一种通导一体化导航定位授时信号调制方法及系统与流程

本技术涉及卫星通信导航融合的，特别是一种通导一体化导航定位授时信号调制方法及系统。

背景技术：

1、移动通信系统通导一体融合定位信号体制研究发展迅速，位置服务的商业需求越来越高，在5g系统中，定位参考信号得到了进一步的改进，例如5g的定位参考信号支持最大400mhz的带宽和毫米波频段，信号的测距能力相对于4g大幅提升。在最新版本的5g标准中，定位的商业需求达到了亚米级(<1m)，在工业物联网及车联网领域对定位精度分别提出了0.2m(绝对精度)和0.1m(横向相对精度)的需求。

2、5g体制中设计了prs(定位参考信号)信号，prs信号采用otdoa(观测到达时间差)定位方案，主要流程为：1)测量不同小区基站发送的参考信号，估算出参考信号从基站到用户的时延。2)将估计出的时延与参考基站到用户的时延求差，根据信号传播速度得到距离差值，建立非线性方程组。3)使用牛顿迭代求解方程获得用户位置坐标。otdoa利用相对时间(时间差)来弥补toa(到达时间)存在的问题，即toa定位法的缺点在于：基站和终端之间的时间若不同步，不能准确知道信号发送的绝对时间，会造成计算和定位误差。otdoa通过测量终端与附近多个以上基站的信号到达时间差，来计算终端到基站的距离差。

3、采用otdoa，则终端要接收多个基站发射的prs信号，这种约束对于地面基站不是问题，但对于卫星通信系统，很难保证对同一个终端实现多重覆盖，从而无法建立到达时间差的方程组实现定位解算。因此，需要提出一种适用于卫星通信系统的通导一体化导航定位授时信号调制方法及系统。

技术实现思路

1、本技术提供一种通导一体化导航定位授时信号调制方法及系统，目的是提出一种适用于卫星通信系统的高测量精度、低峰均比突发型通导一体化导航定位授时信号调制方法及系统。

2、第一方面，提供了一种通导一体化导航定位授时信号调制方法，包括：

3、执行通导一体化导航定位授时信号基带调制、成型滤波和射频信号调制，以实现通导融合卫星播发导航定位授时信号；其中，

4、导航定位授时信号包括导频段，用于多普勒估计得到多普勒参数，导航定位授时信号还包括伪随机序列，用于伪距定位；

5、导航定位授时信号应用于如下步骤以完成定位和授时功能：地面终端基于导航定位授时信号，对单颗卫星执行多次测量或对多颗卫星测量，获得多普勒观测值和伪距测量值；根据多普勒观测值和伪距测量值，建立非线性方程组；使用牛顿迭代求解方程获得用户位置坐标和钟差。

6、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，导航定位授时信号除导频段外还包括cw段和信息段；cw段用于导航定位授时信号的捕获，用于确定是否存在导航定位授时信号；信息段用于信息调制，调制信息包括定位、授时参数，且伪随机序列存在于信息段中。

7、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，通导一体化导航定位授时信号基带调制包括：导航定位授时信号基带扩频调制、导航定位授时信号扰码调制、通导一体化信号基带调制、cp-ofdm符号生成。

8、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在导航定位授时信号基带扩频调制中，导航定位授时信号使用扩频码进行扩频调制，信息段电文与prn码序列直接扩频，导航定位授时信号基带扩频调制数学表达式如下：

9、

10、式中a表示信号振幅，1/p为导航定位授时信号与通信信号功率配比，ccw,j为全1序列，表示为cpilot,j和cmsg,j分别表示导频段及信息段的prn码序列，d(t)表示信息段电文，p(t)为矩形函数，tsymb为ofdm符号时间单位，为导频段符号数，为cw段符号数，为信息段符号数。

11、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在导航定位授时信号扰码调制中，扰码码长与导航定位授时信号子载波个数一致，子载波0使用nnav_sc个码片中的第一个扰码，子载波nnav_sc-1使用nnav_sc个码片中的最后一个扰码，扰码调制数学表达式如下：

12、

13、cscrmb,j表示扰码序列，snav,base(t)表示基带扩频调制后的导航定位授时基带信号，nnav_sc为导航定位授时信号占用子载波个数。

14、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，通导一体化信号基带调制的数学表达式如下。

15、

16、式中scom(t)表示通信基带信号，snav,scrmb(t)表示扰码调制后的导航定位授时基带信号，δf为子载波间隔，ncom_sc为通信信号占用子载波个数，nprot_sc为导航定位授时信号与通信信号保护间隔，nnav_sc为导航定位授时信号占用子载波个数。

17、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在cp-ofdm符号生成过程中，通导一体化信号统一通过nifft点ifft生成ofdm时域符号，其中通信信号与定位授时信号映射到不同的子载波，实现多载波、共时隙设计，ifft后加入cp生成时域波形，其中，在进行nifft点ifft运算时，没有调制信号的子载波位置处置零。

18、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，在射频信号调制中，将导ofdm时域基带信号snav,com(t)上变频到射频载波频率fc，数学公式表示如下：

19、φ为载波相位。

20、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述方法涉及频域参数约束条件包括：nnav_sc+ncum_sc+nprot_sc≤nifft，fs≥nifft·δf；其中，nnav_sc为导航定位授时信号占用子载波个数，ncom_sc为通信信号占用子载波个数，nprot_sc为导航定位授时信号与通信信号保护间隔，nifft为ifft点数，fs为采样率，δf为子载波间隔；

21、所述方法涉及时域参数约束条件包括：tsymb＝1/δf，tnav＝10l·tslot，tcw+tpilot+tmsg＝tnav，其中，tsymb为ofdm符合时间单位，δf为子载波间隔，tnav为导航定位授时信号时域长度，l为整数，l≥1，tslot为时隙长度；tcw为cw段时域长度，tpilot为导频段时间长度，tmsg为信息段时间长度，为每个时隙ofdm符号数，为cw段符号数，为导频段符号数，为信息段符号数。

22、第二方面，提供了一种通导一体化导航定位授时信号调制系统，包括导航定位授时信号基带调制模块、导航定位授时信号扰码调制模块、通信信号基带调制模块、cp-ofdm一体化基带调制模块、上变频调制模块，以实现通导融合卫星播发导航定位授时信号；其中，

23、导航定位授时信号包括导频段，用于多普勒估计得到多普勒参数，导航定位授时信号还包括伪随机序列，用于伪距定位；

24、导航定位授时信号应用于如下步骤以完成定位和授时功能：地面终端基于导航定位授时信号，对单颗卫星执行多次测量或对多颗卫星测量，获得多普勒观测值和伪距测量值；根据多普勒观测值和伪距测量值，建立非线性方程组；使用牛顿迭代求解方程获得用户位置坐标和钟差。

25、与现有技术相比，本技术提供的方案至少包括以下有益技术效果：

26、本发明基于卫星通信系统导航定位授时需求，提出了一种通导一体化导航定位授时信号调制方法及系统，包括(突发型)导航定位授时信号结构设计、基于cp-ofdm(循环冗余-正交频分复用)体制的多载波共时隙通导一体化信号调制方法设计、导航定位授时信号调制系统设计三个部分。具体包括：(1)创新性地设计了适用于通导一体化、测量精度较高的导航定位授时信号结构；(2)创新性地设计了峰均比较低的通导一体化信号扰码调制方法；(3)基于cp-ofdm体制，创新性地设计了通导一体化导航定位授时信号调制方法及系统，实现了通信信号和导航定位授时信号的深度融合。