一种短突发信号在高动态范围下的译码方法及装置
阅读说明：本技术 一种短突发信号在高动态范围下的译码方法及装置 (Decoding method and device of short burst signal in high dynamic range ) 是由 程静静 高波 李腊 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种短突发信号在高动态范围下的译码方法及装置,涉及卫星通信领域,解决了现有技术中译码处理时未考虑信号幅值影响,或者考虑到信号幅值但是会出现其它问题,导致短突发信号的译码性能降低的问题。将所述接收机接收的短突发信号进行软解调,得到似然信息,根据所述似然信息,获取短突发信号的数据序列；将所述数据序列进行均值计算,获取所述数据序列的数据均值,根据所述数据均值,获取数据均值的缩放因子；根据所述缩放因子对所述数据序列进行缩放,获取缩放后的数据；对所述缩放后的数据进行译码处理,获取译码结果。达到增加了译码可支持的信号动态范围,并且无需模拟或数字AGC便可对短突发信号进行处理,提高了译码性能的同时。(The invention discloses a decoding method and a decoding device for a short burst signal in a high dynamic range, relates to the field of satellite communication, and solves the problem that decoding performance of the short burst signal is reduced because signal amplitude influence is not considered during decoding processing or other problems occur due to the consideration of signal amplitude in the prior art. Carrying out soft demodulation on the short burst signal received by the receiver to obtain likelihood information, and acquiring a data sequence of the short burst signal according to the likelihood information; carrying out mean value calculation on the data sequence to obtain a data mean value of the data sequence, and obtaining a scaling factor of the data mean value according to the data mean value; zooming the data sequence according to the zooming factor to obtain zoomed data; and decoding the zoomed data to obtain a decoding result. The method increases the signal dynamic range which can be supported by decoding, and can process the short burst signal without analog or digital AGC, thereby improving the decoding performance.)
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，更具体地说，它涉及一种短突发信号在高动态范围下的译码方法及装置。
背景技术
随着航天技术的迅猛发展，卫星通信已经成为了主流的通信方式之一。卫星通信具有通信范围广、抗灾能力强、可支持多种业务的特点，已经成为当代不可或缺的通信手段之一。
信道编码技术在整个通信系统中具有相对独立的地位，是其关键技术之一，决定着通信系统的性能。近年来，香农极限编码，如Turbo，LDPC等，由于信噪比工作门限低，增益高的特点引起了广泛关注。通过比较Turbo，LDPC，Polar码的性能，可知在短突发的情况下，Turbo码的理论性能优于另外两者。
传统的Turbo译码一类是在接收端先做软解调，然后将得到的似然信息直接做Turbo译码，没有考虑信号幅值影响，当信号幅值过大或过小时，会导致译码性能较差，即能支持的信号动态范围较小；另一类是在接收端将接收信号先经过模拟或数字AGC之后，再进行软解调，再将得到的似然信息做Turbo译码。这类方法虽然考虑了信号幅值，但是同时引入了其它问题。比如采用模拟AGC会增加硬件成本，而如果采用数字AGC，环路的收敛太慢，不适合卫星通信中的短突发业务。
发明内容
本发明的目的是提供一种短突发信号在高动态范围下的译码方法及装置，用以解决现有技术中在做Turbo译码时未考虑信号幅值影响，或者考虑到信号幅值但是会出现其它问题，如硬件成本增加或环路收敛太慢；导致短突发信号的译码性能降低的问题，本发明考虑了信号幅值对译码性能的影响，增加了译码可支持的信号动态范围，提高了通信系统信号传输的可靠性，并且无需模拟或数字AGC便可对短突发信号进行处理，提高了译码性能的同时，在硬件实现上不会带来额外成本。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种短突发信号在高动态范围下的译码方法，所述方法包括：
步骤一，将所述接收机接收的短突发信号进行软解调，得到似然信息，根据所述似然信息，获取短突发信号的数据序列；
步骤二，将所述数据序列进行均值计算，获取所述数据序列的数据均值，根据所述数据均值，获取数据均值的缩放因子；
步骤三，根据所述缩放因子对所述数据序列进行缩放，获取缩放后的数据。
步骤四，对所述缩放后的数据进行译码处理，获取译码结果。
本发明通过接收机对接收到的短突发信号进行软解调，得到似然信息后，通过缩放因子对似然信息中的数据进行缩放，由于缩放后数据的幅值较之缩放前数据的幅值大幅度提高，然后对缩放后的数据进行译码处理，即可消除信号幅值的对译码性能的影响，增加了译码可支持的信号动态范围，提高了通信系统信号传输的可靠性，并且缩放后的数据译码后无需模拟或数字AGC便可对短突发信号进行处理，提高了译码性能的同时，在硬件实现上不会带来额外成本。
进一步，由所述似然信息获取的所述数据序列为Sbefore＝{s1,s2，s3,…,sN,}；其中，Sbefore表示对短突发信号软调节后的数据序列。
进一步，将所述数据序列进行均值计算获取的所述数据均值为b＝abs(Sbefore)，对所述数据均值进行计算，获取缩放系数，所述缩放系数的计算式为α＝mean(b)；其中；α表示缩放系数，b表示数据均值，Sbefore表示对短突发信号软调节后的数据序列。
进一步，根据所述缩放系数，获取缩放因子，所述缩放因子的计算式为其中，β表示缩放因子，α表示缩放系数。
进一步，根据所述缩放因子对所述数据序列进行缩放，获取缩放后的数据的计算式为Safter＝β*Sbefore；其中，Safter表示缩放后的数据，Sbefore表示所述数据，β表示所述缩放因子。
一种信号处理装置，用于执行所述方法，所述装置包括：
第一获取模块，用于对接收机接收的短突发信号进行软解调，得到似然信息，根据所述似然信息，获取短突发信号的数据序列；
第二获取模块，用于获取所述数据序列的数据均值，根据所述数据均值，获取数据均值的缩放因子；
第一执行模块，用于根据所述缩放因子对所述数据序列进行缩放，获取缩放后的数据。
第二执行模块，对所述缩放后的数据进行译码处理，获取译码结果。
进一步，所述第二获取模块还用于对所述数据均值进行计算，获取数据均值的缩放系数。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法的步骤。
一种电子设备，包括：存储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现所述的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过对接收机接收到的短突发信号进行软解调，得到似然信息后，通过缩放因子对似然信息进行缩放，对缩放后的数据进行译码，得到处理后的信号，降低了噪声对短突发信号的影响，提高了接收机获取的信息的可靠性，且本发明的译码方法考虑了信号幅值对译码性能的影响，对短突发信号可支持的信号动态范围进行了改善，同时无需模拟或数字AGC便可对短突发信号进行处理，提高了译码性能的同时，在硬件实现上不带来额外成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一种短突发信号在高动态范围下的译码方法的流程图；
图2为本发明的译码方法与现有技术中的译码方法所得出的译码性能对比图；
图3为生成的短突发信号的符号星座点图；
图4为对短突发信号添加噪声及衰减得到的符号星座点图；
图5为接收机进行软接调后输出的符号星座图；
图6为接收机输出信号的幅值图；
图7为本发明对信号进行缩放前后的幅值对比图；
图8为使用本发明的译码方法与现有技术中的译码方法的误比特率对比图；
图9为本发明一种信号处理装置的框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例
本实施例一提出了一种短突发信号在高动态范围下的译码方法，如图1所示，方法包括：
S1，将接收机接收的短突发信号进行软解调，得到似然信息，根据似然信息，获取短突发信号的数据序列；
S2，将数据序列进行均值计算，获取数据序列的数据均值，根据数据均值，获取数据均值的缩放因子；
S3，根据缩放因子对数据序列进行缩放，获取缩放后的数据。
S4，对缩放后的数据进行译码处理，获取译码结果。
具体的，在步骤S1中的软解调为卫星通信中，数据传输过程中的常用技术手段之一，本发明对此不作详细阐述。
具体的，在步骤S4中的译码处理方法采用Turbo译码，其中，译码过程包括：对数据进行分级合并、解交织及Turbo译码；其中，分集合并、信道解交织、Turbo译码器译码、以及解扰为卫星通信技术中解码过程的常规手段，本发明对此不作详细阐述。本实施例所提方法应用于通信系统中的接收机或其他信号接收机中。
Turbo译码器采用反馈迭代结构，每级译码模块除了交织器，解交织器外主要包括两个级联的分量译码器；一个分量译码器输出的软判决信息经过处理成为外信息输入另一个分量译码器，形成迭代译码，在迭代一定级数后硬判决进行输出。
本发明提供的译码方法对接收到的短突发信号进行软解调，得到似然信息后，通过缩放因子对似然信息进行缩放，对缩放后的数据进行译码，得到处理后的信号，降低了噪声对短突发信号的影响，提高了接收机获取的信息的可靠性，且本发明考虑了信号幅值对译码性能的影响，对短突发信号可支持的信号动态范围进行了改善，同时缩放后的信号在Turbo译码处理后无需模拟或数字AGC便可对短突发信号进行处理，提高了译码性能的同时，在硬件实现上不带来额外成本。
优选地，在步骤S1中，由似然信息获取的数据序列为Sbefore＝{s1,s2,s3,…,sN,}；其中，Sbefore表示对短突发信号软调节后的数据序列。
首先进行参数设置，短突发信号类型为DTB语音，SNR设置，7dB～20dB，步进1dB，信号衰减值分别为0dB、30dB、60dB，调制方式为CQPSK调试。
根据上述设置的参数生成短突发调制信号，生成短突发调制信号,包括CRC、Turbo编码、CQPSK调制、成型滤波等，均为信号数据传输过程中的常用技术手段，对此不作详细阐述；其中，调制后得到的符号星座点如图3所示。
对生成的信号加噪及衰减中，根据设置的参数，对信号添加噪声及衰减，得到的符号星座点如图4所示(以SNR＝15dB，衰减0dB为例)。其中，噪声指的是窄带随机高斯白噪声，衰减指的是降低信号功率。
接收机接收中，包括匹配滤波、符号同步等技术，均是接收机接收信号的常用技术手段，因此这里不做赘述，接收机输出的符号星座图如图5所示(以SNR＝15dB，衰减0dB为例)。
接收机软解调中，对接收机接收到的载波信号进行软解调，得到似然信息。软解调为卫星通信中，数据传输过程中的常用技术手段之一，对此不作详细阐述，输出的软解调信息的幅值如图6所示(以SNR＝15dB，衰减0dB为例)。
优选地，在步骤S2中，根据数据序列获取的数据均值为b＝abs(Sbefore)，对数据均值进行计算，获取缩放系数，缩放系数的计算式为α＝mean(b)；其中；α表示缩放系数，b表示数据均值，Sbefore表示对短突发信号软调节后的数据序列。
计算缩放因子中，确定用于对数据进行缩放的缩放系数α，由步骤S2的公式的得出缩放系数α＝mean(abs(Sbefore))，计算得出缩放系数α＝0.1251。
优选地，根据缩放系数，获取缩放因子，缩放因子的计算式为其中，β表示缩放因子，α表示缩放系数。
缩放因子β是将缩放系数α的倒数，因此根据缩放系数α＝0.1251，由此计算得出缩放因子β＝7.9936。
优选地，在步骤S3中，根据缩放因子对数据序列进行缩放，获取缩放后的数据的计算式为Safter＝β*Sbefore；其中，Safter表示缩放后的数据，Sbefore表示所述数据，β表示所述缩放因子。
由缩放因子β＝7.9936，对似然信息的数据序列进行缩放计算Safter＝β*Sbefore，可得到缩放后的数据，即可得出缩放前后的幅值如图7所示(以SNR＝15dB，衰减0dB为例)，
对缩放后的数据采取Turbo译码处理，得到处理后的信号，降低了噪声对短突发信号的影响，提高了接收机获取的信息的可靠性。
计算误比特率中，统计方法为在相同的参数设置下，重复发送1000组随机短突发信号，应用本发明提出的译码方法，统计所有错误比特数在总发送比特的中的占比，得出图2以及图8；如图8所示，在SNR均为7dB～15dB，每次步进1dB，衰减为0、30dB以及60dB的条件下，当衰减为0时，可知在SNR＝11dB，现有技术中仍存在比特数，使得其误比特率不为0，而应用本发明的译码方法，在SNR＝11dB时，误比特率已经为0，剩余的30dB以及60dB的情况下均是相同的举例说明，即不在叙述。
如图2所示，本发明下的误比特率的曲线与现有技术下的误比特率的曲线对比，也可得出本发明的译码性能更好。其图8的数据对比图与图2的曲线对比图均可表示应用本发明的译码方法，能得到更好的译码性能。
综上所诉，本发明所述译码方法，能得到更好的译码性能。
图9本实施例提供的一种信号处理装置的框图，如图9所示，该信号处理装置100包括：第一获取模块101、第二获取模块102、第一执行模块103以及第二执行模块104；
第一获取模块101，用于对接收机接收的短突发信号进行软解调，得到似然信息，根据所述似然信息，获取短突发信号的数据序列；
第二获取模块102，用于获取所述数据序列的数据均值，根据所述数据均值，获取数据均值的缩放因子；
第一执行模块103，用于根据所述缩放因子对所述数据序列进行缩放，获取缩放后的数据；
第二执行模块104，对所述缩放后的数据进行译码处理，获取译码结果。
其中，缩放因子的计算式为对数据缩放进行缩放的计算式为Safter＝β*Sbefore。
优选地，第二获取模块102还用于对所述数据均值进行计算，获取数据均值的缩放系数。
其中，缩放系数的计算式为α＝mean(abs(Sbefore))。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该计算机程序指令被处理器执行时实现本发明提供的译码方法的步骤。
具体的，该计算机可读存储介质可以是闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器等等。
关于上述实施例中的计算机可读存储介质，其上存储的计算机程序被执行时的译码方法步骤已将在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处不做详细阐述。
本发明还提供一种电子设备，该电子设备包括：储器，其上存储有计算机程序；处理器，用于执行存储器中的计算机程序，以实现上述的译码方法的步骤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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