短波突發(fā)通信中盲載波恢復(fù)及符號檢測技術(shù)

電離層對短波通信進行一定程度的反射，可以使小功率的遠距離傳播得以實現(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，并且傳播信號的距離可以達到很遠的距離，相互之間有太強的干擾，這樣的話，頻帶的擁擠現(xiàn)象就會比較突出。所以，對其它電臺的通信間隙的突發(fā)信號進行使用，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)射信號載波與接收機的本振頻率會產(chǎn)生頻率偏差，信道的多普勒也能引起接收信號頻率偏移，這種頻偏會嚴(yán)重影響信號的恢復(fù)。目前常用的無輔助數(shù)據(jù)的載波恢復(fù)方法是將頻率估計與鎖相環(huán)相結(jié)合的方法。這類頻率估計方法都需要大量的采樣信號統(tǒng)計計算保障必須的估計精度，而鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的頻率鎖定過程也需要大量時間，因此整個算法的實時性不強。

近年來粒子濾波技術(shù)備受關(guān)注，相對傳統(tǒng)的頻率估計或相位鎖定技術(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，建立對應(yīng)的狀態(tài)空間模型，通過使用大量加權(quán)粒子的統(tǒng)計分布估計短波突發(fā)通信中接收到信號載波相位的后驗概率分布，然后遞歸計算信號調(diào)制符號以及載波頻差的估計值，實現(xiàn)高效快速的無輔助數(shù)據(jù)的載波恢復(fù)及符號檢測。

一、無導(dǎo)頻突發(fā)信號的檢測

1.信號模型

前導(dǎo)序列將無導(dǎo)頻突發(fā)信號的同步得以實現(xiàn)，在前導(dǎo)序列不明確的條件下，盲檢測是最合適的檢測方式。將等待檢測的信號通過下變頻、匹配濾波以及重采樣處理之后，轉(zhuǎn)變?yōu)镸PSK信號。針對這個信號的盲檢測，可以利用一個二元假設(shè)檢驗問題對其進行相應(yīng)的表示，用H0假設(shè)代表目標(biāo)信號不存在，用H1假設(shè)代表目標(biāo)信號存在，則在高斯噪聲環(huán)境下的接收信號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

為了評估該算法的載波恢復(fù)速度，這里對一次突發(fā)通信中前100個采樣點的載波相位估計值0:tθ進行仿真。由于高頻信道的多普勒會對收發(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時條件下，載波恢復(fù)的歸一化實時頻率隨采樣時刻的變化。

2.符號檢測性能仿真

高頻信道在時域和頻域都是時變的，但是當(dāng)仿真只局限于有限頻帶（如10kHz）和足夠短的時間（如10min）時，仿真的信道可以認為是基本穩(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。輸入信號經(jīng)過有限階數(shù)的延遲，每階信號有一個合適的階數(shù)增益對它進行幅度相位調(diào)制。這些調(diào)制信號在輸出端相加輸出。國際電信聯(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行仿真。

六、結(jié)束語

本文主要提出了一種盲載波恢復(fù)及符號檢測的計算方法，這種算法在沒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)制符號的實時估計得以實現(xiàn)，從而使短波信道資源得到一定的節(jié)約，在這種情況下，通信效率必定會得到相應(yīng)的提升。通過仿真實驗表明，這種算法的頻率有比較大的恢復(fù)范圍，而且同步時間相對較短，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。