一种跳频通信中的迭代检测译码方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种跳频通信中的迭代检测译码方法及装置，所述方法包含：步骤101)根据发送端的信息比特序列b、发送序列x、接收端的接收序列r、随机相位偏转θ以及表示多普勒频偏的变量之间的约束关系建立因子图，并依据因子图得到向上，向下，向前和向后的消息更新公式；步骤102)采用频偏离散化，即假定频偏为若干个离散化的值，对每个确定的离散化的频偏值，在步骤101)中建立的因子图上迭代更新相位信息的消息，每次迭代前根据现有信息重新调整频偏设置；且每次迭代完成后，将相偏和频偏估计结果的软信息传输给译码器，进而与译码器联合迭代，迭代结束时，输出译码结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及跳频通信检测领域，具体涉及一种跳频通信中的迭代检测译码方法及装置。
技术介绍
跳频通信系统因其良好的抗干扰性和低截获概率，广泛应用于现代军事通信领域。然而在实际的跳频通信系统中，收发晶振的相位噪声使得接收信号存在随机相位偏转，而系统的高动态特性产生多普勒频移，都对接收端恢复原始信号造成严重干扰。因此必须对接收信号的相位偏转进行补偿，即载波同步。传统的载波同步方法，如锁相环，收敛速度太慢，难以应用于快速跳频系统中。其他开环的算法，比如对QPSK信号的四次方的方法，只在信噪比高时性能良好。基于因子图及和积算法框架的联合检测译码算法近十年来得到广泛关注。因子图用来表示各变量的联合分布，包含相位噪声和频偏检测部分以及译码部分，和积算法用来求解该联合分布的边缘分布，以便接收方根据最大后验概率准则恢复信号。每一次迭代，LDPC译码模块与相位恢复模块之间互相传递消息，不断挖掘有用信息，因此系统能工作在低信噪比下，且需要极少导频。然而，和积算法求解时会出现积分困难，为此现有技术多采用相位噪声离散化的方法来解决这个问题。然而离散化方法只有在量化精度足够高时才能达到较好的性能，复杂度过高。而有些现有技术还提出Tikhonov-Single算法，采用单个Tikhonov分布近似因子图中有关相位的消息，只需传递Tikhonov分布的参数，计算复杂度大大降低。在此基础上，现有技术还对近似进行优化，得到更为精确的估计。然而由于跳频通信系统每跳序列较短，上述这些算法性能表现不佳。以上这些技术方案都是针对多普勒频偏可忽略的情况研究的。而当飞行器高速运动、载波频率较高等情况下，多普勒频偏并不能忽略，此时载波相位估计中还应包括对频偏的估计。现有的算法采用的是将频偏离散化和单个Tikhonov近似，然而这样的处理方式同样在跳频通信中性能不佳。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种跳频通信中的迭代检测译码方法及系统，能够利用译码器和相位检测模块的消息传递和反复迭代来补偿相位噪声和多普勒频偏，进而提高接收机性能。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例公开了如下技术方案：第一方面，提供的一种跳频通信中的迭代检测译码方法，所述方法包含：步骤101)根据发送端的信息比特序列b、发送序列x、接收端的接收序列r、随机相位偏转θ以及表示多普勒频偏的变量之间的约束关系建立因子图，并依据因子图得到向上，向下，向前和向后的消息更新公式；步骤102)采用频偏离散化，即假定频偏为若干个离散化的值，对每个确定的离散化的频偏值，在步骤101)中建立的因子图上迭代更新相位信息的消息，每次迭代前根据现有信息重新调整频偏设置；且每次迭代完成后，将相偏和频偏估计结果的软信息传输给译码器，进而与译码器联合迭代，迭代结束后输出译码结果；其中，将因子图中的相位消息近似为若干个吉洪诺夫Tikhonov分布的和，且构成每个消息的吉洪诺夫Tikhonov分布的个数根据实际情况中对复杂度和估计性能折中要求进行设定；根据相位估计均值划分区域，在每个区域内将多个吉洪诺夫Tikhonov分布近似为单个吉洪诺夫Tikhonov。结合上述第一方面，在第一种可能的实现方式中，上述步骤102)进一步包含：步骤102-1)将多普勒频偏连续变量近似为上L个均匀分布的离散值作为初始迭代的L条路径；针对每条路径进行如下处理：步骤102-1-1)将所有表示Tikhonov分布权值大小的w设为1，表示相位θ分布的参数ζ设为0，表示频偏路径权重的γ设为1；初始化因子图上和发送序列x相对应的边x向下的消息μ↓(xk,m)和随机相位偏转变量对应的边θ向下消息的参数作为初始迭代的值；步骤102-1-2)计算向下消息的权值步骤102-1-3)在每条路径上，从左到右计算前向消息；步骤102-1-4)在每条路径上，从右向左计算反向消息；步骤102-1-5)计算向上传递的消息；步骤102-2)当达到对应信噪比下设定的迭代次数或者译码器相邻两次输出的外信息变化值小于一个设定值时，迭代计算结束，迭代译码输出的结果即为恢复后的信息序列；若不满足上述迭代结束的条件，则计算向下的消息μ↓(xk,m)，选择另一条路径并返回步骤102-1-2)。结合上述第一方面，和第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，当采用PSK调制时，所述步骤102-1-3)进一步包含：首先，向下传递的消息和向左传递的消息，经过等号结点，相乘得到MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布的和；其次，用MinKL(·)将相乘得到的MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布变为Q个；然后，再用如下公式计算如下参量：前向消息中每个吉洪诺夫Tikhonov分布的权值参数以及频偏路径权值 w → k , q ( l ) = w → k - 1 , q ′ ( l ) Σ q = 1 Q w → k - 1 , q ′ ( l ) ]]> γ → k ( l ) = γ → k - 1 ( l ) Σ q = 1 Q 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种跳频通信中的迭代检测译码方法，所述方法包含：步骤101)根据发送端的信息比特序列b、发送序列x、接收端的接收序列r、随机相位偏转θ以及表示多普勒频偏的变量之间的约束关系建立因子图，并依据因子图得到向上，向下，向前和向后的消息更新公式；步骤102)采用频偏离散化，即假定频偏为若干个离散化的值，对每个确定的离散化的频偏值，在步骤101)中建立的因子图上迭代更新相位信息的消息，每次迭代前根据现有信息重新调整频偏设置；且每次迭代完成后，将相偏和频偏估计结果的软信息传输给译码器，进而与译码器联合迭代，迭代结束时，比如迭代次数达到设定次数，或译码器相邻两次迭代输出的外信息变化值小于设定值时，输出译码结果；其中，将因子图中的相位消息近似为若干个吉洪诺夫Tikhonov分布的和，且构成每个消息的吉洪诺夫Tikhonov分布的个数根据实际情况中对复杂度和估计性能折中要求进行设定；根据相位估计均值划分区域，在每个区域内将多个吉洪诺夫Tikhonov分布近似为单个吉洪诺夫Tikhonov。

【技术特征摘要】
1.一种跳频通信中的迭代检测译码方法，所述方法包含：步骤101)根据发送端的信息比特序列b、发送序列x、接收端的接收序列r、随机相位偏转θ以及表示多普勒频偏的变量之间的约束关系建立因子图，并依据因子图得到向上，向下，向前和向后的消息更新公式；步骤102)采用频偏离散化，即假定频偏为若干个离散化的值，对每个确定的离散化的频偏值，在步骤101)中建立的因子图上迭代更新相位信息的消息，每次迭代前根据现有信息重新调整频偏设置；且每次迭代完成后，将相偏和频偏估计结果的软信息传输给译码器，进而与译码器联合迭代，迭代结束时，比如迭代次数达到设定次数，或译码器相邻两次迭代输出的外信息变化值小于设定值时，输出译码结果；其中，将因子图中的相位消息近似为若干个吉洪诺夫Tikhonov分布的和，且构成每个消息的吉洪诺夫Tikhonov分布的个数根据实际情况中对复杂度和估计性能折中要求进行设定；根据相位估计均值划分区域，在每个区域内将多个吉洪诺夫Tikhonov分布近似为单个吉洪诺夫Tikhonov。2.根据权利要求1所述的跳频通信中的迭代检测译码方法，其特征在于，所述步骤102)进一步包含：步骤102-1)将多普勒频偏连续变量近似为上L个均匀分布的离散值作为初始迭代的L条路径；针对每条路径进行如下处理：步骤102-1-1)将所有表示Tikhonov分布权值大小的w设为1，表示相位θ分布的参数ζ设为0，表示频偏路径权重的γ设为1；初始化因子图上和发送序列x相对应的边x向下的消息μ↓(xk,m)和随机相位偏转变量对应的边θ向下消息的参数作为初始迭代的值；步骤102-1-2)计算向下消息的权值步骤102-1-3)在每条路径上，从左到右计算前向消息；步骤102-1-4)在每条路径上，从右向左计算反向消息；步骤102-1-5)计算向上传递的消息；步骤102-2)当达到对应信噪比下设定的迭代次数或者译码器相邻两次输出的外信息变化值小于一个设定值时，迭代计算结束，迭代译码输出的结果即为恢复后的信息序列；若不满足上述迭代结束的条件，则计算向下的消息μ↓(xk,m)，选择另一条路径并返回步骤102-1-2)。3.根据权利要求2所述的跳频通信中的迭代检测译码方法，其特征在于，所述步骤102-1-3)进一步包含：首先，向下传递的消息和向右传递的消息，经过等号结点，相乘得到MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布的和；其次，用MinKL(·)将相乘得到的MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布变为Q个；然后，再用如下公式计算如下参量：前向消息中每个吉洪诺夫Tikhonov分布的权值参数以及频偏路径权值其中，角标k表示一跳中第k个符号，角标q表示一条消息中第q个吉洪诺夫Tikhonov分布；上角标表示第l条频偏路径；和表示第“k-1”个符号的消息经过MinKL(·)后合并得到的消息中各吉洪诺夫Tikhonov分布的权值和参数；参数和表示消息更新后各吉洪诺夫Tikhonov分布的权值和参数；表示利用前向消息计算得到的该频偏路径的权值，且越大表示该频偏越越接近实际频偏；表示随机游走相位模型中参数Δ的方差；Q为前向和反向相位消息中Tikhonov分布的个数，M为PSK的调制阶数。4.根据权利要求2或3所述的跳频通信中的迭代检测译码方法，其特征在于，所述步骤102-1-4)进一步包含：首先，向下传递的消息和向左传递的消息经过等号结点相乘得到MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布的和...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪祖耀，尹悦，匡麟玲，吴胜，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11