多路傳輸sma鏈路二重擴頻碼信號的方法
【專利摘要】本發明提出了一種多路傳輸SMA鏈路二重擴頻碼信號處理的方法，利用本發明可以顯著提高中繼衛星系統S頻段相控陣多址鏈路SMA傳輸能力和多目標服務能力，增加信號帶寬利用率。本發明通過下述技術方案予以實現：在中繼星發射端的上行調制器中，將N路陣元產生的一次擴頻碼信號分別進行二次擴頻處理產生二重擴頻碼信號，同時晶振產生的一路單載波的參考信號進行同樣的擴頻處理，再將上述保持同步的N路陣元二重擴頻碼信號相加合成為1路信號；中繼星地面接收系統通過先解擴參考信號來分別引導N路二次擴頻信號解擴，然后通過數字波束合成器合成為1路信號，將合成之后的1路信號輸出到接收端的基帶進行一次擴頻碼信解擴解調，還原出各路陣元信號。
【專利說明】
多路傳輸SMA鏈路二重擴頻碼信號的方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種在相控陣多址(SMA)鏈路傳輸領域中，多路二重擴頻傳輸處理的一種方法。
【背景技術】
[0002]在中繼衛星系統(TDRSS中，為提高其服務能力，需要增加S頻段相控陣多址(SMA)系統。在SMA中采用中繼星上相控陣天線實現前向、返向多目標的同時測控。美國已建的三代TDRSS中的SMA系統前向鏈路都采用開環方式通過地面發射控制指令實現對中繼星上S頻段相控陣天線各發射陣元射頻移相器移相形成波束對準需要跟蹤的目標，這樣在前向鏈路中只能以“時分”的方式對不同的用戶服務。中繼衛星SMA系統是一個包括地面、中繼星、用戶星設備的復雜系統。S頻段相控陣天線安裝在地球同步軌道的中繼星上。為了實現前向多目標測控有兩種多波束形成方式:一種是在中繼星上采用模擬的射頻移相器使各陣元信號達到用戶星的相位相同，達到各陣元信號同相相加使用戶星接收信號信噪比最大；另一種方式是在地面中頻上完成各陣元的數字移相代替中繼星上的射頻模擬移相，達到用戶星接收信號信噪比最大的目的。采用星上模擬移相時，前向鏈路對不同的用戶星需要采用“時分”的方式實現多目標測控。由于前向遙控指令數據量相對較少，時分方式也能滿足任務需求，這也是國外中繼衛星SMA系統采用的方法。但采用“時分”方式會帶來使用上的一些問題，其中有兩個主要問題:一是對一個確的用戶星在整個“可見”的范圍內只有在波束對準的時間范圍內能夠進行測距、測速;二是中繼星上相控陣每個模擬移相器的移相值是由地面終端站通過T1P&C鏈路發到中繼星上，中繼星應答機解調出移相值后送各移相器完成移相形成波束指向用戶星。采用地面中頻數字移相即可以與星上移相一樣“時分”完成多目標功能，也可以同時形成多個波束同時對準多個用戶星。時分方式與星上移相相比減少了星上移相器，同時也不需要利用T1P&C通道解調出地面發到星上各移相器的移相值，這樣既減少了星上設備，也不需要將地面移相控制指令傳到中繼星上，提高了 SMA系統前向鏈路的可靠性。地面中頻數字移相還可以在地面采用頻分復用(VDM)、中繼星上解頻分復用(DFDM)信道代替“單頻點”的星、地信道實現每個目標、每個陣元的移相，同時形成多個對準用戶星的波束。中繼星上相控陣天線、信道相位、幅度不一致性引起合成增益損失衛星參數變化會造成相位和增益的隨機漂移，會進一步降低波束形成的精度，造成合成增益損失。由于前向鏈路采用開環波束形成方式，這種損失不可避免。擴頻碼信號由于其頻譜密度低、處理增益高，使得該類信號的截獲和檢測十分困難。
[0003]圖2所示的是現有技術擴頻碼信號頻分傳輸處理方法。其中，現有相控陣多址(SMA)鏈路傳輸，一般采用擴頻碼信號頻分傳輸處理方法，由于頻率資源帶寬有限，傳輸的路數、多目標服務能力受到限制。現有相控陣多址(SMA)鏈路傳輸原理是，首先N路陣元在上行調制器中進行一次擴頻處理，然后合成I路信號通過天線發射出去。接收端通過接收天線將信號接收下來，通過濾波下變器將S頻段的信號變到中頻，然后輸入到接收機的基帶中，對N路陣元擴頻信號分別進行解擴解調。由于陣元中部分擴頻碼相同，無法用碼分復用(CDM)的地址碼來區分各路信號，通過再次變頻，通過頻率不同區分各路信號，由于頻率資源帶寬有限，傳輸信號帶寬、鏈路數傳輸受到很大的限制。總之，現有的一次擴頻相控陣多址(SMA)鏈路傳輸方法都達不到路數任意增加、信號帶寬任意增加的要求。近期的一些相控陣多址(SMA)鏈路傳輸，一次擴頻碼信號再次采樣頻分方法，但是擴頻碼速率不能太高，信號鏈路也不能太多，受到頻率資源、信號帶寬、信號增益等限制，無法在相控陣多址(SMA)鏈路傳輸中廣泛使用，而相控陣多址(SMA)鏈路傳輸中無論在研制或使用過程中，都需要有一套靈活、方便、可靠的方法。現有擴頻碼信號頻分傳輸方法無法實現上述功能，給研制和使用方都帶來諸多不便。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是針對上述現有擴頻碼信號頻分傳輸處理方法頻帶有限、帶寬受限、擴頻增益不夠的問題，提供一種能夠節約頻率資源，增加信號帶寬，提高信號處理增益，并能提高中繼衛星系統S頻段相控陣多址鏈路SMA傳輸能力和多目標服務能力，靈活、方便、可靠，能夠對擴頻碼信號進行再處理的二重擴頻碼信號傳輸處理方法。
[0005]本發明的上述目的可以通過以下措施來達到，一種多路傳輸SMA鏈路二重擴頻碼信號處理的方法，其特征在于包括如下步驟:
在中繼星發射端的上行調制器中，將N路陣元產生的N路陣元一次擴頻碼信號分別經過二重擴頻處理設備進行二次擴頻處理產生二重擴頻碼信號，然后通過發射端合路器將N路陣元二重擴頻碼信號相加合成I路信號，同時將晶振產生的一路單載波的參考信號通過二重擴頻設備進行同樣的擴頻處理，二重擴頻設備將上述參考信號同時與N路陣元二重擴頻碼信號進行擴頻處理，產生I路頻分的一次擴頻的參考信號;再將上述保持同步的N路陣元二重擴頻碼信號相加合成為I路信號，然后將該相加合成的I路信號和參考信號同時通過中繼星發射天線發射出去，通過星-地傳輸通路傳輸到地面，完成星地多路信號的傳輸；中繼星地面接收系統通過接收陣列天線接收信號，首先對接收到的參考信號進行解擴，然后利用解擴參考信號分別引導解擴N路陣元二重擴頻碼信號進行解擴，解擴后分別輸出N路陣元一次擴頻碼信號，N路陣元一次擴頻碼信號通過接收端數字波束合成器相加合成為I路信號，將合成之后的I路信號輸出到接收端解擴解調設備的基帶進行一次擴頻碼信解擴解調，還原出各路陣元信號。
[0006]本發明相比于現有技術具有如下有益效果。
[0007]節約了頻率資源，增加了信號帶寬，提高信號處理增益，提高中繼衛星系統S頻段相控陣多址鏈路SMA傳輸能力和多目標服務能力。本發明將中繼星上S頻段相控陣天線每個陣元接收的擴頻碼信號(稱為一次擴頻)再進行一次擴頻(二次擴頻)，把N個陣元二重擴頻的信號相加后傳到地面，完成星地多路信號的傳輸，地面再完成二重擴頻解擴和解調處理。其中將一次擴頻頻分關系變成二次擴頻碼分多址的關系節約了頻率資源。二重擴頻處理是在模擬信號上進行的處理，可以對幾十MHz到幾個GHz的寬帶的信號進行處理，因此可以提高信號帶寬。
[0008]可以提高接收端的信號功率。本發明將N路陣元二重解擴之后還原的一次擴頻碼信號，由于還原出來的N路陣元一次擴頻碼信號功率均很小，通過數字波束合成器將N路陣元信號合成為I路，提高信號的功率，最后將其送入到解擴解調設備進行一次擴頻碼信號解擴和解調，還原出各路陣元信號。
[0009]簡單可靠靈活，本發明在發射端的N路陣元產生N路陣元一次擴頻碼信號，經過二次擴頻處理產生二重擴頻碼信號，然后將N路陣元二重擴頻碼信號相加合成I路信號輸出；由晶振產生一路單載波的參考信號，參考信號與N路陣元一次擴頻碼信號同步進行擴頻處理，變成一次擴頻碼信號，與N路陣元合成之后的信號同時輸出；能夠對擴頻碼信號進行處理為二重擴頻碼信號。
[0010]二重擴頻碼信號實現簡捷且消耗資源小。本發明首先在二重擴頻模擬信號上進行的調制，沒有用到大量的AD與DA，其次采用在接收端先通過參考信號的解擴來引導其它N路陣元二重擴頻碼信號分別解擴，先捕獲參考信號的擴頻碼，并對其進行解擴處理，得到參考信號的碼鐘與碼全，然后將得到的碼鐘與碼全I送到其它N路陣元中，用來引導其它N路陣元信號分別進行二重擴頻的解擴處理。這種方法不需要將N路陣元信號分別做捕獲。
[0011]可以提高信號帶寬利用率、碼間干擾小。本發明二次擴頻的擴頻碼速率與一次擴頻的擴頻碼速率不同，二次擴頻的擴頻碼速率比一次擴頻碼速率高，二次擴頻的擴頻碼速率可以從幾MHz到幾十MHz，這樣可以充分利用帶寬內的頻率，且N路陣元擴頻碼之間的碼間干擾很小。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和實例對本專利進一步說明。
[0013]圖1是本發明多路二重擴頻碼信號傳輸處理方法的原理框圖。
[0014]圖2是現有的擴頻碼信號頻分傳輸處理方法的原理框圖。
【具體實施方式】
[0015]參閱圖1。在多路傳輸SMA鏈路二重擴頻碼信號處理中，根據本發明，在中繼星發射端的上行調制器中，將N路陣元產生的N路陣元一次擴頻碼信號分別經過二重擴頻處理設備進行二次擴頻處理產生二重擴頻碼信號，然后通過發射端合路器將N路陣元二重擴頻碼信號相加合成I路信號，同時將晶振產生的一路單載波的參考信號通過二重擴頻設備進行同樣的擴頻處理，二重擴頻設備將上述參考信號同時與N路陣元二重擴頻碼信號進行擴頻處理，產生I路頻分的一次擴頻的參考信號;再將上述保持同步的N路陣元二重擴頻碼信號相加合成為I路信號，然后將該相加合成的I路信號和參考信號同時通過中繼星發射天線發射出去，通過星-地傳輸通路傳輸到地面，完成星地多路信號的傳輸；中繼星地面接收系統通過接收陣列天線接收信號，首先對接收到的參考信號進行解擴，然后利用解擴參考信號分別引導解擴N路陣元二重擴頻碼信號進行解擴，解擴后分別輸出N路陣元一次擴頻碼信號，N路陣元一次擴頻碼信號通過接收端數字波束合成器相加合成為I路信號，將合成之后的I路信號輸出到接收端解擴解調設備的基帶進行一次擴頻碼信解擴解調，還原出各路陣元信號。
[0016]首先，在發射端將一次擴頻碼信號直接進行二次擴頻調制，變成二重擴頻模擬信號，，其次，采用在接收端先通過參考信號的解擴來引導其它N路陣元二重擴頻碼信號分別解擴，先捕獲參考信號的擴頻碼，并對其進行解擴處理，得到參考信號的碼鐘與碼全I，然后將得到的碼鐘與碼全I送到其它N路陣元中，用來引導其它N路陣元的二重擴頻信號分別進行二重擴頻的解擴處理。
[0017]具體包括，(I)二重擴頻是將中繼星上S頻段相控陣天線每個陣元接收的稱為一次擴頻的擴頻碼信號再進行一次擴頻，形成二次擴頻，把各個陣元(假設為N個陣元)二重擴頻的信號相加后傳到地面，完成星-地多路信號的傳輸。但是需要注意的是這N路陣元二重擴頻碼信號必須保持同步；(2)產生I路參考信號，參考信號為頻率不同的單載波。參考信號同時與N路陣元二重擴頻碼信號同時進行擴頻處理，產生I路頻分的一次擴頻的參考信號；(3)二重擴頻的解擴是通過先解擴參考信號，解擴參考信號分別引導解擴其它N路陣元信號，然后分別輸出N路陣元解擴二重擴頻之后的一次擴頻碼信號；(4)通過數字波束合成器將N路陣元擴頻碼信號合成I路信號(碼分復用(CDM)的地址碼來區分各路信號)，合成之后的信號輸出到解擴解調設備進行一次擴頻碼信號解擴和解調，還原出各路陣元信號。
【主權項】
1.一種多路傳輸SMA鏈路二重擴頻碼信號處理的方法，其特征在于包括如下步驟: 在中繼星發射端的上行調制器中，將N路陣元產生的N路陣元一次擴頻碼信號分別經過二重擴頻處理設備進行二次擴頻處理產生二重擴頻碼信號，然后通過發射端合路器將N路陣元二重擴頻碼信號相加合成I路信號，同時將晶振產生的一路單載波的參考信號通過二重擴頻設備進行同樣的擴頻處理，二重擴頻設備將上述參考信號同時與N路陣元二重擴頻碼信號進行擴頻處理，產生I路頻分的一次擴頻的參考信號;再將上述保持同步的N路陣元二重擴頻碼信號相加合成為I路信號，然后將該相加合成的I路信號和參考信號同時通過中繼星發射天線發射出去，通過星-地傳輸通路傳輸到地面，完成星地多路信號的傳輸；中繼星地面接收系統通過接收陣列天線接收信號，首先對接收到的參考信號進行解擴，然后利用解擴參考信號分別引導解擴N路陣元二重擴頻碼信號進行解擴，解擴后分別輸出N路陣元一次擴頻碼信號，N路陣元一次擴頻碼信號通過接收端數字波束合成器相加合成為I路信號，將合成之后的I路信號輸出到接收端解擴解調設備的基帶進行一次擴頻碼信解擴解調，還原出各路陣元信號。2.按權利要求1所述的多路傳輸SMA鏈路二重擴頻碼信號處理的方法，其特征在于，首先，在發射端將一次擴頻碼信號直接進行二次擴頻調制，變成二重擴頻模擬信號，其次，采用在接收端先通過參考信號的解擴來引導其它N路陣元二重擴頻碼信號分別解擴，先捕獲參考信號的擴頻碼，并對其進行解擴處理，得到參考信號的碼鐘與碼全I，然后將得到的碼鐘與碼全I送到其它N路陣元中，用來引導其它N路陣元的二重擴頻信號分別進行二重擴頻的解擴處理。3.按權利要求1所述的多路傳輸SMA鏈路二重擴頻碼信號處理的方法，其特征在于，二重擴頻是將中繼星上S頻段相控陣天線每個陣元接收的稱為一次擴頻的擴頻碼信號再進行一次擴頻，形成二次擴頻，把各個陣元二重擴頻的信號相加后傳到地面，完成星-地多路信號的傳輸。4.按權利要求1所述的多路傳輸SMA鏈路二重擴頻碼信號處理的方法，其特征在于，參考信號同時與N路陣元二重擴頻碼信號同時進行擴頻處理，產生I路頻分的一次擴頻的參考信號。5.按權利要求1所述的多路傳輸SMA鏈路二重擴頻碼信號處理的方法，其特征在于，二重擴頻的解擴是通過先解擴參考信號，解擴參考信號分別引導解擴其它N路陣元信號，然后分別輸出N路陣元解擴二重擴頻之后的一次擴頻碼信號。6.按權利要求1所述的多路傳輸SMA鏈路二重擴頻碼信號處理的方法，其特征在于，數字波束合成器將N路陣元的一次擴頻信號合成I路利用碼分復用CDM的地址碼來區分各路陣元的信號，各路陣元信號通過解擴解調設備進行一次擴頻碼信號解擴和解調后，還原出各路陣元信號。
【文檔編號】H04B1/692GK105915264SQ201610340455
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】徐成節, 楊陽
【申請人】中國電子科技集團公司第十研究所