短波突發通信中盲載波恢復及符號檢測技術

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，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、應急通信和軍事通信等領域中得到了較為廣泛地應用。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，頻帶的擁擠現象就會比較突出。所以，對其它電臺的通信間隙的突發信號進行使用，使短波通信抗干擾得到有效地控制。

在第三代短波通信協議中，突發通信已經成為最重要的通信方式。發射信號載波與接收機的本振頻率會產生頻率偏差，信道的多普勒也能引起接收信號頻率偏移，這種頻偏會嚴重影響信號的恢復。目前常用的無輔助數據的載波恢復方法是將頻率估計與鎖相環相結合的方法。這類頻率估計方法都需要大量的采樣信號統計計算保障必須的估計精度，而鎖相環結構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備受關注，相對傳統的頻率估計或相位鎖定技術，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通信中，建立對應的狀態空間模型，通過使用大量加權粒子的統計分布估計短波突發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制符號以及載波頻差的估計值，實現高效快速的無輔助數據的載波恢復及符號檢測。

一、無導頻突發信號的檢測

1.信號模型

前導序列將無導頻突發信號的同步得以實現，在前導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，轉變為MPSK信號。針對這個信號的盲檢測，可以利用一個二元假設檢驗問題對其進行相應的表示，用H0假設代表目標信號不存在，用H1假設代表目標信號存在，則在高斯噪聲環境下的接收信號x（n）可以表示為

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

1.載波恢復性能仿真

為了評估該算法的載波恢復速度，這里對一次突發通信中前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的頻偏產生影響，降低載波恢復性能，這里只考慮在高斯白噪聲信道下載波恢復性能，高頻信道對載波恢復性能的分析將在下節中給出。

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量的離散相互相關的信道模型的組合。輸入信號經過有限階數的延遲，每階信號有一個合適的階數增益對它進行幅度相位調制。這些調制信號在輸出端相加輸出。國際電信聯盟（ITU）依據Watterson信道傳播模型定義了多種短波信道條件。根據ITU的建議，系統將在四種信道狀況下進行仿真。

六、結束語

本文主要提出了一種盲載波恢復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，將粒子濾波技術作為基本依據，使載波相位以及調制符號的實時估計得以實現，從而使短波信道資源得到一定的節約，在這種情況下，通信效率必定會得到相應的提升。通過仿真實驗表明，這種算法的頻率有比較大的恢復范圍，而且同步時間相對較短，使大部分的短波通信應用得到滿足。這種算法不僅在短波突發通信中得到較為廣泛地應用，而且在其它突發通信應用中也能夠發揮極其重要的作用。