CN105978661A - 一种跳频通信中的迭代检测译码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跳频通信中的迭代检测译码方法及装置，所述方法包含：步骤101)根据发送端的信息比特序列b、发送序列x、接收端的接收序列r、随机相位偏转θ以及表示多普勒频偏的变量之间的约束关系建立因子图，并依据因子图得到向上，向下，向前和向后的消息更新公式；步骤102)采用频偏离散化，即假定频偏为若干个离散化的值，对每个确定的离散化的频偏值，在步骤101)中建立的因子图上迭代更新相位信息的消息，每次迭代前根据现有信息重新调整频偏设置；且每次迭代完成后，将相偏和频偏估计结果的软信息传输给译码器，进而与译码器联合迭代，迭代结束时，输出译码结果。

Description

一种跳频通信中的迭代检测译码方法及装置

技术领域

本发明涉及跳频通信检测领域，具体涉及一种跳频通信中的迭代检测译码方法及装置。

背景技术

跳频通信系统因其良好的抗干扰性和低截获概率，广泛应用于现代军事通信领域。然而在实际的跳频通信系统中，收发晶振的相位噪声使得接收信号存在随机相位偏转，而系统的高动态特性产生多普勒频移，都对接收端恢复原始信号造成严重干扰。因此必须对接收信号的相位偏转进行补偿，即载波同步。传统的载波同步方法，如锁相环，收敛速度太慢，难以应用于快速跳频系统中。其他开环的算法，比如对QPSK信号的四次方的方法，只在信噪比高时性能良好。

基于因子图及和积算法框架的联合检测译码算法近十年来得到广泛关注。因子图用来表示各变量的联合分布，包含相位噪声和频偏检测部分以及译码部分，和积算法用来求解该联合分布的边缘分布，以便接收方根据最大后验概率准则恢复信号。每一次迭代，LDPC译码模块与相位恢复模块之间互相传递消息，不断挖掘有用信息，因此系统能工作在低信噪比下，且需要极少导频。然而，和积算法求解时会出现积分困难，为此现有技术多采用相位噪声离散化的方法来解决这个问题。然而离散化方法只有在量化精度足够高时才能达到较好的性能，复杂度过高。而有些现有技术还提出Tikhonov-Single算法，采用单个Tikhonov分布近似因子图中有关相位的消息，只需传递Tikhonov分布的参数，计算复杂度大大降低。在此基础上，现有技术还对近似进行优化，得到更为精确的估计。然而由于跳频通信系统每跳序列较短，上述这些算法性能表现不佳。

以上这些技术方案都是针对多普勒频偏可忽略的情况研究的。而当飞行器高速运动、载波频率较高等情况下，多普勒频偏并不能忽略，此时载波相位估计中还应包括对频偏的估计。现有的算法采用的是将频偏离散化和单个Tikhonov近似，然而这样的处理方式同样在跳频通信中性能不佳。

发明内容

本发明实施例提供了一种跳频通信中的迭代检测译码方法及系统，能够利用译码器和相位检测模块的消息传递和反复迭代来补偿相位噪声和多普勒频偏，进而提高接收机性能。为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

第一方面，提供的一种跳频通信中的迭代检测译码方法，所述方法包含：

步骤101)根据发送端的信息比特序列b、发送序列x、接收端的接收序列r、随机相位偏转θ以及表示多普勒频偏的变量之间的约束关系建立因子图，并依据因子图得到向上，向下，向前和向后的消息更新公式；

步骤102)采用频偏离散化，即假定频偏为若干个离散化的值，对每个确定的离散化的频偏值，在步骤101)中建立的因子图上迭代更新相位信息的消息，每次迭代前根据现有信息重新调整频偏设置；且每次迭代完成后，将相偏和频偏估计结果的软信息传输给译码器，进而与译码器联合迭代，迭代结束后输出译码结果；

其中，将因子图中的相位消息近似为若干个吉洪诺夫Tikhonov分布的和，且构成每个消息的吉洪诺夫Tikhonov分布的个数根据实际情况中对复杂度和估计性能折中要求进行设定；根据相位估计均值划分区域，在每个区域内将多个吉洪诺夫Tikhonov分布近似为单个吉洪诺夫Tikhonov。

结合上述第一方面，在第一种可能的实现方式中，上述步骤102)进一步包含：

步骤102-1)将多普勒频偏连续变量近似为上L个均匀分布的离散值作为初始迭代的L条路径；

针对每条路径进行如下处理：

步骤102-1-1)将所有表示Tikhonov分布权值大小的w设为1，表示相位θ分布的参数ζ设为0，表示频偏路径权重的γ设为1；

初始化因子图上和发送序列x相对应的边x向下的消息μ^↓(x_k,m)和随机相位偏转变量对应的边θ向下消息的参数作为初始迭代的值；

步骤102-1-2)计算向下消息的权值

步骤102-1-3)在每条路径上，从左到右计算前向消息；

步骤102-1-4)在每条路径上，从右向左计算反向消息；

步骤102-1-5)计算向上传递的消息；

步骤102-2)当达到对应信噪比下设定的迭代次数或者译码器相邻两次输出的外信息变化值小于一个设定值时，迭代计算结束，迭代译码输出的结果即为恢复后的信息序列；

若不满足上述迭代结束的条件，则计算向下的消息μ^↓(x_k,m)，选择另一条路径并返回步骤102-1-2)。

结合上述第一方面，和第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，当采用PSK调制时，

所述步骤102-1-3)进一步包含：首先，向下传递的消息和向左传递的消息，经过等号结点，相乘得到MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布的和；

其次，用MinKL(·)将相乘得到的MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布变为Q个；

然后，再用如下公式计算如下参量：前向消息中每个吉洪诺夫Tikhonov分布的权值参数以及频偏路径权值

${\stackrel{\→}{w}}_{k,q}^{\left(l\right)}=\frac{{\stackrel{\→}{w}}_{k-1,q}^{\′\left(l\right)}}{\underset{q=1}{\overset{Q}{\Σ}}{\stackrel{\→}{w}}_{k-1,q}^{\′\left(l\right)}}$

${\stackrel{\→}{\mathrm{\γ}}}_k^{\left(l\right)}={\stackrel{\→}{\mathrm{\γ}}}_{k-1}^{\left(l\right)}\underset{q=1}{\overset{Q}{\Σ}}{\stackrel{\→}{w}}_{k-1,q}^{\′\left(l\right)}$

其中，角标k表示一跳中第k个符号，角标q表示一条消息中第q个吉洪诺夫Tikhonov分布；上角标表示第l条频偏路径；和表示第“k-1”个符号的消息经过MinKL(·)后合并得到的消息中各吉洪诺夫Tikhonov分布的权值和参数；

参数和表示消息更新后各吉洪诺夫Tikhonov分布的权值和参数；表示利用前向消息计算得到的该频偏路径的权值，且越大表示该频偏越越接近实际频偏；表示随机游走相位模型中参数Δ的方差；Q为前向和反向相位消息中Tikhonov分布的个数，M为PSK的调制阶数。

结合上述第一方面，和/或第一种可能的实现方式，和/或第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，步骤102-1-4)进一步包含：

首先，向下传递的消息和向左传递的消息经过等号结点相乘得到MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布的和；

其次，用最小KL距离近似手段MinKL(·)将相乘得到的MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布变为Q个；

然后，再用如下公式求得如下参数：反向消息中每个吉洪诺夫Tikhonov分布的权值参数以及频偏路径权值

${\stackrel{\←}{w}}_{k,q}^{\left(l\right)}=\frac{{\stackrel{\←}{w}}_{k+1,q}^{\′\left(l\right)}}{\underset{q=1}{\overset{Q}{\Σ}}{\stackrel{\←}{w}}_{k+1,q}^{\′\left(l\right)}}$

${\stackrel{\←}{\mathrm{\γ}}}_k^{\left(l\right)}={\stackrel{\←}{\mathrm{\γ}}}_{k+1}^{\left(l\right)}\underset{q=1}{\overset{Q}{\Σ}}{\stackrel{\←}{w}}_{k+1,q}^{\′\left(l\right)}$

其中，参数和表示第“k+1”个符号的消息相乘并经过MinKL(·)后合并得到的消息中各Tikhonov分布的权值和参数；参数和表示消息更新后各Tikhonov分布的权值和参数；表示利用反向信息后计算得到的该频偏路径的权值。

结合上述第一方面，和/或第一种可能的实现方式，和/或第二种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，步骤102-1-5)进一步包含：

首先，向左传递的消息和向右传递的消息经过等号结点，相乘得到Q²个Tikhonov分布的和；

其次，在每条路径上用MinKL(·)将相乘得到的Q²个Tikhonov分布变为M个；

然后，再用如下公式计算μ^↑(x_k)：

其中，μ^↑(x_k)为边x_k上向上传递的消息，该消息将送给译码器；和分别表示输入同一个等号结点的向右和向左的消息，和为经过MinKL(·)合并后向上相位消息中各Tikhonov分布的权值和参数。

第二方面，本发明实施例还提供了一种跳频通信中的迭代检测译码装置，所述装置包含：

存储器，用于存储有关数据；

处理器，用于执行所述程序，进而进行如下处理：

根据发送端的信息比特序列b、发送序列x、接收端的接收序列r、随机相位偏转θ以及表示多普勒频偏的变量之间的约束关系建立因子图，并依据因子图得到向上，向下，向前和向后的消息更新公式；

采用频偏离散化，即假定频偏为若干个离散化的值，对每个确定的离散化的频偏值，在建立的因子图上迭代更新相位信息的消息，每次迭代前根据现有信息重新调整频偏设置；且每次迭代完成后，将相偏和频偏估计结果的软信息传输给译码器，进而与译码器联合迭代，迭代结束后输出译码结果；

其中，将因子图中的相位消息近似为若干个吉洪诺夫Tikhonov分布的和，且构成每个消息的吉洪诺夫Tikhonov分布的个数根据实际情况中对复杂度和估计性能折中要求进行设定；根据相位估计均值划分区域，在每个区域内将多个吉洪诺夫Tikhonov分布近似为单个吉洪诺夫Tikhonov。

结合上述第二方面，在第一种可能的实现方式中，当采用PSK调制时，所述处理器进一步包含：

相位检测模块，用于估计频偏的取值和相位噪声的分布，进而进行补偿，计算出关于发送序列的软信息，送给译码模块进行迭代译码；所述软信息为相位检测计算得到的发送序列的概率分布；

逆映射模块，用于PSK解调，连接译码模块和相位检测模块；

译码模块，用于进行迭代译码，每次迭代完成将软信息回送给相位检测模块；满足迭代条件时，输出译码结果；其中，所述软信息为译码计算得到的序列取值的概率分布；

迭代判决模块，用于判断是否满足迭代结束的条件，当满足结束条件时则停止迭代，由译码模块输出译码；否则返回相位检测模块继续上述相位检测模块、逆映射模块和译码模块的迭代处理，直至满足迭代结束条件。

结合上述第二方面，和/或第一种可能的实现方式中，在第二种可能的实现方式中，相位检测模块进一步包含：

频率离散化处理子模块，用于将接收的多普勒频偏连续变量近似为上L个均匀分布的离散值作为初始迭代的L条路径；以及

相位估计子模块，用于估计相位噪声的分布；

补偿子模块，用于根据得到的相位噪声的分布计算发送序列x的软信息，即所述软信息为通过相位检测获得的发送序列x的概率分布；

输出子模块，用于向逆映射模块输出软信息，进而进行PSK逆映射。

总之在发明中，提出一个针对跳频通信系统改进的联合检测译码算法。本发明提供的算法采用频偏离散化，并且将因子图中的相位消息近似为Tikhonov分布的和，其中构成每个消息的Tikhonov分布的个数可以人为设定，来平衡计算复杂度和性能。为解决和积算法带来的计算爆炸问题，我们根据相位估计均值划分区域，在每个区域内将多个Tikhonov分布近似为单个Tikhonov。本文采用随机游走模型作为每跳内部的相位模型。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

本发明提出了一种适合快速跳频系统的联合迭代解调译码算法，相比现有的技术，对信息挖掘更充分，在低信噪比下拥有优越的估计性能。虽然现有某些算法能达到相同性能(如对相位和频偏都进行离散化)，但复杂度远远高于本发明。因此本发明提供了一种性能优越同时低复杂度的联合迭代解调译码实现方案。第二方面，本发明技术方案应用于通信系统接收方基带解调模块，将相位检测和迭代译码联合，利用译码器和相位检测模块的消息传递和反复迭代来补偿相位噪声和多普勒频偏，进而提高接收机性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的因子图；

图2是本发明实施例提供的算法流程图；

图3是本发明实施例提供的系统的组成框图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案进行详细阐述。

实施例

1、本发明技术方案的系统模型：

在实际的跳频系统中，假设传输的信息比特序列为b，在发送端先经过LDPC编码变为序列c，再经过MPSK映射，并添加导频后，形成基带发送序列x。设N为LDPC码字长度，H为序列x每帧包含的跳数，L为序列x每跳包含的信息符号个数，p为每跳添加的导频符号，则每帧实际发送的符号数为“N+pH”。假定信道为AWGN信道，接收信号经解跳、匹配滤波、采样等后得到的数字基带信号为：

$r_k=x_k{e}^{{\mathrm{j\θ}}_k}+n_k,k=0,1,...,N+pH-1---\left(1\right)$

其中，n_k为接收机引入的独立同分布的复高斯噪声，均值为0，实部和虚部的方差均为σ²。θ_k为未知的相位偏转。由于射频跳频单元的影响，各跳之间的随机相位噪声是相互独立的。

假定每跳第一个符号的随机相位偏转服从[0,2π)上的均匀分布，且在各跳内服从如下随机游走模型：

其中，Δ_k为独立同分布的实高斯随机变量，均值为0，方差为 其中T_s为符号间隔，Δf为多普勒频移，假定它服从[-Δf₀,Δf₀]上的均匀分布，并且在一帧之内保持不变。因此，服从上的均匀分布，其中

为了恢复原始序列b，根据最大后验概率准则，接收机的目标是：

${\hat{b}}_i=\arg \max P\left(b_i\right|r)---\left(3\right)$

显然，P(b_i|r)可以通过求解联合后验概率密度函数的边缘概率得到。由概率论的相关知识易知：

其中I[·]为指示函数。此外，

$p\left(r_k\right|x_k,{\mathrm{\θ}}_k)=N(r_k;x_k{e}^{{\mathrm{j\θ}}_k},{\mathrm{\σ}}^2)---\left(5\right)$

根据以上内容得到图1所示的因子图，该因子图表示了信息比特序列b、发送序列x、接收序列r以及随机相位偏转θ的约束关系。

2、下面将SPA应用于该因子图。得到消息更新公式如下：

${\mathrm{\μ}}^{\↓}\left({\mathrm{\θ}}_k\right)=\underset{x_k}{\Σ}{\mathrm{\μ}}^{\↓}\left(x_k\right)p\left(r_k\right|x_k,{\mathrm{\θ}}_k)---\left(7\right)$

如前所述，上式在实际计算中会出现积分困难，现有技术中采用离散化或近似来解决。为了进一步解决上述问题，本发明还提供了一种基于Tikhonov-Sum算法的改进方法计算上述公式的过程。具体为：

首先，介绍Tikhonov-Sum近似：

Tikhonov分布T(θ；ζ)也被称作循环正态分布，是一种圆上概率分布模型。参数为复数，∠ζ表示随机变量θ的均值，|ζ|反比与θ的方差。

Tikhonov分布有如下性质：

$N_C(r;{\mathrm{xe}}^{j\mathrm{\θ}},{\mathrm{\σ}}^2)\∝I_0\left(\right|\frac{2{\mathrm{rx}}^{*}}{{\mathrm{\σ}}^2}\left|\right)T(\mathrm{\θ};\frac{2{\mathrm{rx}}^{*}}{{\mathrm{\σ}}^2})---\left(11\right)$

$T(\mathrm{\θ};{\mathrm{\ζ}}_1)T(\mathrm{\θ};{\mathrm{\ζ}}_2)=\frac{I_0\left(\right|{\mathrm{\ζ}}_1+{\mathrm{\ζ}}_2\left|\right)}{2{\mathrm{\πI}}_0\left(\right|{\mathrm{\ζ}}_1\left|\right)I_0\left(\right|{\mathrm{\ζ}}_2\left|\right)}T(\mathrm{\θ};{\mathrm{\ζ}}_1+{\mathrm{\ζ}}_2)---\left(12\right)$

$\∫T(x;\mathrm{\ζ})N(x;y,{\mathrm{\σ}}^2)dx\∝T(y;\frac{\mathrm{\ζ}}{1+{\mathrm{\σ}}^2\left|\mathrm{\ζ}\right|})---\left(13\right)$

基于上述算法计算向下传递的消息，易得：

${\mathrm{\μ}}^{\↓}\left({\mathrm{\θ}}_k\right)\∝\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{w}_{k,m}^{\↓}T({\mathrm{\θ}}_k;{\mathrm{\ζ}}_{k,m}^{\↓})---\left(14\right)$

其中

$w_{k,m}^{\↓}={\mathrm{\μ}}^{\↓}\left(x_{k,m}\right),{\mathrm{\ζ}}_{k,m}^{\↓}=\frac{2r_k{x}_{k,m}^{*}}{{\mathrm{\σ}}^2}---\left(15\right)$

再计算前向和反向传递的消息，由因子图和概率论的相关知识可得：

其中，

定义：

以前向为例，则首先将连续变量近似为上L个离散值可视作L条并行计算的路径。在每条路径上，每跳内部经过n个符号的前向传递后，得到的消息为Mⁿ个Tikhonov分布的和，这显然会导致计算爆炸。因此，本专利申请将每个和都近似为Q个Tikhonov分布的和。这里Q是可变的，用来平衡复杂度和性能的需求。则：

首先来看前向的消息传递情况，

即为MQ个Tikhonov分布的和。我们将这MQ个Tikhonov分布根据其∠ζ按[-π+2π(q-1)/Q,-π+2πq/Q)划分为Q个区间(q＝1,...,Q)，在每个区间内将属于该区间的若干个Tikhonov分布近似为一个Tikhonov分布，近似方法采用最小KL距离(Kullback-Leibler Divergence)法。KL距离是相同事件空间内两个概率分布差异的度量。定义如下：

$KL\left(p\right|\left|q\right)=\underset{x}{\Σ}p\left(x\right)log\frac{p\left(x\right)}{q\left(x\right)}---\left(22\right)$

我们的目标是用单个Tikhonov分布近似多个Tikhonov分布的和，即求解：

$\underset{w,\mathrm{\θ}}{\arg \min }KL\left(\underset{i}{\Σ}{w}_{i}T\right(\mathrm{\θ};{\mathrm{\ζ}}_i\left)\right|\left|wT\right(\mathrm{\θ};\mathrm{\ζ}\left)\right)---\left(23\right)$

略去中间推导的详细步骤，可得：

$w=\underset{i}{\Σ}{w}_i---\left(24\right)$

$\mathrm{\ζ}=\left|\mathrm{\ζ}\right|e^{j\∠\mathrm{\ζ}}={\mathrm{\ϵ}}^{-1}\left(\right|\underset{i}{\Σ}{w}_i\mathrm{\ϵ}\left(\left|{\mathrm{\ζ}}_i\right|\right)e^{-j\∠{\mathrm{\ζ}}_i}\left|\right)\·e^{-j\∠\left\{\underset{i}{\Σ}{w}_i\mathrm{\ϵ}\left(\right|{\mathrm{\ζ}}_i\left|\right)e^{-j\∠{\mathrm{\ζ}}_i}\right\}}---\left(25\right)$

其中I₀(x)和I₁(x)分别为零阶和一阶的第一类贝塞尔函数。

上述近似方法记做MinKL(·)。

现在，我们有

得

其中，

类似，反向传递消息可以表示为：

$({\stackrel{\←}{w}}_{k+1}^{\′\left(l\right)},{\stackrel{\←}{\mathrm{\ζ}}}_{k+1}^{\′\left(l\right)})=MinKL({\stackrel{\←}{w}}_{k+1}^{\left(l\right)},{\stackrel{\←}{\mathrm{\ζ}}}_{k+1}^{\left(l\right)},w_{k+1}^{\↓},{\mathrm{\ζ}}_{k+1}^{\↓})---\left(29\right)$

前向和反向的消息更新后，就可以计算向上的消息了。这里需要将Q²个分布的和近似为M个，得到：

需要注意的是，第一次迭代时所选择的L个离散值是均匀分布上的，因为服从上的均匀分布。定义

${\mathrm{\γ}}^{\left(l\right)}\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{\stackrel{\→}{\mathrm{\γ}}}_K^{\left(l\right)}+{\stackrel{\←}{\mathrm{\γ}}}_1^{\left(l\right)}---\left(32\right)$

当第一次迭代结束时，γ^(l)最大的路径被认为是频偏估计最准的路径，后续迭代时只需保留3条路径进行计算。下次迭代时只需在该条路径对应的频偏附近进行计算，频偏搜索半径每次迭代时减少为上次的一半，因此估计精度随着迭代次数的增加而增加。

结合上述公式说明本发明详细的相位检测和迭代的具体处理过程：

(1)初始化：分为三步。首先将将连续变量近似为上L个均匀分布的离散值作为初始迭代的L条路径；其次，在每跳路径上，将所有表示Tikhonov分布权值大小的w设为1，表示θ分布的参数ζ设为0，表示频偏路径权重的γ都设为1；最后，初始化μ^↓(x_k,m)和每跳中未知符号的概率取值μ^↓(x_k,m)在各可能的取值上等概分布，而导频符号的概率取值在某个取值处为1，在其他取值处为0。而可根据式(15)计算。

(2)根据式(15)计算向下消息的权值初始迭代时μ^↓(x_k,m)如步骤(1)所述设置，后续迭代时μ^↓(x_k,m)为LDPC迭代译码、MPSK映射模块计算后向下传递的消息。

(3)在每条路径上，从左到右计算前向消息。首先用MinKL(·)将相乘得到的MQ个Tikhonov分布变为Q个，再用式(28)求得以及

(4)在每条路径上，从右向左计算反向消息。首先用MinKL(·)将相乘得到的MQ个Tikhonov分布变为Q个，再用式(30)求得以及

(5)计算向上传递的消息。首先，在每条路径上，用MinKL(·)将相乘得到的Q²个Tikhonov分布变为M个，再用式(31)计算μ^↑(x_k)。

(6)MPSK映射、LDPC迭代译码。LDPC迭代译码已经非常成熟，这里不再赘述。

(7)迭代计算是否结束，可以根据迭代次数是否达到设定次数，或LDCP译码器相邻两次迭代输出的外信息的变化值小于某个设定值。若计算结束，迭代译码输出的结果即为恢复后的信息序列；若计算没有结束，译码器和PSK映射模块计算向下的消息μ^↓(x_k,m)，将消息传递给信道估计模块。执行步骤(2)～(7)。

图3是本发明所研究点对点跳频通信系统的等效基带模型图。在发射端，传输的信息比特序列为b，在发送端先经过LDPC编码变为序列c，再经过MPSK映射，并添加导频后，形成基带发送序列x。接收端收到信号r，在相位检测模块，和迭代译码模块之间不断迭代，最终实现解调和译码。

将接收的序列r输入相位检测模块，相位检测模块用来补偿相偏θ和频偏即该相位检测模块的输入为已知的接受序列r，输出为序列x的软信息μ^↑(x_k)。所述软信息μ^↑(x_k)为相位检测模块计算的x的取值概率。

实施例2

本发明实施例还提供了一种跳频通信中的迭代检测译码装置，所述装置包含：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于执行所述程序，进而进行如下处理：

根据发送端的信息比特序列b、发送序列x、接收端的接收序列r、随机相位偏转θ以及表示多普勒频偏的变量之间的约束关系建立因子图，并依据因子图得到向上，向下，向前和向后的消息更新公式；

采用频偏离散化，即假定频偏为若干个离散化的值，对每个确定的离散化的频偏值，在建立的因子图上迭代更新相位信息的消息，每次迭代前根据现有信息重新调整频偏设置；且每次迭代完成后，将相偏和频偏估计结果的软信息传输给译码器，进而与译码器联合迭代，迭代结束后输出译码结果；

其中，将因子图中的相位消息近似为若干个吉洪诺夫Tikhonov分布的和，且构成每个消息的吉洪诺夫Tikhonov分布的个数根据实际情况中对复杂度和估计性能折中要求进行设定；根据相位估计均值划分区域，在每个区域内将多个吉洪诺夫Tikhonov分布近似为单个吉洪诺夫Tikhonov。

结合上述装置，在第一种可能的实现方式中，当采用PSK调制时，所述处理器进一步包含：

相位检测模块，用于估计频偏的取值和相位噪声的分布，进而进行补偿，计算出关于发送序列的软信息，送给译码模块进行迭代译码；所述软信息为相位检测计算得到的发送序列的概率分布；

逆映射模块，用于PSK解调，连接译码模块和相位检测模块；

译码模块，用于进行迭代译码，每次迭代完成将软信息回送给相位检测模块；满足迭代条件时，输出译码结果；其中，所述软信息为译码计算得到的序列取值的概率分布；

迭代判决模块，用于判断是否满足迭代结束的条件，当满足结束条件时则停止迭代，由译码模块输出译码；否则返回相位检测模块继续上述相位检测模块、逆映射模块和译码模块的迭代处理，直至满足迭代结束条件。

结合上述装置和/或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，相位检测模块进一步包含：

频率离散化处理子模块，用于将接收的多普勒频偏连续变量近似为上L个均匀分布的离散值作为初始迭代的L条路径；以及

相位估计子模块，用于估计相位噪声的分布；

补偿子模块，用于根据得到的相位噪声的分布计算发送序列x的软信息，即所述软信息为通过相位检测获得的发送序列x的概率分布；

输出子模块，用于向逆映射模块输出软信息，进而进行PSK逆映射。

以上所述仅为本发明的一个具体实施方式，并非用于限定本发明的保护范围，本领域的技术人员应当理解，在不脱离发明原理的前提下，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围中。

Claims (8)

1.一种跳频通信中的迭代检测译码方法，所述方法包含：

步骤101)根据发送端的信息比特序列b、发送序列x、接收端的接收序列r、随机相位偏转θ以及表示多普勒频偏的变量之间的约束关系建立因子图，并依据因子图得到向上，向下，向前和向后的消息更新公式；

步骤102)采用频偏离散化，即假定频偏为若干个离散化的值，对每个确定的离散化的频偏值，在步骤101)中建立的因子图上迭代更新相位信息的消息，每次迭代前根据现有信息重新调整频偏设置；且每次迭代完成后，将相偏和频偏估计结果的软信息传输给译码器，进而与译码器联合迭代，迭代结束时，比如迭代次数达到设定次数，或译码器相邻两次迭代输出的外信息变化值小于设定值时，输出译码结果；

其中，将因子图中的相位消息近似为若干个吉洪诺夫Tikhonov分布的和，且构成每个消息的吉洪诺夫Tikhonov分布的个数根据实际情况中对复杂度和估计性能折中要求进行设定；根据相位估计均值划分区域，在每个区域内将多个吉洪诺夫Tikhonov分布近似为单个吉洪诺夫Tikhonov。

2.根据权利要求1所述的跳频通信中的迭代检测译码方法，其特征在于，所述步骤102)进一步包含：

步骤102-1)将多普勒频偏连续变量近似为上L个均匀分布的离散值作为初始迭代的L条路径；

针对每条路径进行如下处理：

步骤102-1-1)将所有表示Tikhonov分布权值大小的w设为1，表示相位θ分布的参数ζ设为0，表示频偏路径权重的γ设为1；

初始化因子图上和发送序列x相对应的边x向下的消息μ^↓(x_k,m)和随机相位偏转变量对应的边θ向下消息的参数作为初始迭代的值；

步骤102-1-2)计算向下消息的权值

步骤102-1-3)在每条路径上，从左到右计算前向消息；

步骤102-1-4)在每条路径上，从右向左计算反向消息；

步骤102-1-5)计算向上传递的消息；

步骤102-2)当达到对应信噪比下设定的迭代次数或者译码器相邻两次输出的外信息变化值小于一个设定值时，迭代计算结束，迭代译码输出的结果即为恢复后的信息序列；

若不满足上述迭代结束的条件，则计算向下的消息μ^↓(x_k,m)，选择另一条路径并返回步骤102-1-2)。

3.根据权利要求2所述的跳频通信中的迭代检测译码方法，其特征在于，所述步骤102-1-3)进一步包含：首先，向下传递的消息和向右传递的消息，经过等号结点，相乘得到MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布的和；

其次，用MinKL(·)将相乘得到的MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布变为Q个；

然后，再用如下公式计算如下参量：前向消息中每个吉洪诺夫Tikhonov分布的权值参数以及频偏路径权值

其中，角标k表示一跳中第k个符号，角标q表示一条消息中第q个吉洪诺夫Tikhonov分布；上角标表示第l条频偏路径；和表示第“k-1”个符号的消息经过MinKL(·)后合并得到的消息中各吉洪诺夫Tikhonov分布的权值和参数；参数和表示消息更新后各吉洪诺夫Tikhonov分布的权值和参数；表示利用前向消息计算得到的该频偏路径的权值，且越大表示该频偏越越接近实际频偏；表示随机游走相位模型中参数Δ的方差；Q为前向和反向相位消息中Tikhonov分布的个数，M为PSK的调制阶数。

4.根据权利要求2或3所述的跳频通信中的迭代检测译码方法，其特征在于，所述步骤102-1-4)进一步包含：

首先，向下传递的消息和向左传递的消息经过等号结点相乘得到MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布的和；

其次，用最小KL距离近似手段MinKL(·)将相乘得到的MQ个吉洪诺夫Tikhonov分布变为Q个；

然后，再用如下公式求得如下参数：反向消息中每个吉洪诺夫Tikhonov分布的权值参数以及频偏路径权值

其中，参数和表示第“k+1”个符号的消息相乘并经过MinKL(·)后合并得到的消息中各Tikhonov分布的权值和参数；参数和表示消息更新后各Tikhonov分布的权值和参数；表示利用反向信息后计算得到的该频偏路径的权值。

5.根据权利要求2或3所述的跳频通信中的迭代检测译码方法，其特征在于，所述步骤102-1-5)进一步包含：

首先，向左传递的消息和向右传递的消息经过等号结点，相乘得到Q²个Tikhonov分布的和；

其次，在每条路径上用MinKL(·)将相乘得到的Q²个Tikhonov分布变为M个；

然后，再用如下公式计算μ^↑(x_k)：

其中，μ^↑(x_k)为边x_k上向上传递的消息，该消息将送给译码器；和分别表示输入同一个等号结点的向右和向左的消息，和为经过MinKL(·)合并后向上相位消息中各Tikhonov分布的权值和参数。

6.一种跳频通信中的迭代检测译码装置，其特征在于，所述装置包含：

存储器，用于存储相关数据；

处理器，用于执行所述程序，进而进行如下处理：

根据发送端的信息比特序列b、发送序列x、接收端的接收序列r、随机相位偏转θ以及表示多普勒频偏的变量之间的约束关系建立因子图，并依据因子图得到向上，向下，向前和向后的消息更新公式；

采用频偏离散化，即假定频偏为若干个离散化的值，对每个确定的离散化的频偏值，在建立的因子图上迭代更新相位信息的消息，每次迭代前根据现有信息重新调整频偏设置；且每次迭代完成后，将相偏和频偏估计结果的软信息传输给译码器，进而与译码器联合迭代，迭代结束时输出译码结果；

其中，将因子图中的相位消息近似为若干个吉洪诺夫Tikhonov分布的和，且构成每个消息的吉洪诺夫Tikhonov分布的个数根据实际情况中对复杂度和估计性能折中要求进行设定；根据相位估计均值划分区域，在每个区域内将多个吉洪诺夫Tikhonov分布近似为单个吉洪诺夫Tikhonov。

7.根据权利要求6所述的跳频通信中的迭代检测译码装置，其特征在于，所述处理器进一步包含：

相位检测模块，用于估计频偏的取值和相位噪声的分布，进而进行补偿，计算出关于发送序列的软信息，送给译码模块进行迭代译码；所述软信息为相位检测计算得到的发送序列的概率分布；

逆映射模块，用于PSK解调，连接译码模块和相位检测模块；

译码模块，用于进行迭代译码，每次迭代完成将软信息回送给相位检测模块；满足迭代条件时，输出译码结果；其中，所述软信息为译码计算得到的序列取值的概率分布；

迭代判决模块，用于判断是否满足迭代结束的条件，当满足结束条件时则停止迭代，由译码模块输出译码；否则返回相位检测模块继续上述相位检测模块、逆映射模块和译码模块的迭代处理，直至满足迭代结束条件。

8.根据权利要求6或7所述的跳频通信中的迭代检测译码装置，其特征在于，所述相位检测模块进一步包含：

频率离散化处理子模块，用于将接收的多普勒频偏连续变量近似为上L个均匀分布的离散值作为初始迭代的L条路径；以及

相位估计子模块，用于估计相位噪声的分布；

补偿子模块，用于根据得到的相位噪声的分布计算发送序列x的软信息，即所述软信息为通过相位检测获得的发送序列x的概率分布；

输出子模块，用于向逆映射模块输出软信息，进而进行PSK逆映射。