[发明专利]一种低信噪比环境下的极化码辅助载波同步系统及方法

权利要求书

1.一种低信噪比环境下的极化码辅助载波同步系统，其特征在于：包括频偏相偏补偿单元、解调单元、极化码译码单元和频偏相偏计算单元；

所述频偏相偏补偿单元，用于补偿收发载波频率及相位间的差值，补偿后的结果用于信号解调；

具体实现方法如下，

频偏相偏补偿单元按照如下公式进行补偿：

其中：表示第l次迭代过程中接收的信号，k表示第k个信号值，表示在第l-1次迭代过程中估计的频偏值，T_s表示符号周期，θ^(l-1)则表示第l-1次迭代过程中得到的相偏估计值；

所述解调单元，用于解调补偿后的接收信号值，并得到先验信息，之后将先验信息传给极化码译码单元参与译码；

所述极化码译码单元，用于完成接收系统的极化码译码功能，输出最终译码结果，即发送信号的估值信号，同时输出后验信息；

所述频偏相偏计算单元，用于根据极化码译码单元反馈的后验信息估计载波的频偏和相偏；

所述频偏相偏计算单元的频偏相偏计算方法如下，

引入期望最大化算法来估计频偏相偏；所述期望最大化算法是迭代求解最大可能性估计的一种有效方法；根据期望最大化算法，频偏和相偏估计值的表示为公式(2)和公式(3)：

其中，表示第l-1次迭代中估计的同步参数，即Δf表示频偏搜索样值，表示第k个符号的后验期望值，D表示接收符号的个数，T_s表示符号周期，表示在第l次迭代过程中估计的频偏值，arg{·}表示角度求解函数；其中所述后验期望值根据极化码译码后验信息进行计算，具体实现方法如下：

首先，根据极化码的译码方法计算得出第l次迭代中第k个比特x_k的后验LLR如公式(4)所示

在BPSK调制系统中，调制符号s_k的条件概率表示为

且有下述等式成立，

推出，

同理，s_k＝exp(j·1·π)的条件概率表示为，

由此推出后验期望值的表达式，

其中，tanh(x)是一个双曲正切函数，可以写成的形式；考虑硬件实施过程中的复杂度，进一步化简为，

Th是设定的阈值；因此根据式(2)、式(3)、式(9)或式(2)、式(3)、式(10)迭代计算得到频偏和相偏的估计值，直到正确译码或达到最大迭代次数。

2.一种低信噪比环境下的极化码辅助载波同步系统的工作方法，基于如权利要求1所述的一种低信噪比环境下的极化码辅助载波同步系统实现，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：首次迭代时，初始化频偏相偏补偿值为0，用于频偏相偏补偿单元首次计算；

步骤二：在第l次迭代时，频偏相偏补偿单元根据上次频偏与相偏计算值对信道输出信息进行补偿，输出补偿后的信息给解调单元；

步骤三：解调单元接收补偿后的信息进行解调处理，并输出解调后的信息给极化码译码单元；

步骤四：极化码译码单元接收解调后的信息作为译码先验信息进行译码，并输出译码结果和译码后验信息；

步骤五：频偏相偏计算单元接收译码后验信息进行本次迭代频偏和相偏值计算，输出频偏和相偏值给频偏相偏补偿单元；在计算过程中，若迭代次数达到预置最大次数，则停止迭代，并将本次译码输出结果作为最终译码输出，所述的最终译码输出即为满足载波同步精度要求的最终结果；否则将本次迭代频偏和相偏值输出给频偏相偏补偿单元，即返回步骤二的频偏相偏补偿单元进行下次迭代。

3.如权利要求2所述的一种低信噪比环境下的极化码辅助载波同步系统的工作方法，其特征在于：还包括步骤六，所述一种低信噪比环境下的极化码辅助载波同步系统适用于对载波频偏与相偏同步精度敏感的通信系统，通过步骤一至步骤五所述的一种低信噪比环境下的极化码辅助载波同步方法，在低信噪比下实现高精度载波同步，提高系统通信可靠性。

4.如权利要求3所述的一种低信噪比环境下的极化码辅助载波同步系统的工作方法，其特征在于：步骤四具体实现方法如下，极化码译码单元的极化码译码方法包括基于生成矩阵G的BP算法和基于校验矩阵H的BP算法。

5.如权利要求4所述的一种低信噪比环境下的极化码辅助载波同步系统的工作方法，其特征在于：极化码译码单元采用H-based BP译码算法进行译码。