一种适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法。

背景技术

多进制频移键控(Multi-Frequency Shift Keying，M-FSK)作为一种常见的恒包络调制方式，因其具有抗噪声性能好、传输距离远、误码率低等优点，广泛应用于中低速数据通信、短波通信和低功耗局域网等系统中。非相干频移键控(Noncoherent FrequencyShift Keying，NFSK)采用非相干解调方式，实现简单，无需恢复出同步的载波，因此一般传输系统都会采用非相干解调方法。对于NFSK调制，已经有学者考虑了BICM-ID系统方案，该方案采用Turbo编码正交NFSK调制的迭代解调和译码并推导了用于正交FSK调制的最佳SISO逐符号解调器。在此基础上，Albert Guillen等人考虑了BICM-ID系统，利用贝塞尔函数和双重最大值近似方法提出了FSK的非相干解调方法，且该方法仍具有很好的性能。

另外，从调制信号表达式的角度，LoRa(Long Range)技术可以视为一种基于FSK调制改进的啁啾扩频技术。因此，关于LoRa信号的解调方法也同样适用于FSK信号。The KhaiNguyen等人提出了一种适用于LoRa系统的半相干解调方法，通过接收到的数据符号对信道进行估计，仿真结果表明迭代半相干LoRa系统的性能接近于相干系统的性能且不需要额外的信道估计开销。

然而，对于Albert Guillen等人所提出的非相干软判决检测方法和The KhaiNguyen等人提出的在软输出的半相干解调器与译码器之间的迭代处理方法，对数运算量都非常大，且随着调制阶数增加呈指数增长。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供一种适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法，包括：

基于信源产生的二进制比特流u，生成待传输码字

将所述待传输码字

生成每个符号周期内的传输数据符号的FSK调制序列，并将每τ个符号周期对应的调制序列划分为一组；

确定每组中第t个符号周期的传输数据符号的调制序列{x

基于Z

基于衰落系数

将所述解调软信息输入译码器，并对所述译码器的反馈信息及所述解调软信息进行迭代，获得每个新的符号估计值；

当获得的新的τ个符号估计值与所述τ个符号估计值相等时，获得τ个符号周期的译码比特流，并通过合并所有符号周期的译码比特流，得到检测结果。

在本发明的一个实施例中，基于信源产生的二进制比特流u，生成待传输码字

利用编码器对信源产生的二进制比特流u进行编码，得到码字b＝{b

利用交织器打乱所述码字b中N个二进制比特的顺序，获得待传输码字

在本发明的一个实施例中，生成每个符号周期内的传输数据符号的FSK调制序列，并将每τ个符号周期对应的调制序列划分为一组的步骤，包括：

针对第l个符号周期内的传输数据符号，生成FSK调制序列x

式中，l＝1，2,…,N/m，M＝2

将每τ个符号周期对应的调制序列划分为一组，得到多组调制序列。

在本发明的一个实施例中，所述每组中第t个符号周期的传输数据符号的调制序列{x

y

式中，w

在本发明的一个实施例中，

式中，d

在本发明的一个实施例中，基于Z

利用Z

利用所述τ个符号估计值，估计衰落系数

在本发明的一个实施例中，第t个符号周期内的传输数据符号d

式中，Z

在本发明的一个实施例中，当所述τ个符号估计值与所述新的τ个符号估计值相等时，所述译码器软判决输出，得到τ个符号周期的译码比特流的步骤之前，还包括：

判断所述τ个符号估计值与所述新的τ个符号估计值是否相等；

其中，判断所述τ个符号估计值与所述新的τ个符号估计值是否相等的步骤之后，还包括：

若所述τ个符号估计值与所述新的τ个符号估计值不相等，则返回所述基于Z

在本发明的一个实施例中，将所述解调软信息输入译码器，并对所述译码器的反馈信息及所述解调软信息进行迭代，获得每个新的符号估计值的步骤，包括：

令迭代次数q＝1；

将所述解调软信息L

判断是否达到预设迭代次数；若否，则令q＝q+1、令所述解调软信息L

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法，大大减少了对数运算的次数，有效降低了该方法的时间复杂度；本发明还引入了LDPC编码方案并在解调器和编码器之间进行迭代，可以同时得到编码增益和迭代增益，因此进一步提高了FSK信号检测能力。与相干检测相比，本发明无需事先获知信道状态信息，因此实现简单，应用场景更加广泛。此外，本发明采用DFT运算可以由FFT运算来代替，因而也具有较低的实现复杂度。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法的一种流程图；

图2是本发明实施例提供的适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法的一种示意图；

图3是本发明实施例提供的不同检测方法下未编码的性能对比图；

图4是本发明实施例提供的不同检测方法下LDPC编码的性能对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

图1是本发明实施例提供的适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法的一种流程图，图2是本发明实施例提供的适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法的一种示意图。如图1-2所示，本发明实施例提供一种适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法，包括：

S1、基于信源产生的二进制比特流u，生成待传输码字

S2、将待传输码字

S3、生成每个符号周期内的传输数据符号的FSK调制序列，并将每τ个符号周期对应的调制序列划分为一组；

S4、确定每组中第t个符号周期的传输数据符号的调制序列{x

S5、基于Z

S6、基于衰落系数

S7、将解调软信息输入译码器，并对译码器的反馈信息及解调软信息进行迭代，获得每个新的符号估计值；

S8、当获得的新的τ个符号估计值与τ个符号估计值相等时，获得τ个符号周期的译码比特流，并通过合并所有符号周期的译码比特流，得到检测结果。

可选地，FSK系统包括编码器和交织器，步骤S1中，基于信源产生的二进制比特流u，生成待传输码字

S101、利用编码器对信源产生的二进制比特流u进行编码，得到码字b＝{b

S102、利用交织器打乱码字b中N个二进制比特的顺序，获得待传输码字

需要说明的是，在获得待传输码字

式中，b

步骤S3中，生成每个符号周期内的传输数据符号的FSK调制序列，并将每τ个符号周期对应的调制序列划分为一组的步骤，包括：

S301、针对第l个符号周期内的传输数据符号，生成FSK调制序列x

式中，l＝1，2,…,N/m，M＝2

S302、将每τ个符号周期对应的调制序列划分为一组，得到多组调制序列。

本实施例中，瑞利衰落信道的衰落系数h在τ个符号周期内保持不变，因此，每组中第t个符号周期的传输数据符号的调制序列{x

y

式中，w

进一步地，对上述接收信号y

式中，d

步骤S5中，基于Z

S501、利用Z

S502、利用τ个符号估计值，估计衰落系数

式中，

本实施例中，第t个符号周期内的传输数据符号d

式中，Z

需要说明的是，当τ个符号估计值与新的τ个符号估计值相等时，译码器软判决输出，得到τ个符号周期的译码比特流的步骤之前，还包括：

判断τ个符号估计值与新的τ个符号估计值是否相等；

其中，判断τ个符号估计值与新的τ个符号估计值是否相等的步骤之后，还包括：

若τ个符号估计值与新的τ个符号估计值不相等，则返回步骤S5执行基于Z

请继续参见图2，步骤S7中，将解调软信息输入译码器，并对译码器的反馈信息及解调软信息进行迭代，获得每个新的符号估计值的步骤，包括：

S701、令迭代次数q＝1；

S702、将解调软信息L

S703、判断是否达到预设迭代次数；若否，则令q＝q+1、令解调软信息L

下面，通过仿真实验对本发明提供的适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法做进一步说明。

图3是本发明实施例提供的不同检测方法下未编码的性能对比图，其中，横轴表示信噪比(单位Eb/N0)，纵轴表示误码率，误码率＝出现错误的比特数量/总的比特数量，用于展示出不同信噪比下系统的误码率性能变化。如图3所示，相干检测性能优于非相干检测，在瑞利信道下，半相干检测方法性能优于非相干解调。

图4是本发明实施例提供的不同检测方法下LDPC编码的性能对比图。如图4所示，在衰落信道下，半相干检测方法性能同样优于非相干解调方法，且文中简化后的方法与半相干检测方法在编码系统中性能相差不大。在误码率为10-5的情况下，相较于非相干检测性能提高了约0.3dB。同时，外部迭代的增加可以进一步获得迭代增益。

通过上述各实施例可知，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种适用于FSK系统的低复杂度迭代半相干检测方法，大大减少了对数运算的次数，有效降低了该方法的时间复杂度；本发明还引入了LDPC编码方案并在解调器和编码器之间进行迭代，可以同时得到编码增益和迭代增益，因此进一步提高了FSK信号检测能力。与相干检测相比，本发明无需事先获知信道状态信息，因此实现简单，应用场景更加广泛。此外，本发明采用DFT运算可以由FFT运算来代替，因而也具有较低的实现复杂度。

在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。