[發明專利]高動態極低信噪比下衛星通信Turbo碼迭代解調方法

有效

• 申請號: 201710978631.4
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107769841B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 楊杰;朱宏鵬;李廣俠;李志強;王闖;蔡君
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: H04L27/22
• 分類號: H04L27/22;H04B7/185;H04L27/00;H04L27/26
• 代理公司: 32203 南京理工大學專利中心
• 代理人: 吳茂杰<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開一種高動態極低信噪比下衛星通信Turbo碼迭代解調方法，包括：(10)將接收帶通信號轉換為基帶信號；(20)獲得頻偏粗估計值，并利用該估計值進行載波頻偏補償；(30)將載波頻偏補償后的信號進行匹配濾波；(40)估計出定時頻偏，對濾波后信號進行定時頻偏修正；(50)預估計頻偏，對信號進行補償；(60)對頻偏相偏進行精估計，并對預估計補償后的信號進行補償；(70)對載波偏差補償后的殘留定時頻偏、定時偏差進行精估計，輸出譯碼判決結果；(80)對于后續編碼分組，引入頻偏計數器，改進EM算法完成多普勒頻偏變化跟蹤。本發明的Turbo碼迭代解調方法，復雜度低、效率較高、適應性好。

技術領域

本發明屬于衛星通信技術領域，特別是一種效率較高、適應性好的高動態極低信噪比下衛星通信Turbo碼迭代解調方法。

背景技術

以Turbo碼、LDPC碼等為代表的先進編碼技術在衛星移動通信、導航產業的廣泛應用，使得通信系統可以工作在非常低的信噪比條件下。但其優異的性能建立在正確解調的基礎上。即使很小的頻率偏移，在接收端也會引起誤碼性能的急劇下降，因而獲得準確的同步信息對正常通信至關重要。

同時，為了充分獲得信道碼帶來的高編碼增益并使系統以接近香農限方式傳輸，必然要采用具有更低碼率的信道編碼方式。而編碼碼率每降低1/2，解調門限下降3dB，這就是說，采用低碼率雖然意味著相同功率資源條件下所能提供通信容量的提升，但要求解調器在極低的解調門限下工作。這里所說的極低信噪比指的是采用1/6碼率甚至更低碼率系統對應的門限。在這么低的信噪比(E_s/N₀<-6dB)條件下，對于現有解調器是個瓶頸。

無論是載波同步、定時同步還是幀同步，其估計算法都對信噪比極為敏感。傳統的非數據輔助算法，雖然運算簡單，但是隨著信噪比下降性能惡化，數據輔助算法估計精度高，但需要大量使用導頻序列，對于帶寬受限的衛星信道頻譜效率低。

近年來提出的基于編碼輔助算法則可以充分利用高性能編碼增益輔助同步，是極低信噪比下設計框架的一種有效選擇。

編碼輔助的基本思想是：將Turbo碼、LDPC碼等高增益編碼的迭代譯碼過程與前端的參數估計過程相結合，用迭代譯碼的軟信息輔助參數估計，并在新的參數估計基礎上進行譯碼，兩者相互促進終共同收斂，完成參數的精確估計和譯碼。綜合現有文獻，編碼輔助算法主要包括三類方案：直接將譯碼后較準確的符號作為參考序列來輔助同步，實現低SNR下的迭代同步，由Turbo碼等最大后驗(MAP)迭代譯碼，通過查找給定誤差下性能最好的幸存路徑實現同步；將譯碼所得軟信息經處理后反饋給同步環，來判斷和補償同步偏差。其中，方案一只是將譯碼后信息簡單代替了同步算法中參考序列，該方案收斂慢，性能受限于同步算法，易受突發信號干擾，只能用于同步跟蹤階段。方案二采用了最復雜的Turbo碼MAP譯碼，延遲和計算復雜度都相對較大，但在該譯碼基礎上用搜索幸存路徑所估計的性能相對較好。方案三主要有兩類實現方法：第一類方法通過對需估計同步偏差參數用最大期望(EM)準則推導該參數的迭代更新公式，并將每次迭代譯碼所得的軟信息用于更新公式同步偏差參數，以達到最佳估計結果，該方法迭代次數相對少，且能和譯碼同時進行，但估計范圍很窄，另一類方法通過利用譯碼輸出軟信息構造函數，通過搜索函數最大值來獲取最優估計。該方法估計精度高，可在參數估計域中工作，但由于采用搜索運算，迭代復雜度很高。

總之，現有技術存在的問題是：衛星通信在高動態極低信噪比條件下接收解調復雜度高、解調譯碼延遲較大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高動態極低信噪比下衛星通信Turbo碼迭代解調方法，復雜度低、效率較高、適應性好。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種高動態極低信噪比衛星通信Turbo碼迭代解調方法，包括如下步驟：

(10)接收信號下變頻：將接收帶通信號通過正交下變頻，轉換為基帶信號；