一种基于软判决的FSK通信方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于软判决的FSK通信方法及系统，该方法包括：发送信号的物理层波形采用FSK调制，数据采用Turbo码进行编码。接收端采用维特比译码方式计算出各个比特的状态度量，然后依据状态度量按照本发明专利技术的计算方法，求解每个比特的软信息，最后利用该软信息进行Turbo译码。本发明专利技术与传统的FSK相比，在接收端复杂度增加不明显的前提下，有效提高系统通信速率，且在接收端已经维特比译码计算出的结果，按照本发明专利技术的方法得到比特软信息，与传统的硬判决解调相比，可以进一步降低误码率。可以进一步降低误码率。可以进一步降低误码率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于软判决的FSK通信方法及系统


[0001]本专利技术涉及FSK通信
，具体涉及一种基于软判决的FSK通信方法及系统。

技术介绍

[0002]自20世纪初，短波通信一直是军事通信的重要组成部分。短波通信因其传输距离远、无需中继站、抗毁能力强、设备价格低廉、机动灵活、建站快、可用于恶劣环境传输等优点，一直在军用通信中占有重要地位。但由于短波信号传输主要依赖电离层反射，所以信道质量受电离层变化和噪声影响较大，存在多径效应，多普勒扩展等影响，具体表现在信道频率选择性衰落明显。
[0003]数字频移键控调频信号(FSK)是常见的数字信号调制方式，广泛应用于短波等中低速数据通信。国际电信联盟(ITU)建议在数据速率低于1200b/s时采用FSK调制。基于短波自适应通信标准MIL
‑
STD
‑
188
‑
141B附录A中的第二代自动链路建立技术(2G
‑
ALE)采用的数字信号调制方式为8FSK信号。FSK信号的解调方式有相干解调与非相干解调，相干解调需要接收端恢复载波，对相位有一定要求，然而短波信道下信号接收会导致信号的相位和振幅随机抖动和起伏，所以针对短波信道下的FSK信号接收可以采用不用相位准确性的非相干解调。
[0004]编码技术可以提升通信系统的性能，能够纠正信息传输中产生的错误比特，传统的FSK通信系统不采用编码技术，或是仅仅在应用层对数据进行编码，接收端采用硬判决信息进行译码，因此并不能完全利用信道编码带来的增益。/>
技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于软判决的FSK通信系统，解决了在接收端复杂度增加不明显的前提下，系统通信速率无法得到有效提升的问题。
[0006]技术方案：一方面，本专利技术提供基于软判决的FSK通信方法，该方法包括发送端的发送信号的数据部分经过Turbo编码器进行Turbo编码，数字频率调制器即FSK调制器对发送信号的物理层波形调制，并将发送信号输入到上变频，后发送给天线；
[0007]接收端的天线接收信号后，发送给下变频，后采用维特比译码方法计算出各个比特的分支度量，即得到每个比特的软信息，利用该软信息进行Turbo译码，得到译码后的信息比特流，进而得到接收信号。
[0008]进一步的，包括：
[0009]所述发送信号为M进制脉冲幅度调制信号，即PAM信号，表示为：
[0010][0011]其中，I
n
∈{
±
1，
±
3，
±
5，
…
，
±
(M
‑
1)}，M为调制阶数，g
T
(t)是持续时间为T，脉冲幅度为1/2T的矩形脉冲，T为码元宽度。
[0012]进一步的，包括：
[0013]所述采用FSK调制器对发送信号的物理层波形调制包括：调制为M进制连续频移键控信号，即CPFSK信号，表示为：
[0014][0015]其中，f
c
为载波频率，f
d
为峰值频偏，I
n
＝
±
1时对载波的频偏，为初相；
[0016][0017]且θ(t；I)用来表示s(t)的相位中扣除载波相位的附加相位；
[0018]虽然PAM信号表达式x(t)是不连续的，但是其积分具有连续性，因此θ(t；I)在nT≤t≤(n+1)T间隔内是一个连续相位信号，因此，在时间区间[nT，(n+1)T]内，附加相位为，
[0019][0020]式中，
[0021]h＝2f
d
T
[0022][0023][0024]其中，参数h称为调制指数，θ
n
表示nT时刻的累加相位，即nT之前所有信息符号的记忆值；
[0025]累加相位θ
n
的所有可能值用一个有限的离散集合来表示，称为相位状态，CPFSK信号的相位状态可以表示为状态网格图，对于调制指数为h的CPFSK信号，当h为有理数时，可表示为h＝m/p，m和p为互质的正整数，相位状态的个数与m的奇偶有关；
[0026]当m为偶数时，θ
n
有p个相位状态，
[0027][0028]当m为奇数时，θ
n
有2p个相位状态，
[0029][0030]进一步的，包括：
[0031]所述维特比译码方法包括：
[0032]若CPFSK信号通过加性高斯白噪声信道，在忽略频率偏移的情况下，接收到的信号表示为r(t)＝s(t)+n(t)，其中，s(t)为发送的CPFSK信号，n(t)为高斯白噪声，因此，在发送端，不同的信息符号I对应不同的发送信号s
m
(t)，m＝1，2，...，M；
[0033]在加性高斯白噪声信道下，似然函数(即条件概率密度函数P(r(t)/s(t)))f(r(t)/s(t))为
[0034]P(r(t)/s
m
(t))＝f(r(t)/s
m
(t))
[0035][0036]将似然函数f(r(t)/
s
m(t))作为分支度量，根据最大似然判决准则，运用维特比算法即可得到解调信号。
[0037]进一步的，包括：
[0038]所述维特比算法即可得到解调信号包括：
[0039]若CPFSK信号为2CPFSK信号，假设信息码元“0”对应的频率为f0，发送信号为s0(t)，信息码元“1”对应的频率为f1，发送信号为s1(t)，则发送信号s0(t)和发送信号s1(t)的似然函数为：
[0040][0041]其中，r(t)表示接收到的信号，σ
n2
表示噪声方差；
[0042]信息码元“0”和信息码元“1”的对数似然比，即软判决信息为：
[0043][0044][0045]因此，对应的软判决信息，即“1”比“0”的对数似然比，为信息码元“1”对应的分支度量减去信息码元“0”对应的分支度量。
[0046]进一步的，包括：
[0047]采用高阶FSK调制时，通过逐位求取软信息的方式计算比特软信息，即若CPFSK信号为4CPFSK信号，则假设信息码元“00”对应的频率为f0,发送信号为s0(t)，信息码元“01”对应的频率为f1，发送信号为s1(t)，信息码元“10”对应的频率为f2，发送信号为s2(t)，信息码元“11”对应的频率为f3，发送信号为s3(t)，相应的似然函数为，
[0048][0049]第一位对数似然比(1X/0X)为
[0050][0051][0052]为了方便取对数，将两个似然函数的和用两个似然函数中的最大值取代，则对数似然比近似为：
[0053][0054]第二位对数似然比(X1/X0)为
[0055][0056]依据2CPFSK和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于软判决的FSK通信方法，其特征在于，该方法包括发送端的发送信号的数据部分经过Turbo编码器进行Turbo编码，FSK调制器对发送信号的物理层波形调制，并将发送信号输入到上变频，后发送给天线；接收端的天线接收信号后，发送给下变频，后采用维特比译码方法计算出各个比特的分支度量，得到每个比特的软信息，利用该软信息进行Turbo译码，得到译码后的信息比特流，得到接收信号。2.根据权利要求1所述的基于软判决的FSK通信方法，其特征在于，所述发送信号为M进制脉冲幅度调制信号，即PAM信号，表示为：其中，I
n
∈{
±
1，
±
3，
±
5，
…
，
±
(M
‑
1)}，M为调制阶数，g
T
(t)是持续时间为T，脉冲幅度为1/2T的矩形脉冲，T为码元宽度。3.根据权利要求2所述的基于软判决的FSK通信方法，其特征在于，所述采用FSK调制器对发送信号的物理层波形调制包括：调制为M进制连续频移键控信号，即CPFSK信号，表示为：其中，f
c
为载波频率，f
d
为峰值频偏，I
n
＝
±
1时对载波的频偏，为初相；且θ(t；I)用来表示s(t)的相位中扣除载波相位的附加相位；虽然PAM信号表达式x(t)是不连续的，但是其积分具有连续性，因此θ(t；I)在nT≤t≤(n+1)T间隔内是一个连续相位信号，因此，在时间区间[nT，(n+1)T]内，附加相位为，式中，h＝2f
d
TT其中，参数h称为调制指数，θ
n
表示nT时刻的累加相位，即nT之前所有信息符号的记忆值；累加相位θ
n
的所有可能值用一个有限的离散集合来表示，称为相位状态，CPFSK信号的相位状态可以表示为状态网格图，对于调制指数为h的CPFSK信号，当h为有理数时，可表示
为h＝m/p，m和p为互质的正整数，相位状态的个数与m的奇偶有关；当m为偶数时，θ
n
有p个相位状态，当m为奇数时，θ
n
有2p个相位状态，4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述维特比译码方法包括：若CPFSK信号通过加性高斯白噪声信道，在忽略频率偏移的情况下，接收到的信号表示为r(t)＝s(t)+n(t)，其中，s(t)为发送的CPFSK信号，n(t)为高斯白噪声，因此，在发送端，不同的信息符号I对应不同的发送信号s
m
(t)，m＝1，2，...，M；在加性高斯白噪声信道下，似然函数(即条件概率密度函数P(r(t)/s(t)))f(r(t)/s(t))为将似然函数f(r(t)/s
m
(t))作为分支度量，根据最大似然判决准则，运用维特比算法即可得到解调信号。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述维特比算法即可得到解调信号包括：若CPFSK信号为2CPFSK信号，假设信息码元“0”对应的频率为f0，发送信号为s0(t)，信息码元“1”对应的频率为f1，发送信号为s1(t)，则发送信号s0(t)和发送信号s1(t)的似然函数为：其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锐，于佳，金燊，李洋，邢宁哲，丁忠林，纪雨彤，罗先南，杨爽，
申请(专利权)人：南京南瑞信息通信科技有限公司国家电网有限公司国网冀北电力有限公司信息通信分公司国网冀北电力有限公司，
类型：发明
国别省市：