一种卫星数字广播电视信号物理层扰码参数识别方法与流程

1.本发明属于通信技术领域，尤其是数字卫星电视广播技术领域，具体涉及一种卫星数字广播电视信号物理层扰码参数识别方法，识别目标卫星信号源的扰码初始值。


背景技术：

2.在数字卫星电视广播应用中，不可避免地会出现两个或两个以上卫星同时使用同一频段发送不同信号，这就一定会导致同频干扰(co-channel interference,cci)存在；又或者同一卫星在同一频段上不同极化方向的信号由于接收天线的伪正交性而导致的相互干扰也是同频干扰的一种。同频干扰问题广泛出现在现有的数字通信系统中。欧洲的第二代卫星数字电视传输标准dvb-s2/s2x采用帧内扰码来减轻同频干扰的突发影响，扰码技术通常能够解决突发同频干扰以及连续窄带同频干扰，其原理为匹配目标信号的同时将同频干扰信号白化掉。这是一种常用的、提升系统鲁棒性的常见措施。
3.对于dvb-s2/s2x的抗同频干扰方法，dvb-s2/s2x使用一个固定结构的扰码发生器以及一个给定的扰码初始值n，n有固定的数值范围0≤n≤262141。使用不同的扰码初始值可以得到不同的随机数序列，一个确定的n，对应一个确定的已知随机序列。具体如附图1所示。使用扰码随机数序列对目标数据加扰后发送到空口，由于空口存在干扰信号，使得接收机端收到的信号为加扰后的目标数据与干扰信号的和。在接收机端对接收信号解扰，即可实现恢复目标信号以及白化干扰信号的效果。但是，在目标信号的扰码初值未知的情况下，就无法准确获得扰码随机序列，从而进一步无法正确地对目标数据解扰，也就无法恢复出发送端的目标数据。
4.在未知扰码初值的情况下，根据接收到的受干扰信号恢复出扰码随机序列的初值称为扰码初值识别方法。在扰码初始识别方法中，由于已知生成多项式，那么最简单的方法就是暴力遍历相关，做峰值判断即可。但是这样的方法在dvb-s2/s2x中需要计算2
18-1次计算，这显然难以实现。专利cn106330800b提出了一种基于导频符号的快速物理层扰码参数搜索方法，但是这种方法仅仅适用于有导频符号的情况，在没有导频的情况下无法使用。专利cn106330396b提出了一种基于填充帧的快速物理层扰码参数搜索方法，其缺陷与专利cn106330800b一样存在应用缺陷：即没有填充帧的情况下，同样失效。专利cn103560863b提出了一种伪随机扰码的识别方法，这种方法基于卷积相关识别出扰码初态，虽然解决了没有已知数据的情况下识别扰码初值的问题，但是由于转成了卷积码，算法的存储复杂度大幅度增加，因此存在芯片实现复杂度高、芯片化成本高等问题，最终难以广泛应用于民用广播电视接收机中。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种卫星数字广播电视信号物理层扰码参数识别方法，解决在没有导频、空帧辅助的情况下，识别目标卫星信号源的扰码初始值。
6.本发明具体是：
7.步骤(1)接收机芯片内预置数据存储空间ram和扰码存储空间rom，两个空间相等，且小于等于1mbit；
8.步骤(2)将校验矩阵h存入扰码存储空间rom，其中，单位阵m＝18，整数t≥5，f
x
表示矩阵化的扰码方程；校验矩阵h为非0即1的稀疏矩阵，将校验矩阵h为1的位置存入扰码存储空间rom，校验矩阵h的列中有1的节点为数据节点，行中有1的节点为校验节点；
9.步骤(3)接收机使用模数转换器采集经天线送来的卫星信号；
10.步骤(4)对接收到的卫星信号进行解调，完成定时恢复操作和帧同步操作，得到正交iq信号，统一将其视为qpsk信号；
11.步骤(5)计算正交iq信号的软信息其中un为卫星发送信号的第n个数据，yn为接收到的卫星信号当前帧内的第n个数据，p(un＝0|yn)为接收到yn的条件下un＝0的概率，p(un＝1|yn)为接收到yn的条件下un＝1的概率；
12.步骤(6)将正交iq信号的软信息l(un)＝(llr(in),llr(qn))按顺序存入数据存储空间ram中；
13.步骤(7)迭代计算单元首先读取扰码存储空间rom中校验节点和数据节点的位置信息，然后根据所述位置信息读取数据存储空间ram中对应位置的软信息，放入迭代计算单元的数据节点位置；
14.步骤(8)校验节点更新：迭代计算单元根据所有数据节点位置的软信息计算待放入校验节点的数据信息p表示第p个数据节点，q和q
′
表示第q个和第q
′
个校验节点，q为校验节点集合，q(p)为连接第p个数据节点的校验节点集合，p
→
q表示第p个数据节点向第q个校验节点发送本身的信息；函数x为变量，tanh(
·
)表示双曲正切；将λ
p
→q(uq)放入迭代计算单元中第q个校验节点位置，替代该位置的原信息；
15.步骤(9)数据节点更新：迭代计算单元根据校验节点位置的数据信息，计算待放入数据节点的数据信息p
′
表示第p
′
个数据节点，p为数据节点集合，p(q)为连接第q个校验节点的数据节点集合，q
→
p表示第q个校验节点向第p个数据节点发送本身的信息；
16.步骤(10)数据硬判决：pn表示第n个数据节点连接校验节点的集合，m表示第m个校验节点；如果λn(un)≥0，则判定un为1，否则判定un为0，得到一维矩阵u＝[u1,u2,
…
,u
36
]，n＝1,2,
…
,36；
[0017]
步骤(11)将一维矩阵u＝[u1,u2,
…
,un]与校验矩阵h相乘，得到校验方程hu
τ
，τ表示转置；
[0018]
步骤(12)重复步骤(8)～(11)，如果迭代过程中出现hu
τ
＝0，则退出迭代，对应的一维矩阵u＝[u1,u2,
…
,u
36
]即为识别出的卫星数字广播电视信号物理层扰码参数；如果达到设定的最大迭代次数仍未出现hu
τ
＝0，则将最后一次迭代对应的一维矩阵u＝[u1,u2,
…
,u
36
]作为识别出的卫星数字广播电视信号物理层扰码参数。
[0019]
本发明方法不需要通过使用导频、空帧辅助的假定试探，而是将扰码过程看成一个已知线性移位反馈寄存器编码(lsfrc)后过二进制对称信道(bsc)的过程。本发明方法提出使用比特(bit)软信息解映射方法提取出每一个bit的软信息，然后利用lfsr生成器结构构造出一组指定长度的码字，最后使用置信度传播方法迭代解出扰码初值。得到扰码初值后再利用已知扰码生成器重新制造扰码序列，即可完成正常解扰操作。本发明方法具有更加广泛的应用范围，不需要严苛地指定帧信号中必须有导频或者空帧；即使一整个帧中没有导频，全部都是负载数据，也可以使用本发明方法识别出卫星数字广播电视信号物理层扰码参数。
附图说明
[0020]
图1为dvb-s2/s2x的扰码生成方式示意图；
[0021]
图2为本发明方法的流程图；
[0022]
图3为软信息提取方法示意图。
具体实施方式
[0023]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步说明。
[0024]
图1说明了dvb-s2/s2x的扰码生成方式，它是由一个移位寄存器lfsr循环生成伪随机序列，经转换后与随机电视信源信号相乘，后经过数模转换器以及射频变频器经天线发送至天空中，经卫星转发后，分发到用户接收机中。在接收机中需要正确的扰码初值才能解出的随机信源。在接收机中，完成以下步骤即可完成物理层扰码的识别。
[0025]
如图2所示，一种卫星数字广播电视信号物理层扰码参数识别方法，具体流程如下：
[0026]
步骤(1)接收机芯片内预置数据存储空间ram和扰码存储空间rom，两个空间相等，且小于等于1mbit。
[0027]
步骤(2)将校验矩阵h存入扰码存储空间rom，其中，单位阵m＝18，整数t≥5，f
x
表示矩阵化的扰码方程，i路信号的扰码方程为1+x7+x
18
，q路信号的扰码方程为1+x5+x7+x
10
+x
18
，x为变量；校验矩阵h为非0即1的稀疏矩阵，将校验矩阵h为1的位置存入扰码存储空间rom。
[0028]
校验矩阵h中的第一列为扰码矩阵，其他列构成系数校验矩阵，校验矩阵h的列中
有1的节点为数据节点，行中有1的节点为校验节点，即有1的节点即为数据节点，又为校验节点。将校验矩阵h存入扰码存储空间rom，就是将校验矩阵h中校验节点和数据节点的位置存入扰码存储空间rom。
[0029]
步骤(3)接收机使用模数转换器采集经天线送来的卫星信号。
[0030]
步骤(4)使用自动增益控制(auto gain control,agc)技术控制接收到的卫星信号的幅度，使其稳定在固定的信号功率水平；
[0031]
步骤(5)使用定时恢复技术，修正接收到的卫星信号的定时偏差，得到卫星帧信号；
[0032]
步骤(6)根据卫星帧信号的帧结构特征，完成帧同步操作，得到正交iq信号，正交iq信号可能为qpsk、8psk、16apsk、32apsk、64apsk、128apsk、256apsk星座中的一种，统一将其视为qpsk信号；
[0033]
步骤(3)～(6)为传统卫星接收机中采用的现有技术。
[0034]
步骤(7)如图3，计算正交iq信号的软信息其中un为卫星发送信号的第n个数据，yn为接收到的卫星信号当前帧内的第n个数据，p(un＝0|yn)为接收到yn的条件下un＝0的概率，p(un＝1|yn)为接收到yn的条件下un＝1的概率；软信息l(un)＝(llr(in),llr(qn))包括i路信号软信息和q路信号软信息i和q分别表示i路和q路的当前信号值，σ2表示当前信道的噪声方差。
[0035]
步骤(8)将正交iq信号的软信息l(un)＝(llr(in),llr(qn))按顺序存入数据存储空间ram中。
[0036]
步骤(9)迭代计算单元首先读取扰码存储空间rom中校验节点和数据节点的位置信息，然后根据所述位置信息读取数据存储空间ram中对应位置的软信息，放入迭代计算单元的数据节点位置。
[0037]
步骤(10)校验节点更新：迭代计算单元根据所有数据节点位置的软信息计算待放入校验节点的数据信息p表示第p个数据节点，q和q
′
表示第q个和第q
′
个校验节点，q为校验节点集合，q(p)为连接第p个数据节点的校验节点集合，p
→
q表示第p个数据节点向第q个校验节点发送本身的信息；函数x为变量，tanh(
·
)表示双曲正切；将λ
p
→q(uq)放入迭代计算单元中第q个校验节点位置，替代该位置的原信息。
[0038]
步骤(11)数据节点更新：迭代计算单元根据校验节点位置的数据信息，计算待放入数据节点的数据信息p
′
表示第p
′
个数据节点，p为数据节点集合，p(q)为连接第q个校验节点的数据节点集合，q
→
p表示第q个校验节点向第p个数据节点发送本身的信息。
[0039]
步骤(12)数据硬判决：pn表示第n个数据节点连接校验节点的集合，m表示第m个校验节点；如果λn(un)≥0，则判定un为1，否则判定un为0，得到一维矩阵u＝[u1,u2,
…
,u
36
]，n＝1,2,
…
,36。
[0040]
步骤(13)将一维矩阵u＝[u1,u2,
…
,un]与校验矩阵h相乘，得到校验方程hu
τ
，τ表示转置；
[0041]
步骤(14)重复步骤(10)～(13)，如果迭代过程中出现hu
τ
＝0，则退出迭代，对应的一维矩阵u＝[u1,u2,
…
,u
36
]即为识别出的卫星数字广播电视信号物理层扰码参数；如果达到设定的最大迭代次数仍未出现hu
τ
＝0，则将最后一次迭代对应的一维矩阵u＝[u1,u2,
…
,u
36
]作为识别出的卫星数字广播电视信号物理层扰码参数。
[0042]
应该理解的是上述实例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。