CN111555772B - 一种基于长短码的混合扩频通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于长短码的混合扩频通信方法及装置，所述方法包括：将链路同步数据与帧同步数据拼接为同步段数据，使用短码序列对所述同步段数据进行扩频处理；将帧头数据、数据域数据以及帧尾数据拼接为信息段数据，使用长码序列对所述信息段数据进行扩频处理；将扩频后的同步段数据与扩频后的信息段数据拼接后发送。应用本发明实施例，有效提高***用户容量。

Description

一种基于长短码的混合扩频通信方法及装置

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种基于长短码的混合扩频通信方法。

背景技术

在通信***中，根据香浓公式可以看出，当信道容量一定时，信道带宽和信噪比之间是可以互换的，即增加带宽可以降低对信噪比的要求，可以使有用信号的功率接近甚至湮没在噪声功率之下。基于上述原理，扩频通信就是通过增加带宽来换取较低的信噪比。当信噪比无法提高时，可以加大带宽，达到提高信道容量的目的。扩频是一种宽带技术，由于扩频占用更宽的频带，看起来是浪费有限了的频率资源，然而所占用的频带可以通过多用户共享频带得到补偿。常用的扩频方式有DS/FH(Direct Sequence Spectrum-FrequencyHopping Spread Spectrum，直接序列扩频-跳频扩频)、TH/DS(Time Hopping SpreadSpectrum-Direct Sequence Spectrum，跳时扩频-直接序列扩频)、TH/FH(Time HoppingSpread Spectrum-Frequency Hopping Spread Spectrum，跳时扩频-跳频扩频)。

现有技术中“DSFH混合扩频测控信号同步及抗干扰研究，电子科技大学，陈静”发表的硕士论文中使用了DS/FH混合扩频方法，其原理是等速率/倍周期，其I支路用于遥测、遥控数据信息的传输，用短码对信号扩频；Q支路用于测距不调制信号，直接用长码序列扩频。I、Q两码速率相等，可以满足高速数传的要求。

发明人发现，现有技术中仍然是采用短码扩频的模式，但是，近年来在卫星通信领域，随着高、中、低轨航天器和地面重要用户规模的爆发性增长，大量用户的网络接入逐渐成为卫星通信领域的常态。面对未来数百上千甚至更多的航天器及地表重要用户，目前的扩频序列数量已经不能满足***需求。因此，如何提高***中所能容纳的用户容量是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何提高***中所能容纳的用户数量。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

本发明实施例提供了一种基于长短码的混合扩频通信方法，所述方法包括：

将链路同步数据与帧同步数据拼接为同步段数据，使用短码序列对所述同步段数据进行扩频处理；

将帧头数据、数据域数据以及帧尾数据拼接为信息段数据，使用长码序列对所述信息段数据进行扩频处理；

将扩频后的同步段数据与扩频后的信息段数据拼接后发送。

应用本发明实施例，相对于现有技术中单独采用短码或者长码序列对整个报文进行扩频的方式，本发明设计对短报文同步段和信息段采用不同扩频码体制，利用短码良好的自相关性利于完成信号的捕获，利用长码序列间的互相关性以避免加剧多址干扰，增加信息的保密性，进而能够在保证短报文成功捕获基础之上，将冲突区间缩减限制在同步段数据，降低短报文冲突概率，有效提高***用户容量。

可选的，所述帧头数据，包括：拼接后的用户标识符与分组计数器。

可选的，所述使用短码序列对所述同步段数据进行扩频处理，包括：

使用相同的扩频码生成的断码序列对同步段数据进行扩频处理，其中，所述扩频码包括：m序列。

可选的，在进行信息段数据进行扩频处理时使用的长码序列的长度为n*1023，其中，

n为数据域数据对应的比特数；1023为对同步段数据进行扩频处理时使用的短码的长度，所述长码序列是由Gold码生成的序列。

可选的，所述链路同步数据的长度为64bit；

帧同步数据长度为14bit；

帧头数据长度为16bit，用户标识符长度为8bit，分组计数器长度为8bit；帧尾数据长度为16bit。

本发明实施例还提供了一种基于长短码的混合扩频通信装置，所述装置包括：

第一扩频模块，用于将链路同步数据与帧同步数据拼接为同步段数据，使用短码序列对所述同步段数据进行扩频处理；

第二扩频模块，用于将帧头数据、数据域数据以及帧尾数据拼接为信息段数据，使用长码序列对所述信息段数据进行扩频处理；

发送模块，用于将扩频后的同步段数据与扩频后的信息段数据拼接后发送。

可选的，所述帧头数据，包括：拼接后的用户标识符与分组计数器。

可选的，所述数据域数据，包括：用户数据。

可选的，在进行信息段数据进行扩频处理时使用的长码序列的长度为n*1023，其中，

n为数据域数据对应的比特数；1023为对同步段数据进行扩频处理时使用的短码的长度。

可选的，所述链路同步数据的长度为64bit；

帧同步数据长度为14bit；

帧头数据长度为16bit，用户标识符长度为8bit，分组计数器长度为8bit；帧尾数据长度为16bit。

本发明的优点在于：

应用本发明实施例，相对于现有技术中单独采用短码或者长码序列对整个报文进行扩频的方式，本发明设计对短报文同步段和信息段采用不同扩频码体制，利用短码良好的自相关性利于完成信号的捕获，利用长码序列间的互相关性以避免加剧多址干扰，增加信息的保密性，进而能够在保证短报文成功捕获基础之上，将冲突区间缩减限制在同步段数据，降低短报文冲突概率，有效提高***用户容量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于长短码的混合扩频通信方法中数据帧的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于长短码的混合扩频通信方法中扩频原理示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于长短码的混合扩频通信方法中数据帧冲突判定示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。

实施例1

近年来，在卫星通信领域，随着高、中、低轨航天器和地面重要用户的爆发性增长，大量中继用户的网络接入逐渐成为中继卫星通信领域亟待解决的技术难题。

当前，中继卫星通信***采用短报文工作体制来传输用户的接入信令信息，面对未来数百上千甚至更多的航天器及地表重要中继用户，目前的扩频序列数量已经不能满足***需求，急需研究新的扩频体制来解决大量中继用户的网络接入需求。另外，低轨航天器在轨运行时需要全时监控，低轨航天器周期性向中继卫星发送状态短报文，中继卫星将收到的信息转发到地面站；低轨航天器通过短报文向中继卫星实时申请业务通信；地表特殊用户紧急通信，向中继卫星发送请求短报文；全球数据采集***信息通过中继卫星回传信息等业务类型也需要能够容纳更多用户的新体制。

图1为本发明实施例提供的一种基于长短码的混合扩频通信方法中数据帧的结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种基于长短码的混合扩频通信方法中扩频原理示意图，如图1和图2所示，

S101：将链路同步数据与帧同步数据拼接为同步段数据，使用短码序列对所述同步段数据进行扩频处理；

在本发明实施例中，将一个完整的数据帧分为同步段数据和信息段数据，在S101中对同步段数据的扩频过程进行介绍，在S102步骤中对信息段数据的扩频过程进行介绍。

示例性的，可以将链路同步数据长度设计为64bit，全填“0”，用于地面站对短报文的捕获与同步；将帧同步数据长度设计为14bit，由13位巴克码后加1位“0”组成，用于指示本帧开始。

然后如图2所示，根据m序列生成长度为1023的短码序列，并使用1023长度的短码对同步段中的每bit信息进行扩频处理，得到扩频后的同步段数据。

在实际应用中，各个完整的数据帧中使用的短码序列可以相同，也可以存在差异。

S102：将帧头数据、数据域数据以及帧尾数据拼接为信息段数据，使用长码序列对所述信息段数据进行扩频处理；

同步段数据中依次包括：用户标识符、分组计数器、用于存储用户数据的数据域数据以及循环冗余校验码。示例性的，在本发明实施例中可以将帧头数据长度设计为16bit，由8bit的用户标识符和8bit的分组计数器依次拼接组成，其中，用户标识符用于标识该数据帧对应的短报文所属用户；分组计数器用于记录高层有效数据的分组序号；帧尾数据长度设计为16bit，由16bit的循环冗余校验码(CRC，Cyclic Redundancy Check)组成，用于对帧头和数据域进行校验；数据域数据设计用于承载来自高层的用户数据。

通常情况下，信息段数据也可以被称为传送帧。

在将用于发送用户数据的信息段数据制作完成后，然后使用Gold码生成长度为n*1023的长码序列。如图2所示，再使用长度为n*1023的长码序列对信息段数据进行扩频处理，其中，

n为数据域数据，即用户数据对应的比特数；1023为S101步骤中对同步段数据进行扩频处理时使用的短码的长度。

需要强调的是，S101步骤中的扩频处理方法以及S102步骤中的扩频处理方法的过程为现有技术，本发明实施例在此不再进行赘述。

S103：将扩频后的同步段数据与扩频后的信息段数据拼接后发送。

按照图1所示，将扩频后的同步段数据与扩频后的信息段数据进行拼接后，得到扩频后的数据帧，将该数据帧调制后发送出去。

为了对本发明实施例中降低短报文冲突概率的原理进行介绍，下面结合图3进行说明，图3为本发明实施例提供的一种基于长短码的混合扩频通信方法中数据帧冲突判定示意图，如图3所示，

短报文1的同步段、短报文2的同步段、短报文3对的同步段均采用相同的短码序列进行扩频：

短报文1的同步段与短报文2的同步段部分重叠，由于二者的使用的短码序列均来自于m序列，二者重叠了两个码字，存在冲突；短报文1的信息段与短报文2的信息段重叠：由于短报文1与短报文2的信息段采用的都是来自Gold码的长码序列，由于来自Gold码的长码序列的不重复性，则短报文1与短报文2的信息段使用的是不同的长码序列，即使短报文1与短报文2的信息段重叠但不会导致冲突；但是短报文1与短报文2的同步段采用了相同的扩频码，由于同步段重叠，在冲突能量足够强的情况下，那么短报文1与短报文2都传输失败。

短报文3的信息段数据与短报文2同步段、信息段都有重叠：但是由于短报文2的同步段数据使用的是短码序列，不同于短报文3的信息段数据的使用的长码扩频序列，因此，短报文2的同步段数据不会与短报文3的信息段数据冲突；同样，虽然短报文2的信息段与短报文3的信息段使用的都是Gold码生成的长码序列，但是Gold码的长码序列的非重复性，因此，短报文2的信息段与短报文3的信息段互相之间不会产生冲突，所以短报文3成功传输。类似的，在不存在短报文2的情况下，短报文2与短报文3均可以成功传输。

每个数字序列使用同一个1023长的m序列进行扩频，每个用户短报文信息时间差一般只要超过2chip时间，接收方可将不同用户的信息区分开，也即冲突区间为2chip，其中，chip为码片的时间长度。

同步段包含m个bit、信息段包含n个bit的数字序列，总共包含m+n个数字序列，因此总共的冲突窗口为m+n个。随着信息段的比特增多，冲突窗口的数量越来越多，当达到一定程度时，将影响短报文的用户容量。

在本发明实施例中，对同步段的m个bit的数字序列采用同一个1023长的m序列进行扩频，对n个bit的数字序列采用不同的1023长的gold序列进行扩频，当信息段与同步段的冲突区间重叠时也不会导致接收信息冲突，因此本方案的冲突窗口为m，随着信息段的比特增加并不会导致冲突窗口的增加，也不会影响短报文用户容量。随着用户数量不断增加，能够在保证短报文成功捕获基础之上，将冲突区间缩减限制在同步段数据，降低短报文冲突概率，有效提高***用户容量。

应用本发明实施例，相对于现有技术中单独采用短码或者长码序列对整个报文进行扩频的方式，本发明设计对短报文同步段和信息段采用不同扩频码体制，利用短码良好的自相关性利于完成信号的捕获，利用长码序列间的互相关性以避免加剧多址干扰，增加信息的保密性，进而能够在保证短报文成功捕获基础之上，将冲突区间缩减限制在同步段数据，降低短报文冲突概率，有效提高***用户容量。

另外，本发明相对于利用长码序列扩频，在保证了信息的保密性和抗干扰性的前提下，缩短了数据帧的长度，短报文格式设计更加简单；

最后，本发明将短报文格式设计分为同步段和信息段两部分。同步段由链路同步和帧同步组成，使用短码进行扩频，利用短码良好的自相关性完成信号的捕获；信息段由帧头、数据域和帧尾组成，对信息段的每bit数据都采用不同的长码序列进行扩频，利用长码序列间的互相关性以避免加剧多址干扰，增加信息的保密性。

而且，随着社会的进步，更多的航天器及地表用户同时上传自身状态信息，在任意时间、任意地点发送突发信息，支持用户隐蔽通信的要求也需要满足。而本发明在解决大量用户接入卫星通信***的难题同时，还易于实现对信号的捕获，进而可以满足短报文的突发性需求。

实施例2

与本发明实施例1相对应，本发明实施例2还提供了一种基于长短码的混合扩频通信装置，所述装置包括：

第一扩频模块，用于将链路同步数据与帧同步数据拼接为同步段数据，使用短码序列对所述同步段数据进行扩频处理；

第二扩频模块，用于将帧头数据、数据域数据以及帧尾数据拼接为信息段数据，使用长码序列对所述信息段数据进行扩频处理；

发送模块，用于将扩频后的同步段数据与扩频后的信息段数据拼接后发送。

应用本发明实施例，相对于现有技术中单独采用短码或者长码序列对整个报文进行扩频的方式，本发明设计对短报文同步段和信息段采用不同扩频码体制，利用短码良好的自相关性利于完成信号的捕获，利用长码序列间的互相关性以避免加剧多址干扰，增加信息的保密性，进而能够在保证短报文成功捕获基础之上，将冲突区间缩减限制在同步段数据，降低短报文冲突概率，有效提高***用户容量。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述帧头数据，包括：拼接后的用户标识符与分组计数器。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第一扩频模块，用于使用相同的扩频码生成的断码序列对同步段数据进行扩频处理，其中，所述扩频码包括：m序列。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，在进行信息段数据进行扩频处理时使用的长码序列的长度为n*1023，其中，

n为数据域数据对应的比特数；1023为对同步段数据进行扩频处理时使用的短码的长度，所述长码序列是由Gold码生成的序列。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述链路同步数据的长度为64bit；

帧同步数据长度为14bit；

帧头数据长度为16bit，用户标识符长度为8bit，分组计数器长度为8bit；帧尾数据长度为16bit。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种基于长短码的混合扩频通信方法，其特征在于，所述方法包括：

将链路同步数据与帧同步数据拼接为同步段数据，使用短码序列对所述同步段数据进行扩频处理；

将帧头数据、数据域数据以及帧尾数据拼接为信息段数据，使用长码序列对所述信息段数据进行扩频处理；

将扩频后的同步段数据与扩频后的信息段数据拼接后发送；

所述帧头数据，包括：拼接后的用户标识符与分组计数器；

所述使用短码序列对所述同步段数据进行扩频处理，包括：

使用相同的扩频码生成的短码序列对同步段数据进行扩频处理，其中，所述扩频码包括：m序列；

在进行信息段数据进行扩频处理时使用的长码序列的长度为n*1023，其中，

n为数据域数据对应的比特数；1023为对同步段数据进行扩频处理时使用的短码的长度，所述长码序列是由Gold码生成的序列；

所述链路同步数据的长度为64bit；

帧同步数据长度为14bit；

帧头数据长度为16bit，用户标识符长度为8bit，分组计数器长度为8bit；帧尾数据长度为16bit。

2.一种基于长短码的混合扩频通信装置，其特征在于，所述装置包括：

第一扩频模块，用于将链路同步数据与帧同步数据拼接为同步段数据，使用短码序列对所述同步段数据进行扩频处理；

所述使用短码序列对所述同步段数据进行扩频处理，包括：

使用相同的扩频码生成的短码序列对同步段数据进行扩频处理，其中，所述扩频码包括：m序列；

第二扩频模块，用于将帧头数据、数据域数据以及帧尾数据拼接为信息段数据，使用长码序列对所述信息段数据进行扩频处理；

发送模块，用于将扩频后的同步段数据与扩频后的信息段数据拼接后发送；

所述帧头数据，包括：拼接后的用户标识符与分组计数器；

所述数据域数据，包括：用户数据；

在进行信息段数据进行扩频处理时使用的长码序列的长度为n*1023，所述长码序列是由Gold码生成的序列，其中，

n为数据域数据对应的比特数；1023为对同步段数据进行扩频处理时使用的短码的长度；

所述链路同步数据的长度为64bit；

帧同步数据长度为14bit；

帧头数据长度为16bit，用户标识符长度为8bit，分组计数器长度为8bit；帧尾数据长度为16bit。

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