[发明专利]极低信噪比级联Hadamard码辅助载波同步方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及信道编码以及无线通信中的载波同步技术。

背景技术

纠错能力强大的纠错码如Turbo码、LDPC码，它们的理论性能优异，实际应用中的性能往往存在较大差距，这主要是由于系统同步精度随信噪比的降低而减小。在极低信噪比情况时，单纯的LDPC或者Turbo码已经不能满足同步性能的要求。

载波同步技术在无线电导航、定位、遥感遥测等领域内有着广泛的应用，并且是通信信号接收必须解决的问题之一。近年来，人们提出了一种编码辅助的迭代载波同步方法。它将载波同步与SISO译码器相结合，利用译码器每次迭代输出的软信息来辅助同步。主要的方法有EM算法，COSTAS算法和APPA算法。这三种算法的相偏捕获能力，频偏捕获能力以及估计的均方误差性能各有不同。目前基于EM算法的迭代载波同步算法是最为典型，NeleNoels等人给出了软信息辅助的迭代同步理论框架，基于EM算法给出了迭代同步更一般的分析方法。针对深空通信系统中，编码辅助与导频辅助载波同步算法所存在同步范围与精度受限的问题，我们可以将导频与编码联合起来辅助载波同步，从而可以扩大同步的范围，并能提高估计的精度，尤其适合在极低信噪比环境下的通信。由于导频联合编码辅助的同步范围有一定的局限性，并且不适合大频偏环境下的应用，因此本发明将级联Hadamard码用于编码辅助载波同步的算法中，利用Hadamard码的正交性扩大同步范围，并且不损失译码性能。

发明内容

本发明基于极低信噪比环境下的导频联合编码辅助同步的基础上，采用LDPC-Hadamard级联码进一步扩大同步的范围，以适应更多的应用环境。本发明利用信道编码LDPC-Hadamard级联码特有的优势，在接收端先进行Hadamard码相关搜索，预估计出频偏范围并进行补偿，然后在补偿信道信息的基础上先用导频粗同步，之后再在补偿后的信息下进行进一步同步，以能更好的译码。

本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤1：发送端对信息比特先进行LDPC-Hadamard级联码编码，之后添加导频符号，BPSK调制，最后发送出去；

步骤2：接收端首先对接收到的信息提取出码字部分，然后利用Hadamard码字的正交性对接收到的码字信息做不同频偏下的相关，估计出大致频偏，并对接收到的序列进行第一次频偏补偿；

步骤3：对第一次补偿之后的信息进行导频粗同步，并进行补偿；

步骤4：在两次补偿之后，对补偿后的信息进行译码并同时采用EM算法加以辅助精同步，并进行判决；

在上述方案中：

1)步骤1是本发明的中码字的设计模块，对本发明起到了一个铺垫的作用，采用的是LDPC-Hadamard级联码，不同于广义码。虽然Hadamard码字的级联和广义码都可以利用Hadamard自身的相关性进行搜索，但是由于广义码在搜索方面的复杂度远远高于级联码，因此我们采用的是级联码来辅助同步的进行。

2)步骤2是本次发明的重点，由于不同Hadamard码字之间的正交性，可以对接收序列添加不同的频偏，并通过相关找出相关值最大的那个频偏即为预估计的频偏，而且将频偏从1％-4减小到1*e-5上，能达到导频同步的范围。

3)步骤3是利用导频序列的已知性对参数的信道进行估计，包括频偏和信道噪声的方差，并将估计出来的参数传给下一步用于译码和精同步。由于传统的基于编码辅助的载波同步算法仅利用编码符号进行同步，估计范围受限，而导频是编码系统完成帧定位和解码的一个必要手段，所以本发明仍然采用导频来完成帧定位和粗同步。

4)步骤4是目前在同步方向比较主流的一种方法，采用编码辅助进行精同步，将译码器与最大似然估计算法相结合，利用每次译码迭代的外信息来辅助同步，提高同步的精度，减小误差。

整个系统模型如图1所示，在发送端先进行LDPC编码，将编好的码字C₁传送给Hadamard编码器进行编码，得到级联后的码字LDPC-Hadamard码字C₂，此时按照PMP(Pre-Mid-Postamble)结构添加导频并进行调制，然后过高斯信道并引入一定的频偏，此时我们假设完美的相偏误差和定时误差。在接收端，先对接收到的信道信息进行Hadamard码相关搜索，预估计出频偏范围并补偿到导频粗同步的范围，接下来则就进行导频的同步，之后在进行迭代译码联合EM算法进行精同步，最后对译出的码字进行判决。