用于对流层散射通信的方法及装置与流程

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于对流层散射通信的方法及装置。


背景技术：

2.对流层散射通信是利用大气层中介质的散射效应进行信号的传播，可以传输语音、图片、视频等多种信号，是一种实现超视距通信方法。散射通信具有单跳通信距离远、抗破坏能力强、抗干扰性强、保密性高等优点。同时由于传输距离远，散射通信的信道以瑞利分布为主，具有明显的多径衰落效应和较强的时变特性。
3.目前，在散射通信领域多采用宽带跳频的方法，利用其频率隐分集优势来对抗衰落。在宽带跳频散射通信体制中，为了获得更好的解调性能和接收灵敏度，需要准确的信道估计来获取信道状态信息。典型的信道估计算法将接收信号与本地训练序列进行匹配相关，相关结果中包含有用多径信息和无用的噪声信号，根据预先设定的噪声阈值，将低于噪声阈值的抽头强制置为零，以此作为信道状态估计结果进行解调和均衡。显然，这种信道估计策略的效果与噪声阈值的选取密切相关，而且易丢失信号的有用成分，导致能量微弱的多径信号被当做噪声滤掉，或者噪声能量高于阈值的径被保留，导致信道估计结果不精确。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种用于对流层散射通信的方法及装置，以解决现有信道估计策略预估不精确的问题。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种用于对流层散射通信的方法，包括：
6.接收来自发射端的散射通信信号，并提取带噪声训练序列；
7.将所述带噪声训练序列与本地样本数据库进行匹配和对比处理，确定出对应的无噪声的理想信道估计结果；其中，所述本地样本数据库包括与所述带噪声训练序列对应的原始训练序列和基础序列数据样本库；所述基础序列数据样本库中的基础序列数据根据所述原始训练序列和不同信道响应状态仿真得出；
8.根据所述理想信道估计结果对所述散射通信信号进行解调。
9.在一种可能的实现方式中，在所述接收来自发射端的散射通信信号之前，还包括：
10.对各设定信道参数进行赋值和排列组合确定不同信道响应状态；
11.基于不同信道响应状态对所述原始训练序列进行仿真确定所述基础序列数据库；
12.其中，所述设定信道参数包括多径数目、多径时延间隔、信号采样率、最大多普勒频偏、多普勒分度模型和平均路径功率。
13.在一种可能的实现方式中，所述将所述带噪声训练序列与本地样本数据库进行匹配和对比处理，包括：
14.将所述带噪声训练序列与所述原始训练序列进行匹配确定带噪声的初步信道估计结果；
15.对所述带噪声训练序列进行去噪处理，并基于去噪后的训练序列与所述基础序列
数据样本库中的基础序列数据进行对比，以确定所述理想信道估计结果。
16.在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：对所述解调信号进行校验处理；
17.其中，所述校验处理为循环冗余校验(cyclic redundancy check，crc)、奇偶校验或海明校验。
18.在一种可能的实现方式中，所述提取带噪声训练序列，包括：
19.对所述散射通信信号进行模数转换及下变频处理，获得基带信号；
20.对所述基带信号进行成型匹配，并根据成型匹配结果提取带噪声训练序列。
21.在一种可能的实现方式中，所述带噪声训练序列的数量为一段或多段；其中，所述散射通信信号帧结构中的跳长越长，则所述带噪声训练序列的数量越多；
22.在提取出多段带噪声训练序列时，分别根据各带噪声训练序列确定对应的理想信道估计结果。
23.在一种可能的实现方式中，在提取出多段带噪声训练序列时，根据所述理想信道估计结果对所述散射通信信号进行解调，包括：
24.确定各带噪声训练序列在所述散射通信信号中的插入位置，并确定相应的跳结构；
25.根据各带噪声训练序列对应的理想信道估计结果对相应的跳结构进行解调。
26.第二方面，本发明实施例提供了一种用于对流层散射通信的方法，包括：
27.对待发送帧进行编码，得到编码信号；
28.根据所述编码信号的跳数插入一段或多段原始训练序列，得到组跳信号；
29.对所述组跳信号进行调制映射、成型滤波和数模转换，得到射频通信信号并发送出去；
30.其中，跳数越多则所述原始训练序列的数量越多；所述原始训练序列储存于所述接收端本地样本数据库中，以用于接收端根据所述射频通信信号解析得出带噪声训练序列后，确定出对应的无噪声的理想信道估计结果。
31.在一种可能的实现方式中，在对待发送帧进行编码得到编码信号之前，还包括：
32.对待发帧添加校验码；其中，所述校验码为crc校验码、奇偶校验码或海明校验码。
33.第三方面，本发明实施例提供了一种用于对流层散射通信的发送装置，包括：
34.训练序列提取模块，用于接收来自发射端的散射通信信号，并提取带噪声训练序列；
35.信道估计模块，用于将所述带噪声训练序列与本地样本数据库进行匹配和对比处理，确定出对应的无噪声的理想信道估计结果；
36.其中，所述本地样本数据库包括与所述带噪声训练序列对应的原始训练序列和基础序列数据样本库；所述基础序列数据样本库中的基础序列数据根据所述原始训练序列和不同信道响应状态仿真得出；
37.解调模块，用于根据所述理想信道估计结果对所述散射通信信号进行解调。
38.在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
39.组合模块，用于在所述接收来自发射端的散射通信信号之前，对各设定信道参数进行赋值和排列组合确定不同信道响应状态；
40.仿真模块，用于基于不同信道响应状态对所述原始训练序列进行仿真确定所述基
础序列数据库；
41.其中，所述设定信道参数包括多径数目、多径时延间隔、信号采样率、最大多普勒频偏、多普勒分度模型和平均路径功率。
42.第四方面，本发明实施例提供了一种用于对流层散射通信的接收装置，包括：
43.编码模块，用于对待发送帧进行编码，得到编码信号；
44.组跳模块，用于根据所述编码信号的跳数插入一段或多段原始训练序列，得到组跳信号；
45.调制模块，用于对所述组跳信号进行调制映射、成型滤波和数模转换，得到射频通信信号并发送出去；
46.其中，跳数越多则所述原始训练序列的数量越多；所述原始训练序列储存于所述接收端本地样本数据库中，以用于接收端根据所述射频通信信号解析得出带噪声训练序列后，确定出对应的无噪声的理想信道估计结果。
47.本发明实施例提供一种用于对流层散射通信的方法及装置，通过前期设定不同信道环境对训练序列进行仿真，基于仿真结果生成本地样本数据库。其中，本地样本数据库包括与带噪声训练序列对应的原始训练序列和基础序列数据样本库；基础序列数据样本库中的基础序列数据根据原始训练序列和不同信道响应状态仿真得出。在发送端发射的通信信号中插入原始训练序列，接收来自发射端的散射通信信号，并提取经过调制和信道传输后的带噪声训练序列；将带噪声训练序列与本地样本数据库进行匹配和对比处理，确定出对应的无噪声的理想信道估计结果，根据理想信道估计结果对散射通信信号进行解调。其中，基础序列数据样本库是在无噪声的条件仿真得出的，基于接收来自发射端的散射通信信号提取带噪声训练序列，并与仿真得出的基础序列数据样本库进行匹配，得出信道响应状态，避免保留无效噪声信号或过滤掉有用信号，提高信道状态估计精确度和效率。
附图说明
48.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
49.图1是本发明一实施例提供的用于对流层散射通信的方法的应用场景图；
50.图2是本发明一实施例提供的用于对流层散射通信的方法的实现流程图；
51.图3是本发明一实施例提供的用于对流层散射通信的接收装置的结构示意图；
52.图4是本发明另一实施例提供的用于对流层散射通信的接收装置的结构示意图；
53.图5是本发明一实施例提供的用于对流层散射通信的发送装置的结构示意图；
54.图6是本发明另一实施例提供的用于对流层散射通信的发送装置的结构示意图。
具体实施方式
55.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电
路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
56.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
57.图1为本发明实施例提供的用于对流层散射通信的方法的流程示意图。如图1所示，包括如下步骤：
58.s101，接收来自发射端的散射通信信号，并提取带噪声训练序列。
59.s102，将带噪声训练序列与本地样本数据库进行匹配和对比处理，确定出对应的无噪声的理想信道估计结果。
60.其中，本地样本数据库包括与带噪声训练序列对应的原始训练序列和基础序列数据样本库；基础序列数据样本库中的基础序列数据根据原始训练序列和不同信道响应状态仿真得出。
61.在一种可能的实现方式中，在接收来自发射端的散射通信信号之前，还包括：
62.对各设定信道参数进行赋值和排列组合确定不同信道响应状态；
63.基于不同信道响应状态对原始训练序列进行仿真确定基础序列数据库；
64.其中，设定信道参数包括多径数目、多径时延间隔、信号采样率、最大多普勒频偏、多普勒分度模型和平均路径功率，即仿真过程中综合考虑了六种参数，将这些不同参数进行排列组合、在设定范围内赋值并在散射信道模拟器中进行仿真，能够得到完备的理想的基础序列数据样本库，以提高理想信道估计结果的准确率和精确度。
65.在一种可选的实施例中，多径数目范围为1～100；多径时延间隔范围为1微秒到1000微秒；信号采样率范围为2.4kbps到100mbps；最大多普勒频偏范围为0.001hz到30hz；不同的多普勒分度模型包括：jakes模型、flat模型、rounded模型、bell模型、asymmetric jakes模型、restricted jakes模型、gaussian模型、bigaussian模型；平均路径功率范围为-500分贝到 500分贝。
66.在一种可选的实施例中，基于常用的信道状态进行仿真，以减小本地样本数据库存储量，提高匹配效率。可选的，以多径数目范围为1～20仿真得到信道响应状态样本库。
67.s103，根据理想信道估计结果对散射通信信号进行解调。
68.本发明实施例中，通过前期设定不同信道环境对原始训练序列进行仿真，基于仿真结果生成本地样本数据库。其中，本地样本数据库包括与带噪声训练序列对应的原始训练序列和基础序列数据样本库；基础序列数据样本库中的基础序列数据根据原始训练序列和不同信道响应状态仿真得出。在发送端发射的通信信号中插入原始训练序列，接收来自发射端的散射通信信号，并提取经过调制和信道传输后的带噪声训练序列；将带噪声训练序列与本地样本数据库进行匹配和对比处理，确定出对应的无噪声的理想信道估计结果，根据理想信道估计结果对散射通信信号进行解调。其中，基础序列数据样本库是在无噪声的条件仿真得出的，基于接收来自发射端的散射通信信号提取带噪声训练序列，并与仿真得出的基础序列数据样本库进行匹配，得出信道响应状态，避免保留无效噪声信号或过滤掉有用信号，提高信道状态估计精确度和效率。
69.在一种可能的实现方式中，将带噪声训练序列与本地样本数据库进行匹配和对比处理，包括：
70.将带噪声训练序列与原始训练序列进行匹配确定带噪声的初步信道估计结果；
71.对带噪声训练序列进行去噪处理，并基于去噪后的训练序列与基础序列数据样本库中的基础序列数据进行对比，以确定理想信道估计结果。
72.在一种可能的实现方式中，在对带噪声训练序列进行去噪处理之后，还包括：
73.基于对带噪声训练序列与原始训练序列对去噪后的训练序列进行归一化处理。
74.其中，信道响应状态样本库中存储的是无噪的时域信道估计数据集，而训练序列链路匹配得到的信道估计是包含噪声的，在信道响应状态库中匹配搜索过程采用模糊识别的方法进行。在将带噪声训练序列与本地样本数据库中的基础序列数据进行匹配并去噪之后，对训练序列进行归一化处理，可以祛除由发射功率或噪声大小造成的时域信道估计抽头幅值影响。
75.在一种可能的实现方式中，该方法还包括：对解调信号进行校验处理；其中，校验处理为crc校验、奇偶校验或海明校验。
76.在一种可能的实现方式中，提取带噪声训练序列，包括：
77.对散射通信信号进行模数转换及下变频处理，获得基带信号；
78.对基带信号进行成型匹配，并根据成型匹配结果提取带噪声训练序列。
79.在一种可能的实现方式中，带噪声训练序列的数量为一段或多段；其中，散射通信信号帧结构中的跳长越长，则训练序列的数量越多；
80.在提取出多段带噪声训练序列时，分别根据各带噪声训练序列确定对应的理想信道估计结果。
81.根据发送端发射的信号的跳长不同，信号传输时间长短不同，在信号传输过程中信道状态会发生变化。因此，在发送端基于散射通信信号帧结构中的跳长越长调整插入的原始训练序列的数量，并在接收端基于接收到的经调制后的各训练序列对相邻部分散射通信信号进行信道估计，实现信号整体的准确接收。
82.在一种可能的实现方式中，在提取出多段带噪声训练序列时，根据理想信道估计结果对散射通信信号进行解调，包括：
83.确定各带噪声训练序列在散射通信信号中的插入位置，并确定相应的跳结构；
84.根据各带噪声训练序列对应的理想信道估计结果对相应的跳结构进行解调。
85.其中，确定出各带噪声训练序列在散射通信信号中的插入位置后，基于带噪声训练序列数量和散射通信信号帧结构中的跳长确定各带噪声训练序列对应的跳结构，避免遗漏或跳结构解调不均衡。
86.图2为本发明实施例提供的用于对流层散射通信的方法的流程示意图。如图2所示，包括如下步骤：
87.s201，对待发送帧进行编码，得到编码信号。可选的，编码方式包括：turbo编码和ldpc编码。
88.s202，根据编码信号的跳数插入一段或多段原始训练序列，得到组跳信号。
89.s203，对组跳信号进行调制映射、成型滤波和数模转换，得到射频通信信号并发送出去。
90.其中，跳数越多则原始训练序列的数量越多；原始训练序列储存于接收端本地样本数据库中，以用于接收端根据射频通信信号解析得出带噪声训练序列后，确定出对应的无噪声的理想信道估计结果。
91.在一种可能的实现方式中，在对待发送帧进行编码得到编码信号之前，还包括：对待发帧添加校验码。其中，校验码为crc校验码、奇偶校验码或海明校验码。
92.本实施例中，在接收端，前期设定不同信道环境对训练序列进行仿真，基于仿真结果生成本地样本数据库。其中，本地样本数据库包括与带噪声训练序列对应的原始训练序列和基础序列数据样本库；基础序列数据样本库中的基础序列数据根据原始训练序列和不同信道响应状态仿真得出。在发送端发射的通信信号中插入原始训练序列，对待发送帧进行编码，得到编码信号；根据编码信号的跳数插入一段或多段原始训练序列，得到组跳信号；对组跳信号进行调制映射、成型滤波和数模转换，得到射频通信信号并发送出去。其中，跳数越多则原始训练序列的数量越多；原始训练序列储存于接收端本地样本数据库中，以用于接收端根据射频通信信号解析得出带噪声训练序列后，确定出对应的无噪声的理想信道估计结果，可以避免接收端在信号解析过程中保留无效噪声信号或过滤掉有用信号，提高信道状态估计精确度和效率。
93.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
94.以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
95.图3示出了本发明实施例提供的用于对流层散射通信的接收装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
96.如图3所示，用于对流层散射通信的接收装置，包括：训练序列提取模块301、信道估计模块302和解调模块303。
97.训练序列提取模块301，用于接收来自发射端的散射通信信号，并提取带噪声训练序列。
98.其中，训练序列提取模块301包括：模数转换单元、数字下边频单元、成型匹配滤波单元和训练序列提取单元。
99.信道估计模块302，用于将训练序列与本地样本数据库中的基础序列数据进行匹配，并确定出对应的无噪声的理想信道估计结果。其中，本地样本数据库包括与带噪声训练序列对应的原始训练序列和基础序列数据样本库；基础序列数据样本库中的基础序列数据根据原始训练序列和不同信道响应状态仿真得出。
100.解调模块303，用于根据理想信道估计结果对散射通信信号进行解调。
101.其中，解调模块303包括去噪单元、信道均衡单元、解调映射单元和译码单元。
102.在一种可能的实现方式中，该装置还包括：第一校验模块，与解调模块303连接，用于对接收信号进行校验，然后完成信号还原。
103.本发明实施例中，通过前期设定不同信道环境对训练序列进行仿真，基于仿真结果生成本地样本数据库。其中，本地样本数据库包括与带噪声训练序列对应的原始训练序列和基础序列数据样本库；基础序列数据样本库中的基础序列数据根据原始训练序列和不同信道响应状态仿真得出。在发送端发射的通信信号中插入原始训练序列，接收来自发射端的散射通信信号，并提取经过调制和信道传输后的带噪声训练序列；将带噪声训练序列与本地样本数据库进行匹配和对比处理，确定出对应的无噪声的理想信道估计结果，根据
理想信道估计结果对散射通信信号进行解调。其中，基础序列数据样本库是在无噪声的条件仿真得出的，基于接收来自发射端的散射通信信号提取带噪声训练序列，并与仿真得出的基础序列数据样本库进行匹配，得出信道响应状态，避免保留无效噪声信号或过滤掉有用信号，提高信道状态估计精确度和效率。
104.如图4示出了一种用于对流层散射通信的接收装置，其中，示出了训练序列提取模块301和解调模块303的组成单元。
105.如图5所示，用于对流层散射通信的发送装置，包括：编码模块501、组跳模块502和调制模块503。
106.编码模块501，用于对待发送帧进行编码，得到编码信号。
107.组跳模块502，用于根据编码信号的跳数插入一段或多段原始训练序列，得到组跳信号。其中，跳数越多则原始训练序列的数量越多。
108.调制模块503，用于对组跳信号进行调制映射、成型滤波和数模转换，得到射频通信信号并发送出去。
109.在一种可能的实现方式中，调制模块503包括调制映射单元、成型滤波单元和数模转换单元。
110.如图6示出了一种用于对流层散射通信的发送装置，其中，示出了调制模块503的组成单元。
111.在一种可能的实现方式中，该装置还包括：第二校验模块，与编码模块501连接，用于对待发送帧添加校验码。可选的，校验码为crc校验码、奇偶校验码或海明校验码。
112.本实施例中，在接收端，前期设定不同信道环境并考虑噪声信号对训练序列进行仿真，基于仿真结果生成本地样本数据库。其中，本地样本数据库包括与带噪声训练序列对应的原始训练序列和基础序列数据样本库；基础序列数据样本库中的基础序列数据根据原始训练序列和不同信道响应状态仿真得出。在发送端发射的通信信号中插入原始训练序列，对待发送帧进行编码，得到编码信号；根据编码信号的跳数插入一段或多段原始训练序列，得到组跳信号；对组跳信号进行调制映射、成型滤波和数模转换，得到射频通信信号并发送出去。其中，跳数越多则原始训练序列的数量越多；原始训练序列储存于接收端本地样本数据库中，以用于接收端根据射频通信信号解析得出带噪声训练序列后，确定出对应的无噪声的理想信道估计结果，可以避免接收端在信号解析过程中保留无效噪声信号或过滤掉有用信号，提高信道状态估计精确度和效率。
113.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
114.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
115.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。