一种适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法

本发明属于通信，具体涉及一种适用于fsk系统的低复杂度迭代半相干检测方法。

背景技术：

1、多进制频移键控(multi-frequency shift keying，m-fsk)作为一种常见的恒包络调制方式，因其具有抗噪声性能好、传输距离远、误码率低等优点，广泛应用于中低速数据通信、短波通信和低功耗局域网等系统中。非相干频移键控(noncoherent frequencyshift keying，nfsk)采用非相干解调方式，实现简单，无需恢复出同步的载波，因此一般传输系统都会采用非相干解调方法。对于nfsk调制，已经有学者考虑了bicm-id系统方案，该方案采用turbo编码正交nfsk调制的迭代解调和译码并推导了用于正交fsk调制的最佳siso逐符号解调器。在此基础上，albert guillen等人考虑了bicm-id系统，利用贝塞尔函数和双重最大值近似方法提出了fsk的非相干解调方法，且该方法仍具有很好的性能。

2、另外，从调制信号表达式的角度，lora(long range)技术可以视为一种基于fsk调制改进的啁啾扩频技术。因此，关于lora信号的解调方法也同样适用于fsk信号。the khainguyen等人提出了一种适用于lora系统的半相干解调方法，通过接收到的数据符号对信道进行估计，仿真结果表明迭代半相干lora系统的性能接近于相干系统的性能且不需要额外的信道估计开销。

3、然而，对于albert guillen等人所提出的非相干软判决检测方法和the khainguyen等人提出的在软输出的半相干解调器与译码器之间的迭代处理方法，对数运算量都非常大，且随着调制阶数增加呈指数增长。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种适用于fsk系统的低复杂度迭代半相干检测方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明提供一种适用于fsk系统的低复杂度迭代半相干检测方法，包括：

3、基于信源产生的二进制比特流u，生成待传输码字

4、将所述待传输码字中每m个二进制比特划分到一个符号周期内，并将每个符号周期内的二进制比特转化为十进制的传输数据符号；

5、生成每个符号周期内的传输数据符号的fsk调制序列，并将每τ个符号周期对应的调制序列划分为一组；

6、确定每组中第t个符号周期的传输数据符号的调制序列{xt(n)|t＝1,2,...,τ}通过瑞利衰落信道后的接收信号，并对该接收信号进行离散傅里叶变换得到zt(k)；其中，n、k均表示符号周期内传输数据符号的调制序列的索引，k与n的取值相同或不同；

7、基于zt(k)进行非相干检测后输出τ个符号估计值，并基于所述τ个符号估计值估计衰落系数

8、基于衰落系数和zt(q)进行半相干检测，得到第t个符号周期内的传输数据符号dt的解调软信息；

9、将所述解调软信息输入译码器，并对所述译码器的反馈信息及所述解调软信息进行迭代，获得每个新的符号估计值；

10、当获得的新的τ个符号估计值与所述τ个符号估计值相等时，获得τ个符号周期的译码比特流，并通过合并所有符号周期的译码比特流，得到检测结果。

11、在本发明的一个实施例中，基于信源产生的二进制比特流u，生成待传输码字的步骤，包括：

12、利用编码器对信源产生的二进制比特流u进行编码，得到码字b＝{b1,b2,...,bn}，b1,b2,...,bn分别表示码字b中的n个二进制比特；

13、利用交织器打乱所述码字b中n个二进制比特的顺序，获得待传输码字

14、在本发明的一个实施例中，生成每个符号周期内的传输数据符号的fsk调制序列，并将每τ个符号周期对应的调制序列划分为一组的步骤，包括：

15、针对第l个符号周期内的传输数据符号，生成fsk调制序列xl(n)：

16、

17、式中，l＝1，2,…,n/m，m＝2m表示调制阶数，n＝0,1,…,m-1，dl表示第l个符号周期内的传输数据符号，a'为预设常数，j为虚数单位；

18、将每τ个符号周期对应的调制序列划分为一组，得到多组调制序列。

19、在本发明的一个实施例中，所述每组中第t个符号周期的传输数据符号的调制序列{xt(n)|t＝1,2,...,τ}通过瑞利衰落信道后的接收信号表示为：

20、yt(n)＝h·xt(n)+wt(n)；

21、式中，wt(n)表示每组中第t个符号周期的均值为0、方差为σ2＝n0/2的复高斯随机变量，n0表示单边噪声功率谱密度。

22、在本发明的一个实施例中，

23、

24、式中，dt表示第t个符号周期内的传输数据符号。

25、在本发明的一个实施例中，基于zt(k)进行非相干检测后输出τ个符号估计值，并基于所述τ个符号估计值估计衰落系数的步骤，包括：

26、利用zt(k)计算非相干检测后输出的τ个符号估计值其中，第t个符号估计值为：

27、

28、利用所述τ个符号估计值，估计衰落系数

29、

30、在本发明的一个实施例中，第t个符号周期内的传输数据符号dt的解调软信息lt＝{lt,1,lt,2,...,lt,i,...,lt,m}，其中，lt,1,lt,2,...,lt,i,...,lt,m分别表示第t个符号周期内第1,2,...,i,...,m个比特软信息；

31、

32、式中，zt(semi-coh)(k＝dt)表示k＝dt时半相干解调的决策变量z，bp＝0或1，表示符号估计值第p个位置为0或1，la,p表示一个符号周期内第p个位置的比特软信息，和分别表示传输数据符号所对应的二进制比特中第i个位置为0的索引集合以及第i个位置为1的索引集合，(·)*表示共轭复数，表示取实部。

33、在本发明的一个实施例中，当所述τ个符号估计值与所述新的τ个符号估计值相等时，所述译码器软判决输出，得到τ个符号周期的译码比特流的步骤之前，还包括：

34、判断所述τ个符号估计值与所述新的τ个符号估计值是否相等；

35、其中，判断所述τ个符号估计值与所述新的τ个符号估计值是否相等的步骤之后，还包括：

36、若所述τ个符号估计值与所述新的τ个符号估计值不相等，则返回所述基于zt(k)进行非相干检测后输出τ个符号估计值，并基于所述τ个符号估计值估计衰落系数的步骤。

37、在本发明的一个实施例中，将所述解调软信息输入译码器，并对所述译码器的反馈信息及所述解调软信息进行迭代，获得每个新的符号估计值的步骤，包括：

38、令迭代次数q＝1；

39、将所述解调软信息lt输入至译码器，获取译码器输出的译码软信息及反馈信息la；

40、判断是否达到预设迭代次数；若否，则令q＝q+1、令所述解调软信息lt＝lt-la，并返回将所述解调软信息lt输入至译码器的步骤；若是，则对译码器输出的译码软信息进行硬判决，并将硬判决结果转为二进制的新的符号估计值。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

42、本发明提供了一种适用于fsk系统的低复杂度迭代半相干检测方法，大大减少了对数运算的次数，有效降低了该方法的时间复杂度；本发明还引入了ldpc编码方案并在解调器和编码器之间进行迭代，可以同时得到编码增益和迭代增益，因此进一步提高了fsk信号检测能力。与相干检测相比，本发明无需事先获知信道状态信息，因此实现简单，应用场景更加广泛。此外，本发明采用dft运算可以由fft运算来代替，因而也具有较低的实现复杂度。

43、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。