[发明专利]面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种联合调制编码方法，尤其涉及一种面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法。

背景技术

在深空探测的过程中，深空通信起着关键的作用，只有保证了深空通信系统的正常运行才可能使深空探测任务获得成功，而深空通信面临着地面通信和卫星通信所不具备的特殊困难，这是因为深空信道具有如下的特点：距离远、时延大、信道具有衰落特性、工作频率高，可用频带宽、链路易中断、上、下行链路不对称等。

深空通信的传播距离极远，信号能量随着深空探测距离的呈平方衰减，接收信号极低信噪比极低，而传输距离的增大和多普勒频移等空间效应，导致接收端的信号存在大的相位和频率偏移，在低信噪比下更是难以捕获，要保证深空通信的正常运行需要高增益的信道编码方式和有效的检测手段。因此，如何保证和提高深空通信的可靠性成为关键问题。深空通信的特殊性决定了深空通信采用的频率范围、调制方式与编码技术和协议体系等与地面无线通信、卫星通信不同。针对上述问题早期深空探测已经采用、以及未来一段时间的深空探测仍将采用的主要技术手段包括：提高载波频率，增大地面站与探测器的天线尺寸以获得更高的发射功率，采用功率有效和带宽有效的调制方式以及高增益的信道编码方式，同时降低接收系统噪声温度。但是，目前随着深空探测距离的不断加大，在深空探测器的硬件条件限制和加工精度有限的条件下，从加大天线尺寸和提高射频的角度已经不是未来研究的主要方向，提高发送功率的办法收到限制。因此，必须选取合适的调制方式和编码方式，以解决深空通信大衰减和大时延条件下可靠、高效通信的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法，包括以下步骤：

步骤A)：在发射端对信息比特进行LDPC编码，同时通过中间转换矩阵改变编码序列的顺序，使信息比特处于相位偏差小的位置；

步骤B)：对编码序列进行FQPSK调制，将调制生成的发射信号送入AWGN信道；

步骤C)：在接收端接收发射信号并对其进行MAP解调，得到逐比特的对数似然比(LLR)，利用得到的对数似然比对码字进行相偏和频偏的估计与补偿；

步骤D)：最后将软信息送入到译码器，将解调的后验概率作为译码的先验概率，采用基于软信息的置信度传播译码算法，实现译码过程。

进一步改进为，所述步骤A)中，根据频偏的补偿算法，通过转换矩阵调整发送序列的顺序。

进一步改进为，所述步骤C)中，通过的得到的逐比特的对数似然比LLR和接收到的采样序列，利用最大似然准则对相位差和频偏进行估计，直到满足迭代条件或者达到最大的迭代次数。

进一步改进为，所述步骤C)中，在FQPSK调制技术中，将代表一个所述比特的采样点看作一个子块。

进一步改进为，所述步骤C)中，所述的频偏估计方案中，通过相位在时间上的增量来计算频率。

相较于现有技术，本发明针对深空通信接收信噪比低，残余相位和频偏对译码性能影响较大的问题，建立了面向深空链路的联合编码调制系统。将FQPSK调制与LDPC编码进行了联合设计，并在迭代解调环路中嵌入补偿算法实现相位和频偏的估计与补偿。同时，本发明利用了LDPC编码的特性，通过加入中间转换矩阵改变编码与译码的码字顺序，有效的辅助了频偏补偿，增加了系统的抗频偏性能。最后通过仿真验证了该联合设计系统在译码端误码率上的增益，在相位偏差不大于0.3π和频偏100ppm到700ppm的范围内，误码率可达到10-3到10-4。从而有效解决了深空通信链路残余频偏下弱信号译码的问题。

附图说明

图1是本发明的FQPSK与LDPC的级联系统构成示意图。

图2是本发明的面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法的发送的序列示意图。

图3是本发明的面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法的FQPSK实现方法原理示意图。

图4是本发明的面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法的FQPSK与QPSK的星座图对比图。

图5是本发明的面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法的相位补偿性能示意图。

图6是本发明的面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法的频偏补偿性能示意图。

图7是本发明的面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法的算法相位和频偏估计的收敛性示意图

图8是本发明的面向深空链路残余频偏下的联合调制编码方法的译码之后的相位补偿性能示意图。