一种适用于低轨卫星物联网的基于FPGA的变长度MF-TDMA突发信号检测方法、系统、设备及介质技术方案

一种适用于低轨卫星物联网的基于FPGA的变长度MF

【技术实现步骤摘要】
一种适用于低轨卫星物联网的基于FPGA的变长度MF
‑
TDMA突发信号检测方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于卫星通信
，具体涉及一种适用于低轨卫星物联网的基于FPGA的变长度MF
‑
TDMA突发信号检测方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]基于MF
‑
TDMA卫星通信体制下，对于接收机解调，如何准确地确定每个突发时隙的起始位置至关重要。目前，非协作式通信系统中普遍采用帧同步技术，来实现精准定位突发帧的到来与结束时刻，以及获取同步码字中所含有的帧信息等功能。在单载波通信系统中，帧同步技术一般可以划分为无数据辅助和有数据辅助两大类。其中，基于无数据辅助的帧同步算法又被称为能量检测算法，主要应用于完全未知信号的盲解调，以及频谱感知等技术。虽然能量检测算法具有实现简单、应用范围广、抗频偏能力强等优势，但是仍存在着一些不可忽视的缺陷，如：不适用于低信噪比条件、无法准确获得突发帧位置、判决门限严重依赖噪声功率估计算法等。因此在通信体制确定的前提下，实际系统中通常采样基于数据辅助的帧同步算法，以获得更好的同步性能。目前最普遍使用的方法为相关法，即在解调器端使用已知的同步码字和接收到的信号进行求相关值运算，当输入信号与本地同步码字的互相关值超过某一门限即判定为同步信号成功。
[0003]申请号为CN202211194421.3的专利申请，公开了一种突发信号差分捕获方法、系统及卫星网络通信MF
‑
TDMA接收机，包括定义QPSK调制的符号函数，将符号函数作用于接收到的随机突发信号得到特征符号a；将符号函数作用于本地已知序列信号得到特征符号b；将特征符号a和特征符号b做差分相关运算，得到相关信号c；对特征符号a采用滑动窗口依次滑动取样，将每次滑动后的特征符号a与特征符号b做差分相关运算，然后通过相关信号c得到相应的差分相关值；将一个窗口内得到的差分相关值进行累加，并判断差分相关的累加值是否达到设计门限值，若是，则捕获过程结束；否则，继续滑动取样计算。但是该方法仅适用于单一类型突发信号检测，针对变长度MF
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TDMA突发信号体制时，若接收信号符号率未知、同步码字多样化、调制方式多样化，该方法则无法正确检测到每一种突发信号。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种适用于低轨卫星物联网的基于FPGA的变长度MF
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TDMA突发信号检测方法、系统、设备及介质，通过对多路低速信号进行重叠保留缓存处理，得到单路高速信号，能够解决多路并行低速信号处理的难点；针对单路低速信号符号率未知、调制方式未知且多样化、带宽未知的难点，通过利用多模式帧同步模块对输入信号可能存在的类型同时进行判断，最终得到突发信号以及突发信号相关的帧长、帧类型、UW字类型、通道号和符号率信息，具有低误检率和低漏检率的特点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0006]一种适用于低轨卫星物联网的基于FPGA的变长度MF
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TDMA突发信号检测方法，包
括以下步骤：
[0007]S0：对接收的采样信号进行信道化处理，输出l路低速突发信号，每一路信号带宽限制在m KHz之内，每一路信号包含多帧突发长度不同、符号率不同的多种类型的突发信号；
[0008]S1：将步骤S0得到的l路低速突发信号送入重叠保留模块进行缓存，在不同时隙内分别输出每个缓存模块数据，得到带宽为m KHz的单路高速信号，m≤200；
[0009]S2：对步骤S1得到的带宽为m KHz的单路高速信号进行数字信号处理，包括插值、滤波和上下变频模块，得到三组不同符号率的基带信号；
[0010]S3：对步骤S2得到的三组不同符号率的基带信号进行匹配滤波，得到三组匹配滤波后的信号；
[0011]S4：对步骤S3得到的三组匹配滤波后的信号分别进行多模式帧同步处理，得到最终的输出信号以及信号相关的帧长、帧类型、UW字类型、通道号和符号率信息。
[0012]所述步骤S1的具体方法为：
[0013]S11：将l路低速突发信号输入重叠保留模块，并按照输入数据的通道号分别进行缓存，每一路信号用一个BRAM缓存；
[0014]S12：基于低轨卫星物联网的变长度MF
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TDMA突发信号，包含两种突发长度t ms和4t ms，重叠保留模块输入端每次缓存长度为2tms的采样信号；
[0015]S13：重叠保留模块输出端划分时隙，将2tms均匀拆分为l个时隙，第i(i＝1,2
…
l)个时隙内输出第i个缓存模块缓存的信号，且信号长度为6tms，信号长度为最长突发帧长度的1.5倍，重叠保留模块输出带宽为m KHz的单路高速信号。
[0016]所述步骤S2的具体方法为：
[0017]S21：对步骤S13中得到的带宽为m KHz的单路高速信号进行一级滤波，得到中心频点为0KHz，符号率为n
1 Ksps的第一组高速信号x0；
[0018]S22：对步骤S21得到的第一组高速信号x0进行4/9倍插值、滤波和上下变频处理，得到中心频点为
±
m/4KHz，符号率为n
2 Ksps的两组中速信号，并整合成一路n2Ksps的中速信号x1，其中n1:n2＝9:4，选择Sinc插值算法实现插值，其公式可以表示为：
[0019][0020]式中，x(n)为离散无限长输入信号，d为输入输出速率比，实际使用的内插器输入输出速率比为固定9:4，因此上式可被简化为：
[0021][0022]其中，n∈[0,8]，k∈[0,3]；
[0023]S23：对步骤S22中得到的中速信号x1进行滤波和上下变频处理，得到中心频点为
±
m/8KHz、
±
3m/4KHz，符号率为n
3 Ksps的四组低速信号，其中n1:n2：n3＝9:4:2，并整合成一路符号率为n
3 Ksps的低速信号x2。
[0024]所述步骤S3的具体方法为：对步骤S2中得到的三组不同符号率的基带信号x0、x1和x2进行匹配滤波处理，得到三组匹配滤波后的信号y0、y1和y2。
[0025]所述步骤S4的具体方法为：
[0026]S41：对步骤S3得到的三组匹配滤波后的信号y0、y1和y2分别进行多模式帧同步处理；
[0027]S42：基于差分相关的帧同步算法，对三组信号y0、y1和y2进行帧同步处理，差分相关函数可以表示为：
[0028][0029]其中
[0030]d(k)＝y(k)y
*
(k
‑
1)
[0031]c
d
(k)＝c(k)c
*
(k
‑
1)
[0032]其中，c为卫星通信系统中每种帧类型信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于低轨卫星物联网的基于FPGA的变长度MF
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TDMA突发信号检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S0：对接收的采样信号进行信道化处理，输出l路低速突发信号，每一路信号带宽限制在mKHz之内，每一路信号包含多帧突发长度不同、符号率不同的多种类型的突发信号；S1：将步骤S0得到的l路低速突发信号送入重叠保留模块进行缓存，在不同时隙内分别输出每个缓存模块数据，得到带宽为mKHz的单路高速信号，m≤200；S2：对步骤S1得到的带宽为mKHz的单路高速信号进行数字信号处理，包括插值、滤波和上下变频模块，得到三组不同符号率的基带信号；S3：对步骤S2得到的三组不同符号率的基带信号进行匹配滤波，得到三组匹配滤波后的信号；S4：对步骤S3得到的三组匹配滤波后的信号分别进行多模式帧同步处理，得到最终的输出信号以及信号相关的帧长、帧类型、UW字类型、通道号和符号率信息。2.根据权利要求1所述的一种适用于低轨卫星物联网的基于FPGA的变长度MF
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TDMA突发信号检测方法，其特征在于：所述步骤S1的具体方法为：S11：将l路低速突发信号输入重叠保留模块，并按照输入数据的通道号分别进行缓存，每一路信号用一个BRAM缓存；S12：基于低轨卫星物联网的变长度MF
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TDMA突发信号，包含两种突发长度tms和4tms，重叠保留模块输入端每次缓存长度为2tms的采样信号；S13：重叠保留模块输出端划分时隙，将2tms均匀拆分为l个时隙，第i(i＝1,2
…
l)个时隙内输出第i个缓存模块缓存的信号，且信号长度为6tms，信号长度为最长突发帧长度的1.5倍，重叠保留模块输出带宽为mKHz的单路高速信号。3.根据权利要求1所述的一种适用于低轨卫星物联网的基于FPGA的变长度MF
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TDMA突发信号检测方法，其特征在于：所述步骤S2的具体方法为：S21：对步骤S13中得到的带宽为mKHz的单路高速信号进行一级滤波，得到中心频点为0KHz，符号率为n1Ksps的第一组高速信号x0；S22：对步骤S21得到的第一组高速信号x0进行4/9倍插值、滤波和上下变频处理，得到中心频点为
±
m/4KHz，符号率为n2Ksps的两组中速信号，并整合成一路n2Ksps的中速信号x1，其中n1:n2＝9:4，选择Sinc插值算法实现插值，其公式可以表示为：式中，x(n)为离散无限长输入信号，d为输入输出速率比，实际使用的内插器输入输出速率比为固定9:4，因此上式可被简化为：其中，n∈[0,8]，k∈[0,3]；S23：对步骤S22中得到的中速信号x1进行滤波和上下变频处理，得到中心频点为
±
m/8KHz、
±
3m/4KHz，符号率为n3Ksps的四组低速信号，其中n1:n2：n3＝9:4:2，并整合成一路符
号率为n3Ksps的低速信号x2。4.根据权利要求1所述的一种适用于低轨卫星物联网的基于FPGA的变长度MF
‑
TDMA突发信号检测方法，其特征在于：所述步骤S3的具体方法为：对步骤S2中得到的三组不同符号率的基带信号x0、x1和x2进行匹配滤波处理，得到三组匹配滤波后的信号y0、y1和y2。5.根据权利要求1所述的一种适用于低轨卫星物联网的基于FPGA的变长度MF
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TD...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫丰奎，毛碧海，李果，冯靖寒，许鹏飞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：