缝隙检测算法一般采用能量和信噪比估计的方式。机载解调器对接收信号能量和信噪比做一定时长的估计并做适当的滑动平均,从中找出最大值,作为比较的参考基准,设置发送门限,如果当前统计的信号电平功率值大于门限,判定为无遮挡时间。
2.2 旋翼同步突发
返向链路是指机载站发射信号经卫星转发至地面站的信息传输链路。机载站在发送时,首先检测旋翼缝隙,预测突发时间窗口,然后周期性的在旋翼同步缝隙中将通信信息突发出去。预测的时间窗口大小决定可发送的数据帧数,一般会保留一定的余量,防止在每个窗口数据帧数都发生变化。当窗口时间发生较大变化时,可发送的数据帧数随之改变。地面站接收到机载站的突发帧后,首先采用快速同步解调技术恢复出每次突发的数据,然后根据帧序号拼接出完整的数据包。
2.3 窄带卫通时间分集方法
直升机宽带卫星通信前返向链路采用组帧重传策略和缝隙突发通信的方法是基于直升机旋翼非遮挡时间内可以传输足够多的数据量,能够满足组成多帧并兼顾帧效率的要求。与之比较,窄带卫星通信速率一般为几百赫兹到几千赫兹,非遮挡时间内仅能传输几十到一百多个符号。缝隙通信的思路不再完全适用,窄带卫星通信可以采用时间分集的方法来应对旋翼遮挡问题。
时间分集处理流程如图6,图7所示。用户数据[ui]经过码率为[12]的信道编码(如:卷积码),得到两路校验比特[pi、][qi,]其中一路延迟[mTb]时间,做并/串转换,转换后的比特流分为相同的两路,一路延迟[2mTb]的时间,再对两路比特流做并/串转换,转换后的数据比特[ai]经过BPSK调制发射出来。其中,[Tp]为旋翼遮挡周期,[Tb]为调制符号周期,[m=Tp(4Tb)。]
通过上述比特分配方法,将编码后的一路数据校验比特延迟[14]遮挡周期,同一个符号在时间上相差[12]遮挡周期两次重复发送,保证不会被同时遮挡。这种方法还具有发送数据帧结构不受旋翼遮挡周期限制的优点,可以较自由地进行设计。
图6 发端分集处理流程图
图7 分集后符号分布图
[a4i=pi; a4i+1=pi-2m; a4i+2=qi-m; a4i+3=qi-3m] (6)
接收端采用时间分集技术进行信号合并。不同时间两次发送的符号至少幸存一个,两个符号都接收到则信号合成增强。这样,在遮挡时间内,信号衰减影响到的符号通过幸存比特得到恢复,不再是集中成片的错误。校验信息[pi,][qi]由于发送时间上人为引入了延迟,恢复后的数据对译码器来言,误码更随机,更容易得到纠正。理论上遮挡时间最大可以达到50%的完全遮挡,性能下降不超过3 dB。遮挡时间占遮挡周期的比例越小,分集接收的增益越大。
2.4 纠错编译码方案
采用上述应对旋翼遮挡的方法,配合合适的信道纠错码方案可以显著改善系统传输性能,有效降低信号解调门限,实现低信噪比条件下的解调。直升机卫星通信采用的纠错编码方案主要有LDPC码和纠删码两类。采用LDPC 码是考虑到直升机旋翼遮挡造成成片信号衰减,而LDPC码具有天然的交织特性,可以抵挡直升机旋翼遮挡的影响,不丢失信息,同时具有纠错性能好,复杂度低的特点。
采用纠删码是考虑当旋翼转速一定时,信息被遮挡的概率是独立、等概率的,同时,遮挡的信息位置是可以检测的,即为删除错误,把这种信道环境考虑为删除信道,采用纠删码可以纠正这些删除错误。发射端将信息编码后分成多个数据包,组成多个子帧进行发射,只要接收方接收到一定数量的编码数据包,运用适当的译码方法就可重构源数据包,从而有效地抵挡旋翼遮挡。
3 结 语
本文阐述了直升机卫星通信中旋翼遮挡对通信的影响问题,并针对直升机宽带和窄带卫星通信前返向链路的不同特点,分别介绍了几种克服旋翼遮挡问题的方法。实际应用中,要考虑不同的应用环境要求,采用适当的应对策略、设计参数和纠错编译码方案来达到抵挡直升机旋翼遮挡问题、正常通信的目的。
参考文献
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