[发明专利]高动态极低信噪比下卫星通信Turbo码迭代解调方法

说明书

本发明公开一种高动态极低信噪比下卫星通信Turbo码迭代解调方法，包括：(10)将接收带通信号转换为基带信号；(20)获得频偏粗估计值，并利用该估计值进行载波频偏补偿；(30)将载波频偏补偿后的信号进行匹配滤波；(40)估计出定时频偏，对滤波后信号进行定时频偏修正；(50)预估计频偏，对信号进行补偿；(60)对频偏相偏进行精估计，并对预估计补偿后的信号进行补偿；(70)对载波偏差补偿后的残留定时频偏、定时偏差进行精估计，输出译码判决结果；(80)对于后续编码分组，引入频偏计数器，改进EM算法完成多普勒频偏变化跟踪。本发明的Turbo码迭代解调方法，复杂度低、效率较高、适应性好。

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，特别是一种效率较高、适应性好的高动态极低信噪比下卫星通信Turbo码迭代解调方法。

背景技术

以Turbo码、LDPC码等为代表的先进编码技术在卫星移动通信、导航产业的广泛应用，使得通信系统可以工作在非常低的信噪比条件下。但其优异的性能建立在正确解调的基础上。即使很小的频率偏移，在接收端也会引起误码性能的急剧下降，因而获得准确的同步信息对正常通信至关重要。

同时，为了充分获得信道码带来的高编码增益并使系统以接近香农限方式传输，必然要采用具有更低码率的信道编码方式。而编码码率每降低1/2，解调门限下降3dB，这就是说，采用低码率虽然意味着相同功率资源条件下所能提供通信容量的提升，但要求解调器在极低的解调门限下工作。这里所说的极低信噪比指的是采用1/6码率甚至更低码率系统对应的门限。在这么低的信噪比(E_s/N₀<-6dB)条件下，对于现有解调器是个瓶颈。

无论是载波同步、定时同步还是帧同步，其估计算法都对信噪比极为敏感。传统的非数据辅助算法，虽然运算简单，但是随着信噪比下降性能恶化，数据辅助算法估计精度高，但需要大量使用导频序列，对于带宽受限的卫星信道频谱效率低。

近年来提出的基于编码辅助算法则可以充分利用高性能编码增益辅助同步，是极低信噪比下设计框架的一种有效选择。

编码辅助的基本思想是：将Turbo码、LDPC码等高增益编码的迭代译码过程与前端的参数估计过程相结合，用迭代译码的软信息辅助参数估计，并在新的参数估计基础上进行译码，两者相互促进终共同收敛，完成参数的精确估计和译码。综合现有文献，编码辅助算法主要包括三类方案：直接将译码后较准确的符号作为参考序列来辅助同步，实现低SNR下的迭代同步，由Turbo码等最大后验(MAP)迭代译码，通过查找给定误差下性能最好的幸存路径实现同步；将译码所得软信息经处理后反馈给同步环，来判断和补偿同步偏差。其中，方案一只是将译码后信息简单代替了同步算法中参考序列，该方案收敛慢，性能受限于同步算法，易受突发信号干扰，只能用于同步跟踪阶段。方案二采用了最复杂的Turbo码MAP译码，延迟和计算复杂度都相对较大，但在该译码基础上用搜索幸存路径所估计的性能相对较好。方案三主要有两类实现方法：第一类方法通过对需估计同步偏差参数用最大期望(EM)准则推导该参数的迭代更新公式，并将每次迭代译码所得的软信息用于更新公式同步偏差参数，以达到最佳估计结果，该方法迭代次数相对少，且能和译码同时进行，但估计范围很窄，另一类方法通过利用译码输出软信息构造函数，通过搜索函数最大值来获取最优估计。该方法估计精度高，可在参数估计域中工作，但由于采用搜索运算，迭代复杂度很高。

总之，现有技术存在的问题是：卫星通信在高动态极低信噪比条件下接收解调复杂度高、解调译码延迟较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高动态极低信噪比下卫星通信Turbo码迭代解调方法，复杂度低、效率较高、适应性好。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种高动态极低信噪比卫星通信Turbo码迭代解调方法，包括如下步骤：

(10)接收信号下变频：将接收带通信号通过正交下变频，转换为基带信号；