[发明专利]一种GPS接收机中LDPC码辅助的迭代载波同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种GPS接收机中LDPC码辅助的迭代载波同步方法，属数字通信中信道编码及载波同步技术领域。

背景技术

GPS是美国军方研发的卫星导航系统，可以在各种天气下精确地提供地表附近任意位置精确的时间和位置信息。该系统由空间段，控制段和用户段三部分组成。空间段至少包括24颗卫星。卫星使用码分复用(CDMA)技术在两个频率上广播测距码和导航数据，即GPS系统只使用两个频率：L1(1275.42MHz)和L2(1227.6MHz)。导航数据使GPS接收机能够确定卫星发送信号时的位置，测距码使接收机能够计算出信号传输时间。接收机根据卫星发送信号的位置和信号传输到接收机的时间就可计算出当前所在位置。

IS-GPS-800规范定义了L1链路上的民用L1信号(L1C)。L1C信号由L1C_P和L1C_D两部分组成。L1C_D又分为子帧，帧和超帧。帧分成3个长度不等的子帧。为了向用户广播完整的消息，需发送多个帧，即超帧。子帧2和子帧3分别包含600比特和274数据。两个子帧都要用码率为1/2的LDPC编码器编码，得到总长度为1748个符号序列。这1748个符号接着送到交织器进行交织，1748个符号按行写入38行46的矩阵，然后按列读出。交织后的输出进行二进制偏移载波调制(BOC(1,1))，即先以1.023Mbps的码片速率进行直接序列扩频(DSSS)，再用1.023MHz的方波副载波调制扩频后的信号，副载波的作用是改变发射信号的频谱。最后再将基带BOC(1,1)信号通过BPSK调制到L1射频链路上传输。

LDPC(Low-Density Parity-Check)码是一种纠错能力极好的线性分组码，目前已被很多标准采用，比如IEEE802.16e、IEEE802.11n、DVB-S2和GPS。虽然理论上LDPC码具有接近香农限的性能，但是这是在理想相干检测的前提下得出来的，实际应用中载波同步不理想会引进频偏和相偏，而LDPC码译码算法对频偏和相偏很敏感，这使得实际系统中LDPC码的性能和理论性能有很大的差距。从理论上分析相偏和频偏对LDPC码译码器的影响很困难，目前还没有这方面的文献，但是通过仿真可以知道，相偏和频偏对LDPC译码器的影响很严重。

鉴于LDPC码对载波同步不理想引起的频偏和相偏很敏感，GPS中提高载波同步的精度对整个系统的性能都有很大的提高。

发明内容

为了克服载波同步不理想引起的频偏和相偏对LDPC码迭代译码器的影响，本发提供了一种GPS接收机中LDPC码辅助的迭代载波同步方法。该方法将译码和同步相结合，在标准LDPC译码的基础上，增加了对同步参数估计的步骤。在每次迭代译码中，用LDPC译码中的判决消息估计相偏和频偏，再用估计的相偏和频偏对译码器变量节点的对数似然比消息进行修正，通过LDPC译码算法和同步算法的相互影响、相互修正达到精确同步、提高译码性能的目的。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种GPS接收机中LDPC码辅助的迭代载波同步方法，应用于GPS接收机中的LDPC码译码器，以实现精确估计同步不理想引起的频偏和相偏，提高整个系统性能的目的；预先设C是由m×n维校验矩阵H＝{h_j,k}确定的长为n的二元LDPC码；R_j表示同第j个校验节点相连的变量节点的集合，即R_j＝{k|h_k,j＝1}，R_j/k表示从R_j中除去第k个变量节点的集合；C_k表示同第k个变量节点相连的校验节点的集合，即C_k＝{j|h_k,j＝1}，C_k/j表示从C_k中除去第j个校验节点的集合；a表示码C中的码字经过BPSK调制后的发送信息序列，r表示a经过信道后的接收信息序列，也即LDPC译码器的输入，r中第k个分量对应码C的第k个变量节点；p_k(0)和p_k(1)分别表示第k个变量节点为0和1的概率，L(P_k)表示第k个变量节点的初始对数似然比消息；该方法的步骤如下：

1）初始化

假设BPSK将0映射到-1、1映射到1，则发送序列经过均值为0方差为σ²白高斯噪声信道后r_k是r的第k个分量，所以第k个变量节点的初始对数似然比消息为