一种高性能的短波正交扩频迭代解调与译码方法

摘要

一种高性能的短波正交扩频迭代解调与译码方法，包括接收信号通过匹配滤波器后以码片速率采样，采样数据与本地正交扩频序列做相关，利用相关值进行非相干解调输出比特软值；比特软值作为高性能编译码的输入，进行迭代译码；利用译码判决输出比特重构正交扩频调制信号，并实现路径的信道估计；由信道估计恢复路径相位信息，实现正交扩频的相干解调；依此过程进行迭代解调与译码，直至迭代停止，输出信息比特。本方法提出了正交扩频系统的迭代解调与译码结构；提高了解调比特软值的可信度，充分发挥信道编译码的性能；同时，迭代过程进一步提高了信道估计的精度、正交扩频解调性能和译码性能，从而提升了现有短波通信系统的传输性能。

主权项

一种高性能的短波正交扩频迭代解调与译码方法，其特征在于该方法采用联合信道估计部分、正交扩频解调部分和信道译码部分进行迭代处理，达到提升短波通信传输性能的目的，包括以下步骤：步骤一，接收端接收扩频信号进行匹配滤波，并采样得到接收信号各符号周期的采样序列；步骤二，将得到的采样序列与本地扩频序列做相关，得到相关值序列；步骤三，采用相关值序列进行正交扩频非相干解调，得到各符号周期的正交扩频非相干解调比特软值；步骤四，将得到的比特软值作为信道译码的输入，进行Turbo乘积码TPC或低密度奇偶校验码LDPC迭代译码，得到译码判决输出比特；步骤五，译码判决输出比特再进行重构调制，生成各符号周期的正交扩频调制符号，将正交扩频调制符号与各符号周期的接收序列做相关，得到路径响应；并利用前后各M个符号的路径响应，估计当前符号的路径响应；步骤六，根据估计路径响应结果中的相位进行正交扩频的相干解调，得到此次正交扩频非相干解调的比特软值；由于估计当前符号路径响应需要利用前后多个符号，则一帧符号中的前后各M个符号不能实现相干解调，那么利用两端2M个符号非相干解调比特软值与中间符号相干解调的比特软值作为信道译码输入；再转入步骤四进行信道译码，迭代至少一次，迭代停止后输出译码判决结果；该方法具体包括以下步骤：步骤一，发送端，每K个比特从共L个正交扩频序列集合中选择一个扩频序列，其中L＝2^K，然后成型滤波进行发送；接收端接收到该信号后进行匹配滤波，并以码片速率1/T_c进行采样抽取，得到第n个符号周期的采样序列R_n，R_n采用下述公式表达；R_n＝[r(nT),r(nT+T_c),…,r(nT+(N‑1)T_c)]其中：r(nT)表示第n符号周期内第1个采样点，r(nT+(N‑1)T_c)表示第n符号周期内的第N个采样点；N为扩频码长度，扩频码符号周期为T＝NT_c；步骤二，将得到的采样序列R_n与本地扩频序列W_l做相关，得到相关值z_n,_l，z_n,l＝R_nW_l^H其中，l表示本地扩频序列号，1≤l≤L，W_l^H表示本地扩频序列W_l的共轭转置；采样序列R_n与L个本地扩频序列做相关得到相关值序列为Z_n＝[z_n,1,z_n,2,…,z_n,L]；步骤三，采用Z_n进行正交扩频非相干解调：将相关值根据发送相应扩频序列的第k比特数据为“1”，“0”分为两个子集得到非相干解调的扩频比特软值表示为：$\Lambda \left(b_{n,k}\right)=\underset{i\in S_k^{+}}{max}{\left|z_{n,i}\right|}^2-\underset{i\in S_k^{-}}{max}{\left|z_{n,i}\right|}^2,1\le k\le K$其中，K为每个扩频符号对应调制的比特数，b_n,k为第n个符号周期解调的第k比特数据，表示子集中相关值模平方的最大值，表示子集中相关值模平方的最大值；并由此计算方法，计算一帧数据中所有符号解调的比特软值，设一帧数据中包含F个正交扩频符号，则一帧数据的总比特数为F·K；步骤四，将获得的一帧数据比特软值作为信道译码的输入，进行TPC/LDPC迭代译码，译码判决输出共F·K比特数据{b_n,k}，其中b_n,k表示第n个符号周期的第k比特数据；步骤五，判决反馈输出所有的硬判决比特{b_n,k}，重构调制生成F个正交扩频调制符号为其中第n个符号周期的K比特数据{b_n,1,b_n,2,…,b_n,K}，重构调制生成的正交扩频符号为将与第n个符号周期的接收序列R_n做相关得到路径响应h_n；$h_n=R_n{\hat{W}}_n^H/N;$其中，R_n为第n个符号周期的采样序列，表示第n个符号周期中硬判决比特重构正交扩频符号的共轭转置；N为扩频码长度；则第n‑2个符号周期内路径响应为同理，可得前后2M个符号周期的路径响应为h_n‑M,…,h_n‑1,h_n+1,…,h_n+M，利用2M个路径响应估计第n个符号周期的路径响应为：${\hat{h}}_n=(h_{n-M}+...+h_{n-1}+h_{n+1}+...+h_{n+M})/\left(2M\right)={\alpha }_n\exp \left({\mathrm{j\phi }}_n\right)$其中，M表示信道估计联合前后符号的数目；α_n为路径增益，φ_n为路径相位；步骤六，采用信道估计恢复的相位信息φ_n实现正交扩频的相干解调，首先补偿信道的相位影响，再取实部表示为相干解调输出比特软值为：$\Lambda \left(b_{n,k}\right)=\underset{i\in S_k^{+}}{max}\left(z_{n,i}^R\right)-\underset{i\in S_k^{-}}{max}\left(z_{n,i}^R\right),1\le k\le K$相干解调当前符号需要前后多个符号进行信道估计，由此可知，一帧符号的前后各M个符号不能实现相干解调，则两端2M个符号非相干解调比特软值与中间符号相干解调共F·K比特软值作为信道译码输入；再转入第四步进行信道译码，直至迭代停止，最后输出判决数据比特b_n,k。