CN103152110A - 用于短波信道精确测量的波形生成方法及波形发生器 - Google Patents

Abstract

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。

Description

用于短波信道精确测量的波形生成方法及波形发生器

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。 

可选地，本发明所述方法中，所述步骤1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300~1000ms。 

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1中，对于Bark码中的1数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与1数据对应的前导伪随机序列，实现对1数据的扩频；对所述Bark码中的0数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与1数据对应的前导伪随机序列，并将该前导伪随机序列与1模2相加后，实现对0数据的扩频； 

所述步骤2中，对于1数据，利用数据序列随机码产生器生成一个与1数据对应的测量数据伪随机序列，实现对全1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1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I、Q两路数据信号，将所述I、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1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。 

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1数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与1数据对应的前导伪随机序列，实现对1数据的扩频；对所述Bark码中的0数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与1数据对应的前导伪随机序列，并将该前导伪随机序列与1模2相加后，实现对0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1数据，利用数据序列随机码产生器生成一个与1数据对应的测量数据伪随机序列，实现对全1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I、Q两路数据信号，将所述I、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。 

附图说明

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***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1数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与1数据对应的前导伪随机序列，实现对1数据的扩频；对所述Bark码中的0数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与1数据对应的前导伪随机序列，并将该前导伪随机序列与1模2相加后，实现对0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。 

该步骤中，进行扩频处理具体为：对于1数据，利用数据序列随机码产生 器生成一个与1数据对应的测量数据伪随机序列，实现对全1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S101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/AGC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： 

（1）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信号失真的影响。 

（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500~2500Hz（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300~1000ms（包含保护时间（如0~100ms）和设置恒定增益值时间（100~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0~100ms用于提供保护时间，100~500ms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，1,1,1,0,0,1,0。关于bark码‘1’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1时，生成一个对应前导伪随机序列，当扩频器接收到数据0时，生成与1数据对应的导频伪随机序列与1模2相加的序列。也就是说，对Bark码中1和0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1数据，使用的是前导伪随机序列本身，对于Bark码中的0数据，使用的是前导伪随机序列本身与1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：

伪随机序列的长度为63位。 

步骤B3：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‘1’映射为符号‘4’。 

步骤B4：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1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1所示，其取值顺序为：自左至右、从上到下按行输出。 

表1前导序列扰码器取值 

步骤B5：将前导信道符号进行PSK调制 

将加扰后的前导信道符号按2400Baud波特率进行PSK调制，如图4所示，首先将8进制信道符号与PSK调制符号的进行映射，映射关系如图5所示。输出I、Q两路数据信号经内插、成形滤波后，经1800Hz载波上变频调制生成音频信号，作为已调数据输出，其中成形滤波器采用平方根升余弦滤波器，其时域表达式如式(1)所示，其中T是符号长度，R是滚降系数，取值为R=0.25。至此，完成前导阶段调制波形的生成。 

$h\left(t\right)=4R\frac{\cos ((1+R)\mathrm{\πt}/T)+\frac{\sin ((1-R)\mathrm{\πt}/T)}{4\mathrm{Rt}/T}}{\mathrm{\π}\sqrt{T}(1-{(4\mathrm{Rt}/T)}^2)}---\left(1\right)$

关于阶段C： 

阶段C为测量数据调制波形生成阶段，通过使用不同长度的伪随机码序列串结合加扰等通信手段，使测量数据具有抗窄带干扰能力，并且具有辅助接收端完成信道冲激响应、多径延时、多普勒展宽等信道参数。完成阶段C要经过如下步骤（各步骤之间的连接关系如图6所示）： 

步骤C1：发送全1数据； 

发送全1数据的位数与测量时间和测量数据伪随机序列长度有关，全1数据的位数n可表示为：

式中，S为测量时间，L_m为测量数据伪随机序列长度。 

步骤C2：使用测量数据伪随机序列进行扩频； 

对全1数据进行扩频，当接收到一个数据1时，生成一个测量数据伪随机序列（即，每个1数据均采用相同的测量数据伪随机序列实现扩频）。测量数据 随机序列可根据信道条件选择。本发明可选用长度为31、63、127、255和511的伪随机序列，适用多普勒展宽小于5Hz的信道，满足绝大多数信道条件。 

具体测量数据伪随机序列的生成方式如下： 

对应长度为31、63、127、255和511的伪随机序列的生成器结构如图7所示。使用的生成多项式分别为：

步骤C3：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‘1’映射为符号‘4’。 

步骤C4：使用测量数据加扰序列进行加扰； 

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，以降低信道符号之间的相关性。 

其中，测量数据扰码序列描述如下： 

在测量数据阶段，采用如图8所示的16bit移位寄存器生成的扰码。在前导阶段开始时，移位寄存器初始状态为“1011101011010001”，图中所示三比特输出即为伪随机序列产生器的输出符号（0~7）。对每个输入符号（从符号映射器中输出的符号），将伪随机序列产生器移位3次，获得输出二进制序列“B2B1B0”，其中B2是最高有效位；将该输入符号与伪随机序列产生器输出的序列“B2B1B0”进行模8相加运算，得到的符号即为加扰后的输出符号。 

步骤C5：将测量数据信道符号进行PSK调制； 

将加扰后的测量数据信道符号按2400Baud波特率进行PSK调制，继续如图4所示，首先将8进制信道符号与PSK调制符号的进行映射，映射关系继续如图5所示。输出I、Q两路数据信号经内插、成形滤波后，经1800Hz载波上变频调制生成音频信号，作为已调数据输出，其中成形滤波器采用平方根升余弦滤波器，其时域表达式如式(1)所示，其中T是符号长度，R是滚降系数，取值为R=0.25。至此，完成前导阶段调制波形的生成。 

实施例三 

如图9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发生器，应用在包括短波发射机和短波接收机的***中，具体包括：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1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。 

优选地，本发明实施例中，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。 

优选地，本发明实施例中，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。具体如图10所示，开关S1置TLC/AGC端时发送单点频信号，所述单点频信号是最先传送的信号，波形发生器的PSK调制部分按照2400Baud速率在每个符号时间内自PSK调制器中送出一个已调信号，包含前导数据和测量数据。 

基于上述结构架构，下面对前导数据调制链路和测量数据调制链路中的各器件的具体功能进行阐述： 

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1数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与1数据对应的前导伪随机序列，实现对1数据的扩频；对所述Bark码中的0数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与1数据对应的前导伪随机序列，并将该前导伪随机序列与1模2相加后，实现对0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1数据，利用数据序列随机码产生器生成一个与1数据对应的测量数据伪随机序列，实现对全1数据的扩频。 

所述前导数据调制链路和测量数据调制链路中的符号映射器，用于将扩频后的二进制符号映射为8进制信道符号；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；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。优选地，所述PSK调制器，将8进制信道符号与PSK调制符号进行映射，得到I、Q两路数据信号，将所述I、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。 

确切地说，本发明实施例中，波形发生器分为三个阶段依次发出单点频信号、前导数据调制波形和测量数据调制波形，下面从三个阶段（与实施例一中所述的三个阶段对应）来描述波形发生器的工作过程。 

（1）TLC/AGC阶段； 

接收到发送测量波形令后，启动波形生成器工作。在启动时刻，波形生成器处于TLC/AGC阶段，开关S1置于“TLC/AGC”端。将单点频信号送出，当单 点频信号送出后，波形生成器切换至前导数据调制波形生成阶段。 

（2）前导数据调制波形生成阶段； 

当接收到测量波形的指令时，扩频器1开始接收Bark码，当波形发生器切换到前导数据调制波形生成阶段，开关s2、s3置于前导端，对FIFO中缓存的已扩频数据进行符号映射和加扰处理后按波特率依序送入PSK调制器，当最后一个前导序列符号送出后，波形发生器切换至测量数据调制波形生成阶段； 

（3）测量数据调制波形生成阶段； 

当接收到测量波形的指令时，扩频器2开始接收以固定速率送入的全1数据，当波形发生器切换到测量数据调制波形生成阶段，开关s2、s3置于数据端，对FIFO中缓存的已扩频数据进行符号映射和加扰处理后按波特率依序送入PSK调制器。经上述三个阶段，形成如图11所示的波形时序图。 

为了进一步验证本发明所述方案的可实施性，申请人于2012年初在青岛-北京链路进行测量实验，图12为本发明在实例中的应用示意图。在此实例中，考虑电离层的稳定性，输入全1数据为2400位，数据序列伪随机码生成器选用31位，测量数据发送时长为

秒，整个测量波形的时长为31+0.5+0.183＝31.683秒，使用本发明生成测量波形的过程采用三个阶段来说明。 

（1）TLC/AGC阶段； 

TLC/AGC阶段提供TLC/AGC保护信号。 

波形生成器接收到开始发送测量波形命令后，图10开关s1置TLC/AGC端，开始发送单点频信号，频率为1800Hz，持续时间为500ms。当单点频信号送出后，波形生成器切换至前导数据调制波形生成阶段。 

（2）前导数据调制波形生成阶段； 

前导阶段完成用于信号检测、同步、均衡等计算的前导数据调制信号生成。 

（a）波形生成器接收到开始发送测量波形命令后，扩频器开始接收Bark码，并使用前导序列伪随机码对bark码进行扩频，伪随机码使用图3所示的生成器生成。扩频后的数据序列存入FIFO中缓存。 

（b）当波形生成器切换至前导数据波形生成阶段，开关s2、s3置于前导端，将已扩频数据（0，1二进制符号）进行符号映射（映射为0，4八进制符号），映射后的符号使用B.8节中的前导序列扰码生成器中的数据进行加扰，加扰处理后按波特率（2400baud）依序送入PSK调制器。当最后一个前导序列符号送出后，波形发生器切换至测量数据调制波形生成阶段。 

（c）信道符号首先映射到psk调制符号，映射关系如图5所示。将映射后的数据的实部和虚部用I、Q两路表示，I、Q两路数据信号经内插、成形滤波后，经1800Hz载波上变频调制生成音频信号，作为已调数据输出，至此完成前导数据调制信号生成。 

（3）测量数据调制波形生成阶段； 

测量数据调制波形生成阶段完成用于测量多径延时、多普勒展宽、信噪比等信道参数的测量数据调制信号生成。 

（a）当接收到测量波形的指令时，扩频器开始接收全1数据（一共2322位），使用数据序列伪随机码对bark码进行扩频，伪随机码选用长度31位，生成多项式为

图7(a)所示的生成器生成。扩频后的数据序列存入FIFO中缓存。 

（b）波形生成器切换至测量数据调制波形生成阶段，开关s2、s3置于数据端，将已扩频数据（0，1二进制符号）进行符号映射（映射为0，4八进制符号），映射后的符号使用B.9节中的测量数据扰码生成器生成的数据进行加扰，加扰处理后按波特率（2400baud）依序送入PSK调制器。 

（c）信道符号首先映射到PSK调制符号，映射关系如图5所示。将映射后的数据的实部和虚部用I、Q两路表示，I、Q两路数据信号经内插、成形滤波后，经1800Hz载波上变频调制生成音频信号，作为已调数据输出，至此完成测量数据调制信号生成。 

当三个阶段结束时，波形发生器完成全部测量波形生成。 

综上所述，本发明实施例所述波形发生器通过发送单点频信号，辅助短波 接收信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信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。 

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (11)

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***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。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1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300~1000ms。

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1中，对于Bark码中的1数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与1数据对应的前导伪随机序列，实现对1数据的扩频；对所述Bark码中的0数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与1数据对应的前导伪随机序列，并将该前导伪随机序列与1模2相加后，实现对0数据的扩频；

所述步骤2中，对于1数据，利用数据序列随机码产生器生成一个与1数据对应的测量数据伪随机序列，实现对全1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1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I、Q两路数据信号，将所述I、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***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1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300~1000ms。

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1数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与1数据对应的前导伪随机序列，实现对1数据的扩频；对所述Bark码中的0数据，利用前导序列随机码产生器生成一个与1数据对应的前导伪随机序列，并将该前导伪随机序列与1模2相加后，实现对0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1数据，利用数据序列随机码产生器生成一个与1数据对应的测量数据伪随机序列，实现对全1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I、Q两路数据信号，将所述I、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。

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