsss直序扩频，构建同相i支路基带信号；同时，正交q支路上，采用预设键控调制方法，针对扩展电文进行csk码移键控调制，获得伪随机扩频序列，即正交q支路基带信号，其中，伪随机扩频序列的码相位受扩展电文控制；然后，针对同相i支路基带信号与正交q支路基带信号，进行iq正交调制得到中频载波信号，再针对中频载波信号进行上变频处理，获得射频载波信号，最后经功率放大处理，构成双速率复合电文信号，交由发射天线进行播发。作为本发明的一种优选技术方案：所述双速率复合电文信号播发方法中，同相i支路上，按如下方法，构建同相i支路基带信号；首先，针对基本电文进行信道编码得到编码后的比特流db(t)；然后，根据时序发生器所提供的基本电文码周期时钟和chip时钟，由基本电文扩频码发生器产生基本电文扩频码cb(t)，采用预设键控调制方法，针对所获基本电文对应的比特流db(t)进行扩频调制，更新基本电文所对应的比特流为cb(t)·db(t)；最后，结合预设基本电文功率配比系数ai，按si(t)＝ai·cb(t)·db(t)，获得同相i支路基带信号si(t)。作为本发明的一种优选技术方案：所述双速率复合电文信号播发方法中，正交q支路上，按如下方法，构建正交q支路基带信号；首先，针对扩展电文进行信道编码得到编码后的比特流；然后，针对扩展电文所对应的比特流进行串/并转换，得到并行数据流；并根据时序发生器所提供的扩展电文码周期时钟，由相位选择模块获得并行数据流所对应的相位偏移量；最后，根据时序发生器所提供的扩展电文码周期时钟、chip时钟、以及并行数据流所对应的相位偏移量，并由扩展电文扩频码发生器，采用预设键控调制方法，针对扩展电文进行csk码移键控调制，获得调制后的扩展电文扩频码信号并结合预设扩展电文功率配比系数aq，按获得伪随机扩频序列sq(t)，即正交q支路基带信号sq(t)，其中，伪随机扩频序列的码相位受扩展电文控制，(ai)2+(aq)2＝1。作为本发明的一种优选技术方案：所述预设键控调制方法为bpsk二进制相移键控载波调制、或其他同等性质的多进制信号调制方式。本发明所述一种双速率复合电文信号播发控制方法定位方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明提出的一种双速率复合电文信号播发控制方法，采用iq两路正交调制，其中同相i支路上采用bpsk二进制相移键控载波调制，基带信号为经过dsss直序扩频的基本电文；正交q支路上采用bpsk二进制相移键控载波调制，基带信号为经过csk码移键控调制的伪随机扩频序列，伪随机序列的码相位受播发的扩展电文控制；在扩频码长或周期相同的条件下，采用csk调制方式，可以获得比dsss直序扩频更高的电文播发速率；本发明由于将基本电文和扩展电文分别放在正交的iq支路上，可以为电文速率不同的基本电文信号和扩展电文信号配置不同的功率比，提高了信号播发效率；由于iq支路正交，载波相位相差90度，可有效避免大功率的扩展电文信号对基本电文信号接收性能的影响；在i支路上播发bpsk信号，既可为q支路提供csk解调所需的同步信息，又能有效播发基本电文；由于基本电文信号与扩展电文信号扩频码不同且载波正交，只需接收基本电文的系统用户无需考虑扩展电文的存在，可以简化基本电文接收机的设计，降低基本电文接收机的成本。本发明方法适用于通信、导航系统设计等领域。附图说明图1是本发明设计双速率复合电文信号播发控制方法中播发方法框图；图2为i支路基带信号各分量的时序关系；图3为q支路基带信号各分量的时序关系；图4为复数基带信号的星座图；图5为基本电文信号接收机构成图；图6为复合电文信号相干接收机构成图；图7为复合电文信号非相干接收机构成图。具体实施方式下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。本发明设计了一种双速率复合电文信号播发控制方法，实际应用当中，如图1所示，应用iq两路正交调制，实现双速率复合电文信号的播发。其中，首先，同相i支路上，采用预设键控调制方法，针对基本电文进行dsss直序扩频，构建同相i支路基带信号。同时，正交q支路上，采用预设键控调制方法，针对扩展电文进行csk码移键控调制，获得伪随机扩频序列，即正交q支路基带信号，其中，伪随机扩频序列的码相位受扩展电文控制。对于上述同相i支路基带信号与正交q支路基带信号的构建，分别按如下各个方法实现。其中，针对同相i支路基带信号的构建设计了两套方法，其一如下：首先，针对基本电文进行信道编码得到编码后的比特流db(t)；然后，根据时序发生器所提供的基本电文码周期时钟和chip时钟，由基本电文扩频码发生器产生基本电文扩频码cb(t)，采用预设键控调制方法，针对所获基本电文对应的比特流db(t)进行扩频调制，更新基本电文所对应的比特流为cb(t)·db(t)；如图2所示，给出了同相i支路基带信号各分量的时序关系，基本电文的信息经分组编排和信道编码后形成速率1khz、帧长1s、取值正负1的比特流db(t)。基本电文扩频码cb(t)码速率10.23mhz、周期1ms、取值正负1。最后，结合预设基本电文功率配比系数ai，按si(t)＝ai·cb(t)·db(t)，获得同相i支路基带信号si(t)。其二如下：首先，针对基本电文进行信道编码得到编码后的比特流db(t)；然后，根据时序发生器所提供的基本电文码周期时钟和chip时钟，由基本电文扩频码发生器产生基本电文扩频码cb(t)，采用预设键控调制方法，针对所获基本电文对应的比特流db(t)进行扩频调制，获得cb(t)与db(t)逻辑上的模2和，更新基本电文所对应的比特流按0>+1、1>-1的关系映射为物理信号k(t)；最后，结合预设基本电文功率配比系数ai，按si(t)＝ai·k(t)，获得同相i支路基带信号si(t)。针对正交q支路基带信号的构建，具体方法如下：首先，针对扩展电文进行信道编码得到编码后的比特流；然后，针对扩展电文所对应的比特流进行串/并转换，得到并行数据流；并根据时序发生器所提供的扩展电文码周期时钟，由相位选择模块获得并行数据流所对应的相位偏移量；如图3所示，给出了正交q支路信号各分量的时序关系，扩展电文的信息经分组编排和信道编码后形成速率nkhz、帧长1s的二进制0、1序列de(t)。在此，n为整数。不失一般性，为后续说明方便，设定n＝2。扩展电文扩频信号ce(t)码速率10.23mhz、周期1ms、取值正负1。扩展电文扩频信号ce(t)在1ms起始时刻的码相位(或起始码片)由前1ms产生的2bit扩展电文按如下表1确定，表1只是本发明的一个实施例，相位对应关系可以连续，也可以不连续，可以递增，也可以递减。表1de取值(二进制)ce相位(十进制)000011102113最后，根据时序发生器所提供的扩展电文码周期时钟、chip时钟、以及并行数据流所对应的相位偏移量，并由扩展电文扩频码发生器，采用预设键控调制方法，针对扩展电文进行csk码移键控调制，获得调制后的扩展电文扩频码信号并结合预设扩展电文功率配比系数aq，按获得伪随机扩频序列sq(t)，即正交q支路基带信号sq(t)，其中，伪随机扩频序列的码相位受扩展电文控制，(ai)2+(aq)2＝1。如图4所示，给出了当设定时，复数基带信号的星座图，这里只给出了一个示例，功率配比关系不限于此对应关系。在本发明的本示例中，扩展电文扩频码的码长为10230码片。n的选取受2n≤10230限制，n最大可取13，即本示例中扩展电文的最大符号速率为13ksps。如果扩展电文扩频序列再每周期正负翻转1次，扩展电文的速率可提至14ksps。不考虑基本电文和扩展电文信道编码差异的情况下，为保证在接收端获得同等的电文解调性能，一般对电文速率高的支路配置更高的信号播发功率。两个支路采用不同的扩频码序列。当电文速率不同时，iq支路可以分配不同的发射功率，使得接收端接收到的基本电文和扩展电文具有同等接收性能。播发信号iq两路的扩频码和电文彼此保持同步则对于同相i支路基带信号si(t)与正交q支路基带信号sq(t)的复数表达式如下：s(t)＝si(t)+jsq(t)其中，j为虚数。上述方法中所提及的预设键控调制方法为bpsk二进制相移键控载波调制、或其他同等性质的多进制信号调制方式。然后，针对同相i支路基带信号与正交q支路基带信号，进行iq正交调制得到中频载波信号，再针对中频载波信号进行上变频处理，获得射频载波信号，最后经功率放大处理，构成双速率复合电文信号，交由发射天线进行播发。这里双速率复合电文信号的射频发射信号表达如下：其中，ps表示复合电文射频信号发射总功率，fc表示发射信号频率。本发明设计双速率复合电文信号播发控制方法中，将基本电文和扩展电文分别放在正交的iq支路上，提升扩展电文的播发速率只需提升扩展电文信号的功率，提高了信号播发效率；iq支路正交，载波相位相差90度，可有效避免大功率的扩展电文信号对基本电文信号接收性能的影响；在i支路上播发的bpsk信号，既可为q支路提供csk解调所需的同步信息，又能有效播发基本电文。针对上述设计的双速率复合电文信号播发方法，本发明进一步设计了复合信号接收方法，包括双速率复合电文信号中基本电文接收方法、双速率复合电文信号中相干解调扩展电文接收方法、以及双速率复合电文信号中非相干解调扩展电文接收方法；其中，双速率复合电文信号中基本电文接收方法，如图5所示如下：接收器天线接收的射频载波信号经过射频通道输出中频载波信号，中频载波信号经过ad采样得到数字中频信号；数字中频信号首先与载波环复制的载波混频，得到i支路上的混频结果信号i和q支路上的混频结果信号q；然后，i支路上的混频结果信号i和q支路上的混频结果信号q分别与码环所复制的超前、即时和滞后三份扩频码做相关运算，获得相关结果ie、ip、il、qe、qp、ql；随后，相关结果ie、ip、il、qe、qp、ql经积分-清除器后，分别输出相干积分值ie、ip、il、qe、qp、ql；再后，即时支路上的相干积分值ip和qp被当做载波环鉴别器的输入，载波环鉴别器输出鉴别误差φe，而其他两条相关支路上的相干积分值则作为码环鉴别器的输入，码环鉴别器输出相位差异δcp；最后，载波环和码环分别对它们的鉴别器输出值φe和δcp进行滤波，并将滤波结果用来调节各自载波nco和码nco的输出相位和频率，使载波环所复制的载波与接收载波保持一致，以及使码环复制的扩频码的即时码与接收扩频码保持一致，保证下一时刻接收信号中的载波和扩频码在跟踪环路中仍被彻底剥离；同时载波环鉴别器输出解调出的基本电文数据比特。双速率复合电文信号中相干解调扩展电文接收方法，如图6所示如下：在解调基本电文时，将同步后所获与接收信号同步的扩频码码片时间和1周期的扩频码起始时间传递给扩展电文扩频码发生器和相干匹配滤波模块；扩展电文扩频码发生器生成的扩频码与q支路上的混频结果信号q进行匹配滤波，匹配滤波结果输出给相关峰搜索模块，相关峰搜索模块根据搜索结果输出扩展电文数据比特。双速率复合电文信号中非相干解调扩展电文接收方法，如图7所示如下：在解调基本电文时，将同步后所获与接收信号同步的扩频码码片时间和1周期的扩频码起始时间传递给扩展电文扩频码发生器和非相干匹配滤波模块；扩展电文扩频码发生器生成的扩频码与i支路上的混频结果信号i和q支路上的混频结果信号q进行非相干匹配滤波，匹配滤波结果输出给相关峰搜索模块，相关峰搜索模块根据搜索结果输出扩展电文数据比特。上述本发明示例中，基本电文比特宽度等于基本电文扩频码周期，扩展电文扩频码周期等于基本电文扩频码周期，这只是本发明的一个应用实例，基本电文比特宽度、基本电文扩频码周期、扩展电文扩频码周期可以设置为彼此相干同步的任何关系上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。当前第1页12