一种GPS接收机中LDPC码辅助的迭代载波同步方法，属数字通信中信道编码及载波同步技术领域。LDPC码的理论性能很好，但是它对同步的要求很苛刻，在有频偏及相偏的条件下，其性能会急剧恶化。本发明专利技术方法联合译码和估计，在LDPC译码器中增加了对载波同步参数的估计,并用译码中产生的软信息估计参数。译码器每进行一次译码迭代，便对参数进行一次估计，估计时要用到LDPC译码中产生的软信息，然后再用估计的参数对译码器的输入进行修正，修正的输入经过LDPC码译码处理又可得到新的软信息，这些软信息又可用来得到新的估计参数，通过多次迭代，该方法可使参数的估计值收敛到实际取值，从而使LDPC码接近理论上的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种GPS接收机中LDPC码辅助的迭代载波同步方法，属数字通信中信道编码及载波同步
技术介绍
GPS是美国军方研发的卫星导航系统，可以在各种天气下精确地提供地表附近任意位置精确的时间和位置信息。该系统由空间段，控制段和用户段三部分组成。空间段至少包括24颗卫星。卫星使用码分复用(CDMA)技术在两个频率上广播测距码和导航数据，即GPS系统只使用两个频率L1 (1275. 42MHz)和L2 (1227. 6MHz)。导航数据使GPS接收机能够确定卫星发送信号时的位置，测距码使接收机能够计算出信号传输时间。接收机根据卫星发送信号的位置和信号传输到接收机的时间就可计算出当前所在位置。IS-GPS-800规范定义了 LI链路上的民用LI信号(LlC)。LlC信号由LlCp和LICd两部分组成。LICd又分为子帧，帧和超帧。帧分成3个长度不等的子帧。为了向用户广播完整的消息，需发送多个帧，即超巾贞。子帧2和子帧3分别包含600比特和274数据。两个子帧都要用码率为1/2的LDPC编码器编码，得到总长度为1748个符号序列。这1748个符号接着送到交织器进行交织，1748个符号按行写入38行46的矩阵，然后按列读出。交织后的输出进行二进制偏移载波调制(B0C(1，I)),即先以1. 023Mbps的码片速率进行直接序列扩频(DSSS)，再用1.023MHz的方波副载波调制扩频后的信号，副载波的作用是改变发射信号的频谱。最后再将基带B0C(1，I)信号通过BPSK调制到LI射频链路上传输。LDPC(Low-Density Parity-Check)码是一种纠错能力极好的线性分组码，目前已被很多标准采用，比如IEEE802. 16e、IEEE802. lln、DVB_S2和GPS。虽然理论上LDPC码具有接近香农限的性能，但是这是在理想相干检测的前提下得出来的，实际应用中载波同步不理想会引进频偏和相偏，而LDPC码译码算法对频偏和相偏很敏感，这使得实际系统中LDPC码的性能和理论性能有很大的差距。从理论上分析相偏和频偏对LDPC码译码器的影响很困难，目前还没有这方面的文献，但是通过仿真可以知道，相偏和频偏对LDPC译码器的影响很严重。鉴于LDPC码对载波同步不理想引起的频偏和相偏很敏感，GPS中提高载波同步的精度对整个系统的性能都有很大的提高。
技术实现思路
为了克服载波同步不理想引起的频偏和相偏对LDPC码迭代译码器的影响，本发提供了一种GPS接收机中LDPC码辅助的迭代载波同步方法。该方法将译码和同步相结合，在标准LDPC译码的基础上，增加了对同步参数估计的步骤。在每次迭代译码中，用LDPC译码中的判决消息估计相偏和频偏，再用估计的相偏和频偏对译码器变量节点的对数似然比消息进行修正，通过LDPC译码算法和同步算法的相互影响、相互修正达到精确同步、提高译码性能的目的。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下一种GPS接收机中LDPC码辅助的迭代载波同步方法，应用于GPS接收机中的LDPC码译码器，以实现精确估计同步不理想引起的频偏和相偏，提高整个系统性能的目的；预先设C是由mXn维校验矩阵H = {hJ； J确定的长为η的二元LDPC码；Rj表示同第j个校验节点相连的变量节点的集合，即Rj = {k I hk； j = 1}, RjAk表示从Rj中除去第k个变量节点的集合；Ck表示同第k个变量节点相连的校验节点的集合,即Ck = {j hk； j = 1}, Ck\j表示从Ck中除去第j个校验节点的集合；a表示码C中的码字经过BPSK调制后的发送信息序列，r表示a经过信道后的接收信息序列，也即LDPC译码器的输入，r中第k个分量对应码C的第k个变量节点；pk(0)和pk(l)分别表示第k个变量节点为O和I的概率，L (Pk)表示第k个变量节点的初始对数似然比消息；该方法的步骤如下I)初始化假设BPSK将O映射到-1、I映射到I，则发送序列经过均值为O方差为σ 2白高斯噪声信道后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种GPS接收机中LDPC码辅助的迭代载波同步方法，应用于GPS接收机中的LDPC码译码器，以实现精确估计同步不理想引起的频偏和相偏，提高整个系统性能的目的；预先设C是由m×n维校验矩阵H＝{hj,k}确定的长为n的二元LDPC码；Rj表示同第j个校验节点相连的变量节点的集合，即Rj＝{k|hk,j＝1}，Rj\k表示从Rj中除去第k个变量节点的集合；Ck表示同第k个变量节点相连的校验节点的集合，即Ck＝{j|hk,j＝1}，Ck\j表示从Ck中除去第j个校验节点的集合；a表示码C中的码字经过BPSK调制后的发送信息序列，r表示a经过信道后的接收信息序列，也即LDPC译码器的输入，r中第k个分量对应码C的第k个变量节点；pk(0)和pk(1)分别表示第k个变量节点为0和1的概率，L(Pk)表示第k个变量节点的初始对数似然比消息；该方法的步骤如下：1）初始化假设BPSK将0映射到?1、1映射到1，则发送序列经过均值为0方差为σ2白高斯噪声信道后rk是r的第k个分量，所以第k个变量节点的初始对数似然比消息为L(Pk)=lnpk(0)pk(1)=|rk-1|2-|rk+1|22）校验节点消息更新校验节点收集与它相邻的变量节点的消息；LDPC码译码器采用偏移最小和算法；当LDPC码译码器使用最小和译码时，令L“(rjk)表示第j个校验节点传给第k个变量节点的对数似然比消息；最小和译码算法中校验节点消息更新的公式如下：L′(rjk)=Πk′∈Rk\jsign(L(qk′j))·mink′∈Rk\j(|L(qk′j)|)其中sign(x)=1,x≥00,x<0是符号函数，符号min(·)表示求最小值，L(qk′j)表示第k′个变量节点传给第j个校验节点的对数似然比消息，符号k“∈Rk\j表示k“是集合Rk\j的元素；在最小和算法中引进偏移因子β，便得到偏移最小和算法，其中β的取值介于0和1之间，用L(rjk)表示偏移最小和算法中第j个校验节点传给第k个变量节点的对数似然比消息；偏移最小和算法中校验节点消息更新的公式如下：L(rjk)＝sign(L“(rjk))·max(|L“(rjk)|?β，0)其中符号max(·)表示求最大值；不同LDPC码对应的偏移因子取值不同，GPS系统使用了两种LDPC码，码长分别为1200和578，这两种码的偏移因子分别通过仿真来求得，即让偏移因子在0和1间取不同值，根据仿真结果选择使误码率最低的那个偏移因子；3）计算判决消息并做判决变量节点收集与它相邻的校验节点的消息及来自信道的初始消息；用L(qk)表示第k个变 量节点的判决消息，则L(qk)=L(Pk)+Σj′∈CkL(rj′k)如果L(qk)＞0，则判定否则判定表示码字中第k个变量节点的判决输出；4）判断译码是否结束满足以下条件之一即表示译码结束：A．H是LDPC码的校验矩阵，表示的转置；B．已达到指定的最大迭代次数，否则转入下一步；5）若译码没有结束，则对同步参数进行一次估计；用b＝[Δf,Δθ]表示同步不理想引起的频偏和相偏，其中Δf和Δθ分别表示频偏和相偏，使用最大对数似然概率的方法估计b，并用期望?最大（EM）算法求解该最大对数似然概率估计问题，EM迭代求解中要用到LDPC译码中产生的软信息；b的最大对数似然概率估计是指找到使对数似然概率密度函数lnp(r|b)最大的b作为其估计值，记作即符号表示求使括号内参数取最大值的b，EM算法通过引进先验分布已知的隐藏变量来达到简化计算的目的；取发送信息序列a作为先验分布已知的随机变量，则标准EM算法求解最大对数似然估计的迭代计算公式表示为b(n+1)=argmaxb{Σap(a|r,b(n))lnp(r|a,b)}---(1)其中b(n)表示第n次迭代中的b估计值，b(n+1)表示在b的当前估计值为b(n)时下一次的估计值，p(r|a,b)表示已知a和b的条件下r的条件概率密度函数，p(a|r,b(n))表示已知a和b(n)的条件下r的条件概率密度函数，是求和符号；对于GPS系统，在扩频序列和方波副载波同步理想，即接收端可以精确恢复它们的定时信息的情况下，整个系统可简化为BPSK调制系统，在已知发送信息序列a和同步参数b＝[Δf,Δθ]的条件下，译码器输入r的对数条件概率表示为lnp(r|a,...
【技术特征摘要】
1.一种GPS接收机中LDPC码辅助的迭代载波同步方法，应用于GPS接收机中的LDPC码译码器，以实现精确估计同步不理想引起的频偏和相偏，提高整个系统性能的目的；预先设C是由mXn维校验矩阵H = {hJ； J确定的长为η的二元LDPC码；Rj表示同第j个校验节点相连的变量节点的集合，即Rj = {k I hk； j = 1}, RjAk表示从Rj中除去第k个变量节点的集合；Ck表示同第k个变量节点相连的校验节点的集合,即Ck = {j hk； j = 1}, Ck\j表示从Ck中除去...
【专利技术属性】
技术研发人员：马丕明，黎靖，熊海良，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
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