一种基于对数似然比的增强型罗兰系统数据解调方法

技术领域

本发明属于陆基定位授时技术领域，涉及一种数据解调方法，能够应用于增强型罗兰接收系统并降低罗兰信号解调误码率。

背景技术

增强型罗兰系统(eLoran)数据链的调制通常采用三态脉冲位移字平衡调制(Pulse Position Modulation，PPM)的方式，简称脉位调制(PPM)，即通过发射时间控制的方法将信息调制到组重复周期的第3-8个脉冲上，时间控制的调制量为±1μs。这种调制方式产生三种信号模式：(1)若发射相位没有位移，则代表信息“0”调制，(2)若发射相位超前1μs，则代表信息“-”调制，(3)若发射相位滞后1μs，则代表信息“+”调制，三种模式的调制结果如图1所示。

增强型罗兰系统的信息解调过程就是正确判断出施加在增强型罗兰系统脉冲组信号每个脉冲上的相位调制信息是“0”“-”或者是“+”调制。由于信号在传播和接收过程中存在误差，使得信息在解调过程中存在一定的误码率，将直接影响罗兰数据链后面的数据解码、以及电文信息的恢复。因此，解调方法成为罗兰数据链处理中至关重要的一环。在传统的罗兰信息处理过程中，通常采用交叉相关检测方式进行解调，当信噪比较高时，表征解调准确性的误码率也较低，但是随着噪声环境的恶劣变化，信噪比降低，信息解调的误码率将大大升高，严重影响了接收机的解码性能。因此，这种传统的信息解调方式难以满足现代化接收机对信息解调的要求，需要采用其他的方法来提高PPM调制中信息解调的有效性。

对数似然比是通信系统中常用的一种软解调处理方法，结合硬判决条件能够适用于许多解调领域。在基于对数似然比方法的解调过程中，其似然比计算过程与调制方式有关，常用的调制方式为BPSK、QPSK、16-QAM等，调制后所对应的状态个数为偶数，这与增强型罗兰系统的PPM三态调制方式不同。因此，常用的对数似然比计算过程以及判决方法并不能直接应用于PPM调制。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于对数似然比的增强型罗兰系统数据解调方法，利用含有噪声的单脉冲接收信号与基准信号的相关计算单脉冲信号的对数似然比，然后再判断相位调制信息。本发明将对数似然比方法和判决条件进行了修正，使其能够应用于PPM调制，并提高了解调的可靠性，能够有效提高增强型罗兰系统信息的解调及解码精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)对含有噪声的增强型罗兰信号进行接收采样，采样范围至少包含了一个完整的脉冲组信号；

2)利用前两个脉冲生成三种基准脉冲调制形式序列，分别对应“0”“-”“+”三种调制形式；

3)循环提取接收信号中的单个调制脉冲序列，用i表示脉冲的指数；分别计算三个基准脉冲序列与该脉冲序列的相关计算值，记“0”调制基准脉冲与单个调制脉冲序列相关的结果为Y(i,1)，“-”调制基准脉冲与单个调制脉冲序列相关的结果为Y(i,2)，“+”调制基准脉冲与单个调制脉冲序列相关的结果为Y(i,3)；

4)将Y(i,1)和Y(i,2)组合，将Y(i,1)和Y(i,3)组合，分别计算这两种组合的对数似然比LLR(i,1)和LLR(i,2)；

5)通过LLR的值进行调制判断，当LLR(i,1)>0并且LLR(i,2)>0时，判断该脉冲是“0”调制，当LLR(i,1)<0并且LLR(i,2)>0时，判断该脉冲是“-”调制，当LLR(i,1)>0并且LLR(i,2)<0时，判断该脉冲是“+”调制。

所述的步骤2)取两个脉冲序列的平均值作为“0”调制形式的基准脉冲，“-”和“+”根据时间控制调制量和采样率通过数据的平移生成。

所述的步骤4)计算Y(i,1)和Y(i,2)组合的似然概率，第i个单脉冲出现“0”调制的概率

本发明的有益效果是：结合增强型罗兰系统的PPM三态信号调制方式的特点，将常用的对数似然比方法进行了修正，并将判断条件升级为组合判决，提供了一种基于对数似然比并适用于增强型罗兰系统的信号解调新方法。本发明可以在较低信噪比的情况下实现信息的正确解调，进而实现信息的正确解码，大大降低了信息解调及解码的误码率。与传统的交叉相关检测的解调方式相比，本发明的性能提高了约7～8dB，具体性能结果见图4。

附图说明

图1是增强型罗兰系统信号的脉位调制(PPM)示意图；

图2是含噪的增强型罗兰脉冲组信号(信噪比为-5dB)示意图；

图3是方法处理的流程图；

图4是解调性能比较示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明的技术方案包括以下步骤：

1)对含有噪声的增强型罗兰信号进行接收采样，采样范围至少包含了一个完整的脉冲组信号，因为信号解调只针对脉冲组中的第3-8个脉冲，下面的描述和处理仅仅涉及含有信息调制的脉冲，并且未考虑脉冲的相位编码。

2)利用前两个脉冲生成三种基准脉冲调制形式序列，分别对应“0”“-”“+”三种调制形式。由于增强型罗兰信号的前两个脉冲未进行调制处理，因此可以取两个脉冲序列的平均值作为“0”调制形式的基准脉冲，“-”和“+”的形式可以根据时间控制调制量和采样率通过数据的平移生成。

3)循环提取接收信号中的单个调制脉冲序列，用i表示脉冲的指数。然后分别计算三个基准脉冲序列与该脉冲序列的相关计算值，记“0”调制基准脉冲与单个调制脉冲序列相关的结果为Y(i，1)，“-”调制基准脉冲与单个调制脉冲序列相关的结果为Y(i，2)，“+”调制基准脉冲与单个调制脉冲序列相关的结果为Y(i，3)。

4)计算对数似然比。将Y(i，1)和Y(i，2)组合，将Y(i，1)和Y(i，3)组合，分别计算这两种组合的对数似然比。首先计算Y(i，1)和Y(i，2)组合的似然概率。第i个单脉冲出现“0”调制的概率表示为：

出现“-”调制的概率表示为：

对数似然比可以表示为：

同理，计算Y(i，1)和Y(i，3)组合的似然概率，出现“0”调制的概率表示为：

出现“+”调制的概率表示为：

对数似然比可以表示为：

5)通过LLR的值进行调制判断，当LLR(i，1)＞0并且LLR(i，2)＞0时，判断该脉冲是“0”调制，当LLR(i，1)＜0并且LLR(i，2)＞0时，判断该脉冲是“-”调制，当LLR(i，1)＞0并且LLR(i，2)＜0时，判断该脉冲是“+”调制。

本实施例以“0-+-0+”的调制图样为例，对脉冲组信号进行调制。为不失一般性，同时在调制序列前增加了前两个未调制的脉冲。在信号中加入随机噪声，本例中信噪比为-5dB，以此代替增强型罗兰系统的接收信号。基于对数似然比计算的信号解调新方法的具体步骤如下：

1)对含有噪声的增强型罗兰信号进行接收采样，采样率为10MHz(因PPM调制时间控制的调制量为±1μs，采样率应大于1MHz)。接收到的信号经采样后如图2所示。

2)利用前两个脉冲生成三种基准脉冲调制序列，分别对应“0”，“-”，“+”三种调制形式。“0”调制形式基准序列是前两个脉冲序列的平均值，表示为X(i，1)，基准脉冲的采样率同样是10MHz，采样长度为1000μs。调制间隔为1μs时，对应的数据个数为10，“-”的调制形式的基准序列可以剔除X(i，1)的前10个数值，并在后面用零补齐。“+”的调制形式的序列可以在剔除X(i，1)的最后10个数值，并在前面用零补齐。

3)循环提取接收信号中的单个调制脉冲序列，用i表示脉冲的指数。接收信号的总时间跨度为8000μs，包含了8个脉冲。前两个脉冲用于产生基准序列，后6个脉冲分别与三个基准脉冲序列进行相关计算，记“0”调制基准脉冲与单个调制脉冲序列相关的结果为Y(i，1)，“-”调制基准脉冲与单个调制脉冲序列相关的结果为Y(i，2)，“+”调制基准脉冲与单个调制脉冲序列相关的结果为Y(i，3)。其中，i＝1，2，…，8。

4)计算对数似然比。以Y(i，1)和Y(i，2)组合以及Y(i，1)和Y(i，3)组合计算对数似然比。根据计算公式获得的各个脉冲的对数似然比的值如下表所示：

5)通过LLR的值进行调制判断，解调的图样结果为“0-+-0+”，与调制前的图样一致。

由以上实施例可以看出，在基于对数似然比的信号解调方法中，信噪比较低的情况下，该方法依然可以正确的解调出调制图样，降低了增强型罗兰系统信号解调过程中的误码率。仿真结果表明，该方法比传统的交叉相关解调方法能提高7-8dB。