一种基于CDMA体制的信号多进制调制方法、解调方法及设备与流程

一种基于cdma体制的信号多进制调制方法、解调方法及设备
技术领域
1.本技术涉及卫星通信技术领域，尤其是涉及一种基于cdma体制的信号多进制调制方法、解调方法及设备。


背景技术：

2.码分多址(code division multiple access，cdma)是靠不同的地址码来区分的地址。每个终端配有不同的地址码，用户所发射的载波(为同一载波)既受基带数字信号调制，又受地址码调制，在接收时，只有确知其配给地址码的接收机，才能解调出相应的基带信号，而其他接收机因地址码不同，无法解调出信号。一般选择伪随机码(pn码)作地址码。由于pn码的码元宽度远小于脉冲编码调制(pulse code modulation，pcm）信号码元宽度，这就使得加了pn码的信号频谱远大于原基带信号的频谱，因此，cdma也称为扩频多址。在低轨卫星通信中使用cdma技术是因为cdma是一种扩频技术，抗干扰能力强，采用专用扩频码调制，保密性强，低轨卫星通信的多普勒大，采用非扩频体制会严重降低频谱效率，采用cdma扩频后频带变宽几百倍，大大提升了频谱利用率。传统cdma的缺点也很明显，cdma的解调算法复杂，消耗资源多，功耗高，给卫星造成能源使用上的压力。
3.现在地面物联网系统中常用的远距离无线电（long range radio，lora）通信体系中采用多进制扩频调制，对信号进行连续波线性调频，利用了线性调频信号的起始频率进行频率移位实现符号调制，不同起始频率的符号之间具有正交性，形成多进制的调制，可以采用差分解调器，对多普勒不敏感，抗干扰能力强。
4.但是，因为对于cdma来说，在一个扩频后的频带里可以存在多组扩频码用以提升系统容量，但是lora在一个扩频频带里只存在一组线性调频序列，导致cdma信号的调制扩频困难，明显系统容量偏低及链路裕量不够。


技术实现要素：

5.为了提高卫星通信的系统容量偏低及链路裕量不够的问题，本技术提供了一种基于cdma体制的信号多进制调制方法、解调方法及设备。
6.第一方面，本技术提供一种基于cdma体制的信号多进制调制方法，采用如下的技术方案：生成一个整周期的伪随机pn码；通过pn码的线性移位对信息进行多进制的编码，使用编码后的pn序列对载波进行调制，生成基于cdma体制的多进制调制信号；将所述多进制调制信号发送至卫星通信接收设备。
7.通过采用上述技术方案，在卫星通信中，使用的是cdma信号，但是对于不同的设备，需要使用不同的调制解调机制来进行发射设备和接收设备的匹配，而在进行调制时，通过一个整周期的pn码来进行线性移位，从而对所有的信息进行编码，得到每个信息的pn移位码，由于pn码的性质，进行线性位的pn移位码之间是具有正交性的，不同信息对应的pn移
位码是不同的，一个pn移位码对应nbit信息，从而实现了多进制调制，传统的cdma种一个完整的pn序列长度只能表示１bit信息，多进制调制在相同的带宽下明显提升了信息速率，与lora在一个扩频频带里只存在一组线性调频序列相比，采用cdma体制优势是可以生成多种pn序列，明显提高了卫星通信的系统容量及链路裕量。
8.可选的，所述生成一个整周期的pn码，包括：预先配置pn码的周期时长；根据所述周期时长确定所述pn码的码序列的长度为m，所述m的取值为2
n-1，n为大于2的正整数，所述码序列中m个序列元素的具有不同的相位；根据所述码序列的长度生成一个整周期的所述pn码。
9.可选的，所述通过pn码的线性移位对信息进行多进制的编码，使用编码后的pn序列对载波进行调制，生成基于cdma体制的多进制调制信号，包括：将所述pn码作为第一编码，通过所述第一编码的码序列表示一种信息；对所述第一编码的码序列进行线性循环移位1个相位，得到第二编码，所述第二编码也表示一种信息；同理，重复上一步动作，得到m种编码，所述m种编码表示m种不同的信息，每一种编码对应的信息量为nbit；通过m种编码对载波进行调制，生成基于cdma体制的多进制调制信号。
10.第二方面，本技术提供一种基于cdma体制的信号多进制解调方法，采用如下的技术方案：对卫星通信的多进制调制信号进行采样，得到采样信号；获取所有pn位移码；将所述采样信号和所有pn移位码进行相干解调，得到所述采样信号对应的目标pn移位码，根据目标pn移位码对应的编码信息，得到所述多进制调制信号的信息内容。
11.通过采用上述技术方案，在卫星通信中，使用的是cdma信号，但是对于不同的设备，需要使用不同的调制解调机制来进行发射设备和接收设备的匹配，而在进行解调时，对卫星通信的cdma信号的调制信号进行采样，得到采样信号，获取采样信号的预置的pn码，根据pn码确定所有pn移位码，根据采样信号和所有pn移位码进行相干解调，得到采样信号对应的目标pn移位码，由于pn码的性质，进行线性位移调制的cdma信号之间是具有正交性的，每个调制信号都是不同的，从而能够通过pn移位码实现解调，与lora在一个扩频频带里只存在一组线性调频序列相比，多进制调制解调机制明显增加了扩频范围，提高了卫星通信的系统容量及链路裕量。
12.可选的，所述获取所有pn位移码，包括：已知卫星通信发送设备的预先配置pn码的周期时长；根据所述周期时长确定所述pn码的码序列的长度为m，所述m的取值为2
n-1，n为大于2的正整数，所述码序列中m个序列元素的具有不同的相位；根据所述码序列的长度生成一个整周期的所述pn码；将所述pn码作为第一个pn移位码；对所述第一个pn移位码进行线性移位1个序列元素，得到第二个pn移位码；通过线性移位原理进行逐次处理，直到对第m-1个pn移位码进行线性移位1个序列
元素,得到第m个pn移位码。
13.可选的，所述将所述采样信号和所有pn移位码进行相干解调，得到所述采样信号对应的目标pn移位码，根据目标pn移位码对应的编码信息，得到所述多进制调制信号的信息内容，包括：将所述采样信号与所有的pn移位码分别进行相干累加，得到m个累加结果；确定所述m个累加结果中的最大值，将最大值对应的pn移位码作为所述采样信号使用的目标pn移位码；根据所述目标pn移位码对应的编码信息，得到所述采样信号对应的多进制调制信号的信息内容。
14.第三方面，本技术提供一种卫星通信发射设备，采用如下的技术方案：伪随机pn码生成模块，用于生成一个整周期的pn码；多进制调制模块，用于通过pn码的线性移位对信息进行多进制的编码，使用编码后的pn序列对载波进行调制，生成基于cdma体制的多进制调制信号；信号发送模块，用于将所述多进制调制信号发送至卫星通信接收设备。
15.第四方面，本技术提供一种卫星通信接收设备，采用如下的技术方案：信号接收模块，用于对卫星通信的多进制调制信号进行采样，得到采样信号；伪随机pn位移码获取模块，用于获取所有pn位移码；；相干解调模块，用于将所述采样信号和所有pn移位码进行相干解调，得到所述采样信号对应的目标pn移位码，根据目标pn移位码对应的编码信息，得到所述多进制调制信号的信息内容。
16.综上，本技术包括以下有益技术效果：在卫星通信中，使用的是cdma信号，但是对于不同的设备，需要使用不同的调制解调机制来进行发射设备和接收设备的匹配，而在进行调制时，通过一个整周期的pn码来进行线性移位，从而对所有的信息进行编码，得到每个信息的pn移位码，由于pn码的性质，进行线性位的pn移位码之间是具有正交性的，不同信息对应的pn移位码是不同的，一个pn移位码对应nbit信息，从而实现了多进制调制，传统的cdma种一个完整的pn序列长度只能表示１bit信息，多进制调制在相同的带宽下明显提升了信息速率，与lora在一个扩频频带里只存在一组线性调频序列相比，采用cdma体制优势是可以生成多种pn序列，明显提高了卫星通信的系统容量及链路裕量。。
附图说明
17.图1是本技术的基于cdma体制的信号多进制调制方法的流程示意图。
18.图2是本技术的进行多进制调制的流程示意图。
19.图3是本技术的基于cdma体制的信号多进制解调方法的流程示意图。
20.图4是本技术的卫星通信发射设备的结构示意图。
21.图5是本技术的卫星通信接收设备的结构示意图。
具体实施方式
22.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过附图及实施例，对
本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
23.本技术实施例公开一种基于cdma体制的信号多进制调制方法。
24.参照图1，该方法包括：101，生成一个整周期的pn码。
25.其中，在卫星通信中，使用的是cdma信号，但是对于不同的设备，需要使用不同的调制解调机制来进行发射设备和接收设备的匹配，可以通过pn码生成器生成一个整周期的pn码，具体的：预先配置pn码生成器在生成pn码时的周期时长；根据周期时长确定pn码的码序列的长度为m，m的取值为2
n-1，n为大于2的正整数，码序列中m个序列元素的具有不同的相位，例如，假设n为8，那么pn码的码序列长度为255，即具有255个序列元素；根据码序列的长度生成一个整周期的pn码。
26.102，通过pn码的线性移位对信息进行多进制的编码，使用编码后的pn序列对载波进行调制，生成基于cdma体制的多进制调制信号。
27.其中，对通过pn码的的线性移位对信息进行多进制的编码，使用编码后的pn序列对载波进行调制，生成基于cdma体制的多进制调制信号，具体步骤如下图2，包括：201，将pn码作为第一编码，通过第一编码的码序列表示一种信息；202，对第一编码的码序列进行线性循环移位1个相位，得到第二编码，第二编码也表示一种信息；203，重复上一步步骤202的动作，得到m种编码，m种编码表示m种不同的信息，每一种编码对应的信息量为nbit；通过线性移位原理进行多进制调制，直到对第一调制码的码序列进行线性移位m-1个序列元素,得到第m编码，假设m为255，那么可以通过一个周期的pn码形成255个不同的编码；204，通过m种编码对载波进行调制，生成基于cdma体制的多进制调制信号。
28.103，将多进制调制信号发送至卫星通信接收设备。
29.本技术的实施原理为：在进行调制时，通过一个整周期的pn码来进行线性移位，从而对所有的信息进行编码，得到每个信息的pn移位码，由于pn码的性质，进行线性位的pn移位码之间是具有正交性的，不同信息对应的pn移位码是不同的，一个pn移位码对应nbit信息，从而实现了多进制调制，传统的cdma种一个完整的pn序列长度只能表示１bit信息，多进制调制在相同的带宽下明显提升了信息速率，与lora在一个扩频频带里只存在一组线性调频序列相比，采用cdma体制优势是可以生成多种pn序列，明显提高了卫星通信的系统容量及链路裕量。
30.在以上图1和图2所示的实施例中，描述了利用pn码进行多进制调制的过程，接收方需要正确接收，还需要针对调制进行解调才能实现，如图3所示，本技术的一种基于cdma体制的信号多进制解调方法，具体如下：301，对卫星通信的多进制调制信号进行采样，得到采样信号。
31.其中，在卫星通信中，使用的是cdma信号，但是对于不同的设备，需要使用不同的
调制解调机制来进行发射设备和接收设备的匹配，在以上图1和图2所示的实施例中，利用pn码的线性移位对cdma信号多进制调制后，为了正确接收到，还需要进行解调，对卫星通信的多进制调制信号进行采样，得到采样信号。
32.302，获取所有pn位移码。
33.其中，已知卫星通信发送设备的预先配置pn码的周期时长，根据周期时长确定pn码的码序列的长度为m，m的取值为2
n-1，n为大于2的正整数，码序列中m个序列元素的具有不同的相位，根据码序列的长度生成一个整周期的pn码，将pn码作为第一个pn移位码，对第一个pn移位码进行线性移位1个序列元素，得到第二个pn移位码，通过线性移位原理进行逐次处理，直到对第m-1个pn移位码进行线性移位1个序列元素,得到第m个pn移位码。
34.303，将采样信号和所有pn移位码进行相干解调，得到采样信号对应的目标pn移位码，根据目标pn移位码对应的编码信息，得到多进制调制信号的信息内容。
35.其中，将采样信号与所有的pn移位码分别进行相干累加，得到m个累加结果，确定m个累加结果中的最大值，并确定对应的累加结果的编码信息，作为采样信号对应的目标pn移位码，根据目标pn移位码对应的编码信息，得到采样信号对应的多进制调制信号的信息内容；在m为255时，具体计算误码率的公式为：1
ꢀ–ꢀ
(1
ꢀ–ꢀ
0.5*erfc((r/2)
0.5
) )
255
式中的r为信噪比，在信噪比较大时，上式约为：0.5*erfc((r/2)
0.5
)*255在编码时一般采用差分编码，所以误码率再乘以2，当误码率为10-6
时，可以解得r = 15.5db。由于m为255，一个cdma信号相当于8bit，所以实际的信噪比r = 15.5
ꢀ–ꢀ
9 = 6.5db；可见未改进的cdma的解调门限是10.8db，本技术的解调门限降低到6.5db。如果增大pn码的长度，当pn码的长度为4095，即m为4095时，解调门限甚至可以可以降低到5db，降低了解调门限，增大了卫星通信的链路裕量；并且，由于本技术中只需要利用m个pn移位码对一个采样信号进行解码即可，那么就不存在解码时相位失锁的问题，即使一个采样信号的相位失锁，在下一采样信号时也能重新锁定。而传统的cdma，捕获了第一个采样信号后，后续解调过程中不再进行全相位搜索，一旦失锁，就无法再锁定相位；而且本技术中解调门限和捕获门限相等，所以在捕获时不需要对多个采样信号同时做相位搜索，只需要对1个采样信号做相位搜索就可以，大大降低了功耗。
36.如图4所示，本技术提供一种卫星通信发射设备，包括：pn码生成模块401，用于生成一个整周期的pn码；多进制调制模块402，用于通过pn码的线性移位对信息进行多进制的编码，使用编码后的pn序列对载波进行调制，生成基于cdma体制的多进制调制信号；信号发送模块403，用于将多进制调制信号发送至卫星通信接收设备。
37.本技术的实施原理为：在进行调制时，通过一个整周期的pn码来进行线性移位，从而对所有的信息进行编码，得到每个信息的pn移位码，由于pn码的性质，进行线性位的pn移位码之间是具有正交性的，不同信息对应的pn移位码是不同的，一个pn移位码对应nbit信
息，从而实现了多进制调制，传统的cdma种一个完整的pn序列长度只能表示１bit信息，多进制调制在相同的带宽下明显提升了信息速率，与lora在一个扩频频带里只存在一组线性调频序列相比，采用cdma体制优势是可以生成多种pn序列，明显提高了卫星通信的系统容量及链路裕量。
38.如图5所示，本技术提供一种卫星通信接收设备，包括：信号接收模块501，用于对卫星通信的多进制调制信号进行采样，得到采样信号；pn位移码获取模块502，用于获取所有pn位移码；；相干解调模块503，用于将采样信号和所有pn移位码进行相干解调，得到采样信号对应的目标pn移位码，根据目标pn移位码对应的编码信息，得到多进制调制信号的信息内容。
39.本技术的实施原理为：在进行解调时，对卫星通信的cdma信号的调制信号进行采样，得到采样信号，获取采样信号的预置的pn码，根据pn码确定所有pn移位码，根据采样信号和所有pn移位码进行相干解调，得到采样信号对应的目标pn移位码，由于pn码的性质，进行线性位移调制的cdma信号之间是具有正交性的，每个调制信号都是不同的，从而能够通过pn移位码实现解调，与lora在一个扩频频带里只存在一组线性调频序列相比，多进制调制解调机制明显增加了扩频范围，提高了卫星通信的系统容量及链路裕量。
40.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。