CN114465856A - 一种基于cdma体制的信号多进制调制方法、解调方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种基于CDMA体制的信号多进制调制方法、解调方法及设备，调制方法包括：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；将多进制调制信号发送至卫星通信接收设备。解决了卫星扩频通信的***容量偏低以及链路裕量不够的问题。

Description

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
本申请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
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。
现在地面物联网***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。
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***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***容量偏低及链路裕量不够。
发明内容
为了提高卫星通信的***容量偏低及链路裕量不够的问题，本申请提供了一种基于CDMA体制的信号多进制调制方法、解调方法及设备。
第一方面，本申请提供一种基于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。
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***容量及链路裕量。
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2N-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。
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。
第二方面，本申请提供一种基于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。
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***容量及链路裕量。
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2N-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。
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。
第三方面，本申请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。
第四方面，本申请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。
综上，本申请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***容量及链路裕量。。
附图说明
图1是本申请的基于CDMA体制的信号多进制调制方法的流程示意图。
图2是本申请的进行多进制调制的流程示意图。
图3是本申请的基于CDMA体制的信号多进制解调方法的流程示意图。
图4是本申请的卫星通信发射设备的结构示意图。
图5是本申请的卫星通信接收设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例公开一种基于CDMA体制的信号多进制调制方法。
参照图1，该方法包括：
101，生成一个整周期的PN码。
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2N-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。
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。
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。
103，将多进制调制信号发送至卫星通信接收设备。
本申请的实施原理为：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***容量及链路裕量。
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，本申请的一种基于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。
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。
302，获取所有PN位移码。
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2N-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。
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。
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，本申请的解调门限降低到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，由于本申请中只需要利用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；
而且本申请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。
如图4所示，本申请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。
本申请的实施原理为：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***容量及链路裕量。
如图5所示，本申请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。
本申请的实施原理为：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***容量及链路裕量。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，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。

Claims (8)

1.一种基于CDMA体制的信号多进制调制方法，其特征在于，包括：
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。
2.根据权利要求1所述的基于CDMA体制的信号多进制调制方法，其特征在于，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2N-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。
3.根据权利要求2所述的基于CDMA体制的信号多进制调制方法，其特征在于，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。
4.一种基于CDMA体制的信号多进制解调方法，其特征在于，包括：
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。
5.根据权利要求4所述的基于CDMA体制的信号多进制解调方法，其特征在于，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2N-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。
6.根据权利要求5所述的基于CDMA体制的信号多进制解调方法，其特征在于，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。
7.一种卫星通信发射设备，其特征在于，包括：
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。
8.一种卫星通信接收设备，其特征在于，包括：
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。
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