基於連續相位調製系統的非相干軟輸出檢測方法

2023-04-27 00:39:31

專利名稱：基於連續相位調製系統的非相干軟輸出檢測方法
技術領域：
本發明屬於通信技術領域，更進一步涉及一種基於連續相位調製(CPM， Continuous Phase Modulation)的非相干軟輸出檢測方法。可用於未編碼系統的檢測以及編碼調製系統的迭代信號檢測。
背景技術：
連續相位調製是一類廣泛應用於無線通信領域的高效編碼調製技術，它具有包絡恆定、載波相位連續變化的特點，可以同時達到較高的功率效率和頻譜利用率。對於連續相位調製信號，接收機可以採用相干或者非相干檢測方法。最佳的相干檢測是用維特比方法(Viterbi Algorithm)，但是用這種方法進行相干檢測要求收發載波完全同步，而且檢測時延和複雜度非常高，不易實現。非相干檢測不需要接收機載波同步，而且可以克服相位模糊的問題，但與相干檢測相比有性能損失。為了減小此性能損失，人們研究了多種方法。目前最常用的非相干檢測方法有兩種。一種是D. Divsalar和M. K. Simon 二人在「Multiple-Symbol Differential Detection of MPSK，，(IEEE Transactions on Communications, vol. 38, No. 3, March 1990)中公開的多符號差分檢測(Multiple Symbol Differential Detection)方法。該方法主要原理為通過對後驗概率進行變化，得到最後的判決準則，即假設觀察時長是N，對在時刻O到時刻N-I的接收信號與本地參考信號的相關函數求和之後取最大值，獲得的最大值所對應的本地參考信號即為最後的判決結果。 這種方法存在的不足是隨著觀測區間長度的增加，性能隨之提高的同時伴隨複雜度指數級增加，而且該方法只能應用於二元連續相位調製系統，對於四元、八元等高階調製系統而言，過於複雜的方法使系統的成本大大增加。另一種方法是Giulio Colavolpe 和 Gianluigi Ferrari 二人在 「Noncoherent Iterative (Turbo)Decoding，，(IEEE Transactions on Communications, vol.48, no. 9, September2000)中公開的非相干BCJR(N-BCJR)檢測方法。該方法主要步驟為1)通過對後驗概率進行變化，轉換為在網格圖中狀態轉移之間度量的計算，包括前向度量，後向度量以及分支度量；2)初始化前向度量和後向度量；3)經過相應的遞歸迭代，每一狀態(狀態
k-L
的表不為(％，…，<Vi+i，[Zai]mod屍)，其中ak表不第k時刻輸入符號，L表不記憶長度，h
i=0
=1/p表示調製指數，I和P互質)的分支度量為對應輸入符號進入該狀態路徑的度量，前向度量和後向度量的分別通過相應更新；4)更新結束，對不同的輸入，以它所對應的前向度量、後向度量以及分支度量的和作為它的軟輸出。這種方法雖然採用雙向維特比方法，但其檢測複雜度仍然過高。

發明內容
本發明的目的在於針對上述已有技術的不足，提出一種基於連續相位調製系統的非相干軟輸出檢測方法，以降低檢測複雜度，提高檢測性能。
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實現本發明目的的技術方案，是對現有的雙向維特比檢測方法進行改進，通過在網格圖上做前向和後向遞歸運算獲得調製符號軟信息，步驟包括如下包括如下步驟(I)定義雙向維特比檢測方法的網格圖中每個接收時刻的狀態個數為M0，每一個狀態表不為s = [ak_Q, ak_Q+1, . . . , ak_J ,其中Q是一個自然數，ak表不第k個時刻的輸入符號，ake {0，1，.. .M-l}，k e {1，2，... N}，M表示輸入符號集的大小，N表示雙向維特比檢測方法的一次檢測處理所接收的符號個數；(2)在符號接收之前，設定此時的接收時刻為接收第O個符號的時刻，並設定此時對應的網格圖中的狀態Stl =
的前向度量為常數c，c >> 1，其他狀態的前向度量為0，同時設定接收第O個符號的時刻的前向累加相位為0，所有狀態的相位相關符號為O ;(3)按照升序方式從接收第I個符號的時刻到接收第N個符號的時刻依次進行前向遞歸更新首先對從當前接收符號時刻的狀態到下一個符號時刻的狀態的每一對有效連接的分支度量進行計算；然後利用已計算出的分支度量對各個接收符號時刻對應的每個狀態的前向度量進行更新，其次使用Per-survivor Processing算法計算累加相位,利用累加相位更新前向累加相位，最後對各個時刻的相位相關符號進行遞歸更新；(4)前向度量更新結束後，把前向累加度量最大的狀態記做終止狀態V，在接收第N個符號的時刻，設定此時網格圖中的狀態s,的後向度量為常數c，c >> 1，設定其他狀態的後向度量為0，同時設定接收第N個符號的時刻的後向累加相位為O ;(5)按照降序方式從接收第N-I個符號的時刻到接收第O個符號的時刻依次進行後向遞歸更新，即使用步驟(3)中計算出的分支度量和累加相位，分別對各個接收符號時刻對應的每個狀態的後向度量和後向累加相位進行遞歸更新；(6)在前向遞歸更新和後向遞歸更新都結束後，通過對前向度量、後向度量、分支度量以及輸入符號的先驗信息進行合併，得到每個符號的軟輸出信息。與現有技術相比本發明具有如下優點第一，本發明由於新定義了雙向維特比檢測方法的網格圖的狀態，克服了檢測時對相位的要求，所以不需要估計載波相位，降低了檢測複雜度；第二，本發明對傳統雙向維特比檢測方法中的分支度量進行了改進和簡化，克服了非線性的計算接收信號與本地參考信號之間的相關度量值，大大降低了運算量；第三，本發明採用了前向和後向遞歸運算，克服了現有方法複雜度和觀察長度成指數增加的影響，減小了複雜度；第四，本發明定義了各個接收符號時刻對應的每個狀態的初始相位，克服了累加相位的影響，而且對收到接收符號的相位偏移影響很小，提高了性能；第五，本發明在輸出每個符號的軟信息時，對輸入符號的先驗信息進行合併前，對它進行了優化處理，克服了未知信道狀態信息情況下對檢測的影響，具有能逼近相干檢測的性能。


圖I是本發明的檢測流程圖2是利用本發明檢測GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying)的性能曲線圖。
具體實施例方式參照圖1，本發明的實現步驟如下步驟1，定義雙向維特比檢測方法的網格圖中每個接收時刻的狀態個數為Mq，每一個狀態表不為
權利要求
1.一種基於連續相位調製系統的非相干軟輸出檢測方法，包括如下步驟(1)定義雙向維特比檢測方法的網格圖中每個接收時刻的狀態個數為M0，每一個狀態表不為s = [ak_Q, ak_Q+1, , ak_J,其中Q是一個自然數，ak表不第k個時刻的輸入符號， ake {0，1，· · .M-l}，k e {1，2，... N}，M表示輸入符號集的大小，N表示雙向維特比檢測方法的一次檢測處理所接收的符號個數；(2)在符號接收之前，設定此時的接收時刻為接收第O個符號的時刻，並設定此時對應的網格圖中的狀態Stl =
的前向度量為常數c，c >> 1，其他狀態的前向度量為0，同時設定接收第O個符號的時刻的前向累加相位為0，所有狀態的相位相關符號為O ;(3)按照升序方式從接收第I個符號的時刻到接收第N個符號的時刻依次進行前向遞歸更新首先對從當前接收符號時刻的狀態到下一個符號時刻的狀態的每一對有效連接的分支度量進行計算；然後利用已計算出的分支度量對各個接收符號時刻對應的每個狀態的前向度量進行更新，其次使用Per-survivor Processing算法計算累加相位,利用累加相位更新前向累加相位，最後對各個時刻的相位相關符號進行遞歸更新；(4)前向度量更新結束後，把前向累加度量最大的狀態記做終止狀態V，在接收第N 個符號的時刻，設定此時網格圖中的狀態s,的後向度量為常數c，c >> 1，設定其他狀態的後向度量為0，同時設定接收第N個符號的時刻的後向累加相位為O ;(5)按照降序方式從接收第N-I個符號的時刻到接收第O個符號的時刻依次進行後向遞歸更新，即使用步驟(3)中計算出的分支度量和累加相位，分別對各個接收符號時刻對應的每個狀態的後向度量和後向累加相位進行遞歸更新；(6)在前向遞歸更新和後向遞歸更新都結束後，通過對前向度量、後向度量、分支度量以及輸入符號的先驗信息進行合併，得到每個符號的軟輸出信息。
2.根據權利要求I所述的非相干軟輸出檢測方法，其中步驟(3)，所述的對從當前接收符號時刻的狀態到下一個符號時刻的狀態的每一對有效連接的分支度量進行計算，是按照如下公式計算Yk+1 (S1 =Iax€ef +r(t)xs*(t,ak+l)|-|qf \+ηχ\ηρ(Ι,ak)其中，Yk+1(Si，Sj)表示連接對應接收第k個符號時刻的狀態Si和對應接收對應接收第k+Ι個符號時刻的狀態~的分支度量，a e
為一個簡化計算的參數，r(t)表示接收符號，s(t, ak+1)表示本地參考信號，s*(t, ak+1)表示信號s(t，ak+1)的復共軛，qef為第k 個接收符號時刻的相位相關符號，它表示對應於第k個接收符號時刻的倖存路徑生成的本地參考信號與接收信號的相關值，為第k-Ι個接收符號時刻的相位相關符號，p(I, ak) 表示輸入符號的先驗信息，H為用來優化外信息的參數，ak表示第k個時刻的輸入符號， ake {0，1，· · .M-l}，k e {1，2，... N}，M表示輸入符號集的大小，N表示雙向維特比檢測方法的一次檢測處理所接收的符號個數。
3.根據權利要求I所述的非相干軟輸出檢測方法，其中步驟(3)所述的利用已計算出的分支度量對各個接收符號時刻對應的每個狀態的前向度量進行更新，按如下公式進行ak+1(Sj) = max ( a J5(Si) +Y k+1 (Si, Sj))其中a k+1 (Sj)表示對應第k+1個接收符號時刻狀態S」的前向度量，a k (Si)表示對應第k個接收符號時刻狀態Si的前向度量，yk+1(Si,Sj)表示連接對應接收第k個符號時刻的 2狀態Si和對應接收第k+Ι個符號時刻狀態S」的分支度量。
4.根據權利要求I所述的非相干軟輸出檢測方法，其中步驟(3)所述的更新前向累加相位指首先使用Per-survivor Processing算法計算累加相位，然後利用公式 θ +' ) = θ[ (s,) + θ( , akk+_lL+l)對前向累加相位進行遞歸更新，其中θ(st)表示對應於第k個接收符號時刻的狀態Si的前向累加相位，表示使用Per-survivor Processing計算從第k-L+Ι個接收符號到第k+Ι個接收符號的累加相位，<1+1表示從第k-L+Ι個接收符號到第k+Ι個接收符號的輸入符號，L表示CPM使用脈衝成型函數的記憶長度。
5.根據權利要求I所述的非相干軟輸出檢測方法，其中步驟(3)所述的對各個時刻的相位相關符號進行遞歸更新，是利用如下公式進行€ef = χ + K,) X s*(t,ak)其中為第k個接收符號時刻的相位相關符號，它表示對應於第k個接收符號時刻的倖存路徑生成的本地參考信號與接收信號的相關值，為第k-Ι個接收符號時刻的相位相關符號，a e
為一個簡化計算的參數，r(t)表示接收符號，S(t，ak+1)表示本地參考信號，s*(t, ak+1)表不信號s (t, ak+1)的復共軛，ak表不第k個時刻的輸入符號，ak e {O, I,... M-1}，k e {1，2，... N}，M表示輸入符號集的大小，N表示雙向維特比檢測方法的一次檢測處理所接收的符號個數。
6.根據權利要求I所述的非相干軟輸出檢測方法，其中步驟(5)所述的對各個接收符號時刻對應的每個狀態的後向度量和後向累加相位進行遞歸更新，按如下步驟進行(4a)利用公式Pk(Si) = max(^k+1(sJ) + yk(si, Sj))對各個接收符號時刻對應的每個狀態的後向度量進行遞歸更新，其中Pk(Si)表示對應接收第k個符號的時刻狀態Si的後向度量，β k+i (Sj)表不對應接收第k+Ι個符號的時刻狀態Sj的後向度量，Yk+JSi, Sj)表不連接對應接收第k個符號時刻的狀態Si和對應接收第k+Ι個符號時刻狀態的分支度量；(4b)利用公式劣(\)=故+1(\)-叫乂1+1)對各個接收符號時刻對應的每個狀態的後向累加相位進行遞歸更新，其中故( )表示對應於第k個接收符號時刻的狀態Si的後向累加相位，其中式+1(\)表示對應於第k+Ι個接收符號時刻的狀態S」的後向累加相位， 沒(Υ, 41+1)表示使用Per-survivor Processing計算從第k-L+Ι個接收符號到第k+Ι個接收符號的累加相位，^+1表示從第k-L+Ι個接收符號到第k+Ι個接收符號的輸入符號，L表示CPM使用脈衝成型函數的記憶長度。
7.根據權利要求I所述的非相干軟輸出檢測方法，其中步驟(6)所述的在前向遞歸更新和後向遞歸更新都結束後，通過對前向度量、後向度量、分支度量以及輸入符號的先驗信息進行合併，是根據如下公式進行P(0, ak ) = ιηαχ(^ (S1) + yk (S1 ,Sj) + pk+l (Sj )-η*Ιη p(I，ak ))其中，P(0,ak)表不在接收第k個符號時刻對應符號為ak的軟輸出信息，Ctk(Si)表不對應第k個接收符號時刻狀態Si的前向度量，Yk+1(Si，Sj)表示連接對應接收第k個符號時刻的狀態Si和對應接收第k+Ι個符號時刻狀態的分支度量，β ,(Si)表示對應接收第 k個符號的時刻狀態Si的後向度量，p(I,ak)表不輸入符號的先驗信息，η為用來優化外信息的參數，ak表不第k個時刻的輸入符號，ak e {O, I, · · · M-1}, k e {1,2, · · · N}, M表不輸入符號集的大小，N表示雙向維特比檢測方法的一次檢測處理所接收的符號個數。
全文摘要
本發明公開了一種基於連續相位調製系統的非相干軟輸出檢測方法。主要解決了現有非相干檢測複雜度高和檢測性能不足的缺點。其實現步驟是1)定義網格圖中的狀態表示；2)設定接收前的時刻為接收第0個符號的時刻，對當前時刻的所有狀態進行前向初始化；3)按照升序方式從接收第1個符號到接收第N個符號的時刻依次進行前向更新；4)前向更新結束後，對接收第N個符號時刻的所有狀態進行後向初始化；5)按照降序方式從接收第N-1個符號到接收第0個符號的時刻依次進行後向更新；6)前後向更新結束後，對前向度量、後向度量、分支度量和輸入符號的先驗信息合併，輸出軟信息。本發明可應用於未編碼系統的檢測以及串行級聯繫統中的聯合迭代檢測。
文檔編號H04L27/233GK102594755SQ201210046010
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月27日 優先權日2012年2月27日
發明者王珏, 王雪鵬, 白寶明, 袁瑞佳, 鄭賤平, 黃夢羽, 黎昞 申請人:西安電子科技大學