短波信号非同步采样条件下多站址分集接收方法
【专利摘要】短波信号非同步采样条件下多站址分集接收方法，涉及无线通信领域，是为提高短波通信的通信质量，降低系统误码率。本发明采用多站址分集接收的方式，在保留单个站址天线阵列增益和分集增益的同时，利用各个跨地域站址之间信道的独立性，避免所有天线接收信号同时失效的情况的发生，并通过联合处理的方式，进一步提升短波通信系统性能。
【专利说明】
短波信号非同步采样条件下多站址分集接收方法
技术领域
[0001 ]本发明设及无线通信领域。
【背景技术】
[0002] 随着通信行业的发展，各种新型无线电通信系统层出不穷。在运样的大背景下，短 波运一较为古老的通信方式因其使用方便，组网灵活，价格低廉，抗毁性强等固有优点，不 仅没有被淘汰，反而得到了快速的发展。尤其是在山区、戈壁、海洋等超短波覆盖不到的地 区，短波通信仍是远程通信的主要手段。但由于短波通信是通过电离层反射来实现信号传 输的，因而电离层的快速运动和反射层高度变化将直接引起发射信号的频率结构的改变， 使得信号的相位起伏不定，造成数据信号的错误接收。而电离层的高度和密度受昼夜、季 节、气候等因素的影响很大，运就导致了短波通信的稳定性较差，误码率偏高。为了提高短 波通信的通信质量，降低误码率，传统的方式是在接收端架设天线阵，利用天线的阵列增益 和分集增益改善信号质量。但由于短波信号波长较长，天线阵中各个天线所对应的信道之 间存在相关性，当某一区域电离层信道条件很差时，可能导致天线阵中所有天线收到的信 号都很差，致使通信中断。
【发明内容】
[0003] 本发明是为提高短波通信的通信质量，降低系统误码率，从而提供一种短波信号 非同步采样条件下多站址分集接收方法。
[0004] 短波信号非同步采样条件下多站址分集接收方法，其特征是:它包括W下步骤：
[0005] 步骤一、每个站址采用常规阵列天线接收信号，实现站址节点的分集接收；
[0006] 步骤二、每个站址节点依据该站址所收到的信号对接收数据进行处理和判决，得 到该站址的判决结果；
[0007] 步骤=、每个站址节点，将采样原始数据和判决后数据包封装数据包，并通过可用 中继网络传输到中屯、处理节点；
[000引步骤四、中屯、节点在接收跨地域多站址的数据后，首先读取判决后数据，进行多数 据分组的大数判决，判断是否存在相同的数据分组，如果判断结果为是，则执行步骤五;如 果判断结果为否，则执行步骤十二；
[0009] 步骤五、中屯、节点读取各站址的原始数据，计算各站址分组的信噪比ri，r2,…，rm， m为站址节点个数；
[0010] 步骤六、利用数字调制系统误码率公式计算各相同分组的误码率P1，P2,…，化，k为 相同分组的个数；
[0011] 步骤屯、利用数字调制系统误码率公式计算各个分组信号最大比合并后的误码率 Pmrc ;
[0012] 步骤八、利用公式：
[0013]
[0014] 计算该相同分组的正确概率；
[001引式中：1为每个数据分组的长度，Pi为各相同分组的误码率；
[0016] 步骤九、利用公式Q^K=(I-PmK)I计算最大比合并后分组的正确概率；
[0017] 步骤十、将大数判决分组的正确概率Q与最大比合并后分组的正确概率Qmr。进行比 较，若Q ^ 。，则执行步骤十一;若Q<Q"。，则执行步骤十二；
[0018] 步骤十一、将大数判决所得相同分组结果作为最终判决结果输出，完成中屯、节点 的处理工作；
[0019] 步骤十二、将各站址的原始信号进行最大比合并，对合并后的信号进行重新判决， 并将重新判决的结果作为最终判决结果输出，完成中屯、节点的处理工作。
[0020] 步骤S中，将采样原始数据和判决后数据包按照下列格式： 「nnoi1 Luu^」 丹歌獄俯'凹O
[0023] 步骤五中，计算各站址分组的信噪比ri，n，…，rm的具体方法是：
[0024] 对于BPSK信号，其星座点为1和-1，将收到的信号按正负分为两组，正的一组直接 求均值，负的一组求均值W后取绝对值，然后对运两个均值进行算数平均，即得到信号的幅 度，再平方就得到信号功率；
[0025] 噪声的功率则是对正负两组值分别求方差，再取平均得到；
[0026] 根据信号功率和噪声的功率，计算得到信噪比。
[0027] 步骤六中，利用数字调制系统误码率公式计算各相同分组的误码率pi，p2,…，Pk的 具体方法是：
[0028] 对于BPSK信号，其对应的数字调制系统误码率公式为：
[0029]
[0030] ;，erfc为误差互补函数，其定义式为：
[0031] 。
[0032] 步骤屯中，利用数字调制系统误码率公式计算各个分组信号最大比合并后的误码 率Pmr。的方法具体为：
[0033] 对干RPSK倍耳.if貸巧招莖采用W下公式实现：
[0034]
[0035] 有益效果:本发明采用多站址分集接收的方式，在保留单个站址天线阵列增益和 分集增益的同时，利用各个跨地域站址之间信道的独立性，避免所有天线接收信号同时失 效的情况的发生，并通过联合处理的方式，降低系统误码率，提升了短波通信的质量。
【附图说明】
[0036] 图1是多站址分集接收系统构成图；
[0037] 图2是中屯、节点数据处理流程图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0038] 一、短波信号非同步采样条件下多站址分集接收方法，它包括W下 步骤：
[0039] 步骤一、每个站址采用常规阵列天线接收信号，实现站址节点的分集接收。具体方 式如图1所示，接收端的每个站址都配有多根天线，采用常规方式分集接收。
[0040] 步骤二、每个站址节点依据该站址所收到的信号对接收数据进行处理和判决，得 到该站址的判决结果。
[0041] 步骤=、每个站址节点，将采样原始数据和判决后数据包按照如图格式封装数据 包，并通过任意可用中继网络，传输到中屯、处理节点。中继网络可W是宽带网络、专用网络 或者其他的可靠网络。
[0042]
LUWJ」 步磯凹、yu固Z饥不，T山、节巧化巧H义盼地蝴歩视化的毁化旧，自化课4X?巧伏旧毁 据，进行多数据分组的大数判决，判断是否存在相同的数据分组，如果存在，执行步骤五，如 不存在，执行步骤十二。
[0044] 步骤五、中屯、节点读取各站址的原始数据，计算各站址分组的信噪比ri，r2,…，rm (m为站址节点个数）。其中信号的功率通过各星座点处信号幅度均值的平方来计算，而噪声 功率则利用各星座点处信号的方差求得。
[0045] WBPSK信号为例，其星座点为1和-1，将收到的信号按正负分为两组，正的一组直 接求均值，负的一组求均值W后取绝对值，而后对运两个均值进行算数平均即得到信号的 幅度，再平方就得到信号功率。而噪声的功率则是对正负两组值分别求方差，再取平均得 到。
[0046] 步骤六、利用数字调制系统误码率公式计算各相同分组的误码率pi，P2,…，Pk化为 相同分组的个数）。尽管短波信道具有时变性，但变化并不是十分迅速，因而在一个数据分 组的时间段内，可W认为信道是平坦的，因而短波系统中信噪比与误码率之间的关系可W 采用数字调制系统误码率公式进行近似。
[0047] WBPSK信号为例，其对应的数字调制系统误码率公式3
，其中P为误 码率，r为信噪比，e计C为误差互补函数，其定义式戈
，如果采用 其他调制方式，只需换用相应的数字调制系统误码率公式即可。
[004引步骤屯、利用数字调制系统误码率公式计算各个分组信号最大比合并后的诺招莖rw。。 由于最大比合并的效果相当于各个信号信噪比的加和，因而WBPSK为例：
[0049] 步骤八、利用公式
化为相同分组的个数，1为每个数据分组的 长度，Pi为各相同分组的误码率)计算该相同分组的正确概率。收到相同分组存在两种情 况，一种是运些分组都解对了，另一种是运些分组都解错了，但错的一样。运些分组均解码 正确的概率呆
。由于每个分组错多位后仍能错成一样的概率很小，因而只考 虑每个分组只错一位且错成一样的情况，此种情况的概率巧
，此时该相 同分组的正确概率；
[0050] 步骤九、利用公式Q^K=(I-PmK)I计算最大比合并后分组的正确概率。
[0051] 步骤十、将大数判决分组的正确概率Q与最大比合并后分组的正确概率Qmr。进行比 较，若Q ^ 。则执行步骤十一，若Q<Q"。则执行步骤十二。
[0052] 步骤十一、将大数判决所得相同分组结果作为最终判决结果输出，完成中屯、节点 的处理工作。
[0053] 步骤十二、将各站址的原始信号进行最大比合并，对合并后的信号进行重新判决， 并将重新判决的结果作为最终判决结果输出，完成中屯、节点的处理工作。
【主权项】
1. 短波信号非同步采样条件下多站址分集接收方法，其特征是:它包括以下步骤： 步骤一、每个站址采用常规阵列天线接收信号，实现站址节点的分集接收； 步骤二、每个站址节点依据该站址所收到的信号对接收数据进行处理和判决，得到该 站址的判决结果； 步骤三、每个站址节点，将采样原始数据和判决后数据包封装数据包，并通过可用中继 网络传输到中心处理节点； 步骤四、中心节点在接收跨地域多站址的数据后，首先读取判决后数据，进行多数据分 组的大数判决，判断是否存在相同的数据分组，如果判断结果为是，则执行步骤五;如果判 断结果为否，则执行步骤十二； 步骤五、中心节点读取各站址的原始数据，计算各站址分组的信噪比n，r2，···，rm，m为 站址节点个数； 步骤六、利用数字调制系统误码率公式计算各相同分组的误码率?1^2，'"41<沽为相同 分组的个数； 步骤七、利用数字调制系统误码率公式计算各个分组信号最大比合并后的误码率 步骤八、利用公式：计算该相同分组的正确概率； 式中：1为每个数据分组的长度，Pl为各相同分组的误码率； 步骤九、利用公式(^。=(1-?@。)1计算最大比合并后分组的正确概率； 步骤十、将大数判决分组的正确概率Q与最大比合并后分组的正确概率Qmr。进行比较， 若Q 2 Qmr。，则执行步骤^--; SQ<Qmr。，则执行步骤十二； 步骤十一、将大数判决所得相同分组结果作为最终判决结果输出，完成中心节点的处 理工作； 步骤十二、将各站址的原始信号进行最大比合并，对合并后的信号进行重新判决，并将 重新判决的结果作为最终判决结果输出，完成中心节点的处理工作。2. 根据权利要求1所述的短波信号非同步采样条件下多站址分集接收方法，其特征在 于步骤三中，将采样原始数据和判决后数据包按照下列格式：封装数据包。3. 根据权利要求2所述的短波信号非同步采样条件下多站址分集接收方法，其特征在 于步骤五中，计算各站址分组的信噪比n，r2，…，r m的具体方法是： 对于BPSK信号，其星座点为1和-1，将收到的信号按正负分为两组，正的一组直接求均 值，负的一组求均值以后取绝对值，然后对这两个均值进行算数平均，即得到信号的幅度， 再平方就得到信号功率； 噪声的功率则是对正负两组值分别求方差，再取平均得到； 根据信号功率和噪声的功率，计算得到信噪比。4. 根据权利要求3所述的短波信号非同步采样条件下多站址分集接收方法，其特征在 于步骤六中，利用数字调制系统误码率公式计算各相同分组的误码率Pl，p2，'"，Pk的具体方 法是： 对于BPSK信号，其对应的数字调制系统误码率公式为：其中:P为误码率，r为信噪比，erf c为误差互补函数，其定义式为：5.根据权利要求4所述的短波信号非同步采样条件下多站址分集接收方法，其特征在 于步骤七中，利用数字调制系统误码率公式计算各个分组信号最大比合并后的误码率pmrc 的方法具体为： 对于BPSK信号，计算误码率pmr。采用以下公式实现：
【文档编号】H04B7/02GK105827298SQ201610252026
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】沙学军, 马聪, 叶亮, 黄永新, 吴玮
【申请人】哈尔滨工业大学