面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法技术

本发明专利技术提供一种面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A）：在发射端对信息比特进行LDPC编码，同时通过中间转换矩阵改变编码序列的顺序，使信息比特处于相位偏差小的位置；步骤B）：对编码序列进行FQPSK调制，将调制生成的发射信号送入AWGN信道；步骤C)：在接收端接收发射信号并被MAP解调，得到逐比特的对数似然比LLR，利用得到的LLR对码字进行相偏和频偏的补偿与估计；步骤D）：最后将软信息送入到译码器，将解调的后验概率作为译码的先验概率，采用基于软信息的置信度传播译码算法，实现译码过程。本发明专利技术有效辅助了频偏补偿，增加了系统的抗频偏性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种联合调制编码方法，尤其涉及一种。
技术介绍
在深空探测的过程中，深空通信起着关键的作用，只有保证了深空通信系统的正常运行才可能使深空探测任务获得成功，而深空通信面临着地面通信和卫星通信所不具备的特殊困难，这是因为深空信道具有如下的特点距离远、时延大、信道具有衰落特性、工作频率高，可用频带宽、链路易中断、上、下行链路不对称等。深空通信的传播距离极远，信号能量随着深空探测距离的呈平方衰减，接收信号极低信噪比极低，而传输距离的增大和多普勒频移等空间效应，导致接收端的信号存在大的相位和频率偏移，在低信噪比下更是难以捕获，要保证深空通信的正常运行需要高增益的信道编码方式和有效的检测手段。因此，如何保证和提高深空通信的可靠性成为关键问题。深空通信的特殊性决定了深空通信采用的频率范围、调制方式与编码技术和协议体系等与地面无线通信、卫星通信不同。针对上述问题早期深空探测已经采用、以及未来一段时间的深空探测仍将采用的主要技术手段包括提高载波频率，增大地面站与探测器的天线尺寸以获得更高的发射功率，采用功率有效和带宽有效的调制方式以及高增益的信道编码方式，同时降低接收系统噪声温度。但是，目前随着深空探测距离的不断加大，在深空探测器的硬件条件限制和加工精度有限的条件下，从加大天线尺寸和提高射频的角度已经不是未来研究的主要方向，提高发送功率的办法收到限制。因此，必须选取合适的调制方式和编码方式，以解决深空通信大衰减和大时延条件下可靠、高效通信的问题
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种，包括以下步骤步骤A):在发射端对信息比特进行LDPC编码，同时通过中间转换矩阵改变编码序列的顺序，使信息比特处于相位偏差小的位置；步骤B):对编码序列进行FQPSK调制，将调制生成的发射信号送入AWGN信道；步骤C):在接收端接收发射信号并对其进行MAP解调，得到逐比特的对数似然比(LLR)，利用得到的对数似然比对码字进行相偏和频偏的估计与补偿；步骤D):最后将软信息送入到译码器，将解调的后验概率作为译码的先验概率，采用基于软信息的置信度传播译码算法，实现译码过程。进一步改进为，所述步骤A)中，根据频偏的补偿算法，通过转换矩阵调整发送序列的顺序。进一步改进为，所述步骤C)中，通过的得到的逐比特的对数似然比LLR和接收到的采样序列，利用最大似然准则对相位差和频偏进行估计，直到满足迭代条件或者达到最大的迭代次数。进一步改进为，所述步骤C)中，在FQPSK调制技术中，将代表一个所述比特的采样点看作一个子块。进一步改进为，所述步骤C)中，所述的频偏估计方案中，通过相位在时间上的增量来计算频率。相较于现有技术，本专利技术针对深空通信接收信噪比低，残余相位和频偏对译码性能影响较大的问题，建立了面向深空链路的联合编码调制系统。将FQPSK调制与LDPC编码进行了联合设计，并在迭代解调环路中嵌入补偿算法实现相位和频偏的估计与补偿。同时，本专利技术利用了 LDPC编码的特性，通过加入中间转换矩阵改变编码与译码的码字顺序，有效的辅助了频偏补偿，增加了系统的抗频偏性能。最后通过仿真验证了该联合设计系统在译码端误码率上的增益，在相位偏差不大于O. 3 和频偏IOOppm到700ppm的范围内，误码率可达到10-3到10-4。从而有效解决了深空通信链路残余频偏下弱信号译码的问题。附图说明图1是本专利技术的FQPSK与LDPC的级联系统构成示意图。图2是本专利技术的的发送的序列示意图。图3是本专利技术的的FQPSK实现方法原理示意图。图4是本专利技术的的FQPSK与QPSK的星座图对比图。`图5是本专利技术的的相位补偿性能示意图。图6是本专利技术的的频偏补偿性能示意图。图7是本专利技术的的算法相位和频偏估计的收敛性示意8是本专利技术的的译码之后的相位补偿性能示意图。图9是本专利技术的的译码之后的频偏补偿性能示意图。图10是本专利技术的的在有/无中间转换矩阵的系统的性能对比示意图。具体实施例方式下面结合附图说明及具体实施方式对本专利技术进一步说明。请参阅图1至图10，本专利技术提供了一种及一种FQPSK与LDPC的级联系统，在其迭代解调过程中嵌入了非数据辅助的相位和频偏估计算法。FQPSK的解调基于BCJR(Bahl-Cocke-Jelinek-Raviv)算法对于逐符号最大后验概率检测的修改。特别的，本专利技术在迭代解调过程中恢复相位和频偏通过从MAP解调中 得到的逐比特的软信息LAPPR(log a posteriori probability ratio),再将这个软信息送 到相位和频偏的估计器中。在满足补偿精度或达到最大迭代次数的情况下，可靠地软信息 被送进译码器，利用和积算法SPA(sum-product algorithm)进行译码。提出的方案能有效 的利用从FQPSK的MAP解调中获得的后验概率来估计相位和频偏，而不是从译码器中获得 的，这样避免了大量的时延。此外，本专利技术提出了一个低复杂度的序列转换矩阵，它根据频 偏补偿算法，调整了发送的码字序列的顺序，提高了信息比特的可靠性。这样做会使迭代次 数大大降低同时也会使误码的性能得到改善，这是因为LDPC码在信道条件好的时候并不 需要译码。本专利技术提出的级联系统模型如图1所示。本专利技术的包括以下步骤步骤A):在发射端，对信息比特进行LDPC编码，同时改变发送序列的顺序。所述 编码过程中的生成矩阵经过了转换矩阵的变换，从而使发送序列的顺序得到了改变，使信 息比特处于相位误差较低的中间位置来提高信息比特的质量。若接收的码字序列中存在固定频偏，那么由频偏产生的相位偏差会随着比特位的 增加而呈线性增加，若本专利技术采用恒定相位补偿，所有的码字采样只有在码字中点的位置 相位差能达到零误差的补偿，同时残余的相位偏差向码字的两侧逐渐增大。本专利技术提出了 一个用于变换的中间转换矩阵，所述中间转换矩阵根据频偏的补偿算法调整发送序列的顺 序，使信息比特位于相位偏差较小的位置，提高了信息比特的质量。如图2所示，由于LDPC 码作为系统码的一种，同时发送校验比特与信息比特，当信道条件足够好的时候并不需要 译码。因此本专利技术调整发送序列的位置，使信息比特处于相位误差较低的中间位置来提高 信息比特的质量，这样做不但可以降低译码的迭代次数减小系统时延，还提高可系统的译 码性能。本专利技术定义原始的比特信息为U = {u0, Uj, . . . , u}，给定mXn维的校验矩阵H, m =n-k，经过高斯消去变换之后，本专利技术可以得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A）：在发射端对信息比特进行LDPC编码，同时通过中间转换矩阵改变编码序列的顺序，使信息比特处于相位偏差小的位置；步骤B）：对编码序列进行FQPSK调制，将调制生成的发射信号送入AWGN信道；步骤C)：在接收端接收发射信号并对其进行MAP解调，得到逐比特的对数似然比（LLR），利用得到的对数似然比对码字进行相偏和频偏的估计与补偿；步骤D）：最后将软信息送入到译码器，将解调的后验概率作为译码的先验概率，采用基于软信息的置信度传播译码算法，实现译码过程。

【技术特征摘要】
1.一种面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法，其特征在于包括以下步骤步骤A):在发射端对信息比特进行LDPC编码，同时通过中间转换矩阵改变编码序列的顺序，使信息比特处于相位偏差小的位置；步骤B):对编码序列进行FQPSK调制，将调制生成的发射信号送入AWGN信道；步骤C):在接收端接收发射信号并对其进行MAP解调，得到逐比特的对数似然比(LLR)，利用得到的对数似然比对码字进行相偏和频偏的估计与补偿；步骤D):最后将软信息送入到译码器，将解调的后验概率作为译码的先验概率，采用基于软信息的置信度传播译码算法，实现译码过程。2.根据权利要求1所述面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法，其特征在于所述步骤A)中，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志华，焦健，张钦宇，李惠媛，李红兵，罗辉，王鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：