CN111416629B - 等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于航天测控通信技术领域，公开了一种等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统，搭建基于等离子体鞘套信道软信息的原模图比特交织编码调制迭代译码调制(Protograph‑BICM‑ID)系统的框架，相位检测器的具体设计，相位条件概率密度函数C‑PDF估计器的具体设计，MAP检测器的具体设计，置信传播BP迭代译码和外迭代译码。利用相位检测器和C‑PDF估计器得到接收信号的相位条件概率密度函数并将结果提供给MAP检测器，进行信道软信息计算，然后BP译码器进行内迭代译码，译码结果反馈给MAP检测器进行外迭代译码，多次迭代最终完成译码。本发明实现复杂度低，显著提高等离子体信道下通信的误码率性能，改善通信质量、缓解通信黑障。

Description

等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统

技术领域

本发明属于航天测控通信技术领域，尤其涉及一种等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统。

背景技术

目前，高超声速飞行器以高超声速飞行或再入地球大气层时，包覆于飞行器表面的等离子体层(等离子体鞘套)会吸收、反射和散射电磁(EM)波导致电磁波信号显著衰减，甚至导致飞行器测控通信中断(黑障)。此外，高超声速飞行器周围不稳定的流场会形成高动态的等离子体湍流。因此，等离子体鞘套信道呈现非平稳、深衰落、快时变特性，并伴有幅度和相位上双重的寄生调制效应。现有的缓解黑障技术方案主要有两类，一类是物理化学缓解方法，一类是通信适应性方法。物理化学方法试图通过物理或者化学手段降低等离子体电子密度降低，有前景的方法主要有气动外形，液体淬火和外加电磁窗法，但这些方法的实际工程障碍使其无法达到令人满意的效果。通信方法上缓解黑障主要有增加发射功率、提高通信频率或是自适应通策略/方法，自适应通信方法主要依据等离子体鞘套信道的状态自适应调整通信策略，进而缓解黑障。如利用信道估计和预测状况自适应调整码率、编码参数等方法，然而在基于信道特性的高效的传输和信号检测接收技术方面尚缺乏突破，如果能够引入信道软信息辅助将信号检测与译码联合处理，则可以进一步适应等离子体鞘套信道提升通信质量。

等离子体鞘套信道是一种深度衰信道，采用高纠错码及交织技术可有效缓解深度衰落。LDPC码能够在高动态衰落信道中实现连续纠错，而Protograph LDPC码保留了传统LDPC码的优点，更具有低复杂度和快速解码的特点。交织可使信道传输过程中所突发产生集中的错误最大限度的分散化，比特交织编码调制迭代译码调制(Bit interleavingcoding modulation iterative decoding，BICM-ID)利用了比特交织器、解调器和解码器之间的迭代信息交换能实现最佳编码增益和误码性能。Protograph LDPC码与BICM-ID系统联合构成Protograph-BICM-ID系统兼具两者优势，具有频谱利用率高、结构灵活性强、实现复杂度低和译码性能优异等优点。因此，在等离子体鞘套深衰落下实现高可靠性和高效率的无线通信，Protograph-BICM-ID系统将是一种潜在可行的方案。在等离子体鞘套信道下设计基于Protograph-BICM-ID系统仍然是一个具有挑战性的问题，Protograph-BICM-ID系统需要明确接收信号的先验概率密度函数，然而等离子体鞘套信道伴有寄生调制效应，穿过的信号会产生严重的幅度衰减和相位偏移，使得接收信号的先验概率密度函数未知。因此，需要预估接收信息的先验概率密度函数，借助等离子体鞘套信道软信息设计适用于等离子体鞘套信道的Protograph-BICM-ID系统。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前高动态的等离子体鞘套信道呈现非平稳特性，并伴有寄生调制效应，使穿过的信号的产生严重的幅度衰减和相位偏移，相位的先验概率密度函数未知，造成现有的基于LDPC码的BICM-ID系统不在适用。

解决以上问题及缺陷的难度为：

如何对抗高动态的等离子体鞘套信道引起的寄生调制效应，如何设计合理准确的自适应模型来拟合相位的先验概率密度函数得到信道软信息，并将信道软信息进行信号检测和解码的联合处理。

解决以上问题及缺陷的意义为：

在等离子体鞘套信道下设计自适应的Protograph-BICM-ID系统，兼具BICM-ID系统极佳的编码增益和误码性能和Protograph LDPC码高效纠错能力，并借助信道软信息可在接收端自适应进行信号检测和解码的联合处理，具有实现复杂度低和低信噪比下译码性能优异等优点，实现等离子体鞘套信道下高可靠性和高效率的无线通信，有效缓解“黑障”。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统。

本发明是这样实现的，一种等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统，所述等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统包括：

第一步，构建等离子体鞘套信道下Protograph-BICM-ID系统：发送信号穿过等离子体鞘套信道后经过加性高斯噪声信道，数据传输系统的接收端在传统LDPC-BICM-ID系统接收端添加了相位检测器，相位条件概率密度函数C-PDF估计器；BP译码器的软信息经过比特解交织器后，反馈到MAP检测器，产生迭代回路；

第二步，设计相位检测器，接收信号经过相位检测器，得到接收信号的相位序列，通过发送信号插入少量导频信息的方法，找到相位子集与比特子集的对应关系；

第三步，设计相位C-PDF估计器：获取先验概率密度函数，分别对概率密度函数曲线拟合，采用混合高斯分布进行拟合；

第四步，设计MAP检测器：得到先验概率密度函数；

第五步，进行置信传播(BP)迭代译码。

进一步，所述第一步包括：构建等离子体鞘套信道下protograph-BICM-ID系统：数据传输系统BICM-ID的发送端包括二进制protograph编码器，比特交织器和BPSK调制器；发送信号穿过等离子体鞘套信道后经过加性高斯噪声信道。数据传输系统的接收端在传统LDPC-BICM-ID系统接收端添加了相位检测器，相位条件概率密度函数C-PDF估计器，进而设计MAP检测器和置信传播BP译码器。接收信号依次经过相位检测器，C-PDF估计器，MAP检测器，比特交织器，BP译码器，裁决器和比特解交织器；BP译码器的软信息经过比特解交织器后，反馈到MAP检测器，产生迭代回路。

进一步，所述第二步包括：设计相位检测器，发送的比特序列为{b_n}分为比特0和1的两个子集z₀和z₁，接收信号经过相位检测器，得到接收信号的相位序列

首先对相位序列/>

进行偏转，发送比特0和1对应相位集合分别偏转到±π/2附近；偏转后相位序列/>

以0为界被分成两个子集Φ_r0和Φ_r1，通过发送信号插入少量导频信息的方法，找到相位子集Φ_r0和Φ_r1与比特子集z₀和z₁的对应关系，相位子集Φ_r0和Φ_r1分别对应于比特子集z₀和z₁。

进一步，所述设计相位检测器中相位偏转方法包括：

(1)将接收信号的相位序列

以0为界线分成大于0和小于等于0两个子集，求取两个子集的均值p₀和p₁；

(2)接收信号的相位序列

偏转|p₀+p₁|/2，使得Φ_r0和Φ_r1分别偏转到±π/2附近；

(3)再将偏转后的相位序列

以0为界线分成被分成两个子集Φ_r0和Φ_r1。

进一步，所述第三步包括：设计相位C-PDF估计器：获取先验概率密度函数

和/>

分别对Φ_r0和Φ_r1的概率密度函数进行曲线拟合，采用混合高斯分布进行拟合；拟合后Φ_r0和Φ_r1的概率密度函数分别为/>

并用它们替代先验概率密度函数/>

进一步，所述设计相位C-PDF估计器中采用混合高斯分布进行拟合相位先验概率密度函数包括：

(1)通过在接收端插入小量导频信息的方法，在接收端判断Φ_r0和Φ_r1分别对应比特0还是1，这里假设Φ_r0和Φ_r1分别对应比特0和1，对应比特子集z₀和z₁；

(2)Φ_r0和Φ_r1的相位概率密度函数可由混合高斯分布拟合为：

其中ω_j，μ_j，σ_j分别为j状态高斯分布的权重、均值和标准差，K为高斯分布的个数，K₀为Φ_r0对应的高斯分布的个数；

(3)利用可逆挑转马尔科夫链门特卡洛RJ-MCMC方法求取参数ω_j，μ_j，σ_j，j＝1，…，K。

进一步，所述第四步包括：设计MAP检测器，得到先验概率密度函数的拟合函数

之后，MAP检测器的软信息为：

进一步，所述设计MAP检测器中后验概率函数对数似然比：

进一步，所述第五步进行置信传播BP迭代译码包括：

(1)求解后验概率函数和后验概率函数对数似然比后验概率函数

为：

由于初次迭代时，令P(b_n＝0)＝n₀/(n₀+n₁)，P(b_n＝1)＝n₁/(n₀+n₁)，则L_A(b_n)＝In(n₀/n₁))，后验概率函数对数似然比：

其中n₀和n₁分别表示子集Φ_r0和Φ_r1中比特的个数；

(2)将f^a(a＝0,1)和L_M(b_n)代入BP译码器，进行迭代译码。

本发明的另一目的在于将Protograph-BICM-ID信息传输方法提供给高超声速飞行器。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明搭建基于等离子体鞘套信道软信息的LDPC-BICM-ID系统的框架，包括相位检测器具体设计，相位条件概率密度函数(C-PDF)估计器的具体设计，MAP检测器的具体设计，置信传播(BP)迭代译码和外迭代译码。高动态的等离子体鞘套信道呈现非平稳特性，并伴有寄生调制效应，使穿过的信号的产生严重的幅度衰减和相位偏移，相位的先验概率密度函数未知，造成现有的基于LDPC码的BICM-ID系统不在适用。针对这个问题采用导频辅助的相位纠正技术，并采用基于混合高斯分布的自适应曲线拟合方法求解相位先验概率密度函数。得到相位先验概率密度函数后，计算等离子体鞘套信道软信息，进而设计MAP检测器和置信传播(BP)迭代译码器，完成迭代译码。本发明提出的基于等离子体鞘套信道软信息的LDPC-BICM-ID方案结合具有最佳编码增益和误码性能的比特交织编码调制迭代译码调制(BICM-ID)系统和经典的接近容量的纠错码LDPC码优点，并借助等离子体鞘套信道软信息，自适应地进行信号检测和解码的联合处理。本发明公开的基于等离子体鞘套信道软信息的LDPC-BICM-ID信息传输方法实现复杂度低，可显著提高等离子体信道下通信的误码率性能，改善通信质量、缓解通信黑障。

本发明提出的Protograph-BICM-ID系统，其中交织器可使高动态等离子体鞘套信道传输过程中所突发产生集中的错误最大限度的分散化；其极佳的编码增益、误码性能和纠错能力也可有效对抗等离子体鞘套信道高动态特性与深衰落；借助等离子体鞘套信道软信息的Protograph-BICM-ID系统具有实现复杂度低和低信噪比下译码性能优异等优点。本发明结合ProtographLDPC码和BICM-ID系统的优势，借助等离子体鞘套信道软信息，可自适应地进行高效的检测和解码联合处理；本发明可在等离子体鞘套信道下实现高可靠性和高效率的无线通信，有效缓解黑障。

本发明结合具有最佳编码增益和误码性能的比特交织编码调制迭代译码(BICM-ID)调制系统和经典的接近容量的纠错码ProtographLDPC码优点，并借助等离子体鞘套信道软信息，自适应地进行信号检测和解码的联合处理；本发明实现复杂度低，可显著提高等离子体信道下通信的误码率性能，改善通信质量、缓解通信黑障。

附图说明

图1是本发明实施例提供的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统流程图。

图2是本发明实施例提供的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统实现流程图。

图3是本发明实施例提供的基于等离子体鞘套信道软信息的Protograph-BICM-ID系统的框图。

图4是本发明实施例提供的鞘套信道的幅相时变图。

图5是本发明实施例提供的信噪比10dB时接收信号的星座图；

图中：(a)相位偏转前的星座图；(b)相位偏转后的星座图。

图6是本发明实施例提供的信噪比10dB时接收信号相位的概率密度函数a)偏转前(b)偏转后示意图。

图7是本发明实施例提供的信噪比10dB时偏转后的接收相位的概率密度函数(采用混合高斯分布拟合方法)示意图。

图8是本发明实施例提供的误码率性能示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统包括以下步骤：

S101：构建等离子体鞘套信道下protograph-BICM-ID系统：发送信号穿过等离子体鞘套信道后经过加性高斯噪声信道，数据传输系统的接收端在传统LDPC-BICM-ID系统接收端基础上添加了相位检测器，相位条件概率密度函数(C-PDF)估计器；BP译码器的软信息经过比特解交织器后，反馈到MAP检测器，产生迭代回路；

S102：设计相位检测器，接收信号经过相位检测器，得到接收信号的相位序列，通过发送信号插入少量导频信息的方法，找到相位子集与比特子集的对应关系；

S103：设计相位C-PDF估计器：获取先验概率密度函数，分别对概率密度函数曲线拟合，采用混合高斯分布进行拟合；

S104：设计MAP检测器：得到先验概率密度函数；

S105：进行置信传播(BP)迭代译码和外迭代译码。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图2所示，本发明实施例提供的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统包括以下步骤：

(1)简要介绍BPSK数据传输改进的Protograph-BICM-ID系统的发送端和接收端的部件。

(2)设计相位C-PDF估计器，选择相位先验概率密度函数进行曲线拟合方式，采用采用混合高斯分布进行拟合。

(3)设计MAP检测器。

(4)进行置信传播(BP)迭代译码和外迭代译码。

本发明是等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统。本发明结合具有最佳编码增益和误码性能的比特交织编码调制迭代译码调制(BICM-ID)系统和经典的接近容量的纠错码LDPC码优点，借助等离子体鞘套信道软信息，可自适应地进行高效的检测和解码联合处理。该方案可以实现等离子体鞘套信道下高可靠性和高效率的信息传输，是缓解黑障的有效手段。

该方案包含有如下步骤：

步骤一，构建等离子体鞘套信道下Protograph-BICM-ID系统：如图3所示，数据传输系统BICM-ID的发送端包括二进制Protograph编码器，比特交织器和BPSK调制器。发送信号穿过等离子体鞘套信道后经过加性高斯噪声信道。数据传输系统的接收端，接收信息依次经过相位检测器，相位条件概率密度函数(C-PDF)估计器，MAP检测器，比特交织器，置信传播(BP)译码器，裁决器，和比特解交织器。BP译码器的软信息经过比特解交织器后，反馈到MAP检测器，产生迭代回路。

步骤二，设计相位检测器：设发送的比特序列为{b_n}分为比特0和1的两个子集z₀和z₁。接收信号经过相位检测器，得到接收信号的相位序列

首先对相位序列/>

进行偏转，发送比特0和1对应相位集合分别偏转到±π/2附近。偏转后相位序列/>

以0为界被分成两个子集Φ_r0和Φ_r1，通过发送信号插入少量导频信息的方法，找到相位子集Φ_r0和Φ_r1与比特子集z₀和z₁的对应关系，这里假设相位子集Φ_r0和Φ_r1分别对应比特0和1，即对应比特子集z₀和z₁。

其中相位偏转方法，包括有如下步骤：

1)将接收信号的相位序列

以0为界线分成大于0和小于等于0两个子集，求取两个子集的均值p₀和p₁；

2)接收信号的相位序列

偏转|p₁+p₂|/2，使得Φ_r0和Φ_r1分别偏转到±π/2附近。

3)再将偏转后的相位序列

以0为界线分成被分成两个子集Φ_r0和Φ_r1。

步骤三，设计相位C-PDF估计器：

1)获取先验概率密度函数

和/>

分别对Φ_r0和Φ_r1的概率密度函数进行曲线拟合。曲线拟合方法采用混合高斯分布进行拟合。拟合后Φ_r0和Φ_r1的概率密度函数分别为

并用它们替代先验概率密度函数/>

相位先验概率密度函数采用混合高斯分布拟合方法，包括有如下步骤：

(1)Φ_r0和Φ_r1的相位概率密度函数可由混合高斯分布拟合为：

其中ω_j，μ_j，σ_j分别为j状态高斯分布的权重、均值和标准差。K为高斯分布的个数，K₀为Φ_r0对应的高斯分布的个数。

(2)利用RJ-MCMC方法求取参数ω_j，μ_j，σ_j，j＝1，…，K。

步骤四，设计MAP检测器：得到验概率密度函数的拟合函数

之后，MAP检测器的软信息为：

当相位先验概率密度函数采用混合高斯分布拟合方法时，后验概率函数对数似然比为：

步骤五，进行置信传播(BP)迭代译码：

1)初次迭代时，令：

P(b_n＝0)＝n₀/(n₀+n₁),P(b_n＝1)＝n₁/(n₀+n₁)；

则L_A(b_n)＝In(n₀/n₁))；

2)求解后验概率函数和后验概率函数对数似然比，后验概率函数

为：

后验概率函数对数似然比：

其中n₀和n₁分别表示子集Φ_r0和Φ_r1中比特的个数。

当相位先验概率密度函数采用混合高斯分布拟合方法时，后验概率函数对数似然比和后验概率函数分别为：

后验概率函数对数似然比：

3)并将f^a(a＝0,1)和L_M(b_n)代入BP译码器，进行迭代译码。

下面通过仿真对本发明的技术效果作详细的描述。

仿真1等离子体鞘套信道幅相特性仿真分析

仿真条件：仿真场景为RMA-C飞行试验中从35km高度附近的这一飞行场景。等离子体鞘套的厚度约为0.084m。电子密度范围为3.5×10¹⁸/m³-5×10¹⁸/m³，相应的截止频率f_p范围为16.8-20.0GHz。碰撞频率范围v为2.6-4.2GHz。载波频率选择30GHz(Ka频段)。在该模拟中，考虑了三个因素，包括飞行高度，迎角和小规模流体扰动。

仿真结果和分析：在图4中，描绘了在载波在30GHz时RMA-C从35km高度中等离子体鞘套信道幅度和相位变化。图中看出等离子体鞘套信道幅度和相位受到飞行高度，攻角和小规模流体扰动影响的出现了大尺度衰减和相位偏移，中尺度上下扰动和小尺度抖动。

仿真2相位偏转仿真分析

仿真条件：飞行场景采用仿真1中的RMA-C飞行试验中从35km高度飞行场景。载频为30GHz的等离子体鞘套信道结果也在图4中给出。这里信号在穿过等离子体鞘套信道后经过高斯噪声信道。

仿真结果和分析：在图5中，描绘了在信噪比10dB时接收信号相位偏转前后的星座图。图中看出接收信号相位的星座图中星座点比较散乱，且分为两个区域，通过导频信号可以得到每个区域对应比特0还是1。相位偏转后，两个区域的中心偏转到了±π/2附近。在图6中描绘了在信噪比10dB时接收信号相位偏转前后的相位概率密度函数，同样发现比特0和1对应的相位集合偏转到了±π/2附近。

仿真3相位先验概率密度函数采用混合高斯分布进行拟合的仿真分析

仿真条件：采用仿真1中的仿真条件。

仿真结果和分析：

表1混合高斯分布拟合的参数

如图7所示，在信噪比10dB时采用混合高斯分布拟合方法得到的接收信号相位的概率密度函数。可以看出这两种拟合方法结果与统计结果存在着高度一致性，验证了我们提出的拟合方法的准确性。同时表1给出了采用混合高斯分布拟合方法时相位的概率密度函数的参数。

仿真4所提的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统的误码率性能。

仿真条件：采用仿真1中的等离子体仿真条件，ProtographLPDC选择3GPP TS38.212协议的中Protograph码，码长600，码率0.5。

仿真结果和分析：图8给出了采用混合高斯分布拟合相位的先验概率密度函数时，本发明的基于等离子体鞘套信道软信息的Protograph-BICM-ID方案的随信噪比变化的误码率性能。从图中看出本发明的Protograph-BICM-ID方案的随信噪比变化的误码率性能极好，在SNR＝5dB的时，误码率约为10^-4。而且看出采用混合高斯分布拟合相位的先验概率密度函数时的Protograph-BICM-ID方案误码率性能优异。

通过仿真可以看出，本发明提出的基于等离子体鞘套信道软信息的Protograph-BICM-ID方案可以显著提高等离子体信道下通信的误码率性能，改善通信质量。

本发明公开了提供一种等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统。方案结合具有最佳编码增益和误码性能的比特交织编码调制迭代译码调制(BICM-ID)系统和接近容量的LDPC码中低复杂度和快速解码的Protograph码，借助等离子体鞘套信道软信息，可自适应的进行信号检测和解码的联合处理。利用相位检测器和C-PDF估计器得到接收信号的相位条件概率密度函数并将结果提供给MAP检测器，进行信道软信息计算，然后BP译码器进行内迭代译码，译码结果反馈给MAP检测器进行外迭代译码，多次迭代最终完成译码。C-PDF估计器采用混合高斯分布拟合相位先验概率密度函数，拟合方法可自适应估计参数。本发明公开的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统可显著提高等离子体信道下通信的误码率性能，改善通信质量、缓解通信黑障。

本发明等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统，针对等离子体鞘套信道的寄生调制效应导致接收信号的先验概率密度函数未知的问题，借助少量导频信号进行相位校正，利用混合高斯分布自适应地拟合相位分布，预估接收信号相位的先验概率密度函数，得到信道软信息，并完成信号的检测与迭代译码。设计的适用于等离子体鞘套信道的Protograph-BICM-ID系统，兼具BICM-ID系统极佳的编码增益和误码性能和LDPC码高效纠错能力，并借助信道软信息可在接收端自适应进行信号检测和解码的联合处理，具有实现复杂度低和低信噪比下译码性能优异等优点，实现等离子体鞘套信道下高可靠性和高效率的无线通信，有效缓解“黑障”。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统，其特征在于，所述等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统包括：

第一步，构建等离子体鞘套信道下protograph-BICM-ID系统：编码后的发送信号穿过等离子体鞘套信道后经过加性高斯噪声信道，接收信号依次经过相位检测器、相位条件概率密度函数C-PDF估计器、MAP检测器得到信道软信息，信道软信息代入BP译码器，BP译码器的输出软信息经过比特解交织器后，反馈到MAP检测器，产生迭代回路；

第二步，设计相位检测器，接收信号经过相位检测器，得到接收信号的相位序列，通过发送信号插入少量导频信息的方法，找到相位子集与比特子集的对应关系；

第三步，设计相位C-PDF估计器：获取先验概率密度函数，分别对概率密度函数曲线拟合，采用混合高斯分布进行拟合；

第四步，设计MAP检测器：得到后验概率密度函数；

第五步，进行BP迭代译码和外迭代译码。

2.如权利要求1所述的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统，其特征在于，所述第一步包括：构建等离子体鞘套信道下protograph-BICM-ID系统：数据传输系统BICM-ID的发送端包括二进制protograph编码器，比特交织器和BPSK调制器；发送信号穿过等离子体鞘套信道后经过加性高斯噪声信道；数据传输系统的接收端在传统LDPC-BICM-ID系统接收端基础上添加了相位检测器，相位条件概率密度函数C-PDF估计器，进而设计MAP检测器和置信传播BP译码器；接收信号依次经过相位检测器，C-PDF估计器，MAP检测器，比特交织器，BP译码器，裁决器和比特解交织器；BP译码器的软信息经过比特解交织器后，反馈到MAP检测器，产生迭代回路；相位检测器和C-PDF估计器得到接收信号的相位条件概率密度函数并将结果提供给MAP检测器，进行信道软信息计算，然后BP译码器进行内迭代译码，译码结果反馈给MAP检测器进行外迭代译码，多次迭代最终完成译码。

3.如权利要求1所述的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统，其特征在于，所述第二步包括：设计相位检测器，发送的比特序列为{b_n}分为比特0和1的两个子集Z₀和Z₁，接收信号经过相位检测器，得到接收信号的相位序列

首先对相位序列/>

进行偏转，发送比特0和1对应相位集合分别偏转到±π/2附近；偏转后相位序列/>

以0为界被分成两个子集Φ_r0和Φ_r1，通过发送信号插入少量导频信息的方法，找到相位子集Φ_r0和Φ_r1与比特子集χ₀和χ₁的对应关系，相位子集Φ_r0和Φ_r1分别对应于比特子集χ₀和χ₁。

4.如权利要求3所述的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统，其特征在于，所述设计相位检测器中相位偏转方法包括：

(1)将接收信号的相位序列

以0为界线分成大于0和小于等于0两个子集，求取两个子集的均值p₀和p₁；

(2)接收信号的相位序列

偏转|p₀+p₁|/2，使得Φ_r0和Φ_r1分别偏转到±π/2附近；

(3)再将偏转后的相位序列

以0为界线分成被分成两个子集Φ_r0和Φ_r1。

5.如权利要求1所述的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统，其特征在于，所述第三步包括：设计相位C-PDF估计器：获取先验概率密度函数

和/>

分别对Φ_r0和Φ_r1的概率密度函数进行曲线拟合，采用混合高斯分布进行拟合；拟合后Φ_r0和Φ_r1的概率密度函数分别为/>

并用它们替代先验概率密度函数/>

6.如权利要求5所述的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统，其特征在于，所述设计相位C-PDF估计器中采用混合高斯分布进行拟合相位先验概率密度函数包括：

(1)通过在接收端插入小量导频信息的方法，在接收端判断Φ_r0和Φ_r1分别对应比特0还是1，这里假设Φ_r0和Φ_r1分别对应比特0和1，对应比特子集χ₀和χ₁；

(2)Φ_r0和Φ_r1的相位概率密度函数可由混合高斯分布拟合为：

其中ω_j，μ_j，σ_j分别为j状态高斯分布的权重、均值和标准差，K为高斯分布的个数，K₀为Φ_r0对应的高斯分布的个数；

(3)利用可逆挑转马尔科夫链门特卡洛RJ-MCMC方法求取参数ω_j，μ_j，σ_j，j＝1，…，K。

7.如权利要求1所述的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统，其特征在于，所述第四步包括：设计MAP检测器，得到先验概率密度函数

和

之后，MAP检测器的软信息为：

。

8.如权利要求7所述的等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统，其特征在于，所述第五步进行置信传播BP迭代译码包括：

(1)求解后验概率函数和后验概率函数对数似然比后验概率函数

为：

由于初次迭代时，令P(b_n＝0)＝n₀/(n₀+n₁)，P(b_n＝1)＝n₁/(n₀+n₁)，则L_A(b_n)＝In(n₀/n₁)，后验概率函数对数似然比：

其中n₀和n₁分别表示子集Φ_r0和Φ_r1中比特的个数；

(2)将f^a(a＝0,1)和L_M(b_n)代入BP译码器，进行迭代译码。

9.一种应用权利要求1～8任意一项所述等离子鞘套下原模图比特交织编码调制迭代译码调制系统的高超声速飞行器。

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