基于马尔科夫链的联合信道检测、相位恢复和译码方法技术

本发明专利技术公开了直升机卫星通信技术领域中一种基于马尔科夫链的联合信道检测、相位恢复和译码方法。首先建立联合信道检测、相位恢复和译码系统，在发送端均匀插入参考符号，在接收端接收信号，锁相环电路处理接收信号，初始化发送符号概率分布、相位状态概率分布和先验遮挡比例；经过锁相环电路处理后的信号输入至信道检测器和相位恢复器中，通过建立马尔科夫模型，进行信道检测；并确定遮挡区间；本发明专利技术中系统对于遮挡比例动态变化的自适应能力强，方法结果表明其误码率性能曲线十分接近已知信道状态下的解调译码算法，保障了直升机卫星通信的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于马尔科夫链的联合信道检测、相位恢复和译码方法
本专利技术属于直升机卫星通信
，特别涉及一种基于马尔科夫链的联合信道检测、相位恢复和译码方法。
技术介绍
目前，直升机常使用短波和超短波进行通信，然而短波通信易受到环境的影响，超短波通信的通信距离有限，这些因素均限制了直升机的工作能力，无法充分发挥直升机机动、灵活的优势。而直升机卫星通信充分利用了卫星通信的特点，具有适应能力强、通信距离远、覆盖范围大等特点，在军事、民事等各个领域发挥了十分关键的作用。在直升机卫星通信系统中，机载通信设备为了不影响机体平衡一般安装在旋翼之下，这种安装方式导致直升机卫星通信信号受到旋翼遮挡的影响，对载波同步提出了新的挑战。针对旋翼遮挡通信信号的问题，传统的载波同步方法在实现载波相位恢复时，会因为旋翼遮挡而无法稳定工作，给信号恢复带来难题。同时在直升机实际飞行中，其旋翼遮挡比例存在动态变化，导致译码性能下降。直升机卫星通信系统中传统解调译码方法是将信道检测、相位恢复和译码单独进行，而将上述步骤联合迭代能够获得更优越的性能。综上，本专利技术重点研究直升机卫星通信系统中旋翼遮挡比例自适应方法及联合信道检测、相位恢复和译码系统及方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于马尔科夫链的联合信道检测、相位恢复和译码方法；首先建立联合信道检测、相位恢复和译码系统，该系统包括为在接收端，采用锁相环电路、信道检测器、相位恢复器、遮挡比例自适应器、解调器、解交织器及译码器连接组成的接收端，并对接收信号进行处理；在发送端，采用编码器、交织器、参考符号插入器和调制器串联组成卫星通信发送系统，使用短波和超短波进行通信；其特征在于，接收端对信号处理步骤如下：步骤1，接收端接收信号；锁相环电路处理接收信号，初始化发送符号概率分布、相位状态概率分布和先验遮挡比例；步骤2，将经过锁相环电路处理后的信号输入至信道检测器和相位恢复器中，通过建立马尔科夫模型，进行信道检测；步骤3，信道检测结果输入至遮挡比例自适应器中，采用互相关方法，判定遮挡比例与遮挡区间；步骤4，遮挡比例自适应器将结果输入至相位恢复器中，进行相位恢复；相位恢复器输出检测结果；步骤5，计算对数似然比序列；步骤6，依次通过解调器、解交织器及译码器，解调、解交织及输入译码器进行译码迭代，得到处理结果；步骤7，根据消息传递算法检测发送符号相位状态，交织及更新发送符号相位概率分布；进入步骤8输出译码结果；或返回步骤3，重复步骤3‐7，直到满足迭代次数；步骤8，输出译码结果。所述步骤1初始化中先验遮挡比例，初始化发送符号概率分布及符号相位概率分布的具体步骤为，假设先验遮挡比例为P，接收到符号个数为N，定义接收的第k个符号中的k＝1…N，并采用QPSK(QuadraturePhaseShiftKeyin，正交相移键控)调制，定义观测函数节点为f、信道状态变量节点为A、马尔科夫链模型中的信道转移函数节点为Δ、相位状态变量节点为θ、发送符号变量节点为x、符号映射函数节点为φ；同时定义表示从发送符号变量节点xk到观测函数节点fk传递的消息，定义表示从符号映射函数节点φk到发送符号变量节点xk传递的消息，定义表示从相位状态变量节点θk到观测函数节点fk传递的消息，则其中表示QPSK调制符号集合，表示导频符号索引集合，表示对应位置已知的导频符号，表示在已知导频符号的情况下，其相位在对应的相位上概率为1，其他相位为0；其中QPSK调制为正交相移键控调制。所述步骤2，建立马尔科夫模型，进行信道检测的具体步骤为：步骤2.1，对于k＝1…N，假设当信号不被遮挡时Ak＝Ao，当信号被遮挡时Ak＝Af，定义表示从观测函数变量节点fk到信道状态变量节点Ak传递的消息，执行以下步骤更新其中σ2为信道中复高斯噪声的方差；步骤2.2，对于k＝1…N，定义表示从信道转移函数节点Δ到与其右侧相邻的信道状态变量节点Ak传递的消息，由马尔科夫链信道转移特性，根据前一个信道转移函数节点Δ到与其右侧相邻的信道状态变量节点Ak-1传递的消息执行以下步骤更新前向消息其中表示前向信道状态转移概率，P为先验遮挡比例；步骤2.3，对于k＝1…N，定义表示从信道转移函数节点Δ到与其左侧相邻的信道状态变量节点Ak传递的消息，由马尔科夫链信道转移特性，可根据后一个信道转移函数节点Δ到与其左侧相邻的信道状态变量节点Ak+1传递的消息执行以下步骤更新反向消息其中表示反向信道状态转移概率。所述步骤3采用互相关方法，判定遮挡比例与遮挡区间；步骤3.1，对于k＝1…N，定义表示第k个符号不被遮挡的概率，定义表示第k个符号被遮挡的概率，执行以下步骤计算和步骤3.2，计算实际遮挡比例与遮挡区间；对每一个旋翼旋转周期，设定接收到符号数为M，定义函数h＝[1,1,…,1]且长度为P·M，对一个旋翼旋转周期内与h作互相关，求解结果曲线第一个与最后一个斜率变化点的横坐标a和b，其中b为遮挡区间的终点，执行以下步骤计算实际遮挡比例P'，同时得到此旋转周期遮挡区间为[b-P'M,b]，依此对接收信号所有旋转周期进行执行此步骤计算遮挡区间，得到被遮挡的周期数H。所述步骤4，相位恢复包括：步骤4.1，对于i＝1…H，设定每次在非遮挡区内接收到的符号数为Li，对于编号i＝1…H和j＝1…Li，定义从观测函数节点到相位状态变量节点θi的消息为执行以下步骤更新步骤4.2，对于编号i＝1…H和j＝1…Li，定义从相位状态变量节点θi到观测函数节点的消息为执行以下步骤更新步骤4.3，对于编号i＝1…H和j＝1…Li，定义从观测函数节点到发送符号变量节点的消息为执行以下步骤更新步骤4.4，对于编号i＝1…H和j＝1…Li，定义从发送符号变量节点到符号映射函数节点的消息为执行以下步骤更新所述步骤5计算似然比序列的具体步骤：对于编号i＝1…H和j＝1…Li，定义表示从符号映射函数节点到发送符号变量节点传递的消息，执行以下步骤更新其中同时定义Q表示符号对应的编码比特序列比特数，对于编号i＝1…H，j＝1…Li，q＝1…Q，根据调制映射规则，计算其对应编码比特的对数似然比序列其中表示符号对应的编码比特序列中第q个编码比特，为调制符号集合的子集，中的每个符号满足：对应的第q个编码比特取值为1，类似地，为调制符号集合的子集，中的每个符号满足：对应的第q个编码比特取值为0；是上一次迭代译码器输出的外信息，并将在本次迭代中更新。所述步骤6解调、解交织及输入译码器进行译码迭代的具体步骤为将似然比序列进行解交织，输入LDPC(LowDensityParityCheckCode，低密度奇偶校验码)译码器进行译码迭代输出得到新的外信息序列和译码结果序列。所述步骤7交织及更新发送符号概率分布的具体步骤为将得到的外信息序列进行交织，对于编号i＝1…H和j＝1…Li，执行以下步骤更新若满足迭代次数则执行步骤8，输出译码结果；否则执行以下步骤更新其中之后返回步骤3，重复步骤3至步骤7直到满足迭代次数，输出译码结果序列。本专利技术的有益效果是本专利技术在发送端均匀插入参考符号，在接收端利用基于马尔科夫链的信道检测、相位恢复和译码迭代实现有保障的接收；本专利技术要优于未知信道状态解调译码算法2.6dB左右，优于未进行遮挡比例自适应解调译码算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于马尔科夫链的联合信道检测、相位恢复和译码方法；首先建立联合信道检测、相位恢复和译码系统，该系统包括为在接收端，采用锁相环电路、信道检测器、相位恢复器、遮挡比例自适应器、解调器、解交织器及译码器连接组成的接收端，并对接收信号进行处理；在发送端，采用编码器、交织器、参考符号插入器和调制器串联组成卫星通信发送系统，使用短波和超短波进行通信；其特征在于，接收端对信号处理步骤如下：步骤1，接收端接收信号；锁相环电路处理接收信号，初始化发送符号概率分布、相位状态概率分布和先验遮挡比例；步骤2，将经过锁相环电路处理后的信号输入至信道检测器和相位恢复器中，通过建立马尔科夫模型，进行信道检测；步骤3，信道检测结果输入至遮挡比例自适应器中，采用互相关方法，判定遮挡比例与遮挡区间；步骤4，遮挡比例自适应器将结果输入至相位恢复器中，进行相位恢复；相位恢复器输出检测结果；步骤5，计算对数似然比序列；步骤6，依次通过解调器、解交织器及译码器，解调、解交织及输入译码器进行译码迭代，得到处理结果；步骤7，根据消息传递算法检测发送符号相位状态，交织及更新发送符号相位概率分布；进入步骤8输出译码结果；或返回步骤3，重复步骤3‑7，直到满足迭代次数；步骤8，输出译码结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于马尔科夫链的联合信道检测、相位恢复和译码方法；首先建立联合信道检测、相位恢复和译码系统，该系统包括为在接收端，采用锁相环电路、信道检测器、相位恢复器、遮挡比例自适应器、解调器、解交织器及译码器连接组成的接收端，并对接收信号进行处理；在发送端，采用编码器、交织器、参考符号插入器和调制器串联组成卫星通信发送系统，使用短波和超短波进行通信；其特征在于，接收端对信号处理步骤如下：步骤1，接收端接收信号；锁相环电路处理接收信号，初始化发送符号概率分布、相位状态概率分布和先验遮挡比例；步骤2，将经过锁相环电路处理后的信号输入至信道检测器和相位恢复器中，通过建立马尔科夫模型，进行信道检测；步骤3，信道检测结果输入至遮挡比例自适应器中，采用互相关方法，判定遮挡比例与遮挡区间；步骤4，遮挡比例自适应器将结果输入至相位恢复器中，进行相位恢复；相位恢复器输出检测结果；步骤5，计算对数似然比序列；步骤6，依次通过解调器、解交织器及译码器，解调、解交织及输入译码器进行译码迭代，得到处理结果；步骤7，根据消息传递算法检测发送符号相位状态，交织及更新发送符号相位概率分布；进入步骤8输出译码结果；或返回步骤3，重复步骤3-7，直到满足迭代次数；步骤8，输出译码结果。2.根据权利要求1所述基于马尔科夫链的联合信道检测、相位恢复和译码方法；其特征在于，所述步骤1初始化中先验遮挡比例，初始化发送符号概率分布及符号相位概率分布的具体步骤为，假设先验遮挡比例为P，接收到符号个数为N，定义接收的第k个符号中的k＝1…N，并采用QPSK调制，定义观测函数节点为f、信道状态变量节点为A、马尔科夫链模型中的信道转移函数节点为Δ、相位状态变量节点为θ、发送符号变量节点为x、符号映射函数节点为φ；同时定义表示从发送符号变量节点xk到观测函数节点fk传递的消息，定义表示从符号映射函数节点φk到发送符号变量节点xk传递的消息，定义表示从相位状态变量节点θk到观测函数节点fk传递的消息，则其中表示QPSK调制符号集合；QPSK为正交相移键控；表示导频符号索引集合，表示对应位置已知的导频符号，表示在已知导频符号的情况下，其相位在对应的相位上概率为1，其他相位为0；其中QPSK调制为正交相移键控调制。3.根据权利要求1所述基于马尔科夫链的联合信道检测、相位恢复和译码方法；其特征在于，所述步骤2，建立马尔科夫模型，进行信道检测的具体步骤为：步骤2.1，对于k＝1…N，假设当信号不被遮挡时Ak＝Ao，当信号被遮挡时Ak＝Af，定义表示从观测函数变量节点fk到信道状态变量节点Ak传递的消息，执行以下步骤更新其中σ2为信道中复高斯噪声的方差；步骤2.2，对于k＝1…N，定义表示从信道转移函数节点Δ到与其右侧相邻的信道状态变量节点Ak传递的消息，由马尔科夫链信道转移特性，根据前一个信道转移函数节点Δ到与其右侧相邻的信道状态变量节点Ak-1传递的消息执行以下步骤更新前向消息其中表示前向信道状态转移概率，P为先验遮挡比例；步骤2.3，对于k＝1…N，定义表示从信道转移函数节点Δ到与其左侧相邻的信道状态变量节点Ak传递的消息，由马尔科夫链信道转移特性，可根据后一个信道转移函数节点Δ到与其左侧相邻的信道状态变量节点Ak+1传递的消息执行以下步骤更新反向消息其中表示反向信道状态转移概率。4.根据权利要求1所述基于马尔科夫链的联合信道检测、相位恢复和译码方法；其特征在于，所述步骤3采用互相关方法，判定遮挡比例与遮挡区间；步骤3.1，对于k＝1…N，定义表示第k个符号...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡麟玲，贾浩歌，吴胜，陆建华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11