短波突发通信中盲载波恢复及符号检测技术

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  电离层对短波通信进行一定程度的反射,可以使小功率的远距离传播得以实现,在这种情况下,不仅可以使链路成本降到最低,而且摧毁的可能性也极小,所以,在抢险救灾、应急通信和军事通信等领域中得到了较为广泛地应用。短波频段有很多电台,并且传播信号的距离可以达到很远的距离,相互之间有太强的干扰,这样的话,频带的拥挤现象就会比较突出。所以,对其它电台的通信间隙的突发信号进行使用,使短波通信抗干扰得到有效地控制。
  在第三代短波通信协议中,突发通信已经成为最重要的通信方式。发射信号载波与接收机的本振频率会产生频率偏差,信道的多普勒也能引起接收信号频率偏移,这种频偏会严重影响信号的恢复。目前常用的无辅助数据的载波恢复方法是将频率估计与锁相环相结合的方法。这类频率估计方法都需要大量的采样信号统计计算保障必须的估计精度,而锁相环结构的频率锁定过程也需要大量时间,因此整个算法的实时性不强。
  近年来粒子滤波技术备受关注,相对传统的频率估计或相位锁定技术,粒子滤波具有更快的收敛速度。本文将粒子滤波引入到短波突发通信中,建立对应的状态空间模型,通过使用大量加权粒子的统计分布估计短波突发通信中接收到信号载波相位的后验概率分布,然后递归计算信号调制符号以及载波频差的估计值,实现高效快速的无辅助数据的载波恢复及符号检测。
  一、无导频突发信号的检测
  1.信号模型
  前导序列将无导频突发信号的同步得以实现,在前导序列不明确的条件下,盲检测是最合适的检测方式。将等待检测的信号通过下变频、匹配滤波以及重采样处理之后,转变为MPSK信号。针对这个信号的盲检测,可以利用一个二元假设检验问题对其进行相应的表示,用H0假设代表目标信号不存在,用H1假设代表目标信号存在,则在高斯噪声环境下的接收信号x(n)可以表示为
   1200Baud,接收端的采样频率为9.6kHz。仿真的粒子数为800,频偏ω~N(ω0,R0)的初始值设置为ω0=0,R0=0.35。噪声方差设置为σN2 =σN2=0.35。
  1.载波恢复性能仿真
  为了评估该算法的载波恢复速度,这里对一次突发通信中前100个采样点的载波相位估计值0:tθ进行仿真。由于高频信道的多普勒会对收发的频偏产生影响,降低载波恢复性能,这里只考虑在高斯白噪声信道下载波恢复性能,高频信道对载波恢复性能的分析将在下节中给出。
  图2给出了在信噪比为20dB,频偏为20Hz时条件下,载波恢复的归一化实时频率随采样时刻的变化。
  2.符号检测性能仿真
  高频信道在时域和频域都是时变的,但是当仿真只局限于有限频带(如10kHz)和足够短的时间(如10min)时,仿真的信道可以认为是基本稳定的。图1中的高频信道属于多径信道,这里采用了Watterson信道传播模型进行仿真。该模型将高频信道分解为有限数量的离散相互相关的信道模型的组合。输入信号经过有限阶数的延迟,每阶信号有一个合适的阶数增益对它进行幅度相位调制。这些调制信号在输出端相加输出。国际电信联盟(ITU)依据Watterson信道传播模型定义了多种短波信道条件。根据ITU的建议,系统将在四种信道状况下进行仿真。
  六、结束语
  本文主要提出了一种盲载波恢复及符号检测的计算方法,这种算法在没有任何辅助条件的情况下,将粒子滤波技术作为基本依据,使载波相位以及调制符号的实时估计得以实现,从而使短波信道资源得到一定的节约,在这种情况下,通信效率必定会得到相应的提升。通过仿真实验表明,这种算法的频率有比较大的恢复范围,而且同步时间相对较短,使大部分的短波通信应用得到满足。这种算法不仅在短波突发通信中得到较为广泛地应用,而且在其它突发通信应用中也能够发挥极其重要的作用。
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