本發(fā)明公開的一種基于低碼率編譯碼的衛(wèi)星通信抗干擾接入方法，尤其涉及利用低碼率編譯碼抗干擾的方法，屬于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以提供無(wú)縫的無(wú)線覆蓋，以補(bǔ)充和擴(kuò)展陸地通信網(wǎng)絡(luò)，正如最近的標(biāo)準(zhǔn)化工作所做的那樣，預(yù)計(jì)將被納入未來的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，特別是6g及其他網(wǎng)絡(luò)。近地軌道(leo)衛(wèi)星通信的軌道高度小于2000公里，由于其在提供全球無(wú)線接入方面的潛力，最近獲得了廣泛的研究興趣。與地球靜止軌道通信系統(tǒng)相比，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)功耗和傳輸信號(hào)延遲等方面的要求要低得多。稀疏碼分多址接入(sparse?code?multiple?access,scma)作為一種多址技術(shù)，可以滿足未來通信中海量接入的需求，將其應(yīng)用于衛(wèi)星通信可以大大提高系統(tǒng)可容納用戶數(shù)，有效緩解頻譜資源壓力。

2、然而衛(wèi)星通信鏈路的開放性使其容易受到外部惡意干擾的攻擊，這將嚴(yán)重?cái)_亂系統(tǒng)的正常工作。傳統(tǒng)的跳頻技術(shù)是有效的抗干擾手段，然而其僅能減少信號(hào)被干擾的概率，抗干擾能力有限。對(duì)此，基于低碼率編譯碼能夠利用編碼約束，有效恢復(fù)被干擾信號(hào)的能力，提出了一種面向基于scma的衛(wèi)星通信的抗干擾方法，有效提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。這為基于scma的衛(wèi)星通信發(fā)展提供了有力支撐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決傳統(tǒng)跳頻抗干擾僅能減少信號(hào)被干擾的概率，抗干擾能力有限的問題，本發(fā)明目的是提供一種基于低碼率編譯碼的衛(wèi)星通信抗干擾接入方法，在發(fā)送端，對(duì)待發(fā)送信號(hào)進(jìn)行turbo-hadamard低碼率編碼，將編碼后的序列進(jìn)行scma碼本映射得到待發(fā)送符號(hào)序列，根據(jù)跳頻圖案將待發(fā)送符號(hào)序列進(jìn)行跳頻發(fā)送。在接收端，利用濾波器將被干擾頻點(diǎn)置零，并進(jìn)行解映射與譯碼，得到各用戶發(fā)送信息序列。與傳統(tǒng)跳頻抗干擾技術(shù)相比，本發(fā)明利用編譯碼提供的編碼增益提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾性能。

2、本發(fā)明目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

3、本發(fā)明公開的一種基于低碼率編譯碼的衛(wèi)星通信抗干擾接入方法，為發(fā)送端的每個(gè)用戶分配唯一的scma映射碼本，每個(gè)用戶對(duì)待發(fā)送信息進(jìn)行相同碼率的turbo-hadamard編碼后根據(jù)被分配的scma碼本進(jìn)行映射，得到多維待發(fā)送符號(hào)，根據(jù)設(shè)計(jì)的跳頻圖案，將每一個(gè)維度的符號(hào)信息調(diào)制到相應(yīng)載波上進(jìn)行發(fā)送。所有用戶擁有相同的跳頻圖案。接收端根據(jù)接收信號(hào)中存在的功率差，有效識(shí)別被干擾符號(hào)并將其置零，然后將經(jīng)過處理后的信號(hào)送入scma多用戶檢測(cè)器，得到每個(gè)用戶的解調(diào)信息。turbo-hadamard譯碼器利用解調(diào)信息中未被干擾的部分，恢復(fù)部分被干擾的信息得到各用戶發(fā)送信息，實(shí)現(xiàn)基于低碼率編譯碼的衛(wèi)星通信抗干擾接入，提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

4、本發(fā)明公開的一種基于低碼率編譯碼的衛(wèi)星通信抗干擾接入方法，包括如下步驟：

5、步驟一：確定衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶總數(shù)l，各用戶turbo-hadamard編碼的編碼數(shù)據(jù)長(zhǎng)度b，編碼器階數(shù)r和分量編碼器個(gè)數(shù)m，并進(jìn)行turbo-hadamard編碼，得到編碼碼字c。

6、確定衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶總數(shù)l，各用戶turbo-hadamard編碼的編碼數(shù)據(jù)長(zhǎng)度b，第l個(gè)用戶的長(zhǎng)度為b的編碼數(shù)據(jù)表示為bl＝[b1,b2,b3,…,bb]，其中l(wèi)＝1,2,…,l。將bl經(jīng)過不同的交織器π(m)交織后表示成b/r×r的矩陣形式，得到

7、

8、其中d(m)中所有元素b'ij∈bl，m＝1,2,…,m代表不同的分量編碼器。對(duì)d(m)按行進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，并對(duì)得到的奇偶校驗(yàn)向量進(jìn)行1/2碼率的卷積編碼得到長(zhǎng)度為b/r的編碼后檢驗(yàn)比特向量q(m)＝[q1,q2,…,qb/r]t。對(duì)[d(m),q(m)]進(jìn)行hadamard編碼得到校驗(yàn)矩陣其中代表實(shí)數(shù)域。將每個(gè)分量編碼器編碼結(jié)果進(jìn)行拼接得到編碼碼字c＝[d',q(1),p(1),q(2),p(2),…,q(m),p(m)]，其中d'為不經(jīng)過交織器，直接將bl＝[b1,b2,b3,…,bb]表示為b/r×r的矩陣形式。按行發(fā)送碼字c。

9、步驟二：各用戶根據(jù)被分配的唯一用戶碼本χl進(jìn)行scma映射，得到映射后的符號(hào)序列xl。

10、步驟二所述的用戶碼本χl表示為其中k代表碼本維度，a代表調(diào)制進(jìn)制數(shù)。根據(jù)調(diào)制進(jìn)制數(shù)a，將log2(a)個(gè)比特映射為一個(gè)碼字xa∈χl，得到映射后的符號(hào)序列其中x'i∈χl，i＝1,2,…,b/r/log2(a)，r代表編碼碼率。

11、步驟三：根據(jù)跳頻圖案φ將各用戶待發(fā)送符號(hào)序列xl的每個(gè)維度信息調(diào)制到相應(yīng)載波上。

12、步驟三所述的跳頻圖案中的每一跳對(duì)應(yīng)k個(gè)載波。對(duì)第l個(gè)用戶，第n跳對(duì)應(yīng)的載波表示為{f1,f2,…,fk}，第n個(gè)待發(fā)送符號(hào)為每一跳對(duì)應(yīng)一個(gè)符號(hào)，將待發(fā)送符號(hào)調(diào)制到相應(yīng)載波上可得各用戶發(fā)送調(diào)制后的符號(hào)序列給衛(wèi)星。

13、步驟四：接收端接收l(shuí)個(gè)用戶的發(fā)送信號(hào)，記第z個(gè)接收信號(hào)為

14、步驟四所述的第z個(gè)接收信號(hào)為yz由下式表示：

15、

16、其中代表信道增益系數(shù)，diag(·)代表取對(duì)角元素。為服從于均值為0，方差為σ2的復(fù)高斯白噪聲。j代表信道中存在的部分頻帶惡意干擾，若不存在信號(hào)傳輸頻帶內(nèi)的惡意干擾，則j＝0。

17、步驟五：根據(jù)被干擾信號(hào)和無(wú)干擾信號(hào)間存在的功率差，檢測(cè)跳頻信號(hào)中被干擾的頻點(diǎn)。利用濾波器將被干擾頻點(diǎn)的信號(hào)置零，得到處理后的接收信號(hào)y'z。

18、步驟五所述的處理后的接收信號(hào)表示為

19、

20、步驟六：步驟五輸出的信號(hào)y'z經(jīng)過解跳處理后，被送入scma多用戶檢測(cè)器，多用戶檢測(cè)器利用函數(shù)節(jié)點(diǎn)和變量節(jié)點(diǎn)將解跳處理后的信號(hào)迭代交互處理，得到各個(gè)用戶的解調(diào)軟信息sl。

21、步驟六所述的經(jīng)過解跳處理后的信號(hào)為

22、

23、對(duì)于j＝0的情況，采用mpa算法對(duì)y'z'進(jìn)行scma多用戶檢測(cè)，scma多用戶檢測(cè)包括兩個(gè)步驟。第一步根據(jù)下式從函數(shù)節(jié)點(diǎn)k向變量節(jié)點(diǎn)l傳遞消息，記為t表示第t次迭代。

24、

25、其中θk代表利用第k個(gè)維度載波進(jìn)行消息傳遞的所有用戶集合。θk\l代表除了第l個(gè)用戶。

26、第二步根據(jù)下式從變量節(jié)點(diǎn)l向函數(shù)節(jié)點(diǎn)k傳遞消息，記為t表示第t次迭代。

27、

28、其中代表用戶l傳遞消息所利用的所有載波的索引。代表除了第k個(gè)載波。w是歸一化因子，保證用戶發(fā)送各碼字的概率和為1。在經(jīng)過t次迭代之后，得到用戶對(duì)應(yīng)碼字概率將碼字概率帶入下式得到第l個(gè)用戶的第z個(gè)碼字對(duì)應(yīng)的比特軟信息：

29、

30、對(duì)于j≠0的情況，直接將s'l,z(oi)置零，得到各用戶的解調(diào)軟信息sl＝[s'l,1,s'l,2,…,s'l,b/r]。

31、步驟七：利用各用戶的解調(diào)軟信息sl采用bcjr算法進(jìn)行turbo-hardamard譯碼，利用turbo-hardamard譯碼增益恢復(fù)部分被干擾的信息，得到各用戶譯碼軟信息矩陣κl，所述用戶譯碼軟信息矩陣κl包括未被干擾的信息和恢復(fù)的部分被干擾信息，進(jìn)而利用用戶譯碼軟信息矩陣κl提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

32、bcjr算法將各用戶的解調(diào)軟信息sl代入如下兩個(gè)式子分別得到前、后向遞推度量值α和β。

33、

34、其中代表分支度量。

35、其中：sk表示卷積碼譯碼器對(duì)應(yīng)的k時(shí)刻的狀態(tài)，hj表示hadamard矩陣的第j行，a是與信道有關(guān)的常數(shù)，lak表示la的第k行，pk表示p的第k行，且代表信息比特的先驗(yàn)外信息矩陣，代表檢驗(yàn)比特的先驗(yàn)對(duì)數(shù)似然比矩陣。據(jù)此，根據(jù)下式得到第l個(gè)用戶未經(jīng)過交織的信息矩陣d'中第k行、i列信息比特的譯碼軟信息矩陣如下：

36、

37、其中k＝1,2,...,b/r，i＝1,2,…,r。

38、用戶譯碼軟信息矩陣κl包括未被干擾的信息和恢復(fù)的部分被干擾信息，進(jìn)而利用用戶譯碼軟信息矩陣κl提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

39、步驟八：對(duì)步驟七得到的各用戶譯碼軟信息矩陣κl進(jìn)行比特判決，根據(jù)比特判決結(jié)果得到譯碼后的信息比特即實(shí)現(xiàn)基于低碼率編譯碼的衛(wèi)星通信抗干擾接入。

40、對(duì)步驟七得到的各用戶譯碼軟信息矩陣κl進(jìn)行如下判決，得到譯碼后的信息比特

41、

42、有益效果：

43、1、本發(fā)明公開的一種基于低碼率編譯碼的衛(wèi)星通信抗干擾接入方法，利用turbo-hadamard低碼率編碼能夠提供高編碼增益，從而糾正被干擾信號(hào)的特點(diǎn)，在發(fā)送端，對(duì)待發(fā)送信號(hào)進(jìn)行turbo-hadamard低碼率編碼，之后將編碼后的序列進(jìn)行scma碼本映射得到待發(fā)送符號(hào)序列，最后根據(jù)跳頻圖案將待發(fā)送符號(hào)序列進(jìn)行跳頻發(fā)送。在接收端，利用濾波器將被干擾頻點(diǎn)置零，并進(jìn)行解映射與譯碼，最終得到各用戶發(fā)送信息序列。本發(fā)明能夠解決傳統(tǒng)跳頻抗干擾技術(shù)僅能減少信號(hào)被干擾的概率，抗干擾能力有限的問題。提升衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

44、2、本發(fā)明公開的一種基于低碼率編譯碼的衛(wèi)星通信抗干擾接入方法，在發(fā)送端，對(duì)待發(fā)送信號(hào)進(jìn)行turbo-hadamard低碼率編碼，將編碼后的序列進(jìn)行scma碼本映射得到待發(fā)送符號(hào)序列，根據(jù)跳頻圖案將待發(fā)送符號(hào)序列進(jìn)行跳頻發(fā)送。在接收端，turbo-hadamard譯碼器利用解調(diào)信息中未被干擾的部分，恢復(fù)部分被干擾的信息得到各用戶發(fā)送信息。與傳統(tǒng)跳頻抗干擾技術(shù)相比，本發(fā)明利用編譯碼提供的編碼增益提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾性能。

45、3、本發(fā)明公開的一種基于低碼率編譯碼的衛(wèi)星通信抗干擾接入方法，為發(fā)送端的每個(gè)用戶分配唯一的scma映射碼本，每個(gè)用戶對(duì)待發(fā)送信息進(jìn)行相同碼率的turbo-hadamard編碼后根據(jù)被分配的scma碼本進(jìn)行映射，得到多維待發(fā)送符號(hào)，根據(jù)設(shè)計(jì)的跳頻圖案，將每一個(gè)維度的符號(hào)信息調(diào)制到相應(yīng)載波上進(jìn)行發(fā)送。所有用戶擁有相同的跳頻圖案。接收端根據(jù)接收信號(hào)中存在的功率差，有效識(shí)別被干擾符號(hào)。