用于雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的混合信號解碼方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的混合信號解碼方法，主要包括信號調(diào)制步驟，信號混合步驟和混合信號解碼步驟三個部分。信號調(diào)制步驟在地面通信站實現(xiàn)，主要完成信號編碼并利用功率回退因子來減小一部分非線性干擾。信號混合步驟在中繼衛(wèi)星實現(xiàn)，主要完成所有地面通信站發(fā)射信號的混合。混合信號解碼步驟在地面通信站實現(xiàn)，主要完成從所接收到的混合信號中解碼出所需要的信號。為了減小自身發(fā)射信號的碼間干擾，本發(fā)明通過建立由多個自身發(fā)射信號和一個所需解調(diào)信號組成的混合信號解碼模塊對混合信號進行直接解碼。該方法可以快速的消除自身發(fā)射信號所帶來的干擾和由混合信號所產(chǎn)生的非線性干擾，并實現(xiàn)頻譜資源復用的優(yōu)點。
【專利說明】用于雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的混合信號解碼方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明是一種用于雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的混合信號解碼方法，特別涉及 一種基于雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)（Bidirectional relay)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的混合信號解碼（Mixed signal decoding)方法。

【背景技術】
[0002] 隨著衛(wèi)星通信在無線通信中的廣泛使用，頻譜資源也日益緊張，如何提高頻譜資 源的利用一直是人們所追求的目標。雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)（Bidirectional relay Satellite communication system)是目前國際上較新的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)中所 有的上行通信鏈路采用統(tǒng)一的頻率，所有的下行通信鏈路采用另一個統(tǒng)一的頻率，實現(xiàn)頻 譜資源的復用，從而提高了頻譜利用率。由于上行通信鏈路采用統(tǒng)一的頻率，該通信系統(tǒng)中 的中繼衛(wèi)星接收到的信號為兩個地面通信站上行通信信號的混合信號。該通信系統(tǒng)中衛(wèi)星 信道的非線性特性主要受到信號幅度的影響，而雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的中繼衛(wèi)星 所接收到的混合信號幅度是兩個地面通信站上行通信信號幅度的疊加，從而加大了衛(wèi)星信 道的非線性干擾。此外，兩個地面通信站所發(fā)射信號的異步性會增加碼間干擾，從而通信系 統(tǒng)性能大幅下降。
[0003] 為了解決衛(wèi)星信道的非線性干擾，一般通過將發(fā)射功率進行功率回退來處理，使 星載功率放大器工作在線性區(qū)域，可使非線性干擾大幅下降。但如果只采用功率回退的方 法來實現(xiàn)線性化輸出，會導致大功率器件只能輸出很小的功率，造成了功率放大器的效率 較低。并且在雙向中繼衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，由于兩個信號的累加，這種影響會更加明顯。對于 早期衛(wèi)星信號的調(diào)制方式只具有BPSK和QPSK等單幅度調(diào)制的特點，信號的星座幾何距離 較大，可以采用最大似然概率的方法完成雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信號解碼。但在新 一代衛(wèi)星通信標準中，多幅度多分量調(diào)制技術諸如16APSK，16QAM，32APSK等已經(jīng)被提出用 于衛(wèi)星通信。這會導致最大似然概率的判決邊界十分接近，解碼誤差會有明顯增加。
[0004] 目前主要的雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的解碼方法有分時多用戶雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā) 方法，雙用戶協(xié)作雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法和基于柵格查找自干擾消除的雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法。其 中，多用戶雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法是通過對不同用戶的信號進行分時傳輸，從而實現(xiàn)頻率復用， 但該方法在單一時間段內(nèi)，每條鏈路上所傳輸?shù)男盘柧鶠閱斡脩粜盘?，所以當頻率的利用 率達到飽和時，不可能再增加傳輸信號容量，不利于衛(wèi)星頻譜資源的擴展。雙用戶協(xié)作雙向 中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法，通過確保地面站的傳輸信號在到達中繼衛(wèi)星時為同步信號，利用同步信號 的特殊性完成信號解碼。但這在實際的衛(wèi)星協(xié)作通信中，由于傳輸距離和空間環(huán)境的不同， 是非常難以實現(xiàn)的。并且該方法對用戶數(shù)量有嚴格的限制?；谧愿蓴_消除的雙向中繼 轉(zhuǎn)發(fā)方法是通過地面通信站對自身發(fā)射信號已知的特點，將自身發(fā)射信號從接收到的混合 信號中消除。該方法在同步或異步條件下，均可實現(xiàn)高精度的信號解碼。但如果采用諸如 16APSK等高階調(diào)制信號，自身發(fā)射信號的消除數(shù)組的長度會呈現(xiàn)指數(shù)增長并消耗過長的訓 練時間，從而降低了衛(wèi)星通信的實際效率，這在一定程度上限制了該方法的實現(xiàn)和應用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中衛(wèi)星信道的非線性干擾較大問題，以及由兩個 地面通信站所發(fā)射信號的異步性帶來的碼間干擾增大的問題，本發(fā)明設計了一種用于雙向 中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的混合信號解碼方法，結(jié)合了雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信模型可以提高 頻譜資源利用率的優(yōu)點和混合信號解碼的解碼速度快和誤碼率低的優(yōu)點。
[0006] 本方法主要包括信號調(diào)制步驟，信號混合步驟和混合信號解碼步驟三個部分。信 號調(diào)制步驟在地面通信站實現(xiàn)，主要完成信號編碼并利用功率回退因子來減小一部分非線 性干擾。信號混合步驟在中繼衛(wèi)星實現(xiàn)，主要完成所有地面通信站發(fā)射信號的混合。混合信 號解碼步驟在地面通信站實現(xiàn)，主要完成從所接收到的混合信號中解碼出所需要的信號。 由于混合信號中包含自身發(fā)射信號和所需解調(diào)的信號，自身發(fā)射信號和所需解調(diào)信號（即 另一地面通信站發(fā)出的，并經(jīng)過中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的信號）的傳輸距離和途徑的不同，很難在 中繼衛(wèi)星接收端保持同步。所以采樣時刻需要按照所需解調(diào)的信號來減小碼間干擾，但這 會導致自身發(fā)射信號的碼間干擾增加。為了減小自身發(fā)射信號的碼間干擾，本發(fā)明通過建 立由多個自身發(fā)射信號和一個所需解調(diào)信號組成的混合信號解碼模塊對混合信號進行直 接解碼。該方法可以快速的消除自身發(fā)射信號所帶來的干擾和由混合信號所產(chǎn)生的非線性 干擾，并實現(xiàn)頻譜資源復用的優(yōu)點。
[0007] 本發(fā)明的技術方案為：
[0008] 所述一種用于雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的混合信號解碼方法，其特征在于：包 括以下步驟：
[0009] 步驟1 :在地面通信站利用編碼調(diào)制模塊對基帶輸入數(shù)據(jù)進行編碼，上采樣補零 處理后，通過整形濾波器消除碼間干擾，并利用功率回退因子對整形濾波器的輸出信號進 行功率回退處理，得到地面通信站的待發(fā)射信號，并將待發(fā)射信號送入地面站發(fā)射模塊發(fā) 送到中繼衛(wèi)星；
[0010] 步驟2 :在中繼衛(wèi)星的接收端將所接收到的兩個地面通信站的發(fā)射信號進行累加 混合，得到混合信號，并通過星載功率放大器對混合信號進行放大轉(zhuǎn)發(fā)；
[0011] 步驟3 :每個地面通信站都采用以下步驟對接收到的混合信號進行解碼：
[0012] 步驟3. 1 :將地面通信站所接收到的混合信號通過匹配濾波器進行碼間干擾消除 并下采樣處理，得到離散混合接收信號r (η)，η為離散采樣時刻；
[0013] 步驟3. 2 :將離散混合接收信號r (η)表示為以下形式：
[0014] r (η) = μ (X1 (Ii-L1)，...，X1 (n+L2)，X2 (n))+Zn
[0015] 其中μ 0為混合解碼函數(shù)，X1(II-L1), "^X1(ML2)為該地面通信站的自身信息數(shù) 據(jù)組，X2 (η)為需要解調(diào)的數(shù)據(jù)，X1(Ii-L1), 為混合解碼函數(shù)中的參數(shù)，混 合解碼函數(shù)中各參數(shù)所對應的函數(shù)初始值通過雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)混合信號解碼 訓練得到；Zn表示當前采樣時刻的噪聲和未被包含在自身信息數(shù)據(jù)組中的其他自身信息數(shù) 據(jù)，L1表示自身信息數(shù)據(jù)組中的離散采樣時刻最大前置量，L 2表示自身信息數(shù)據(jù)組中的離 散采樣時刻最大后置量；
[0016] 步驟3. 3:通過以下公式

【權(quán)利要求】
1. 一種用于雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的混合信號解碼方法，其特征在于：包括以下 步驟： 步驟1 :在地面通信站利用編碼調(diào)制模塊對基帶輸入數(shù)據(jù)進行編碼，上采樣補零處理 后，通過整形濾波器消除碼間干擾，并利用功率回退因子對整形濾波器的輸出信號進行功 率回退處理，得到地面通信站的待發(fā)射信號，并將待發(fā)射信號送入地面站發(fā)射模塊發(fā)送到 中繼衛(wèi)星； 步驟2 :在中繼衛(wèi)星的接收端將所接收到的兩個地面通信站的發(fā)射信號進行累加混 合，得到混合信號，并通過星載功率放大器對混合信號進行放大轉(zhuǎn)發(fā)； 步驟3 :每個地面通信站都采用以下步驟對接收到的混合信號進行解碼： 步驟3. 1 :將地面通信站所接收到的混合信號通過匹配濾波器進行碼間干擾消除并下 采樣處理，得到離散混合接收信號r (η)，η為離散采樣時刻； 步驟3. 2 :將離散混合接收信號r (η)表示為以下形式： r (η) = μ (X1 (Ii-L1)，...，X1 (n+L2)，X2 (n)) +Zn 其中μ Ο為混合解碼函數(shù)，X1Oi-L1), ···，X1(I^L2)為該地面通信站的自身信息數(shù)據(jù) 組，X?為需要解調(diào)的數(shù)據(jù)，X1(Ii-L1),…，X1(I^L 2), Χ2(η)為混合解碼函數(shù)中的參數(shù)，混 合解碼函數(shù)中各參數(shù)所對應的函數(shù)初始值通過雙向中繼轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信系統(tǒng)混合信號解碼 訓練得到；Ζ η表示當前采樣時刻的噪聲和未被包含在自身信息數(shù)據(jù)組中的其他自身信息數(shù) 據(jù)，L1表示自身信息數(shù)據(jù)組中的離散采樣時刻最大前置量，L 2表示自身信息數(shù)據(jù)組中的離 散采樣時刻最大后置量； 步驟3.3 :通過以下公式 X7(n) = arg irdn (\r{n)-μ(Χι(η-Ιι\···,Χι(η+1?\Χ ?(?))\? A2 (n)ec 得到需要解調(diào)數(shù)據(jù)的估計值元(《)，其中C為解碼范圍集合，所述解碼范圍集合有M個 數(shù)據(jù)組成，M為需要解調(diào)數(shù)據(jù)的調(diào)制模式個數(shù)； 步驟3. 4 :通過以下公式，由步驟3. 3得到的需要解調(diào)數(shù)據(jù)的估計值;更新混合解 碼函數(shù)： μ{Χ, {η - L1), · · ·, A^1 (η + L), X7(/?)) = (!-?])μ(λ\ (η - L1), · ·, (? + L2), Χ:(η)) + ψ\η) 其中等號右端的 ΜΑΟ?-Α)，··.，'(/Η_ν),尤⑷）表示參數(shù) X1Oz-)，矣("）對應的原函數(shù)值，等號左端的 μ(Χ1(η - L1 ),···, X, (// + L,), X2(n)) 表示參數(shù)X (π - L1…，X1 (/? + L2 )，義2 (/·〇對應的更新后的函數(shù)值，η為更新步長。
【文檔編號】H04L1/00GK104393954SQ201410680787
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】唐成凱, 張怡, 張玲玲 申請人:西北工業(yè)大學