專利名稱：地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器及無線數(shù)字廣播同步的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信技術(shù)，尤其涉及一種地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器，及無線數(shù)字 廣播同步的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)背景無線數(shù)字廣播技術(shù)是通信技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，可以提 高廣播網(wǎng)的覆蓋質(zhì)量，擴(kuò)大廣播網(wǎng)的覆蓋范圍。在實(shí)際應(yīng)用中，若直接采用地面覆蓋，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本和維護(hù)成本都很 大；若采用直接衛(wèi)星覆蓋，農(nóng)村和偏遠(yuǎn)山區(qū)可以直接接收，在城市中無遮攔 區(qū)域也可以直接接收，但對(duì)于城市中建筑遮擋比較多的地方，其覆蓋效果很 不理想，因此，對(duì)于這些覆蓋質(zhì)量差的區(qū)域，必須采用地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的模式 進(jìn)行覆蓋。如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中采用地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行無線數(shù)字廣播的系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該無線數(shù)字廣播系統(tǒng)包括數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)、衛(wèi)星、以及數(shù)字信 號(hào)接收系統(tǒng)。在數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)中，信源數(shù)據(jù)調(diào)制器將信源編碼器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，再通過Ku波段發(fā)射機(jī)以Ku波段發(fā)射到衛(wèi)星上。衛(wèi)星對(duì)接收 到的Ku波段進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。衛(wèi)星以S波段直接向數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)中的終端解 調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)信源數(shù)據(jù)，同時(shí)，衛(wèi)星還以Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)信源數(shù)據(jù)。以Ku波段轉(zhuǎn)發(fā) 的信源數(shù)據(jù)由增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器的衛(wèi)星天線接收后，再以S波段轉(zhuǎn)發(fā)給終端解調(diào)器。 終端解調(diào)器對(duì)接收到的S波段的信源數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，再由信源解碼器進(jìn)行解 碼，之后發(fā)送給對(duì)應(yīng)的移動(dòng)終端。在上述無線數(shù)字廣播系統(tǒng)中，地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器是呈網(wǎng)狀分布的，各個(gè)地 面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器接收同一衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的Ku波段的信源數(shù)據(jù)，并以S波段轉(zhuǎn)發(fā)給 對(duì)應(yīng)的終端解調(diào)器。對(duì)于終端解調(diào)器來說，其同時(shí)接收衛(wèi)星直接轉(zhuǎn)發(fā)的S波 段的信源數(shù)據(jù)和通過增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)的S波段的信源數(shù)據(jù)。由于衛(wèi)星中存在 晶體的偏移，或者地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器的處理延時(shí)等多種原因，可能導(dǎo)致衛(wèi)星直 接轉(zhuǎn)發(fā)的s波段數(shù)據(jù)與地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)的s波段數(shù)據(jù)在到達(dá)終端解調(diào)器時(shí)存在頻率，碼和時(shí)間的偏差，對(duì)于終端解調(diào)器來說，這些偏差將直接導(dǎo)致 其不能正確的解調(diào)信源數(shù)據(jù)。針對(duì)上述缺陷，現(xiàn)有技術(shù)中在無線數(shù)字廣播系統(tǒng)增加單頻網(wǎng)適配器和GPS (Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))等關(guān)鍵設(shè)備，借助于這些設(shè) 備實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的頻率同步、時(shí)間同步和碼同步。通過利用GPS設(shè)備提供精確的秒脈沖信號(hào)，由數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)利用單 頻網(wǎng)適配器對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)流進(jìn)行巨幀處理，數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)接收到轉(zhuǎn)發(fā)下 來的數(shù)據(jù)流后，進(jìn)行解巨幀處理，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)間同步和碼同步。針對(duì)頻率同步的要求，從GPS設(shè)備得到基準(zhǔn)頻率和秒脈沖信號(hào)，用GPS設(shè)備的基準(zhǔn)頻率來驅(qū)動(dòng)每部地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)所有的級(jí)聯(lián)振蕩器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 載波頻率的同步?？梢钥闯?，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)載波同步、時(shí)間同步和碼同步都依賴于獨(dú)立的 GPS設(shè)備，而在實(shí)際應(yīng)用中， 一旦缺失了GPS設(shè)備的信息，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng) 由于沒有進(jìn)行同步而處于癱瘓狀態(tài)。這時(shí)，即使是有人工干預(yù)也是無濟(jì)于事 的。而且，采用GPS設(shè)備進(jìn)行同步，也導(dǎo)致系統(tǒng)成本的增加，使各地面增補(bǔ) 轉(zhuǎn)發(fā)器之間的組網(wǎng)聯(lián)調(diào)更加復(fù)雜。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器及無線數(shù)字廣播 同步的系統(tǒng)和方法，通過在數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)中疊加用于識(shí)別系統(tǒng)時(shí)間的PN 碼(Pseudo noise Code,偽隨機(jī)噪聲碼)，在數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)中根據(jù)此PN 碼進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的同步。本發(fā)明所述地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器包括上變頻模塊、下變頻模塊、上變頻和功 率放大模塊、以及數(shù)據(jù)通路模塊，還包括同步模塊；所述同步模塊包括PN碼同步和跟蹤模塊，用于根據(jù)接收到的PN碼進(jìn)行碼的同步捕獲及跟蹤；時(shí)間同步跟蹤模塊，用于將本地時(shí)鐘跟蹤到的發(fā)射源時(shí)鐘，將不同的地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)一，得到系統(tǒng)時(shí)間；
同步發(fā)送控制模塊，用于將接收到的數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)。本發(fā)明還提供一種無線數(shù)字廣播同步的系統(tǒng)，包括數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)、 衛(wèi)星、以及數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)；所述數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)向衛(wèi)星發(fā)射包含信源數(shù)據(jù)、系統(tǒng)時(shí)間的數(shù)據(jù)包， 以及與系統(tǒng)時(shí)間對(duì)應(yīng)的PN碼；所述數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的PN碼進(jìn)行系統(tǒng)載波頻率及碼同 步調(diào)整，并根據(jù)解調(diào)得到的系統(tǒng)時(shí)間信息啟動(dòng)接收系統(tǒng)。本發(fā)明還提供一種無線數(shù)字廣播同步的方法，其步驟包括步驟一，數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射包含信源數(shù)據(jù)、系統(tǒng)時(shí)間的數(shù)據(jù)包，以 及與系統(tǒng)時(shí)間對(duì)應(yīng)的PN碼；步驟二，數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)根據(jù)接收到的PN碼進(jìn)行系統(tǒng)載波頻率與碼的同步調(diào)整；步驟三，數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)解調(diào)接收到的數(shù)據(jù)包，并根據(jù)其中的系統(tǒng)時(shí) 間信息啟動(dòng)接收系統(tǒng)。上述步驟二中，數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)載波頻率與碼的同步調(diào)整的方法，包括如下步驟步驟201,對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的載波頻率進(jìn)行同步粗捕獲； 步驟202，對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的碼進(jìn)行同步粗捕獲； 步驟203，對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的載波頻率進(jìn)行二次同步調(diào)整； 步驟204，對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的碼及載波頻率進(jìn)行同步跟蹤。 本發(fā)明中，在數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)中增加發(fā)射反映系統(tǒng)時(shí)間信息的PN碼， 數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)根據(jù)其接收到的PN碼進(jìn)行載波頻率和碼的同步調(diào)整，從 而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的同步。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在不增加接收系統(tǒng)設(shè)備的情況下實(shí)現(xiàn) 了系統(tǒng)的同步，不僅節(jié)省了系統(tǒng)建設(shè)的開支，也提高了系統(tǒng)通信的可靠性和 方便性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中無線數(shù)字廣播的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明中的無線數(shù)字廣播的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖-， 圖3為本發(fā)明的地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明中無線數(shù)字廣播同步的方法流程圖；圖5為本發(fā)明中數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)疊加發(fā)送的數(shù)據(jù)包與PN碼的幅度比 示意圖；圖6為本發(fā)明中數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)進(jìn)行載波頻率與碼的同步調(diào)整的方法 流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明中，通過在發(fā)射系統(tǒng)的上行信道中同時(shí)疊加發(fā)射數(shù)據(jù)包和PN碼， 接收系統(tǒng)根據(jù)PN碼實(shí)現(xiàn)整個(gè)無線數(shù)字廣播系統(tǒng)的時(shí)間同步和碼同步。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖2所示，本發(fā)明所述無線數(shù)字廣播同步的系統(tǒng)包括數(shù)字信號(hào)發(fā)射系 統(tǒng)、衛(wèi)星、以及數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)。 其中，數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)包括信源數(shù)據(jù)調(diào)制器，用于將信源編碼器輸出的編碼信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并將調(diào) 制的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出至Ku波段發(fā)射機(jī)和業(yè)務(wù)/同步激勵(lì)器；信源編碼器，用于對(duì)信源數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，并輸出至信源數(shù)據(jù)調(diào)制器；業(yè)務(wù)/同步激勵(lì)器，用于接收信源數(shù)據(jù)調(diào)制器發(fā)送來的信源數(shù)據(jù)，并將信 源數(shù)據(jù)以及生成的系統(tǒng)時(shí)間打包,與生成的PN碼疊加發(fā)送至Ku波段發(fā)射機(jī);Kii波段發(fā)射機(jī)，用于在上行的業(yè)務(wù)信道發(fā)射接收到業(yè)務(wù)/同步激勵(lì)器打 包的數(shù)據(jù)包和信源數(shù)據(jù)調(diào)制器輸出的信源數(shù)據(jù)，在上行的同步信道發(fā)射接收 到的業(yè)務(wù)/同步激勵(lì)器發(fā)送來的PN碼。所述衛(wèi)星用于向數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)接收到的信源數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)包、以 及PN碼。所述數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)包括地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器，用于接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的信源數(shù)據(jù)、以及PN碼，并根據(jù) 接收到的PN進(jìn)行系統(tǒng)載波與碼的同步調(diào)整，再根據(jù)同步后解調(diào)數(shù)據(jù)包確定 的系統(tǒng)時(shí)間信息發(fā)送信源數(shù)據(jù)信息至終端解調(diào)器；終端解調(diào)器，用于接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的信源數(shù)據(jù)信息，并對(duì)接收到的信源數(shù) 據(jù)信息進(jìn)行解調(diào)輸出；信源解碼器，用于對(duì)終端解調(diào)器輸出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解碼。上述系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)在發(fā)射信源數(shù)據(jù)信息時(shí)，同時(shí)疊加發(fā)射反映系統(tǒng)時(shí)間的PN碼，這樣，數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)就可以根據(jù)該P(yáng)N碼進(jìn)行載 波頻率與碼的同步調(diào)整，在經(jīng)過上述載波頻率與碼的同步調(diào)整后，解調(diào)數(shù)據(jù) 包，從中獲得系統(tǒng)時(shí)間信息，所有的地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器根據(jù)此系統(tǒng)時(shí)間信息向 終端解調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的同步。如圖3所示，本發(fā)明中所述的地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器包括上變頻模塊、下變頻 模塊、上變頻和功率放大模塊、以及數(shù)據(jù)通路模塊，還包括同步模塊。其中，數(shù)據(jù)通路模塊包括數(shù)據(jù)碼和載波頻率跟蹤模塊，數(shù)據(jù)解調(diào)模塊以 及數(shù)據(jù)S波段編碼模塊；所述數(shù)據(jù)碼和載波頻率跟蹤模塊，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的碼同步和跟蹤以及載 波頻率的同步和跟蹤；數(shù)據(jù)解調(diào)模塊用于實(shí)現(xiàn)從載波中提取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行解碼；數(shù)據(jù)S波段編碼模塊用于將解碼后的數(shù)據(jù)按照S波段所要求的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行編碼。例如，按照CDM或者OFDM進(jìn)行編碼。下變頻模塊，用于將接收到的載波頻率變頻中頻，以方便后續(xù)實(shí)現(xiàn)解調(diào)。 上變頻模塊，用于將解調(diào)得到的數(shù)據(jù)變頻到S波段發(fā)送出去。 上變頻和功率放大模塊，用于完成將S波段的編碼上變頻至S波段或要求波段并按照系統(tǒng)要求功率發(fā)射。所述同步模塊由PN碼同步和跟蹤模塊、時(shí)間同步跟蹤模塊、同步發(fā)送控制模塊組成，其中，PN碼同步和跟蹤模塊，用于根據(jù)接收到的PN碼進(jìn)行碼的同步捕獲及跟蹤；時(shí)間同步跟蹤模塊，用于將本地時(shí)鐘跟蹤到的發(fā)射源時(shí)鐘，將不同的地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)一，得到系統(tǒng)時(shí)間；同步發(fā)送控制模塊，用于將接收到的數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)。 本發(fā)明還提供一種無線數(shù)字廣播同步的方法，如圖4所示，包括如下步驟步驟101，數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射包含信源數(shù)據(jù)、系統(tǒng)時(shí)間的數(shù)據(jù)包， 以及與系統(tǒng)時(shí)間對(duì)應(yīng)的PN碼。
本發(fā)明中，數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)將上行信道分為業(yè)務(wù)信道和同步信道，在 業(yè)務(wù)信道中發(fā)射包含信源數(shù)據(jù)、系統(tǒng)時(shí)間的數(shù)據(jù)包，在同步信道中發(fā)射與系統(tǒng)時(shí)間對(duì)應(yīng)的PN碼。所述系統(tǒng)時(shí)間可以通過PN碼的周期來表示，即系統(tǒng)時(shí)間可以對(duì)應(yīng)于PN 碼周期的整數(shù)倍。例如，當(dāng)采用12位的PN碼時(shí)，該P(yáng)N碼的周期為212-1， 即4095個(gè)碼片時(shí)間，那么，系統(tǒng)時(shí)間可以等于該P(yáng)N碼周期，即4095個(gè)碼 片的時(shí)間。本步驟中，數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)在發(fā)射數(shù)據(jù)包及對(duì)應(yīng)的PN碼時(shí)，將數(shù)據(jù) 包與PN碼按設(shè)定的幅度比同時(shí)疊加發(fā)射，其幅度比可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況設(shè)定。 例如，圖5中所示，數(shù)據(jù)包的幅度為l, PN碼的幅度也為1，那么，數(shù)字信 號(hào)發(fā)射系統(tǒng)在疊加發(fā)射數(shù)據(jù)包及PN碼時(shí)，可取PN碼幅度的0.1倍與數(shù)據(jù)包 疊加發(fā)射。步驟102，數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)根據(jù)接收到的PN碼進(jìn)行系統(tǒng)載波頻率與碼 的同步調(diào)整。數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)將數(shù)據(jù)包與PN碼按設(shè)定的幅度比疊加后發(fā)射到衛(wèi)星 上，衛(wèi)星將接收到數(shù)據(jù)包與PN碼轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)。 本步驟102中，可具體包括如下步驟步驟201，對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的載波頻率進(jìn)行同步粗捕獲。本步驟中，根據(jù)設(shè)定頻率范圍內(nèi)PN碼進(jìn)行全相關(guān)運(yùn)算得到的相關(guān)峰最 大值所對(duì)應(yīng)的頻率，進(jìn)行載波頻率的同步粗捕獲。具體為，在設(shè)定的頻率范圍對(duì)接收系統(tǒng)進(jìn)行掃頻，即在不同的頻率下， 接收系統(tǒng)利用與發(fā)射系統(tǒng)的PN碼對(duì)應(yīng)的PN碼副本與PN碼進(jìn)行全相關(guān)運(yùn)算， 得到相關(guān)峰。例如，采用-4()0KHz 400KHz的頻率范圍對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行掃頻。此 處的PN碼副本與發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的PN碼的生成公式相同，這也就保證了接收 系統(tǒng)進(jìn)行全相關(guān)運(yùn)算的PN碼與發(fā)射端的PN碼相同。由于載波頻率的不同步，PN碼在I和Q通道上都有分量，為了得到精確 的相關(guān)峰，可以采用兩個(gè)通道相關(guān)峰平方和相加的形式，用公式表示為 尸 々/一2+G一2 ，式中，Peskf為當(dāng)前的相關(guān)峰值，Ipeak為當(dāng)前I通道的相關(guān)峰值，Q-為
當(dāng)前Q通道的相關(guān)峰值。在某一頻率/下的相關(guān)峰為I和Q兩路全相關(guān)平方 和的最大值Pe"、。由于發(fā)射系統(tǒng)的載波頻率和接收系統(tǒng)的載波頻率存在偏差，在不同的偏 差下，得到的相關(guān)峰在幅度值上存在差異，通過調(diào)整本地載波頻率或在基帶 數(shù)據(jù)上進(jìn)行預(yù)置頻率，使得相關(guān)峰的幅度值達(dá)到最大范圍內(nèi)。這個(gè)預(yù)置頻率 或接收系統(tǒng)載波的調(diào)整頻率即為發(fā)射系統(tǒng)載波頻率與接收系統(tǒng)載波頻率的大 致偏差A(yù)&。根據(jù)上述得到的大致偏差A(yù)A即可使接收系統(tǒng)的載波頻率與發(fā)射 系統(tǒng)的載波頻率實(shí)現(xiàn)基本同步，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)接收系統(tǒng)載波頻率的同步粗捕獲。 步驟202，對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的碼進(jìn)行同步粗捕獲。 在整個(gè)系統(tǒng)中，碼和載波頻率一般采用兩套晶體來進(jìn)行，因此，在采用 PN碼的相關(guān)峰進(jìn)行晶體時(shí)鐘捕獲時(shí)，不但會(huì)受到載波不同步的影響，同時(shí)也 會(huì)受到PN碼不同步的影響。PN碼的不同步往往會(huì)導(dǎo)致相關(guān)峰的峰值不高， 并在非相關(guān)峰的位置上產(chǎn)生抖動(dòng)，出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的跟蹤和時(shí)間系統(tǒng)同步，就必須先調(diào)整通信系統(tǒng)的碼同步。本步驟中，根據(jù)對(duì)接收到的PN碼進(jìn)行全相關(guān)計(jì)算進(jìn)行PN碼的同步粗捕獲。具體為對(duì)接收到的PN碼進(jìn)行全相關(guān)計(jì)算，當(dāng)PN碼完全同步時(shí)，連續(xù) 兩次出現(xiàn)相關(guān)峰的時(shí)間距離即為PN碼的理論周期，也即完成了PN碼的同步 粗捕獲。當(dāng)接收端的接收速度比較慢時(shí)，其連續(xù)相關(guān)峰的距離會(huì)大于PN碼 的一個(gè)理論周期；反之，當(dāng)接收端的接收速度比較快時(shí)，其連續(xù)相關(guān)峰的距 離會(huì)小于PN碼的一個(gè)理論周期。在進(jìn)行全相關(guān)計(jì)算時(shí)采用逐點(diǎn)計(jì)算的方法，即在每個(gè)PN碼的周期內(nèi)都 計(jì)算一點(diǎn)，這樣，完成整個(gè)計(jì)算過程要進(jìn)行PN碼的整個(gè)周期次的PN碼周期。 同時(shí)，考慮的系統(tǒng)不同步的情況下，相關(guān)峰的位置會(huì)發(fā)生前后移動(dòng)，因此， 在進(jìn)行全相關(guān)計(jì)算時(shí)，可以每次計(jì)算4個(gè)PN碼的周期次周期。以采用12位 的PN碼為例，就需計(jì)算4X4095X4095個(gè)碼元時(shí)間。根據(jù)本地PN碼相關(guān)峰的距離與PN碼理論周期的差值，可以反映出本地 PN碼與發(fā)射系統(tǒng)PN碼的頻率差。例如，采用12位的PN碼時(shí)，計(jì)算得到本 地PN碼相關(guān)峰的距離為4050個(gè)碼元時(shí)間，則可以根據(jù)公式
△f= (4095-4050) / (4095X4095)可以計(jì)算出本地PN碼與發(fā)射系統(tǒng)PN碼的頻率偏差，將此計(jì)算得到的頻 率偏差寫入本地PN碼生成頻率中，使得本地PN碼的頻率與發(fā)射系統(tǒng)PN碼 頻率更加接近。上述計(jì)算本地碼的相關(guān)峰過程中，采用兩個(gè)通道相關(guān)峰平方和相加的形 式，用公式表示為= ，式中，Pesk為當(dāng)前的相關(guān)峰值，Ipeak為當(dāng)前I通道的相關(guān)峰值，Q一為 當(dāng)前Q通道的相關(guān)峰值。在上述確定的PN碼頻率基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行PN碼的全相關(guān)計(jì)算，可以繼續(xù) 確定本地PN碼的相關(guān)峰的距離，即確定本地PN碼的生成頻率。例如，再次 確定的本地PN碼的相關(guān)峰的距離為4070個(gè)碼元時(shí)間，那么，根據(jù)公式-△f= (4095-4070) / (4095X4095)可以確定本地PN碼頻率與發(fā)射系統(tǒng)PN碼頻率的更小的頻率偏差范圍， 并可以根據(jù)此次計(jì)算得到的頻率偏差調(diào)整本地PN碼的頻率。按上述方法對(duì)本地PN碼進(jìn)行多次調(diào)整，可以使本地PN碼相關(guān)峰的周期 接近于PN碼的理論周期，從而完成PN碼的同步粗捕獲。步驟203，對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的載波頻率進(jìn)行二次同步調(diào)整。本步驟中，根據(jù)設(shè)定頻率范圍內(nèi)PN碼進(jìn)行全相關(guān)運(yùn)算得到的相關(guān)峰最 大值所對(duì)應(yīng)的頻率，進(jìn)行載波頻率的二次同步調(diào)整。由于PN碼的相關(guān)峰同時(shí)受到碼同步和載波同步的雙重影響，因此，系 統(tǒng)在進(jìn)行上述的碼同步粗捕獲以后，還需對(duì)載波頻率進(jìn)行二次同步，以保證 載波頻差小于PN碼的1/4周期。接收系統(tǒng)進(jìn)行載波頻率二次同步是在上述碼同步粗捕獲和載波頻率粗捕 獲基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其主要目的是得到較為精確的頻率差值，減少噪聲的影響。接收系統(tǒng)在進(jìn)行載波頻率二次同步時(shí)，在小于載波頻率粗捕獲時(shí)的頻率 偏差范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻。例如，在頻率偏差為土lOKHz的范圍進(jìn)行掃頻。接收系統(tǒng)在上述頻率偏差范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻，以實(shí)現(xiàn)對(duì)載波頻率的二次同 步的過程與前述對(duì)載波頻率進(jìn)行同步粗捕獲的方法相同，在此不再贅敘。
經(jīng)過對(duì)載波頻率的二次同步，可以獲得更為精確的頻差A(yù)f2，通過此頻差 △ f2可計(jì)算出接收系統(tǒng)的載波頻率，從而實(shí)現(xiàn)了接收系統(tǒng)載波頻率的二次同 歩調(diào)整。步驟204，對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的碼及載波頻率進(jìn)行同步跟蹤。經(jīng)過上述各步驟中對(duì)載波頻率及碼的同步調(diào)整后，接收系統(tǒng)中載波頻率 及碼與發(fā)射系統(tǒng)的載波頻率及碼基本同步，但是，由于接收系統(tǒng)存在晶體的漂移，接收系統(tǒng)中得到的PN碼相關(guān)峰的周期與PN碼的理論周期還存在著一 定的差異，因此，必須進(jìn)行碼同步跟蹤和載波同步跟蹤，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。根據(jù)相關(guān)峰的位置差時(shí)時(shí)調(diào)整接收系統(tǒng)晶體的相位，并根據(jù)多次調(diào)整相 位的累積值，來計(jì)算接收系統(tǒng)晶體碼同步的頻率誤差，并調(diào)整使得最終相關(guān) 峰的周期和PN的理論周期時(shí)時(shí)保持一致，從而實(shí)現(xiàn)碼的同步跟蹤。例如，以采用4個(gè)碼元周期為例，根據(jù)全相關(guān)找到相關(guān)峰的位置，調(diào)整 本地PN碼副本的相位，使得相關(guān)峰出現(xiàn)在所計(jì)算4個(gè)碼元的中間位置。在 此種模式下，相關(guān)計(jì)算只是并行的計(jì)算4個(gè)連續(xù)相位，即計(jì)算4個(gè)碼元的相 關(guān)峰。由于相關(guān)峰是周期性出現(xiàn)的，每當(dāng)本地碼元完成一個(gè)PN碼周期以后， 在4個(gè)碼元內(nèi)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)相關(guān)峰，由于時(shí)鐘的漂移，相關(guān)峰的位置可能會(huì)出 現(xiàn)一些偏差，向前或向后移動(dòng)時(shí)間Ar。根據(jù)時(shí)間Ar與系統(tǒng)相位延遲的關(guān)系，相位偏差A(yù)》用公式表示為 Ap =——x2;rr根據(jù)上式可以得到系統(tǒng)的碼生成晶體的相位偏差，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)誤差的影響，系統(tǒng)將相位偏差的1/4反饋給碼生成晶體的相位補(bǔ)償 環(huán)，同時(shí)累積相位誤差值，直到相位累積值達(dá)到某一個(gè)比較大的值時(shí)，將其 轉(zhuǎn)化為頻率誤差，并將其值反饋給碼生成晶體的頻率補(bǔ)償環(huán)，這樣實(shí)現(xiàn)了系 統(tǒng)碼的同步跟蹤。在進(jìn)行碼的同步跟蹤后，為保證系統(tǒng)解調(diào)還需要做系統(tǒng)的載波同步跟蹤。 載波頻率比碼的頻率高很多，故對(duì)載波相位同步相對(duì)比碼同步困難，但方法與上述碼的同步跟蹤類似，也可采用科斯塔鎖相環(huán)等其他鎖相跟蹤方式。下面介紹的是我們所進(jìn)行的載波頻率跟蹤方法。
在上述碼的同步跟蹤過程中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相關(guān)峰的跟蹤，即PN碼的相關(guān)峰始終在計(jì)算的4個(gè)碼元的PN碼之內(nèi)。載波不同步所導(dǎo)致的直接結(jié)果是相關(guān)峰的轉(zhuǎn)動(dòng)，其相位角為 4>=atan2(Ipeak， Qpeak)，其中，Ipeak和Qpeak分別為I支路和Q支路相關(guān)峰的峰值，atan2表示反正切運(yùn)算，$為(Qpeak/Qpeak)的反正切值，其值域?yàn)?-7t，兀)，若d)的結(jié)果為正，則表示從I軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度，若小的結(jié)果為負(fù)，則表示從I軸順時(shí) 針旋轉(zhuǎn)的角度。因此，若要實(shí)現(xiàn)載波同步跟蹤，并且相位穩(wěn)定，就需要相位角4)為一確 定的常值4>0。載波相位角的差值A(chǔ)4-4)-4)。，將A4)/4反饋給載波的相位環(huán)，然后根 據(jù)公式計(jì)算載波相位角差值之和4>sum。再根據(jù)公式T=nXTpn,計(jì)算n個(gè)相關(guān)峰的時(shí)間周期之和T，式中，n為相關(guān)峰次數(shù)，Tp。為PN碼周期。當(dāng)小sum大于一確定的常值時(shí)，將平均相位角速度差值A(chǔ) " -》sum/T作 為載波頻率偏差反饋量寫入載波頻率跟蹤環(huán)。經(jīng)過對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的碼及載波頻率的同步跟蹤后，接收系統(tǒng)就可 以正確接收及解調(diào)其接收到的信源數(shù)據(jù)。步驟103，數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)解調(diào)接收到的數(shù)據(jù)包，并根據(jù)其中的系統(tǒng) 時(shí)間信息啟動(dòng)接收系統(tǒng)。在經(jīng)過步驟102的載波同步和碼同步調(diào)整后，數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)可以接 收到衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)下來的數(shù)據(jù)包，并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)數(shù)據(jù)包可得到系統(tǒng)時(shí)間信息，數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)中的地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā) 器根據(jù)上述系統(tǒng)時(shí)間信息設(shè)定編碼數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)刻，并將編碼數(shù)據(jù)按照設(shè)定 的發(fā)送時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的同步。
盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方 式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng) 域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范 圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖 例。
權(quán)利要求
1.一種地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器，包括上變頻模塊、下變頻模塊、上變頻和功率放大模塊、以及數(shù)據(jù)通路模塊，其特征在于，還包括同步模塊；所述同步模塊包括PN碼同步和跟蹤模塊，用于根據(jù)接收到的PN碼進(jìn)行碼的同步捕獲及跟蹤；時(shí)間同步跟蹤模塊，用于將本地時(shí)鐘跟蹤到的發(fā)射源時(shí)鐘，將不同的地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)一，得到系統(tǒng)時(shí)間；同步發(fā)送控制模塊，用于將接收到的數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)。
2. —種無線數(shù)字廣播同步的系統(tǒng)，包括數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)、衛(wèi)星、數(shù)字 信號(hào)接收系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)向衛(wèi)星發(fā)射包含信源數(shù)據(jù)、系統(tǒng)時(shí)間的數(shù)據(jù)包， 以及與系統(tǒng)時(shí)間對(duì)應(yīng)的PN碼；所述數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的PN碼進(jìn)行系統(tǒng)載波頻率及碼同 步調(diào)整，并根據(jù)解調(diào)得到的系統(tǒng)時(shí)間信息啟動(dòng)接收系統(tǒng)。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)置有業(yè)務(wù)/同步激勵(lì)器，用于接收信源數(shù)據(jù)調(diào)制器發(fā)送來的信源數(shù)據(jù)，并將信 源數(shù)據(jù)以及生成的系統(tǒng)時(shí)間打包,與生成的PN碼疊加發(fā)送至Ku波段發(fā)射機(jī)。
4. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)中， 地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的信源數(shù)據(jù)、以及PN碼，并根據(jù)接收到的PN 進(jìn)行系統(tǒng)載波與碼的同步調(diào)整，再根據(jù)同步后解調(diào)數(shù)據(jù)包確定的系統(tǒng)時(shí)間信息^:送信源數(shù)據(jù)信息至終端解調(diào)器。
5. —種無線數(shù)字廣播同步的方法，其特征在于，步驟包括步驟一，數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射包含信源數(shù)據(jù)、系統(tǒng)時(shí)間的數(shù)據(jù)包，以 及與系統(tǒng)時(shí)間對(duì)應(yīng)的PN碼；步驟二，數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)根據(jù)接收到的PN碼進(jìn)行系統(tǒng)載波頻率與碼 的同步調(diào)整； 步驟三，數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)解調(diào)接收到的數(shù)據(jù)包，并根據(jù)其中的系統(tǒng)時(shí) 間信息啟動(dòng)接收系統(tǒng)。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟一中，系統(tǒng)時(shí)間對(duì) 應(yīng)于PN碼周期的整數(shù)倍。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟一中，數(shù)字信號(hào)發(fā) 射系統(tǒng)將數(shù)據(jù)包與PN碼按設(shè)定的幅度比疊加發(fā)射。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟二中進(jìn)行同步調(diào)整 的方法，包括如下步驟步驟201，對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的載波頻率進(jìn)行同步粗捕獲； 步驟202，對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的碼進(jìn)行同步粗捕獲；步驟203，對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的載波頻率進(jìn)行二次同步調(diào)整；步驟204，對(duì)數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)的碼及載波頻率進(jìn)行同步跟蹤。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟201中，根據(jù)設(shè)定 頻率范圍內(nèi)PN碼進(jìn)行全相關(guān)運(yùn)算得到的相關(guān)峰最大值所對(duì)應(yīng)的頻率，進(jìn)行 載波頻率的同步粗捕獲。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟202中，根據(jù)對(duì) 接收到的PN碼進(jìn)行全相關(guān)計(jì)算進(jìn)行PN碼的同步粗捕獲。
11. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟203中，根據(jù)設(shè) 定頻率范圍內(nèi)PN碼進(jìn)行全相關(guān)運(yùn)算得到的相關(guān)峰最大值所對(duì)應(yīng)的頻率，進(jìn) 行載波頻率的二次同步調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器及無線數(shù)字廣播同步的系統(tǒng)和方法。所述地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器中增加設(shè)置了用于根據(jù)接收到的PN碼進(jìn)行載波頻率和碼同步調(diào)整的同步模塊。所述方法包括如下步驟數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射包含信源數(shù)據(jù)、系統(tǒng)時(shí)間的數(shù)據(jù)包，以及與系統(tǒng)時(shí)間對(duì)應(yīng)的PN碼；數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)根據(jù)接收到的PN碼進(jìn)行系統(tǒng)載波頻率與碼的同步調(diào)整；數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)解調(diào)接收到的數(shù)據(jù)包，并根據(jù)其中的系統(tǒng)時(shí)間信息啟動(dòng)接收系統(tǒng)。本發(fā)明中，通過在數(shù)字信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)中增加發(fā)射反映系統(tǒng)時(shí)間信息的PN碼，數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)根據(jù)其接收到的PN碼進(jìn)行載波頻率和碼的同步調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的同步。
文檔編號(hào)H04B7/26GK101127555SQ200610109699
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2006年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日
發(fā)明者梁小芃, 波 海, 趙壁如, 飛 邢 申請(qǐng)人:北京華信泰機(jī)電設(shè)備有限公司