專利名稱：連續(xù)相位調(diào)制自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)的信道質(zhì)量估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)的信道質(zhì)量估計(jì)，具體說是基于連續(xù)相位調(diào)制自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)的信道質(zhì)量估計(jì)方法，收發(fā)雙方利用數(shù)字信號(hào)處理的方式判斷信道質(zhì)量的優(yōu)劣，自適應(yīng)地選擇優(yōu)良信道集進(jìn)行跳頻通信，使通信系統(tǒng)保持良好的通信狀態(tài)。
背景技術(shù)：
常規(guī)的跳頻系統(tǒng)中通信收發(fā)雙方的跳頻圖案都是事先約定好的，同步地按照跳頻圖案進(jìn)行跳變。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的電子對抗越演越烈，有限的頻譜資源導(dǎo)致通信設(shè)備之間的相互干擾，在常規(guī)跳頻的基礎(chǔ)上又提出了自適應(yīng)跳頻，它增加了頻率自適應(yīng)控制和功率自適應(yīng)控制兩方面。在常規(guī)跳頻的基礎(chǔ)上，跳頻系統(tǒng)拒絕使用那些曾經(jīng)用過但傳輸不成功的頻點(diǎn)，即實(shí)時(shí)去除跳頻頻率集中被干擾的頻率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)跳頻通信頻率自適應(yīng)，并以最小的發(fā)射功率獲得正常的通信，以達(dá)到通信系統(tǒng)良好的抗干擾性，盡可能增加系統(tǒng)的隱蔽性。與傳統(tǒng)跳頻系統(tǒng)相比，自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)的工作靈活性更大、可靠性更好、數(shù)傳速率更高、保密性更強(qiáng)，特別是具有優(yōu)良的抗電子干擾及低截獲概率/低檢測概率特性，不僅適合在各種實(shí)戰(zhàn)條件下進(jìn)行可靠的中、遠(yuǎn)程通信，而且可在其它視距通信手段失效或者頻譜完全被堵塞時(shí)滿足短程應(yīng)急通信要求。在民用藍(lán)牙系統(tǒng)中，也采用了自適應(yīng)跳頻技術(shù)對干擾進(jìn)行檢測并分類，通過編輯跳頻算法來避免干擾，把分配變化告知網(wǎng)絡(luò)中的其他成員，并周期性地維護(hù)跳頻集。自適應(yīng)跳頻技術(shù)對于有效利用頻譜資源、防止通信設(shè)備之間相互干擾起著十分重要的作用。
自適應(yīng)跳頻的原理方框圖如圖1所示。它在普通跳頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用若干窄帶信道。為了控制傳數(shù)頻率，跳頻序列發(fā)生器從長度為Na的字母中產(chǎn)生偽隨機(jī)信號(hào)，然后把該頻率序列送至頻率映象函數(shù)表，從而把輸入信號(hào)變成長度為N的符號(hào)字母。最后，把這些符號(hào)分別送至跳頻器與解跳器。自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)在任何時(shí)候均只從N個(gè)可用頻率中選擇Na個(gè)工作頻率，工作頻率及其功率電平的選擇均由接收機(jī)的信道質(zhì)量分析器，即線路質(zhì)量分析器完成，然后把該選頻信息通過反饋信道反饋給發(fā)射機(jī)。
自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是自適應(yīng)頻率跳變技術(shù)，該自適應(yīng)頻率跳變直接影響到系統(tǒng)的抗干擾性能。自適應(yīng)跳頻就是要避開跳頻頻率集中受干擾的壞頻點(diǎn)，使信息在全部不受干擾的跳頻頻率集和可以使用的跳頻頻率集上傳輸，從而提高信息傳輸?shù)馁|(zhì)量。為此必須首先判別當(dāng)前跳頻頻率集中哪些頻點(diǎn)受到干擾，并明確判定受到干擾的頻點(diǎn)是否已變成為壞頻點(diǎn)；其次，如何用可以使用的好頻點(diǎn)來更換這些被判定為壞的頻點(diǎn)，并保持跳頻過程遍歷更新后的跳頻頻率集中的每一個(gè)頻點(diǎn)。
自適應(yīng)跳頻的處理過程如圖2所示。系統(tǒng)完成同步后，伴隨著跳頻數(shù)傳系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)入自適應(yīng)處理過程。在處理過程中，首先要完成干擾頻率的檢測與估計(jì)，接著在信道上重復(fù)進(jìn)行通知與應(yīng)答過程，以使雙方確認(rèn)干擾頻率，只要頻率沒有全部被干擾，該過程總是能夠?qū)崿F(xiàn)，確認(rèn)完成后，雙方同時(shí)刪除受干擾頻率，并用無干擾頻率替代。
自適應(yīng)頻率跳變技術(shù)中包含兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)一是信道質(zhì)量的評估；二是自適應(yīng)跳頻的控制，包括頻點(diǎn)的更替、以及頻點(diǎn)更替信息的通知和交互。其中信道質(zhì)量評估是用來確定跳頻頻率點(diǎn)是否已被干擾及被干擾的程度，從而判定該頻率點(diǎn)能否用來進(jìn)行正常的跳頻通信。
常用的信道質(zhì)量評估可以以誤碼率、包出錯(cuò)率或接收到的信號(hào)強(qiáng)度為依據(jù)。誤碼率方法規(guī)定一個(gè)門限誤碼率，當(dāng)某一跳頻信道傳送數(shù)據(jù)的誤碼率大于門限誤碼率時(shí)，則該信道稱為被干擾的信道。誤碼率的測量是根據(jù)跳頻幀中預(yù)知的特殊比特信號(hào)來確定的。為了避免瞬時(shí)突發(fā)干擾引起的誤判決，可以連續(xù)多次測量誤碼率后按一定規(guī)則最終確定該跳頻信道是否真正不可以使用。在藍(lán)牙系統(tǒng)中采用包出錯(cuò)率作為信道質(zhì)量評估的依據(jù)。接收設(shè)備對包損率PLRs(Packet Loss Ratios)、有效載荷的循環(huán)冗余編碼CRC，混合差錯(cuò)控制HEC，前向糾錯(cuò)碼FEC誤差等參數(shù)進(jìn)行測量。在測量PLR時(shí)，如果PLR超過了系統(tǒng)定義的門限，則宣布此信道為壞信道。從設(shè)備測量CRC時(shí)，也會(huì)自動(dòng)檢測此包的有效載荷的CRC，如果校驗(yàn)碼正確，則說明接收正確的包，否則宣布包丟失。從設(shè)備也可利用任何空閑的時(shí)間周期性地測量全部信道的接收信號(hào)強(qiáng)度，以此來確定信道的信號(hào)強(qiáng)度是否稍高于正常的背景強(qiáng)度。信號(hào)稍強(qiáng)的信道對主設(shè)備可能被認(rèn)為是壞的。
另外也可采用發(fā)射探測信號(hào)的方法估計(jì)信道質(zhì)量。在發(fā)送端，探測信號(hào)經(jīng)快速傅里葉逆變換IFFT、數(shù)/模變換D/A、低通濾波后，送入信道機(jī)發(fā)送出去，在接收端對接收到的信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換FFT，估算出信噪比，多徑時(shí)延和多普勒頻移等參數(shù)，利用這些估算參數(shù)，并依據(jù)一定的準(zhǔn)則，可篩選出最佳工作頻率。這種實(shí)時(shí)信道估值技術(shù)，在未進(jìn)行數(shù)據(jù)通信期間，利用探測信號(hào)進(jìn)行信道參數(shù)的估算；在傳送數(shù)據(jù)信息期間，可直接利用數(shù)據(jù)通信的信號(hào)波形對上列參數(shù)進(jìn)行估算，并選出最佳工作頻率作為跳頻通信頻率，從而構(gòu)成信道自適應(yīng)跳頻。這種體制的跳頻，跳速不是追求的關(guān)鍵目標(biāo)，而是要求在好信道上駐留，從而提高通信質(zhì)量。這種方法雖然有一定的實(shí)用性，但是間隔發(fā)送的探測信號(hào)一方面在信道特性衰落較快時(shí)不能很好地跟蹤其變化，性能較差，另一方面也造成了額外的系統(tǒng)開銷，因此，限制了它的應(yīng)用。
上述信道質(zhì)量估計(jì)方法均是利用數(shù)據(jù)當(dāng)中的已知碼元或是采用發(fā)送探測信號(hào)的形式，給系統(tǒng)帶來了額外的開銷。訓(xùn)練序列占用了很大帶寬，降低了頻譜利用率。另外，訓(xùn)練序列是每隔一定時(shí)間周期發(fā)送，若信道是時(shí)變的，則該方法無法及時(shí)準(zhǔn)確地檢測信道狀況。在快跳頻通信系統(tǒng)中，由于受到跳速和數(shù)據(jù)傳輸效率的限制，同時(shí)在傳輸數(shù)據(jù)的過程中要完成解調(diào)譯碼以及實(shí)時(shí)更新可用頻率表等一系列任務(wù)，因此希望有一種計(jì)算量小，無需訓(xùn)練序列的信道質(zhì)量估計(jì)算法。而且已有的一些基于信號(hào)特征分析、模式識(shí)別的信道質(zhì)量估計(jì)算法僅適用于線性調(diào)制信號(hào)。在現(xiàn)有的超短波V段電臺(tái)中，信道為非線性的，采用的調(diào)制體制也是非線性的調(diào)制方式，例如FSK，CPM等。因而，對于采用非線性連續(xù)相位調(diào)制CPM的跳頻通信系統(tǒng)，如何在跳頻同步建立后的通信過程中有效判別當(dāng)前信道受干擾的程度，仍是一個(gè)尚未解決的問題。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)相位調(diào)制的自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)的信道質(zhì)量估計(jì)方法，以解決采用CPM體制的自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)在跳頻同步建立后的通信過程中，能夠有效判別當(dāng)前信道受干擾程度的問題。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的技術(shù)方案是將采用CPM體制的跳頻通信系統(tǒng)的信道質(zhì)量估計(jì)問題，轉(zhuǎn)化為在通信過程中CPM調(diào)制信號(hào)受其它信號(hào)干擾程度的度量估計(jì)問題。由于代表最大似然判決準(zhǔn)則的平方歐氏距離中包含有接收信號(hào)與發(fā)送信號(hào)的相位差，利用該相位差可以衡量接收信號(hào)與發(fā)送信號(hào)的相似程度，因此在給出平均相位距離的定義后，就可以提出一種基于平均相位距離的信道質(zhì)量檢測方法。由于CPM信號(hào)的符號(hào)判決本質(zhì)上還是在發(fā)送CPM信號(hào)的相位網(wǎng)格圖上尋找與接收信號(hào)具有最小距離的路徑，或者可以理解為在調(diào)制信號(hào)集中尋找與接收信號(hào)相關(guān)值最大或最相似的符號(hào)，因此采用CPM信號(hào)的信道質(zhì)量估計(jì)算法應(yīng)該是按照平方歐氏距離最小的準(zhǔn)則盡可能正確地解調(diào)CPM信號(hào)的解調(diào)器。假定忽略一切不理想因素，到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)未被噪聲及其它信號(hào)干擾，那么可以認(rèn)為到達(dá)接收機(jī)的CPM信號(hào)即發(fā)送的CPM信號(hào)，在發(fā)送CPM信號(hào)的相位網(wǎng)格圖上搜索到的與接收信號(hào)最接近的路徑距離應(yīng)為0；而如果到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)是噪聲和其它不具有CPM信號(hào)特征的干擾信號(hào)，或者到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)是被噪聲、其它信號(hào)干擾的CPM信號(hào)，那么在發(fā)送CPM信號(hào)的相位網(wǎng)格圖上搜索到的與接收信號(hào)最接近的路徑距離肯定不為0，而且往往較大，因?yàn)榇藭r(shí)的接收信號(hào)受到干擾影響已經(jīng)不具備CPM信號(hào)的特征，不同于發(fā)送信號(hào)集合。這樣信道估計(jì)方法可以在解調(diào)CPM信號(hào)的同時(shí)，試圖統(tǒng)計(jì)接收信號(hào)與發(fā)送CPM信號(hào)的平均相位距離，該平均相位距離用以表示發(fā)送CPM信號(hào)存在與否或受干擾大小的程度，即如果經(jīng)過一段時(shí)間，比如一跳的間隔的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)接收信號(hào)與發(fā)送CPM信號(hào)的平均相位距離均持續(xù)增大并最終超過某一門限，則認(rèn)為信道質(zhì)量差而不能在該頻率上通信，否則認(rèn)為信道質(zhì)量好，該頻率是可用頻率。
根據(jù)上述原理，本發(fā)明首先給出CPM信號(hào)平方歐氏距離的定義，發(fā)送信號(hào)si(t)和接收信號(hào)sj(t)之間的平方歐氏距離d2ij為d2ij=∫0NT[si(t)-sj(t)]2dt]]>=∫0NTsi2(t)dt+∫0NTs2j(t)dt-2∫0NTsi(t)sj(t)dt]]>=2NEs-EsT∫0NTcos(ωct+φ(t;Ii))cos(ωct+φ(t;Ij))dt]]>=EsT∫0NT{1-cos[φ(t;Ii)-φ(t;Ij)]}dt...(1)]]>上式中，T為符號(hào)間隔，Es為符號(hào)能量，N為觀測的符號(hào)間隔，Ii和Ij分別是與信號(hào)si(t)和sj(t)相對應(yīng)的信息序列，φ(t；Ii)和φ(t；Ij)分別是信號(hào)si(t)和sj(t)的相位函數(shù)。
定義第k個(gè)碼元時(shí)間間隔內(nèi)的相位距離為dkφI→ref=Σi=1S|φi(kT,I→p)-φiref(kT,I→ref)|...(2)]]>其中，S為每碼元的取樣點(diǎn)數(shù)， 為接收信號(hào)在第k個(gè)碼元第i樣點(diǎn)的相位， 為標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)在第k個(gè)碼元第i樣點(diǎn)的相位，I→ref={I→ref,k-L+1,...,I→ref,k},I→ref,k∈{±1,±3,...,±(2M-1)},]]>L為CPM的相位脈沖長度，M為電平數(shù)，當(dāng) 取遍所有可能取值， 表示發(fā)送CPM信號(hào)在第k個(gè)碼元第i樣點(diǎn)所有可能的相位取值。
在一個(gè)碼元時(shí)間間隔內(nèi)，比較所有可能的 找出使相位距離 最小的信息符號(hào)序列 I→ref*=argminI→ref[Σi=1S|φi(kT,I→p)-φiref(kT,I→ref)|]...(3)]]>此時(shí)的 記為dk_*，即 通常，發(fā)射機(jī)采用的調(diào)制信號(hào)為某一標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)CPM信號(hào)，即電平數(shù)、調(diào)制指數(shù)、相位脈沖取定，不包含MSK信號(hào)，干擾信號(hào)的類型為加性高斯白噪聲AWGN、AM類信號(hào)、PSK類信號(hào)、FSK類信號(hào)。對于實(shí)際通信情況，將接收信號(hào)分為三類一是接收信號(hào)為被加性高斯白噪聲污染的CPM信號(hào)；二是接收信號(hào)僅為干擾信號(hào)AWGN、AM信號(hào)、2FSK信號(hào)、2PSK信號(hào)或MSK信號(hào)；三是接收信號(hào)為受干擾信號(hào)污染的CPM信號(hào)CPM+ASK、CPM+2FSK、CPM+2PSK或CPM+MSK。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是通過對通信過程中標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)受其它信號(hào)干擾程度的度量進(jìn)行估計(jì)，即采用對一跳的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其過程如下首先，統(tǒng)計(jì)一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的相位 和標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)的相位 其次，統(tǒng)計(jì)一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的相位與標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)相位之間的相位距離 然后，在已知所有可能發(fā)送信號(hào)相位中找出最小的相位距離dk_*，并將一跳所有碼元的最小相位距離累加后，取其平均值；最后，將得到的最小相位距離dk_*的平均值與設(shè)定的相位距離的門限值進(jìn)行比較，判斷其頻點(diǎn)好壞。
上述信道質(zhì)量估計(jì)方法，其中所述的統(tǒng)計(jì)一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的相位 是在接收機(jī)接收到一跳N個(gè)碼元后，按照下式計(jì)算接收信號(hào)r(t)第k個(gè)碼元第i樣點(diǎn)的相位，即φi(kT,I→p)=arctanimag(ri(kT))real(ri(kT)),k=1,...,N;i=1,...,S]]>式中ri(kT)為接收信號(hào)r(t)第k個(gè)碼元的第i樣點(diǎn)。
上述信道質(zhì)量估計(jì)方法，其中所述的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)相位 是取發(fā)送信息符號(hào) 所有可能的取值，按下式計(jì)算一個(gè)碼元間隔所有可能的標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)第i樣點(diǎn)的相位，即φiref(kT,I→ref)=2πhΣl=k-L+1kI→ref,lq((k+i/S-l)T),i=1,...,S]]>式中h為調(diào)制指數(shù)，q(t)為相位脈沖。
上述信道質(zhì)量估計(jì)方法，其中所述的統(tǒng)計(jì)一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的相位與標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)相位之間的相位距離 是按照下式進(jìn)行dkφI→ref=Σi=1S|φi(kT,I→p)-φiref(kT,I→ref)|]]>式中，S為每碼元的取樣點(diǎn)數(shù) 為接收信號(hào)在第k個(gè)碼元第i樣點(diǎn)的相位 為標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)在第k個(gè)碼元第i樣點(diǎn)所有可能的相位取值I→ref={I→ref,k-L+1,...,I→ref,k},I→ref,k∈{±1,±3,...,±(2M-1)}]]>上述信道質(zhì)量估計(jì)方法，其中所述在已知所有可能發(fā)送信號(hào)相位中找出最小的相位距離dk_*，是在一個(gè)碼元時(shí)間間隔內(nèi)，比較所有可能的發(fā)送信息符號(hào) 找出使相位距離 最小的信息符號(hào)序列 即I→ref*=argI→refmin[Σi=1S|φi(kT,I→p)-φiref(kT,I→ref)|]]]>此時(shí)的 記為最小相位距離dk_*，即 上述信道質(zhì)量估計(jì)方法，其中所述的將dk_*的平均值與相位距離的門限值進(jìn)行比較，判斷其頻點(diǎn)好壞，是根據(jù)最小相位距離dk_*的平均值是否超過設(shè)定的相位距離門限值而確定，即如果最小相位距離dk_*的平均值超過設(shè)定的門限值，則認(rèn)為這時(shí)輸入信號(hào)干擾較大，其頻點(diǎn)的信干比較小，該頻點(diǎn)為壞頻點(diǎn)；否則認(rèn)為干擾較小，該頻點(diǎn)為好頻點(diǎn)。
上述信道質(zhì)量估計(jì)方法，其中所述的設(shè)定相位距離的門限值，是將接收信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)在可通信信噪比臨界點(diǎn)時(shí)的平均相位距離作為門限值。如果系統(tǒng)采用不同參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)，就需要對不同參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)設(shè)置門限值。這些不同參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)的門限值被保存在跳頻通信機(jī)中。當(dāng)通信雙方采用其中一種調(diào)制參數(shù)時(shí)，統(tǒng)計(jì)不同頻點(diǎn)上的平均相位距離后，查表對照相應(yīng)的門限值就可以判斷該頻點(diǎn)的受干擾程度，即信干比了。
本發(fā)明具有如下特點(diǎn)1.本發(fā)明可以在一跳中利用未知數(shù)據(jù)估計(jì)信道質(zhì)量，無需訓(xùn)練碼元。
2.本發(fā)明只需在一定時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)平均相位距離即可，計(jì)算量小，便于DSP或FPGA實(shí)現(xiàn)。
3.本發(fā)明是非遞推結(jié)構(gòu)，只統(tǒng)計(jì)一定碼元的平均相位距離，一個(gè)或幾個(gè)碼元統(tǒng)計(jì)誤差不會(huì)波及后面的碼元，收斂性好。
4.仿真表明，本發(fā)明的方法對于采用CPM體制的自適應(yīng)跳頻通信系統(tǒng)，可以在跳頻同步建立后的通信過程中，能夠有效判別當(dāng)前信道受干擾程度的問題。


圖1是自適應(yīng)跳頻原理方框2是頻率自適應(yīng)處理過程圖3是本發(fā)明的信道質(zhì)量估計(jì)流程4是本發(fā)明對4CPM1RC信號(hào)在不同信噪比下與標(biāo)準(zhǔn)CPM信號(hào)的平均相位距離仿真5是本發(fā)明對加性白高斯噪聲與標(biāo)準(zhǔn)CPM信號(hào)的平均相位距離仿真6是本發(fā)明對AM單頻信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)CPM信號(hào)的平均相位距離仿真7是本發(fā)明對2FSK信號(hào)在不同碼率下與標(biāo)準(zhǔn)CPM信號(hào)的平均相位距離仿真8是本發(fā)明對2PSK信號(hào)在不同碼率下與標(biāo)準(zhǔn)CPM信號(hào)的平均相位距離仿真9是本發(fā)明對MSK信號(hào)在不同碼率下與標(biāo)準(zhǔn)CPM信號(hào)的平均相位距離仿真10是本發(fā)明對混有2ASK類干擾信號(hào)的CPM信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)CPM信號(hào)的平均相位距離仿真11是本發(fā)明對混有2FSK類干擾信號(hào)的CPM信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)CPM信號(hào)的平均相位距離仿真12本發(fā)明對混有2PSK類干擾信號(hào)的CPM信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)CPM信號(hào)的平均相位距離仿真13是本發(fā)明對混有MSK類干擾信號(hào)的CPM信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)CPM信號(hào)的平均相位距離仿真圖具體實(shí)施方式
以下參照附圖對本發(fā)明的信道質(zhì)量估計(jì)過程和效果仿真作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
本實(shí)施例采用標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)為四進(jìn)制、調(diào)制指數(shù)為0.25、脈沖響應(yīng)為持續(xù)一個(gè)符號(hào)的升余弦脈沖、波特率為24KBd的信號(hào)。根據(jù)接收信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)在可通信信噪比臨界點(diǎn)時(shí)的平均相位距離作為門限值的設(shè)定規(guī)則，規(guī)定高斯白噪聲信道下誤比特率小于10-2時(shí)的信噪比為可通信信噪比，對于四進(jìn)制、調(diào)制指數(shù)為0.25、脈沖響應(yīng)為持續(xù)一個(gè)符號(hào)的升余弦脈沖的標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)，其誤比特率為10-2采用差分解調(diào)所對應(yīng)的比特信噪比為8dB，該信噪比相應(yīng)的平均相位距離值為0.8，故0.8就是該標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)的門限值。按照一跳數(shù)據(jù)9個(gè)碼元，每碼元5點(diǎn)采樣，該接收信號(hào)是方差為0.1的加性高斯白噪聲，則對信道質(zhì)量估計(jì)的實(shí)現(xiàn)過程如圖3所示，即第一步接收機(jī)在建立跳頻同步的基礎(chǔ)之上收到一跳數(shù)據(jù)9個(gè)碼元，共45個(gè)樣點(diǎn)，用復(fù)數(shù)表示0.0001-0.0029i，0.0013-0.0054i，0.0026-0.0078i，0.0040-0.0105i，0.0055-0.0134i，0.0071-0.0164i，0.0087-0.0194i，0.0104-0.0225i，0.0121-0.0255i，0.0138-0.0285i，0.0154-0.0314i，0.0170-0.0341i，0.0184-0.0368i，0.0197-0.0392i，0.0208-0.0413i，0.0217-0.0429i 0.0226-0.0445i，0.0232-0.0456i，0.0237-0.0464i，0.0239-0.0468i，0.0241-0.0467i，0.0240-0.0461i，0.0237-0.0452i，0.0232-0.0438i，0.0225-0.0422i，0.0215-0.0403i，0.0204-0.0380i，0.0190-0.0354i，0.0176-0.0325i，0.0160-0.0296i，0.0143-0.0264i，0.0124-0.0231i，0.0105-0.0196i，0.0085-0.0162i 0.0065-0.0127i，0.0045-0.0092i，0.0025-0.0059i，0.0007-0.0026i，-0.0012+0.0005i，-0.0031+0.0036i，-0.0048+0.0065i，-0.0064+0.0091i，-0.0078+0.0115i，-0.0091+0.0137i，-0.0101+0.0155i(i為虛數(shù)單位)，根據(jù)φi(kT,I→p)=arctanimag(ri(kT))real(ri(kT))]]>計(jì)算得到接收信號(hào)白噪聲的每個(gè)樣點(diǎn)的相位值，式中ri(kT)為接收信號(hào)r(t)第k個(gè)碼元的第i樣點(diǎn)，imag(·)為取信號(hào)實(shí)部，real(·)為取信號(hào)虛部，arctan為反正切。用此式算得的每個(gè)樣點(diǎn)的相位值用弧度可表示為-1.5207，-1.3259，-1.2466，-1.2035，-1.1779，-1.1594，-1.1476，-1.1383，-1.1279，-1.1199，-1.1143，-1.1088，-1.1065，-1.1054，-1.1043，-1.1029，-1.1011，-1.1003，-1.0991，-1.0977，-1.0939，-1.0909，-1.0881，-1.0834，-1.0813，-1.0810，-1.0789，-1.0776，-1.0760，-1.0749，-1.0751，-1.0774，-1.0786，-1.0871，-1.0993，-1.1142，-1.1628，-1.3246，2.7135，2.2753，2.2031，2.1833，2.1689，2.1567，2.1462，為方便計(jì)算，將每個(gè)碼元起始相位歸一化為0，用r(t)第k個(gè)碼元第i樣點(diǎn)(k＝1，...，N；i＝1，...S)的相位值減去第k個(gè)碼元第1個(gè)樣點(diǎn)的相位值，得到歸一化處理后的接收信號(hào)相位0.2018，0.2873，0.3295，0.3550，0.3741，0.0130，0.0244，0.0345，0.0424，0.0474，0.0065，0.0077，0.0097，0.0106，0.0123，0.0016，0.0023，0.0039，0.0039，0.0081，0.0036，0.0065，0.0107，0.0134，0.0137，0.0026，0.0025，0.0062，0.0055，0.0063，-0.0038，-0.0046，-0.0132，-0.0234，-0.0415，-0.0541，-0.1919，-2.4205，-2.8856，-2.9604；第二步計(jì)算所有可能的標(biāo)準(zhǔn)參考相位信號(hào) I→ref={I→ref,k},I→ref,k∈{±1,±3},]]>根據(jù)φlref(kT,I→ref)=π2I→ref,kq(iT/5),i=1,...5]]>q(iT/5)=i10-14πsin(2πi5),]]>得到φ1ref(kT,-3)=-0.2356,φ2ref(kT,-3)=-0.9425,φ3ref(kT,-3)=-1.8850,φ4ref(kT,-3)=-2.5918,]]>φ5ref(kT,-3)=-2.5918,]]>φ1ref(kT,-1)=-0.0785,φ2ref(kT,-1)=-0.3142,φ3ref(kT,-1)=-0.6283,φ4ref(kT,-1)=]]>-0.8639,φ5ref(kT,-1)=-0.8639,]]>φ1ref(kT,1)=0.0785,φ2ref(kT,1)=0.3142,φ3ref(kT,1)=0.6283,φ4ref(kT,1)=0.8639]]>φ5ref(kT,1)=0.8639,]]>φ1ref(kT,3)=0.2356,φ2ref(kT,3)=0.9425,φ3ref(kT,3)=1.8850,φ4ref(kT,3)=2.5918,]]>φ5ref(kT,3)=2.5918;]]>第三步根據(jù)dkφI→ref=Σi=1S|φi(kT,I→p)-φiref(kT,I→ref)|]]>計(jì)算第k個(gè)碼元與所有可能參考信號(hào)之間的相位距離，保存最小的相位距離dk_*，d1φ-3=9.7944,d1φ-1=4.2966,d1φ1=1.4477,d1φ3=6.6990,]]> d2φ-3=8.4084,d2φ-1=2.9106,d2φ1=2.5872,d2φ3=8.0850,]]> d3φ-3=8.2935,d3φ-1=2.7957,d3φ1=2.7021,d3φ3=8.1999,]]> d4φ-3=8.2665,d4φ-1=2.7688,d4φ1=2.7290,d4φ3=8.2258,]]> d5φ-3=8.2946,d5φ-1=2.7968,d5φ1=2.7010,d5φ3=8.1988,]]> d6φ-3=8.2698,d6φ-1=2.7720,d6φ1=2.7252,d6φ3=8.2235,]]>
d7φ-3=8.1602,d7φ-1=2.6624,d7φ1=2.8354,d7φ3=8.3332,]]> d8φ-3=2.1300,d8φ-1=6.0570,d8φ1=11.2615,d8φ3=16.7593,]]> d9φ-3=8.0039,d9φ-1=2.5061,d9φ1=2.9917,d9φ3=8.4895,]]> 對9個(gè)最小相位距離d1_*，...，d9_*求其均值得到平均相位距離為2.2191；第四步根據(jù)所得的平均相位距離判斷頻點(diǎn)的好壞，由于該平均相位距離為2.2191，超過了門限值0.8，因此認(rèn)為該頻點(diǎn)為壞頻點(diǎn)。
由于平均相位距離的大小與干擾信號(hào)類型、參數(shù)，參考CPM信號(hào)的參數(shù)以及接收機(jī)輸入信號(hào)的信噪比/信干比都有關(guān)系，因此通過產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真可以建立不同信號(hào)類型的平均相位距離圖，通過這些平均相位距離圖對本發(fā)明的效果可作進(jìn)一步說明。圖4～13給出各種信號(hào)類型在不同條件下的平均相位距離。
參照圖4，當(dāng)接收信號(hào)為發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)，在信噪比為-12dB～22dB時(shí)，其平均相位距離為0.3～4.8弧度，當(dāng)信噪比大于8dB時(shí)平均相位距離小于0.8，當(dāng)信噪比小于8dB時(shí)平均相位距離大于0.8。
參照圖5，當(dāng)接收信號(hào)為方差0.1～1的加性高斯白噪聲時(shí)，其平均相位距離為1.9～2.5弧度，均大于0.8弧度。
參照圖6，當(dāng)接收信號(hào)為AM信號(hào)，在信噪比為0dB、5dB、15dB、20dB下及相對CPM信號(hào)載波頻偏為-15KHz～15KHz時(shí)，除去頻偏為2.6～4.6KHz的信號(hào)外，其平均相位距離為1～3.4弧度，均大于0.8弧度。
參照圖7，當(dāng)接收信號(hào)為2FSK信號(hào)，在信噪比為-12dB～22dB及幾種碼率時(shí)，其平均相位距離為1.5～2.5弧度，均大于0.8弧度。
參照圖8，當(dāng)接收信號(hào)為2PSK信號(hào)，在信噪比為-12dB～18dB及幾種碼率時(shí)，其平均相位距離為1.4～2.8弧度，均大于0.8弧度。
參照圖9，當(dāng)接收信號(hào)為MSK信號(hào)，在信噪比為-12dB～18dB時(shí)，其平均相位距離為1.3～2.4弧度，均大于0.8弧度。
參照圖10，當(dāng)接收信號(hào)為CPM+2ASK信號(hào)，在信干比為-10dB～20dB時(shí)，其平均相位距離為0.2～2弧度，信干比大于8dB時(shí)平均相位距離小于0.8，信干比小于8dB時(shí)平均相位距離大于0.8。
參照圖11，當(dāng)接收信號(hào)為CPM+2FSK信號(hào)，在信干比為-10dB～20dB時(shí)，其平均相位距離為0.3～3.5弧度，信干比大于8dB時(shí)平均相位距離小于0.8，信干比小于8dB時(shí)平均相位距離大于0.8。
參照圖12，當(dāng)接收信號(hào)為CPM+2PSK信號(hào)，在信干比為-10dB～20dB時(shí)，其平均相位距離為0.4～4.8弧度，信干比大于8dB時(shí)平均相位距離小于1.2，信干比小于8dB時(shí)平均相位距離大于1.2。
參照圖13，當(dāng)接收信號(hào)為CPM+MSK信號(hào)，在信干比為-10dB～20dB時(shí)，平均相位距離為0.3～3.4弧度，信干比大于8dB時(shí)平均相位距離小于1，信干比小于8dB時(shí)平均相位距離大于1。
將比特信噪比為8dB對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)的平均相位距離值0.8作為門限值時(shí)，各種信號(hào)類型的信道質(zhì)量與信噪比/信干比、平均相位距離的關(guān)系列在下表中。
各種信號(hào)類型的信道質(zhì)量與信噪比/信干比、平均相位距離的關(guān)系表

上表表明當(dāng)信噪比大于8dB時(shí)，接收信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)的平均相位距離小于0.8弧度；而接收信號(hào)為其它類型的信號(hào)AWGN、AM(除去頻率為2.6～4.6KHz的情況)、2FSK、2PSK、MSK的平均相位距離均大于0.8弧度；對于接收信號(hào)為CPM+ASK，CPM+2FSK，CPM+2PSK，CPM+MSK形式的干擾信號(hào)，信干比大于8dB時(shí)的平均相位距離小于0.8弧度?？梢姵^高信噪比下頻偏為2.6～4.6KHz的AM信號(hào)外，本發(fā)明的方法能夠判斷出信道受干擾的程度。
本發(fā)明只需要知道發(fā)送端CPM信號(hào)的調(diào)制參數(shù)，可以用在一跳中無需訓(xùn)練碼元的情況下，這一特點(diǎn)特別適用于快跳頻通信系統(tǒng)同步建立后的情況。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)相位調(diào)制自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)的信道質(zhì)量估計(jì)方法，是通過對通信過程中標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)受其它信號(hào)干擾程度的度量進(jìn)行估計(jì)，其過程如下首先，統(tǒng)計(jì)一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的相位 和標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)的相位φiref(kT,I→ref);]]>其次，統(tǒng)計(jì)一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的相位與標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)相位之間的相位距離dkφI→ref:]]>然后，在已知所有可能發(fā)送信號(hào)相位中找出最小的相位距離dk_*，并將一跳所有碼元的最小相位距離累加后，取其平均值；最后，將得到的最小相位距離dk_*的平均值與設(shè)定的相位距離門限值進(jìn)行比較，判斷其頻點(diǎn)好壞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道質(zhì)量估計(jì)方法，其中所述的統(tǒng)計(jì)一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的相位 是在接收機(jī)接收到一跳N個(gè)碼元后，按照下式計(jì)算接收信號(hào)r(t)第k個(gè)碼元第i樣點(diǎn)的相位，即φi(kT,I→p)=arctanimag(ri(kT))real(ri(kT)),k=1,...,N;i=1,...S]]>式中ri(kT)為接收信號(hào)r(t)第k個(gè)碼元的第i樣點(diǎn)S為每碼元的取樣點(diǎn)數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道質(zhì)量估計(jì)方法，其中所述的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)相位 是取發(fā)送信息符號(hào) 所有可能的取值，按下式計(jì)算一個(gè)碼元間隔所有可能的標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)第i樣點(diǎn)的相位，即φiref(kT,I→ref)=2πhΣl=k-L+1kI→ref,lq((k+i/S-l)T),i=1,...S]]>式中h為調(diào)制指數(shù)，q(t)為相位脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道質(zhì)量估計(jì)方法，其中所述的統(tǒng)計(jì)一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的相位與標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)相位之間的相位距離 是按照下式進(jìn)行dkφI→ref=Σi=1S|φi(kT,I→p)-φiref(kT,I→ref)|]]>式中，S為每碼元的取樣點(diǎn)數(shù) 為接收信號(hào)在第k個(gè)碼元第i樣點(diǎn)的相位 為標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)在第k個(gè)碼元第i樣點(diǎn)所有可能的相位取值I→ref={I→ref,k-L+1,...,I→ref,k},I→ref,k∈{±1,±3,···,±(2M-1)}.]]>
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信道質(zhì)量估計(jì)方法，其中所述在已知所有可能發(fā)送信號(hào)相位中找出最小的相位距離dk_*，是在一個(gè)碼元時(shí)間間隔內(nèi)，比較所有可能的發(fā)送信息符號(hào) 找出使相位距離 最小的信息符號(hào)序列 即I→ref*=argI→refmin[Σi=1S|φi(kT,I→p)-φiref(kT,I→ref)|]]]>此時(shí)的 記為最小相位距離dk_*，即
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的設(shè)定平均相位距離的門限值，是將接收信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)參考CPM信號(hào)在可通信信噪比臨界點(diǎn)時(shí)的平均相位距離作為門限值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的將dk_*的平均值與平均相位距離的門限值進(jìn)行比較，判斷其頻點(diǎn)好壞，是根據(jù)最小相位距離dk_*的平均值是否超過設(shè)定的相位距離門限值而確定，即如果最小相位距離dk_*的平均值超過該設(shè)定的門限值，則認(rèn)為這時(shí)輸入信號(hào)干擾較大，其頻點(diǎn)的信干比較小，該頻點(diǎn)為壞頻點(diǎn)；否則認(rèn)為干擾較小，該頻點(diǎn)為好頻點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)相位調(diào)制自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)的信道質(zhì)量估計(jì)方法。該方法是通過在通信過程中標(biāo)準(zhǔn)參考CPM調(diào)制信號(hào)受其它信號(hào)干擾程度的度量進(jìn)行信道質(zhì)量估計(jì)，其過程為首先，統(tǒng)計(jì)一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的相位φ
文檔編號(hào)H04B1/713GK1750523SQ20051009622
公開日2006年3月22日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者孫錦華, 金勇 , 李建東, 金力軍, 吳小鈞 申請人:西安電子科技大學(xué)