一种基于短突发CPM的盲均衡方法、装置、系统及存储介质

本发明涉及一种基于短突发cpm的盲均衡方法、装置、系统及存储介质，属于信息通信。

背景技术：

1、无人机被广泛用于军事侦察、火力打击、作战保障等多样化军事任务，在复杂多变的战场环境下，可靠的通信是确保无人机遂行各种任务的基础。连续相位调制(continuousphase modulation，cpm)信号具有功率效率高、适合衰落信道等优点适合复杂条件下的无人机通信。短突发是无人机通信中的指令传输以及军事上的数据链应用的重要方式，因此，研究短突发cpm在无人机通信中的应用具有重要意义。然而，在无人机地对空通信过程中，信号会受到衰落信道的影响产生畸变，降低了系统的误码率性能。特别是在复杂的时变衰落信道环境下，接收性能会急剧恶化，甚至出现误码平层。

2、因此，研究学者针对衰落信道下cpm信号提出了不同的自适应盲均衡技术。文献[adaptive soft-input soft-output algorithms for iterative detection withparametric uncertainty[j].ieee transactions on communications，2000，48(10)：1638-1649.]利用双向信道估计，提出并证明了一种最优的fafb-siso算法。在此基础上，为降低算法复杂度，文献[基于faba-siso的时变频率选择性衰落信道cpm信号盲均衡.电子与信息学报，2015，37(11)：2672-2677.]针对高阶cpm信号，将psp嵌入到该算法的搜索过程中，有效降低了算法的复杂度，但仅分析了在长帧条件下的误码率性能。文献[on forward-adaptive versus forward/backward-adaptive siso algorithms for rayleigh fadingchannels[j].ieee communications letters，2001，5(12)：477-479.]在信道统计特性已知的条件下，提出了一种在前向估计中最优的fa-siso算法，但是仅讨论了在平坦衰落信道下分析了对msk的均衡效果。

3、无人机与地面节点通信时，需要充分考虑节点运动的影响和无人机有限的载荷能力，即在时变衰落信道下保证一定程度误码率条件下尽可能降低均衡算法的计算量，现有的短突发cpm的盲均衡方法没有实现二者的折中并且难以适应复杂多变的无人机空对地信道环境。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于短突发cpm的盲均衡方法、装置、系统及存储介质，在简化网格的基础上，利用网格的递归性实现对信道响应的迭代更新，从而简化分支度量的计算，避免高复杂度的矩阵求逆，同时在bcjr算法的前向递归中，采用psp减少路径数目，确保网格状态数恒定，并迭代地改善信道估计的精度。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种基于短突发cpm的盲均衡方法，包括：

4、构建简化网格；

5、基于所述简化网格，利用bcjr算法执行网格搜索，嵌入不同类型的估计器，并结合psp实现自适应盲均衡；

6、接收端利用不同模块之间的软入软出的性质，采用turbo均衡方案，实现均衡器与译码器之间的信息交互。

7、结合第一方面，进一步的，在发送端，cpm信号的连续表达式为：

8、

9、cpm信号的连续表达式的等效基带表达式为：

10、

11、其中，α是包含(n+1)个cpm符号的向量，记作αn＝[α0,α1,α2,....,αn]，其中每个元素αi均是m进制的信息符号：

12、αi∈{±1,±3,....,±(m-1)}

13、信号经过多径衰落信道后，受衰落信道和高斯白噪声影响，接收信号的连续表达式为：

14、r(t)＝s(t,α)*c(t,τ)+w(t)

15、定义采样时间ts＝t/ε，ε是每个符号的采样点个数，假设信道的记忆长度为l，以采样时间为单位的接收信号离散形式的第k个采样点为：

16、

17、受频率选择性衰落信道的影响，第i条路径的发送信号为：

18、sn-i＝(0i,s0,s1,…,snε-i-1)t

19、其中0i-1表示有i个零元素的向量，所有路径的信号均用矩阵的形式表示为：

20、s(αn)＝(sn,sn-1,…,sn-l+1)

21、频率选择性衰落信道下接收到的cpm信号采用矩阵形式表示为：

22、rn＝s(αn)c+wn

23、其中信道响应c＝(c0,c1,…,cl-1)。

24、结合第一方面，进一步的，定义以符号持续时间t为单位的信道长度因为信道和cpm均具有记忆长度，将二者融合，得到cpm与信道的联合网格，状态数为其中l是cpm的关联长度，lc是以符号持续时间为单位表示的信道长度，通过截断的方式建立一个减少状态数的简化网格图，截断长度记作l，简化后的网格状态定义为：σn＝[αn-1,αn-2,…,αn-l]。

25、结合第一方面，进一步的，通过psp，网格每个状态都会保留一条幸存路径：

26、p(σn)＝[αn-l-1,αn-l-2,…,α1,α0]

27、基于数据辅助，在bcjr的前向递归中，利用状态σn已知的符号，采用不同信道估计器计算信道响应：

28、c(σn)＝g(rn,σn,p(σn))

29、采用递归最小二乘算法和最小均方误差算法进行信道估计，输入符号αn后，状态由σn转换为σn+1，分支度量γ(σn,σn+1)的计算由输入符号αn、状态αn和它的幸存序列p(σn)以及接收信号p(σn)共同决定：

30、γ(σn,σn+1)＝f{σn→σn+1,g[rn,αn,σn,p(σn)]}

31、基于该分支度量，bcjr的前向递归为：

32、

33、结合第一方面，进一步的，在前向递归中使用psp简化搜索，根据σn+1的幸存者序列p(σn+1)和幸存信道估计c(σn+1)，根据下式选择：

34、

35、完成前向递归搜索后，计算后向递归：

36、

37、根据前向和后向递归的结果，n时刻的输入符号αn＝u后验概率为：

38、

39、通过遍历网格得到所有符号的后验概率，根据后验概率计算每个符号的软信息，直接软判决得到估计的信息符号序列，或者作为下一个模块的输入。

40、结合第一方面，进一步的，通过迭代，提升系统误码率性能，直至达到预设的最大迭代次数为止。

41、结合第一方面，进一步的，由于盲均衡器基于逐符号检测的bcjr算法，为了区分嵌入不同估计器的方法，将盲均衡器分别记作基于最小二乘算法的符号检测的盲均衡器、基于rls的自适应符号检测的盲均衡器和基于lms/nlms自适应符号检测的盲均衡器。

42、第二方面，本发明提供一种基于短突发cpm的盲均衡装置，包括：

43、简化网格构建模块：用于构建简化网格；

44、自适应盲均衡模块：用于基于所述简化网格，利用bcjr算法执行网格搜索，嵌入不同类型的估计器，并结合psp实现自适应盲均衡；

45、信息交互模块：用于接收端利用不同模块之间的软入软出的性质，采用turbo均衡方案，实现均衡器与译码器之间的信息交互。

46、第三方面，本发明提供一种系统，包括处理器及存储介质；

47、所述存储介质用于存储指令；

48、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面任一项所述方法的步骤。

49、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述方法的步骤。

50、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

51、本发明提供的基于短突发cpm的盲均衡方法，通过截断的方式能够避免网格记忆长度随时间线性增长，减少需要遍历的状态数目。利用算法递归特性，嵌入自适应估计器能够降低计算复杂度，能够有效的适应环境变化，具有追踪信道的能力。在bcjr算法的前向递归中，采用psp减少路径数目，确保网格状态数恒定，并迭代地改善信道估计的精度。