本發(fā)明屬于動(dòng)中通衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星通信的迅速發(fā)展使得其承載的業(yè)務(wù)種類不斷增加，其中動(dòng)中通(on‐the‐move)衛(wèi)星通信技術(shù)是衛(wèi)星通信領(lǐng)域中受到廣泛重視的一個(gè)領(lǐng)域。動(dòng)中通衛(wèi)星通信技術(shù)是指在船舶、汽車、飛行器等載體在移動(dòng)的同時(shí)保持不間斷衛(wèi)星通信的技術(shù)。在通信中，由于載體的不斷運(yùn)動(dòng)使得其天線會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)抖動(dòng)而對通信造成衰落甚至中斷；并且隨機(jī)遮擋物如樓宇、樹林等物遮擋，也會(huì)對信號造成遮擋。在直升機(jī)機(jī)載移動(dòng)通訊系統(tǒng)中，由于天線位置安裝的局限性，直升機(jī)旋翼也會(huì)對接收信道造成遮擋。這導(dǎo)致動(dòng)中通系統(tǒng)中存在斷續(xù)信道，因此解決動(dòng)中通系統(tǒng)的斷續(xù)信道通信問題是保障可靠通信的前提。

針對解決動(dòng)中通斷續(xù)信道的通信問題，傳統(tǒng)的斷續(xù)信道下物理層傳輸技術(shù)，將信道檢測、解調(diào)和譯碼單獨(dú)進(jìn)行達(dá)到保障通信的目的。以傳統(tǒng)dqpsk(差分四相移相鍵控)解調(diào)為例，其不進(jìn)行信道狀態(tài)信息檢測，并且解調(diào)和譯碼之間無迭代，使得解調(diào)效果較差。研究表明，將信道檢測、解調(diào)和譯碼級聯(lián)，通過聯(lián)合進(jìn)行軟信息迭代能夠獲得性能提升。因此重點(diǎn)研究斷續(xù)信道下聯(lián)合迭代譯碼中的相干解調(diào)技術(shù)，相干解調(diào)技術(shù)的核心是載波同步，而斷續(xù)信道對相干解調(diào)的載波同步造成影響，使得傳統(tǒng)載波同步方法失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域中一種衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收系統(tǒng)及方法，其特征在于，衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收系統(tǒng)，該系統(tǒng)發(fā)送端和接收端使用短波和超短波進(jìn)行衛(wèi)星通信；在發(fā)送端，采用編碼器、交織器、參考符號插入器和調(diào)制器串聯(lián)組成衛(wèi)星通信發(fā)送系統(tǒng)；在接收端，采用鎖相環(huán)電路、信道檢測器、相位恢復(fù)器、遮擋比例自適應(yīng)器、解調(diào)器、解交織器及譯碼器連接組成的接收系統(tǒng)，并對接收信號進(jìn)行處理，在發(fā)送端均勻插入導(dǎo)頻，在接收端利用信道狀態(tài)檢測、相位估計(jì)和譯碼迭代實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的接收；信號處理流程如下：

步驟1，接收信號輸入至鎖相環(huán)電路中，電路對信號進(jìn)行載波粗同步，初始化接收符號概率分布和相位狀態(tài)概率分布；

步驟2，鎖相環(huán)電路輸出信號至信道狀態(tài)檢測器和相位狀態(tài)檢測器，信道狀態(tài)檢測器根據(jù)分類學(xué)習(xí)思想檢測信道狀態(tài)；

步驟3，信道狀態(tài)檢測器輸出檢測結(jié)果至相位狀態(tài)檢測器，相位狀態(tài)檢測器根據(jù)消息傳遞算法檢測發(fā)送符號相位狀態(tài)。；

步驟4，相位狀態(tài)檢測器輸出檢測結(jié)果依次通過解調(diào)器、解交織器及譯碼器處理得到譯碼結(jié)果；

步驟5，譯碼器將結(jié)果反饋至信道狀態(tài)檢測器中不斷迭代進(jìn)行狀態(tài)檢測和譯碼。

所述衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收方法，其特征在于，接收端對信號處理方法具體包括如下步驟：

步驟1，接收信號；

步驟2，初始化發(fā)送符號概率分布和相位狀態(tài)概率分布；

步驟3，根據(jù)分類學(xué)習(xí)思想進(jìn)行信道狀態(tài)檢測，即采用鄰居信道狀態(tài)節(jié)點(diǎn)消息的加權(quán)平均得到當(dāng)前信道狀態(tài)節(jié)點(diǎn)消息；

步驟4，相位狀態(tài)檢測；

步驟5，計(jì)算對數(shù)似然比序列；

步驟6，解調(diào)、解交織及輸入譯碼器進(jìn)行譯碼迭代；

步驟7，交織及更新發(fā)送符號分布；進(jìn)入步驟8輸出譯碼結(jié)果及信道狀態(tài)分布序列；或返回步驟3，重復(fù)步驟3‐7，直到滿足迭代次數(shù)；

步驟8，輸出譯碼結(jié)果及信道狀態(tài)分布序列。

所述步驟2的初始化具體步驟為假設(shè)接收到符號個(gè)數(shù)為n，以每接收l個(gè)接收符號對信道狀態(tài)進(jìn)行一次檢測，則所有接收到的n個(gè)符號被分為了h＝n/l組，采用qpsk調(diào)制，定義觀測函數(shù)節(jié)點(diǎn)為f、信道狀態(tài)變量節(jié)點(diǎn)為a、相位狀態(tài)變量節(jié)點(diǎn)為θ、發(fā)送符號變量節(jié)點(diǎn)為x、符號映射函數(shù)節(jié)點(diǎn)為φ，用表示從符號映射函數(shù)節(jié)點(diǎn)到發(fā)送符號變量節(jié)點(diǎn)的消息，用表示從相位狀態(tài)變量節(jié)點(diǎn)θ到觀測函數(shù)節(jié)點(diǎn)f的消息，其余類似；其中i＝1…h(huán)，j＝1…l；表示第i組第j個(gè)發(fā)送的符號，初始化和

其中qpsk調(diào)制為正交相移鍵控調(diào)制；表示qpsk調(diào)制符號集合，表示導(dǎo)頻符號索引集合，表示對應(yīng)位置的已知導(dǎo)頻符號，表示由于參考符號是已知的，所以初始化時(shí)在對應(yīng)的相位上概率為1，其他相位為0；s＝{0,π/2,π,3π/2}表示qpsk信號模糊的相位值集合，θi在s中取值。

所述步驟3，根據(jù)分類學(xué)習(xí)思想進(jìn)行信道狀態(tài)檢測，即采用鄰居信道狀態(tài)節(jié)點(diǎn)消息的加權(quán)平均得到當(dāng)前信道狀態(tài)節(jié)點(diǎn)消息，包括：

步驟3.1，對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，表示發(fā)送符號變量節(jié)點(diǎn)到觀測函數(shù)節(jié)點(diǎn)的消息，執(zhí)行以下步驟，將觀測函數(shù)節(jié)點(diǎn)更新到信道狀態(tài)變量節(jié)點(diǎn)ai的消息

其中σ²為信道加入的復(fù)高斯噪聲的方差；

步驟3.2，對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，定義為所有與ai節(jié)點(diǎn)相連且非觀測函數(shù)f節(jié)點(diǎn)傳遞的消息，利用相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)結(jié)點(diǎn)消息取平均可以得到當(dāng)前信道狀態(tài)節(jié)點(diǎn)消息，依此計(jì)算同時(shí)根據(jù)已有信息，執(zhí)行以下步驟更新信道狀態(tài)變量節(jié)點(diǎn)ai到觀測函數(shù)節(jié)點(diǎn)的消息

所述步驟4，相位模糊檢測包括：

步驟4.1，對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，執(zhí)行以下步驟更新從觀測函數(shù)節(jié)點(diǎn)到相位狀態(tài)變量節(jié)點(diǎn)θi的消息

步驟4.2，對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，執(zhí)行以下步驟更新從相位狀態(tài)變量節(jié)點(diǎn)θi到觀測函數(shù)節(jié)點(diǎn)的消息

所述步驟5計(jì)算對數(shù)似然比序列的具體步驟：對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，表示觀測函數(shù)節(jié)點(diǎn)到發(fā)送符號節(jié)點(diǎn)的消息，表示發(fā)送符號變量節(jié)點(diǎn)到調(diào)制映射函數(shù)節(jié)點(diǎn)的消息，根據(jù)已有信息，執(zhí)行以下步驟更新和

進(jìn)而對于編號i＝1…h(huán)，j＝1…l，q＝1…q，根據(jù)調(diào)制映射規(guī)則，計(jì)算其對應(yīng)編碼比特的對數(shù)似然比序列

其中q表示符號對應(yīng)的編碼比特序列的比特?cái)?shù)，q＝1…q，則表示符號對應(yīng)的編碼比特序列中的第q個(gè)編碼比特，為調(diào)制符號集合的子集，中的每個(gè)符號滿足：對應(yīng)的第q個(gè)編碼比特取值為1，類似地，為調(diào)制符號集合的子集，中的每個(gè)符號滿足：對應(yīng)的第q個(gè)編碼比特取值為0；為上一次迭代時(shí)由譯碼器輸出的外信息，并將在本次迭代中更新。

所述步驟6具體為將似然比序列進(jìn)行解調(diào)、解交織，輸入ldpc譯碼器進(jìn)行譯碼迭代輸出得到新的外信息序列和譯碼結(jié)果序列。

所述步驟7更新接收符號概率，具體步驟是將外信息序列進(jìn)行交織，對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，執(zhí)行以下步驟更新

之后若滿足迭代次數(shù)則執(zhí)行步驟8，輸出譯碼結(jié)果及信道狀態(tài)分布序列；否則返回步驟3，重復(fù)步驟3至步驟7直到滿足迭代次數(shù)，輸出譯碼結(jié)果序列和信道狀態(tài)分布序列

本發(fā)明的有益效果是在衛(wèi)星斷續(xù)信道會(huì)帶來信號衰減和相位模糊，對通信造成困難的情況下，首先使用鎖相環(huán)進(jìn)行載波跟蹤補(bǔ)償再使用迭代接收技術(shù)消除相位模糊，并建立載波相位模糊的因子圖，推導(dǎo)出信道狀態(tài)檢測、相位估計(jì)和譯碼聯(lián)合迭代算法并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對抗信號中斷的信號設(shè)計(jì)格式與接收裝置。通過仿真表明，在10％斷續(xù)信道下，每32個(gè)符號插入4個(gè)參考符號的情況下，在誤碼率為1e‐4時(shí)，本發(fā)明要優(yōu)于傳統(tǒng)差分解調(diào)算法1db左右，且與理想相干解調(diào)只差0.2db左右，十分接近理想相干解調(diào)性能。

附圖說明

圖1衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收系統(tǒng)框圖。

圖2為衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收方法的算法流程圖。

圖3為衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收方法組成的因子圖。

圖4為衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收方法與傳統(tǒng)dqpsk解調(diào)及相干解調(diào)比較圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出一種衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收系統(tǒng)及方法。圖1所示為衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收系統(tǒng)框圖。本系統(tǒng)在發(fā)送端均勻插入導(dǎo)頻，在接收端采用鎖相環(huán)電路、信道狀態(tài)檢測器、相位狀態(tài)估計(jì)器、解調(diào)器、解交織器及譯碼器對接收信號進(jìn)行處理，利用信道狀態(tài)檢測、相位估計(jì)和譯碼迭代實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的接收，其中接收端器件連接方式和信號處理流程如下：

步驟1，接收信號輸入至鎖相環(huán)電路中，電路對信號進(jìn)行載波粗同步，初始化接收符號概率分布和相位狀態(tài)概率分布；

步驟2，鎖相環(huán)電路輸出信號至信道狀態(tài)檢測器和相位狀態(tài)檢測器，信道狀態(tài)檢測器根據(jù)分類學(xué)習(xí)思想檢測信道狀態(tài)；

步驟3，信道狀態(tài)檢測器輸出檢測結(jié)果至相位狀態(tài)檢測器，相位狀態(tài)檢測器根據(jù)消息傳遞算法檢測發(fā)送符號相位狀態(tài)。；

步驟4，相位狀態(tài)檢測器輸出檢測結(jié)果依次通過解調(diào)器、解交織器及譯碼器處理得到譯碼結(jié)果；

步驟5，譯碼器將結(jié)果反饋至信道狀態(tài)檢測器中不斷迭代進(jìn)行狀態(tài)檢測和譯碼。該系統(tǒng)發(fā)送端和接收端使用短波和超短波進(jìn)行衛(wèi)星通信；在發(fā)送端，采用編碼器、交織器、參考符號插入器和調(diào)制器串聯(lián)組成衛(wèi)星通信發(fā)送系統(tǒng)；在接收端，采用鎖相環(huán)電路、信道檢測器、相位恢復(fù)器、遮擋比例自適應(yīng)器、解調(diào)器、解交織器及譯碼器連接組成的接收系統(tǒng)，并對接收信號進(jìn)行處理，在發(fā)送端均勻插入導(dǎo)頻，在接收端利用信道狀態(tài)檢測、相位估計(jì)和譯碼迭代實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的接收；信號處理流程如下：

步驟1，接收信號輸入至鎖相環(huán)電路中，電路對信號進(jìn)行載波粗同步，初始化接收符號概率分布和相位狀態(tài)概率分布；

步驟2，鎖相環(huán)電路輸出信號至信道狀態(tài)檢測器和相位狀態(tài)檢測器，信道狀態(tài)檢測器根據(jù)分類學(xué)習(xí)思想檢測信道狀態(tài)；

步驟3，信道狀態(tài)檢測器輸出檢測結(jié)果至相位狀態(tài)檢測器，相位狀態(tài)檢測器根據(jù)消息傳遞算法檢測發(fā)送符號相位狀態(tài)。；

步驟4，相位狀態(tài)檢測器輸出檢測結(jié)果依次通過解調(diào)器、解交織器及譯碼器處理得到譯碼結(jié)果；

步驟5，譯碼器將結(jié)果反饋至信道狀態(tài)檢測器中不斷迭代進(jìn)行狀態(tài)檢測和譯碼。

對于衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收方法，在方法開始時(shí)，先根據(jù)qpsk調(diào)制方式，將初始化符號映射函數(shù)節(jié)點(diǎn)到發(fā)送符號變量節(jié)點(diǎn)的消息，將相位狀態(tài)變量節(jié)點(diǎn)θ映射到觀測函數(shù)節(jié)點(diǎn)f的消息，同時(shí)初始化迭代次數(shù)為0。之后在設(shè)定的迭代次數(shù)之內(nèi)，進(jìn)行消息的傳遞、計(jì)算和更新；滿足迭代次數(shù)之后，輸出譯碼結(jié)果及信道狀態(tài)分布序列。下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收方法予以說明。

圖2所示為衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收方法的算法流程圖。其包括以下步驟：

步驟1，接收信號；

步驟2，初始化發(fā)送符號概率分布和相位狀態(tài)概率分布；

步驟3，信道狀態(tài)檢測；

步驟4，相位模糊檢測；

步驟5，計(jì)算對數(shù)似然比序列；

步驟6，解調(diào)、解交織及輸入譯碼器進(jìn)行譯碼迭代；

步驟7，交織及更新發(fā)送符號分布；進(jìn)入步驟8輸出譯碼結(jié)果及信道狀態(tài)分布序列；或返回步驟3，重復(fù)步驟3‐7，直到滿足迭代次數(shù)；

步驟8，輸出譯碼結(jié)果及信道狀態(tài)分布序列。

如圖3所示的因子圖模型，方法的原理及算法描述如下：

1)初始化：

迭代算法初始化階段t＝1，對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，設(shè)置

在第t次迭代過程中，執(zhí)行以下步驟：

2)根據(jù)分類學(xué)習(xí)思想進(jìn)行信道狀態(tài)狀態(tài)檢測，即采用鄰居信道狀態(tài)節(jié)點(diǎn)消息的加權(quán)平均得到當(dāng)前信道狀態(tài)節(jié)點(diǎn)消息：

a)對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，執(zhí)行以下步驟更新觀測函數(shù)節(jié)點(diǎn)到信道狀態(tài)變量節(jié)點(diǎn)ai的消息

b)對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，執(zhí)行以下步驟更新

3)相位模糊檢測：

a)對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，執(zhí)行以下步驟更新

b)對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，執(zhí)行以下步驟更新

4)計(jì)算對數(shù)似然比序列：

對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，執(zhí)行以下步驟更新和

對于編號i＝1…h(huán)，j＝1…l，q＝1…q，計(jì)算其對應(yīng)編碼比特的對數(shù)似然比序列

5)迭代譯碼：

對得到的似然比序列進(jìn)行解調(diào)、解交織，輸入譯碼器進(jìn)行譯碼迭代，得到新的外信息序列和譯碼結(jié)果序列；

6)更新接收符號概率：

將外信息序列進(jìn)行交織，對于編號i＝1…h(huán)和j＝1…l，執(zhí)行以下步驟更新

重復(fù)2)至7)直到滿足迭代次數(shù)，輸出譯碼結(jié)果和信道狀態(tài)分布序列

實(shí)施例

以衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收方法的仿真算法為例(如圖2和圖3所示)，本實(shí)施例的信道編碼使用(2048,8192)的ldpc碼，調(diào)制方式為qpsk調(diào)制，每幀長度為8192個(gè)符號，采用偽隨機(jī)交織。信道中斷位置隨機(jī)設(shè)置，信道中斷比例為10％。假設(shè)信道的每次中斷都有可能會(huì)造成相位模糊；以下給出仿真流程，便于理解本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)；具體操作過程順序如下：采用ldpc碼對發(fā)送信息比特編碼；對編碼后信息比特進(jìn)行交織；對交織后信息比特插入?yún)⒖挤?；將插入?yún)⒖挤柕男畔⑦M(jìn)行qpsk符號映射，得到發(fā)送符號序列；發(fā)送符號序列通過斷續(xù)信道和加入隨機(jī)相位模糊得到接收符號序列；初始化發(fā)送符號概率分布和相位狀態(tài)概率分布；對信道狀態(tài)進(jìn)行檢測；對相位模糊進(jìn)行檢測；根據(jù)檢測結(jié)果，通過傳遞和更新消息，計(jì)算上行消息，進(jìn)而更新信道狀態(tài)分布序列和編碼比特的對數(shù)似然比序列；對得到的似然比序列進(jìn)行解調(diào)、解交織，輸入譯碼器進(jìn)行譯碼迭代，得到新的外信息序列和譯碼結(jié)果序列；將外信息序列進(jìn)行交織，更新接收符號概率；重復(fù)上述過程，直到滿足迭代次數(shù)。

其次，對上述過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真測試，得出了結(jié)果，如圖4所示，衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收方法與傳統(tǒng)dqpsk解調(diào)及相干解調(diào)理想情況的誤碼率曲線比較。理想相干解調(diào)曲線指理想載波同步和理想信道狀態(tài)信息檢測情況下，ldpc譯碼器迭代了30次的ber(誤碼率)性能。傳統(tǒng)dqpsk解調(diào)性能指不進(jìn)行信道狀態(tài)信息檢測，解調(diào)和譯碼之間無迭代的ber性能。仿真中(如圖2所示)，本發(fā)明提出的算法設(shè)置為每32個(gè)符號插入p＝4個(gè)參考符號，ldpc譯碼器單獨(dú)迭代3次，相位檢測、信道檢測和譯碼器之間迭代10次(使得ldpc碼迭代總次數(shù)與理想相干解調(diào)曲線次數(shù)相同)?？梢钥吹剑舅惴╞er性能曲線非常接近理想相干解調(diào)性能，在1e‐4時(shí)，與理想相干解調(diào)只差0.2db左右，且此時(shí)聯(lián)合迭代算法要優(yōu)于傳統(tǒng)差分解調(diào)算法1db左右。

下面分別對本發(fā)明的兩個(gè)特征進(jìn)行說明：

進(jìn)行信道狀態(tài)檢測：

傳統(tǒng)dqpsk解調(diào)方法在整個(gè)過程中不進(jìn)行信道狀態(tài)信息檢測，直接對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)和譯碼，而衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收方法對信道狀態(tài)進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行解調(diào)和譯碼，使得譯碼結(jié)果更為精確。

檢測和譯碼聯(lián)合進(jìn)行：

傳統(tǒng)dqpsk解調(diào)方法在整個(gè)過程中不進(jìn)行信道狀態(tài)信息檢測，并且解調(diào)和譯碼之間不進(jìn)行迭代，而衛(wèi)星斷續(xù)信道下的基于分類學(xué)習(xí)的接收方法進(jìn)行信道、相位信息的檢測和譯碼，借助因子圖工具在檢測和譯碼之間進(jìn)行消息傳遞，不斷聯(lián)合迭代，實(shí)現(xiàn)了檢測和譯碼的聯(lián)合進(jìn)行。