本申請(qǐng)涉及衛(wèi)星導(dǎo)航，特別是涉及一種面向空天地一體化的6g通導(dǎo)信號(hào)融合方法、裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、全球的移動(dòng)通信手機(jī)用戶(hù)獲得的服務(wù)主要來(lái)自于地面通信網(wǎng)絡(luò)，但其僅覆蓋了地球表面約6％的地區(qū)，為實(shí)現(xiàn)“任何人，任何時(shí)間，任何地點(diǎn)”都可以通信的目標(biāo)，手機(jī)直連衛(wèi)星成為了面向普通大眾的天地一體融合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用熱點(diǎn)。同時(shí)，低軌衛(wèi)星因落地電平高和時(shí)延小的優(yōu)點(diǎn)，可提供更高精度的定位服務(wù)，是北斗等中高軌導(dǎo)航衛(wèi)星的重要補(bǔ)充，通信和導(dǎo)航系統(tǒng)都在朝著低軌衛(wèi)星的方向發(fā)展。但傳統(tǒng)天基信息系統(tǒng)中通信、導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)孤立、信息分離，難以滿(mǎn)足大眾化、高時(shí)效、一體化的衛(wèi)星應(yīng)用服務(wù)需求，存在如下嚴(yán)峻問(wèn)題：

2、1)重復(fù)建設(shè)耗資巨大：全球多國(guó)正推進(jìn)大規(guī)模低軌衛(wèi)星星座建設(shè)，有些國(guó)家計(jì)劃的萬(wàn)顆衛(wèi)星預(yù)計(jì)耗資幾十億人民幣。若該星座僅限于通信，而另建導(dǎo)航星座，將導(dǎo)致資源浪費(fèi)和不必要的高額開(kāi)支。

3、2)頻譜資源日趨緊張：隨著衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)量激增，通信與導(dǎo)航的頻譜資源變得尤為緊張。低軌衛(wèi)星系統(tǒng)服務(wù)全球，頻段共用易引發(fā)干擾。而專(zhuān)用頻段非常稀缺，若通信與導(dǎo)航系統(tǒng)各自占用，將進(jìn)一步加劇頻譜短缺。

4、3)分離發(fā)展性能落后：通信與導(dǎo)航衛(wèi)星信息分離、服務(wù)滯后，目前僅靠終端進(jìn)行“轉(zhuǎn)發(fā)融合”，難以滿(mǎn)足未來(lái)6g的“一網(wǎng)多能”、“一體服務(wù)”等需求。

5、隨著6g技術(shù)的探索，移動(dòng)通信與導(dǎo)航定位已形成了雙向互動(dòng)的趨勢(shì)，因此移動(dòng)通信和衛(wèi)星導(dǎo)航的一體化設(shè)計(jì)是大勢(shì)所趨，基于低軌衛(wèi)星的通信導(dǎo)航一體化系統(tǒng)已經(jīng)成為6g空天地一體化技術(shù)的重要發(fā)展方向，開(kāi)展相關(guān)技術(shù)研究，設(shè)計(jì)與之適應(yīng)的通導(dǎo)融合信號(hào)是十分必要的。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于6g低軌衛(wèi)星通導(dǎo)一體化系統(tǒng)的研究和建設(shè)都取得了一定的成效，但世界上主要的leo系統(tǒng)對(duì)通信和導(dǎo)航功能各有側(cè)重，如現(xiàn)有的starlink系統(tǒng)，第二代銥星(iridium-next)系統(tǒng)，北斗短報(bào)文系統(tǒng)等，都不能很好地將兩個(gè)系統(tǒng)深度耦合以達(dá)到新一代6g通信應(yīng)用場(chǎng)景的要求。

6、不同于中高軌衛(wèi)星和地面通信，低軌衛(wèi)星過(guò)境速度極快，傳統(tǒng)的ofdm調(diào)制會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的子載波間干擾，性能急劇惡化，在低軌通信系統(tǒng)疊加導(dǎo)航定位功能，需要解決以下幾個(gè)系統(tǒng)難點(diǎn)：

7、1)低軌衛(wèi)星星座規(guī)模大，多星捕獲復(fù)雜度高?！皊tarlink”計(jì)劃，擬發(fā)射多達(dá)4萬(wàn)顆衛(wèi)星，若采用傳統(tǒng)cdma算法將導(dǎo)致信號(hào)捕獲時(shí)間可能延長(zhǎng)至30分鐘甚至更久，無(wú)法滿(mǎn)足6g對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。

8、2)低軌衛(wèi)星信道動(dòng)態(tài)性高，精確跟蹤難度大。準(zhǔn)確估計(jì)多普勒頻率對(duì)于后續(xù)的定位和通信至關(guān)重要。然而，低軌衛(wèi)星的高動(dòng)態(tài)效應(yīng)對(duì)信號(hào)處理提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的鎖頻環(huán)技術(shù)應(yīng)對(duì)這種高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景時(shí)失鎖的風(fēng)險(xiǎn)高達(dá)49.7％。

9、3)通導(dǎo)信號(hào)的需求差異明顯，實(shí)時(shí)定位精度差。在低軌通信系統(tǒng)中，若沿用中高軌衛(wèi)星的四星定位法，雖精度高，但需四重覆蓋，與通信系統(tǒng)的單重覆蓋標(biāo)準(zhǔn)不符。

10、因此，設(shè)計(jì)新的通導(dǎo)深度融合信號(hào)體制，實(shí)現(xiàn)一網(wǎng)多能，提高信號(hào)頻譜效率與衛(wèi)星利用率，賦能6g空天地一體化建設(shè)，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)一網(wǎng)多能，提高信號(hào)頻譜效率與衛(wèi)星利用率的一種面向空天地一體化的6g通導(dǎo)信號(hào)融合方法、裝置及系統(tǒng)。

2、一種面向空天地一體化的6g通導(dǎo)信號(hào)融合方法，所述方法包括：

3、在發(fā)射端獲取導(dǎo)航數(shù)據(jù)和通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并生成偽隨機(jī)序列；對(duì)導(dǎo)航數(shù)據(jù)和通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編碼和bpsk映射以及qpsk映射后與偽隨機(jī)序列輸入基于otfs的時(shí)延-多普勒域網(wǎng)格中生成通導(dǎo)融合信號(hào)；

4、根據(jù)辛反傅里葉變換和海森堡變換將通導(dǎo)融合信號(hào)從時(shí)延-多普勒域調(diào)制到時(shí)延-時(shí)間域，并進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，得到時(shí)域通導(dǎo)融合信號(hào)后利用天線進(jìn)行發(fā)送；

5、在接收端生成與發(fā)射端相同的偽隨機(jī)序列進(jìn)行并串變換生成時(shí)域序列，將時(shí)域序列與接收的時(shí)域通導(dǎo)融合信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，在相關(guān)值最大處進(jìn)行衛(wèi)星的快速捕獲；在捕獲衛(wèi)星后對(duì)接收的時(shí)域通導(dǎo)融合信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換、維格納變換和sfft變換，還原到時(shí)延-多普勒域網(wǎng)格并與偽隨機(jī)序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到精確估計(jì)的分?jǐn)?shù)多普勒值和精確估計(jì)的分?jǐn)?shù)時(shí)延；

6、根據(jù)精確估計(jì)的分?jǐn)?shù)多普勒值和精確估計(jì)的分?jǐn)?shù)時(shí)延重構(gòu)信道矩陣，利用信道矩陣進(jìn)行通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的解調(diào)，得到捕獲的衛(wèi)星的導(dǎo)航電文信息；

7、根據(jù)精確估計(jì)的分?jǐn)?shù)時(shí)延進(jìn)行環(huán)路的跟蹤，得到信號(hào)的傳播時(shí)間并乘以光速得到信號(hào)的傳播距離，將信號(hào)的傳播距離作為衛(wèi)星與目標(biāo)接收機(jī)之間的距離，并定義為偽距；

8、利用分?jǐn)?shù)多普勒值和衛(wèi)星信息進(jìn)行多普勒定位，得到接收機(jī)的定位粗估計(jì)；當(dāng)累計(jì)至少四顆衛(wèi)星，得到四顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文信息后根據(jù)四組導(dǎo)航電文信息和四組偽距計(jì)算得到多普勒定位修正值；

9、根據(jù)多普勒定位修正值對(duì)接收機(jī)的定位粗估計(jì)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)6g通導(dǎo)信號(hào)融合傳輸。

10、上述一種面向空天地一體化的6g通導(dǎo)信號(hào)融合方法、裝置及系統(tǒng)，本申請(qǐng)通過(guò)分別將導(dǎo)航信號(hào)、通信信號(hào)和偽隨機(jī)序列一起放置在時(shí)延多普勒域網(wǎng)格生成通導(dǎo)融合信號(hào)，將通信和導(dǎo)航數(shù)據(jù)與偽隨機(jī)序列共同放置在時(shí)延-多普勒域，實(shí)現(xiàn)了通信導(dǎo)航數(shù)據(jù)的符號(hào)間融合，可以為大眾客戶(hù)和千行百業(yè)提供統(tǒng)一終端，一體服務(wù)。接收端利用偽隨機(jī)序列進(jìn)行信道估計(jì)，避免了兩者間的干擾。將融合信號(hào)調(diào)制在6g備選信號(hào)otfs上，相較于傳統(tǒng)時(shí)間-頻率域，otfs時(shí)延-多普勒域的稀疏性對(duì)低軌衛(wèi)星的高動(dòng)態(tài)信道具有非常強(qiáng)的魯棒性；由于低軌衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)速度快，不同衛(wèi)星信號(hào)的多普勒和時(shí)延差異較大，采用相同的偽隨機(jī)序列也可對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行區(qū)分，將捕獲時(shí)間縮短至傳統(tǒng)方法的千分之一。利用偽隨機(jī)序列在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中應(yīng)用的共性，所提出的時(shí)延-多普勒域精確信道估計(jì)可以同時(shí)完成偽距測(cè)量、多普勒定位、數(shù)據(jù)解調(diào)等功能；同時(shí)考慮到通信衛(wèi)星單重覆蓋需求與導(dǎo)航衛(wèi)星單重覆蓋的矛盾，在不滿(mǎn)四顆星時(shí)采用多普勒定位，累計(jì)達(dá)到四顆星的數(shù)據(jù)后采用偽距定位進(jìn)行修正，極大提升定位精度。本申請(qǐng)從信號(hào)體制設(shè)計(jì)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航與通信深層融合，為6g空天地一體化系統(tǒng)建設(shè)提供一種建設(shè)成本低、頻譜效率高、性能優(yōu)勢(shì)明顯、技術(shù)路線先進(jìn)、應(yīng)用場(chǎng)景豐富的導(dǎo)航與通信解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種面向空天地一體化的6g通導(dǎo)信號(hào)融合方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)和通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道編碼和bpsk映射以及qpsk映射后與偽隨機(jī)序列輸入基于otfs的時(shí)延-多普勒域網(wǎng)格中生成通導(dǎo)融合信號(hào)，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)辛反傅里葉變換和海森堡變換將所述通導(dǎo)融合信號(hào)從時(shí)延-多普勒域調(diào)制到時(shí)延-時(shí)間域，并進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，得到時(shí)域通導(dǎo)融合信號(hào)，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述接收的時(shí)域通導(dǎo)融合信號(hào)為

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述時(shí)域序列與接收的時(shí)域通導(dǎo)融合信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，在相關(guān)值最大處進(jìn)行衛(wèi)星的快速捕獲，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在捕獲衛(wèi)星后對(duì)接收的時(shí)域通導(dǎo)融合信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換、維格納變換和sfft變換，還原到時(shí)延-多普勒域網(wǎng)格并與偽隨機(jī)序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到精確估計(jì)的分?jǐn)?shù)多普勒值和精確估計(jì)的分?jǐn)?shù)時(shí)延，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述精確估計(jì)的分?jǐn)?shù)多普勒值和精確估計(jì)的分?jǐn)?shù)時(shí)延重構(gòu)信道矩陣，利用所述信道矩陣進(jìn)行通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的解調(diào)，得到捕獲的衛(wèi)星的導(dǎo)航電文信息，還包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用分?jǐn)?shù)多普勒值和衛(wèi)星信息進(jìn)行多普勒定位，得到接收機(jī)的定位粗估計(jì)，包括：

9.一種面向空天地一體化的6g通導(dǎo)信號(hào)融合裝置，其特征在于，所述裝置包括：

10.一種面向空天地一體化的6g通導(dǎo)信號(hào)融合系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括衛(wèi)星和接收機(jī)；所述衛(wèi)星內(nèi)設(shè)置通導(dǎo)信號(hào)生成模塊、通導(dǎo)信號(hào)發(fā)送模塊；所述接收機(jī)內(nèi)設(shè)置衛(wèi)星捕獲模塊、信道估計(jì)模塊、數(shù)據(jù)解調(diào)模塊和融合定位模塊；

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及一種面向空天地一體化的6G通導(dǎo)信號(hào)融合方法、裝置及系統(tǒng)。所述方法包括：在發(fā)射端生成通導(dǎo)融合信號(hào)；將通導(dǎo)融合信號(hào)從時(shí)延?多普勒域調(diào)制到時(shí)延?時(shí)間域并進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，得到時(shí)域通導(dǎo)融合信號(hào)；在接收端進(jìn)行衛(wèi)星的快速捕獲；在捕獲衛(wèi)星后對(duì)接收的時(shí)域通導(dǎo)融合信號(hào)進(jìn)行變換并還原得到精確估計(jì)的分?jǐn)?shù)多普勒值和分?jǐn)?shù)時(shí)延后重構(gòu)信道矩陣，利用信道矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)的解調(diào)，得到捕獲的衛(wèi)星的導(dǎo)航電文信息；利用分?jǐn)?shù)多普勒值和衛(wèi)星信息進(jìn)行多普勒定位，得到接收機(jī)的定位粗估計(jì)；根據(jù)四組導(dǎo)航電文信息和四組偽距計(jì)算得到多普勒定位修正值對(duì)接收機(jī)的定位粗估計(jì)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)6G通導(dǎo)信號(hào)融合傳輸。采用本方法能夠提高信號(hào)頻譜效率與衛(wèi)星利用率。

技術(shù)研發(fā)人員：劉吉洋,王少靖,王飛雪,李世豪,唐小妹,王思鑫,周澤宏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17