短波突發(fā)通信中盲載波恢復(fù)及符號(hào)檢測(cè)技術(shù)

電離層對(duì)短波通信進(jìn)行一定程度的反射，可以使小功率的遠(yuǎn)距離傳播得以實(shí)現(xiàn)，在這種情況下，不僅可以使鏈路成本降到最低，而且摧毀的可能性也極小，所以，在搶險(xiǎn)救災(zāi)、應(yīng)急通信和軍事通信等領(lǐng)域中得到了較為廣泛地應(yīng)用。短波頻段有很多電臺(tái)，并且傳播信號(hào)的距離可以達(dá)到很遠(yuǎn)的距離，相互之間有太強(qiáng)的干擾，這樣的話，頻帶的擁擠現(xiàn)象就會(huì)比較突出。所以，對(duì)其它電臺(tái)的通信間隙的突發(fā)信號(hào)進(jìn)行使用，使短波通信抗干擾得到有效地控制。

在第三代短波通信協(xié)議中，突發(fā)通信已經(jīng)成為最重要的通信方式。發(fā)射信號(hào)載波與接收機(jī)的本振頻率會(huì)產(chǎn)生頻率偏差，信道的多普勒也能引起接收信號(hào)頻率偏移，這種頻偏會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)的恢復(fù)。目前常用的無(wú)輔助數(shù)據(jù)的載波恢復(fù)方法是將頻率估計(jì)與鎖相環(huán)相結(jié)合的方法。這類(lèi)頻率估計(jì)方法都需要大量的采樣信號(hào)統(tǒng)計(jì)計(jì)算保障必須的估計(jì)精度，而鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的頻率鎖定過(guò)程也需要大量時(shí)間，因此整個(gè)算法的實(shí)時(shí)性不強(qiáng)。

近年來(lái)粒子濾波技術(shù)備受關(guān)注，相對(duì)傳統(tǒng)的頻率估計(jì)或相位鎖定技術(shù)，粒子濾波具有更快的收斂速度。本文將粒子濾波引入到短波突發(fā)通信中，建立對(duì)應(yīng)的狀態(tài)空間模型，通過(guò)使用大量加權(quán)粒子的統(tǒng)計(jì)分布估計(jì)短波突發(fā)通信中接收到信號(hào)載波相位的后驗(yàn)概率分布，然后遞歸計(jì)算信號(hào)調(diào)制符號(hào)以及載波頻差的估計(jì)值，實(shí)現(xiàn)高效快速的無(wú)輔助數(shù)據(jù)的載波恢復(fù)及符號(hào)檢測(cè)。

一、無(wú)導(dǎo)頻突發(fā)信號(hào)的檢測(cè)

1.信號(hào)模型

前導(dǎo)序列將無(wú)導(dǎo)頻突發(fā)信號(hào)的同步得以實(shí)現(xiàn)，在前導(dǎo)序列不明確的條件下，盲檢測(cè)是最合適的檢測(cè)方式。將等待檢測(cè)的信號(hào)通過(guò)下變頻、匹配濾波以及重采樣處理之后，轉(zhuǎn)變?yōu)镸PSK信號(hào)。針對(duì)這個(gè)信號(hào)的盲檢測(cè)，可以利用一個(gè)二元假設(shè)檢驗(yàn)問(wèn)題對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的表示，用H0假設(shè)代表目標(biāo)信號(hào)不存在，用H1假設(shè)代表目標(biāo)信號(hào)存在，則在高斯噪聲環(huán)境下的接收信號(hào)x（n）可以表示為

1200Baud，接收端的采樣頻率為9.6kHz。仿真的粒子數(shù)為800，頻偏ω~N（ω0，R0）的初始值設(shè)置為ω0=0，R0=0.35。噪聲方差設(shè)置為σN2 =σN2=0.35。

1.載波恢復(fù)性能仿真

為了評(píng)估該算法的載波恢復(fù)速度，這里對(duì)一次突發(fā)通信中前100個(gè)采樣點(diǎn)的載波相位估計(jì)值0:tθ進(jìn)行仿真。由于高頻信道的多普勒會(huì)對(duì)收發(fā)的頻偏產(chǎn)生影響，降低載波恢復(fù)性能，這里只考慮在高斯白噪聲信道下載波恢復(fù)性能，高頻信道對(duì)載波恢復(fù)性能的分析將在下節(jié)中給出。

圖2給出了在信噪比為20dB，頻偏為20Hz時(shí)條件下，載波恢復(fù)的歸一化實(shí)時(shí)頻率隨采樣時(shí)刻的變化。

2.符號(hào)檢測(cè)性能仿真

高頻信道在時(shí)域和頻域都是時(shí)變的，但是當(dāng)仿真只局限于有限頻帶（如10kHz）和足夠短的時(shí)間（如10min）時(shí)，仿真的信道可以認(rèn)為是基本穩(wěn)定的。圖1中的高頻信道屬于多徑信道，這里采用了Watterson信道傳播模型進(jìn)行仿真。該模型將高頻信道分解為有限數(shù)量的離散相互相關(guān)的信道模型的組合。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)有限階數(shù)的延遲，每階信號(hào)有一個(gè)合適的階數(shù)增益對(duì)它進(jìn)行幅度相位調(diào)制。這些調(diào)制信號(hào)在輸出端相加輸出。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）依據(jù)Watterson信道傳播模型定義了多種短波信道條件。根據(jù)ITU的建議，系統(tǒng)將在四種信道狀況下進(jìn)行仿真。

六、結(jié)束語(yǔ)

本文主要提出了一種盲載波恢復(fù)及符號(hào)檢測(cè)的計(jì)算方法，這種算法在沒(méi)有任何輔助條件的情況下，將粒子濾波技術(shù)作為基本依據(jù)，使載波相位以及調(diào)制符號(hào)的實(shí)時(shí)估計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，從而使短波信道資源得到一定的節(jié)約，在這種情況下，通信效率必定會(huì)得到相應(yīng)的提升。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)表明，這種算法的頻率有比較大的恢復(fù)范圍，而且同步時(shí)間相對(duì)較短，使大部分的短波通信應(yīng)用得到滿足。這種算法不僅在短波突發(fā)通信中得到較為廣泛地應(yīng)用，而且在其它突發(fā)通信應(yīng)用中也能夠發(fā)揮極其重要的作用。