频域分集合并接收方法、系统、存储介质、短波通信系统

摘要

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种频域分集合并接收方法、系统、存储介质、短波通信系统，分集支路频域均衡中的均衡器首次采用基于最小均方误差准则的线性均衡算法，非首次采用基于软干扰抵消准则的均衡算法，完成对各个分集支路信号的均衡；均衡输出软信息合并中依据输出的对数似然比软信息的对数似然比定义，确定合并软信息为各个分集支路软信息累加求和。合并结果译码中软输入软输出译码器采用最小和译码算法完成译码；整体迭代控制及译码输出中对整体迭代次数及译码校验和进行判断，确定继续迭代还是输出译码结果。本发明消除了信号的码间串扰，增强了信号的信噪比，提高了短波通信质量。

权利要求

1.一种频域分集合并接收方法，其特征在于，所述频域分集合并接收方法将获得的M条分集支路分别送入频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，经过均衡后得到各个分集支路信号的均衡输出软信息；均衡输出软信息以某种合并策略进行合并，得到合并软信息；合并软信息送入软输入软输出译码器，得到译码输出结果，完成一次均衡、合并和译码的整体迭代，重复迭代，直至迭代结束，得到译码结果；

所述频域分集合并接收方法包括：第一步，初始化输入数据，获取M条分集支路信号，初始化每条分集支路的软输入软输出均衡器的输入软信息；

第二步，各分集支路分别频域均衡，将M条分集支路信号和初始化的输入软信息分别送入频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，均衡器首次采用基于最小均方误差准则的线性均衡算法，非首次采用基于软干扰抵消准则的均衡算法，实现对每条分集支路信号的均衡处理，获得各个分集支路信号的均衡输出软信息；

第三步，合并均衡输出软信息，将获得的各分集支路的均衡输出软信息按照软信息的计算特性进行合并，完成对各分集支路信号的合并，获得合并软信息；

所述第三步合并均衡输出软信息，根据均衡器输出对数似然比软信息的对数似然比定义，确定合并软信息通过累加求和实现；

所述第三步还包括：

(1)第i条分集支路信号关于第j个比特取值为0的概率为 第i条分集支路信号关于第j个比特取值为1的概率为 由M条分集支路各自的 和 可以计算得到第j个比特取值为0或1的总概率 和 为：(2)第i条分集支路信号经过均衡后得到的关于第j个比特的软信息为li,j，根据对数似然比信息的对数似然比定义得到：(3)将各分集支路的对数似然比软信息进行合并，得到：第四步，对合并结果进行译码，将合并后软信息送入频域Turbo均衡的软输入软输出译码器中，采用最小和积译码算法完成迭代译码，获得译码输出结果，判断整体迭代次数和译码校验和，若整体迭代次数达到最大值或者译码校验和为0，则输出译码结果，结束迭代；否则，将译码结果作为译码输出软信息等同地反馈给各均衡器，继续整体迭代。

2.如权利要求1所述的频域分集合并接收方法，其特征在于，所述第一步每条分集支路的软输入软输出均衡器的输入软信息首次迭代时为0，非首次迭代时为上次迭代时译码器的输出软信息。

3.如权利要求1所述的频域分集合并接收方法，其特征在于，所述第二步还包括：T

(1)频域均衡基于长度为L的数据块，发送数据为x＝[x0,x1,…,xL‑1] ，接收数据为y＝T T

[y0,y1,…,yL‑1] ，方差为 的高斯白噪声为ω＝[ω0,ω1,…,ωL‑1] ，信道长度为ML的信道响应 构造的循环矩阵为 得到多径的信道模型为：

y＝HCx+ω；

其中：

(2)发送信号采用BPSK调制，信道响应非因果和因果部分长度分别为M1和M2的信道长度为ML＝M1+M2+1，均衡器中的滤波器长度为N，首次均衡采用基于最小均方误差准则的线性均衡算法，输入软信息为0，对所有的k，有均值 方差vk＝1，对于部分接收序列yk＝[yk,T

yk+1,…,yk+L‑1]，得到最佳估计 为：其中， 和vk分别为xk的均值和方差， HC为L×L循环矩阵，sT H

＝[1,01×(L‑1)]， 为噪声方差，IN为N×N的单位矩阵，(·)表示转置共轭；

发送的数据块采用循环前缀，发送数据看作是一个首尾相连的环，那么发送数据的滤波处理就是绕环处理的，改写均衡过程并得到均衡输出软信息为：其中，bk表示数据块中第k个比特；

(3)定义L×L的快速傅里叶变换矩阵 矩阵F的第m行第k列的元素为 得到频域均衡的各参数及均衡过程为：化简得到：

*

其中，(·) 表示共轭，即 和 分别为Hk和Ck的共轭；

相应的得到时域最佳估计和均衡输出软信息为：(4)非首次均衡采用基于软干扰抵消准则的均衡算法，得到最佳估计 和输出软信息分别为：

其中，Eh表示信道能量，vk表示xk的方差，则频域均衡过程为：

化简得到：

相应的得到最佳估计和均衡输出软信息为：

4.如权利要求1所述的频域分集合并接收方法，其特征在于，所述第四步对合并结果进行译码，译码采用最小和译码算法，得到译码输出结果，同时判断整体迭代次数是否达到最大值或者译码校验和是否为0，若为是，则输出译码结果，否则继续整体迭代；

所述第四步还包括：

(1)由变量节点xj传递给校验节点zi的信息记做变量信息vij，由校验节点zi传递给变量节点xj的信息记做校验信息uij，变量节点xj的先验信息为uj，得到最小和积译码算法的信息更新过程为：

其中，yj表示已知信息， 表示高斯信道方差，uij的初始值为0，M(j)为与变量节点xj相连的校验节点的集合，N(i)为与校验节点zi相连的变量节点的集合，M(j)\i表示除i外与变量节点xj相连的校验节点的集合，N(i)\j表示除j外与校验节点zi相连的变量节点的集合；

(2)LDPC码的校验矩阵为H，对于最小和积译码算法，每一次的迭代译码过程采用为判决准则进行译码，得到译码结果 同时计算伴随式 若伴随式的值为0，输出译码结果和校验和 否则进入下一次迭代译码，直至迭代次数达到最大迭代次数；

(3)采用最小和积译码算法完成译码后，得到译码结果和译码校验和，判断整体迭代次数和译码校验和，若整体迭代次数达到最大值或者译码校验和为0，则输出译码结果，结束整体迭代；否则，将译码结果作为译码输出软信息等同的反馈给各个均衡器，进行下一次整体迭代。

5.一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求任意一项包括下列步骤：将获得的M条分集支路分别送入频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，经过均衡后得到各个分集支路信号的均衡输出软信息；均衡输出软信息以某种合并策略进行合并，得到合并软信息；合并软信息送入软输入软输出译码器，得到译码输出结果，完成一次均衡、合并和译码的整体迭代，重复迭代，直至迭代结束，得到译码结果；

所述频域分集合并接收方法包括：第一步，初始化输入数据，获取M条分集支路信号，初始化每条分集支路的软输入软输出均衡器的输入软信息；

第二步，各分集支路分别频域均衡，将M条分集支路信号和初始化的输入软信息分别送入频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，均衡器首次采用基于最小均方误差准则的线性均衡算法，非首次采用基于软干扰抵消准则的均衡算法，实现对每条分集支路信号的均衡处理，获得各个分集支路信号的均衡输出软信息；

第三步，合并均衡输出软信息，将获得的各分集支路的均衡输出软信息按照软信息的计算特性进行合并，完成对各分集支路信号的合并，获得合并软信息；

第四步，对合并结果进行译码，将合并后软信息送入频域Turbo均衡的软输入软输出译码器中，采用最小和积译码算法完成迭代译码，获得译码输出结果，判断整体迭代次数和译码校验和，若整体迭代次数达到最大值或者译码校验和为0，则输出译码结果，结束迭代；否则，将译码结果作为译码输出软信息等同地反馈给各均衡器，继续整体迭代。

6.一种实施权利要求1～4任意一项所述频域分集合并接收方法的频域分集合并接收系统，其特征在于，所述频域分集合并接收系统包括：均衡输出软信息获取模块，用于获得M条分集支路分别送入频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，经过均衡后得到各个分集支路信号的均衡输出软信息；

软信息合并模块，用于均衡输出软信息以某种合并策略进行合并，得到合并软信息；

译码结果输出模块，用于合并软信息送入软输入软输出译码器，得到译码输出结果；

所述频域分集合并接收包括：

第一步，初始化输入数据，获取M条分集支路信号，初始化每条分集支路的软输入软输出均衡器的输入软信息；

第二步，各分集支路分别频域均衡，将M条分集支路信号和初始化的输入软信息分别送入频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，均衡器首次采用基于最小均方误差准则的线性均衡算法，非首次采用基于软干扰抵消准则的均衡算法，实现对每条分集支路信号的均衡处理，获得各个分集支路信号的均衡输出软信息；

第三步，合并均衡输出软信息，将获得的各分集支路的均衡输出软信息按照软信息的计算特性进行合并，完成对各分集支路信号的合并，获得合并软信息；

第四步，对合并结果进行译码，将合并后软信息送入频域Turbo均衡的软输入软输出译码器中，采用最小和积译码算法完成迭代译码，获得译码输出结果，判断整体迭代次数和译码校验和，若整体迭代次数达到最大值或者译码校验和为0，则输出译码结果，结束迭代；否则，将译码结果作为译码输出软信息等同地反馈给各均衡器，继续整体迭代。

说明书

频域分集合并接收方法、系统、存储介质、短波通信系统

技术领域

[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种频域分集合并接收方法、系统、存储介质、短波通信系统。

背景技术

[0002] 目前，在短波通信中，信号的传播有地波传播和天波传播两种形式。地波传播的信号比较稳定，受天气影响较小，但传播距离仅几十公里。天波传播主要靠电离层反射，具有
天然的传输优势，且是短波通信的主要形式，但电离层的反射特性具有随机性和不确定性。
短波通信的信道是典型的时变信道，使得信号在经过电离层的反射后，在传播的过程中依
然会受到噪声干扰、多径效应、衰落及多普勒频移和多普勒扩展的影响，严重影响通信质
量。在短波通信系统中，由于多径效应和衰落的存在，从时域上看接收端的信号会产生码间
串扰现象，从频域上看可能造成频率选择性衰落，即对某些频率产生深度衰落，造成部分细
节信息完全丢失。均衡技术是消除码间串扰影响的有效方法。频域Turbo均衡将Turbo码译
码的迭代思想引入到均衡器和译码器之间的同时，将时域数据转化为频域数据处理，降低
了均衡器的复杂度，提高了短波通信的质量。在复杂的短波通信信道中，由于短波通信的一
些特性使得信号在接收端出现衰落现象。分集合并技术是对抗衰落最有效的方式之一，它
是在发送端按照一定的规则将同一信号分散在多个统计独立的衰落信道中传播，同时在接
收端先通过分散接收而得到多个携带同一信息并且统计独立的衰落信号，然后通过集中处
理将接收的多个统计独立的衰落信号按照一定的规则合并起来，增强信号的信噪比，从而
降低衰落的影响，改善短波通信的质量。

[0003] 现有技术一提出了一种基于MMSE(最小均方误差)准则的空间分集‑Turbo均衡算法，其中的SISO(软输入软输出)合并均衡器仅仅采用MMSE准则同时完成分集合并和自适应
均衡，同时增加了分集增益和迭代均衡增益，提高了系统性能，但是与首次迭代采用MMSE准
则，非首次迭代采用SIC(软干扰抵消)准则相比较，采用MMSE准则的复杂度更大，运算量更
大。现有技术二提出了一种基于MMSSE(最小均方误差和)准则的迭代合并均衡算法，将分集
合并与均衡联合处理，提高了性能增益，但是该算法处理过程在时域，与频域相比较，数据
运算量大，复杂度高，不易实现，同等条件下性能改善小。

[0004] 通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

[0005] (1)现有技术一采用MMSE准则的复杂度更大，运算量更大。

[0006] (2)现有技术二数据运算量大，复杂度高，不易实现，同等条件下性能改善小。

[0007] 解决以上问题及缺陷的难度为：均衡器的滤波器长度为N，信道长度为ML，仅仅采用MMSE准则的均衡算法的复杂度为 而首次采用MMSE准则，非首次采用SIC准
则的均衡算法的复杂度为O(N+ML)。时域数据在均衡器的滤波器中是进行卷积计算，而频域
数据则转化为了点乘计算，运算量明显下降。

[0008] 解决以上问题及缺陷的意义为：首次采用MMSE准则，非首次采用SIC准则的均衡算法在降低了复杂度，减少运算量，具有易实现优点的同时，通过MMSE准则弥补了SIC准则获
取先验信息的不足，进一步提高了性能。用频域均衡取代时域均衡，使得数据间的卷积运算
转化为点乘运算，降低了数据实时处理的运算量及硬件实现的复杂度，而且能够解决多径
时延过大引起的均衡复杂度不可接受的问题，提高了系统性能。

发明内容

[0009] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种频域分集合并接收方法、系统、存储介质、短波通信系统。

[0010] 本发明是这样实现的，一种频域分集合并接收方法，所述频域分集合并接收方法将获得的M条分集支路分别送入频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，经过均衡后得到各
个分集支路信号的均衡输出软信息；均衡输出软信息以某种合并策略进行合并，得到合并
软信息；合并软信息送入软输入软输出译码器，得到译码输出结果，完成一次均衡、合并和
译码的整体迭代，重复迭代，直至迭代结束，得到译码结果。

[0011] 进一步，所述频域分集合并接收方法包括：

[0012] 第一步，初始化输入数据，获取M条分集支路信号，初始化每条分集支路的软输入软输出均衡器的输入软信息；

[0013] 第二步，各分集支路分别频域均衡，将M条分集支路信号和初始化的输入软信息分别送入频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，均衡器首次采用基于最小均方误差准则的
线性均衡算法，非首次采用基于软干扰抵消准则的均衡算法，实现对每条分集支路信号的
均衡处理，获得各个分集支路信号的均衡输出软信息；

[0014] 第三步，合并均衡输出软信息，将获得的各分集支路的均衡输出软信息按照软信息的计算特性进行合并，完成对各分集支路信号的合并，获得合并软信息；

[0015] 第四步，对合并结果进行译码，将合并后软信息送入频域Turbo均衡的软输入软输出译码器中，采用最小和积译码算法完成迭代译码，获得译码输出结果，判断整体迭代次数
和译码校验和，若整体迭代次数达到最大值或者译码校验和为0，则输出译码结果，结束迭
代；否则，将译码结果作为译码输出软信息等同地反馈给各均衡器，继续整体迭代。

[0016] 进一步，所述第一步每条分集支路的软输入软输出均衡器的输入软信息首次迭代时为0，非首次迭代时为上次迭代时译码器的输出软信息。

[0017] 进一步，所述第二步还包括：

[0018] (1)频域均衡基于长度为L的数据块，发送数据为x＝[x0,x1,…,xL‑1]T，接收数据为T T
y＝[y0,y1,…,yL‑1] ，方差为 的高斯白噪声为ω＝[ω0,ω1,…,ωL‑1] ，信道长度为ML的
信道响应 构造的循环矩阵为 得到多
径的信道模型为：

[0019] y＝HCx+ω；

[0020] 其中：

[0021]

[0022] (2)发送信号采用BPSK调制，信道响应非因果和因果部分长度分别为M1和M2的信道长度为ML＝M1+M2+1，均衡器中的滤波器长度为N＝N1+N2+1，首次均衡采用基于最小均方误差
准则的线性均衡算法，输入软信息为0，对所有的k，有均值 方差vk＝1，对于部分接收
T
序列yk＝[yk,yk+1,…,yk+L‑1]，得到最佳估计 为：

[0023]

[0024] 其中， 和vk分别为xk的均值和方差， HC为L×L循环矩T H
阵，s＝[1,01×(L‑1)]， 为噪声方差，IN为N×N的单位矩阵，(·)表示转置共轭；

[0025] 发送的数据块采用循环前缀，发送数据看作是一个首尾相连的环，那么发送数据的滤波处理就是绕环处理的，改写均衡过程并得到均衡输出软信息为：

[0026]

[0027]

[0028] 其中，bk表示数据块中第k个比特；

[0029] (3)定义L×L的快速傅里叶变换矩阵 矩阵F的第m行第k列的元素为 得到频域均衡的各参数及均衡过程为：

[0030]

[0031]

[0032]

[0033]

[0034] 化简得到：

[0035]

[0036]

[0037] 其中，(·)*表示共轭，即 和 分别为Hk和Ck的共轭；

[0038] 相应的得到最佳估计和均衡输出软信息为：

[0039]

[0040]

[0041] (4)非首次均衡采用基于软干扰抵消准则的均衡算法，得到最佳估计 和输出软信息分别为：

[0042]

[0043]

[0044] 其中，Eh表示信道能量，vk表示xk的方差，

[0045] 则频域均衡过程为：

[0046]

[0047] 化简得到：

[0048]

[0049] 相应的得到最佳估计和均衡输出软信息为：

[0050]

[0051]

[0052] 进一步，所述第三步合并均衡输出软信息，根据均衡器输出对数似然比软信息的对数似然比定义，确定合并软信息通过累加求和实现。

[0053] 进一步，所述第三步还包括：

[0054] (1)第i条分集支路信号关于第j个比特取值为0的概率为 第i条分集支路信号关于第j个比特取值为1的概率为 由M条分集支路各自的 和 可以计算得到第j个
比特取值为0或1的总概率 和 为：

[0055]

[0056] (2)第i条分集支路信号经过均衡后得到的关于第j个比特的软信息为li,j，根据对数似然比信息的对数似然比定义得到：

[0057]

[0058] (3)将各分集支路的对数似然比软信息进行合并，得到：

[0059]

[0060] 进一步，所述第四步对合并结果进行译码，译码采用最小和译码算法，得到译码输出结果，同时判断整体迭代次数是否达到最大值或者译码校验和是否为0，若为是，则输出
译码结果，否则继续整体迭代；

[0061] 所述第四步还包括：

[0062] (1)由变量节点xj传递给校验节点zi的信息记做变量信息vij，由校验节点zi传递给变量节点xj的信息记做校验信息uij，变量节点xj的先验信息为uj，得到最小和积译码算法的
信息更新过程为：

[0063]

[0064]

[0065]

[0066] 其中，yj表示已知信息， 表示高斯信道方差，uij的初始值为0，M(j)为与变量节点xj相连的校验节点的集合，N(i)为与校验节点zi相连的变量节点的集合，M(j)\i表示除i外
与变量节点xj相连的校验节点的集合，N(i)\j表示除j外与校验节点zi相连的变量节点的集
合；

[0067] (2)LDPC码的校验矩阵为H，对于最小和积译码算法，每一次的迭代译码过程采用为判决准则进行译码，得到译码结果 同时计算伴随式 若伴随式的值
为0，输出译码结果和校验和 否则进入下一次迭代译码，直至迭代次数达到最大
迭代次数。

[0068] (3)采用最小和积译码算法完成译码后，得到译码结果和译码校验和，判断整体迭代次数和译码校验和，若整体迭代次数达到最大值或者译码校验和为0，则输出译码结果，
结束整体迭代；否则，将译码结果作为译码输出软信息等同的反馈给各个均衡器，进行下一
次整体迭代。

[0069] 本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求任意一项所述包括下列步骤：将获得的M条分集支路分别送入
频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，经过均衡后得到各个分集支路信号的均衡输出软
信息；均衡输出软信息以某种合并策略进行合并，得到合并软信息；合并软信息送入软输入
软输出译码器，得到译码输出结果，完成一次均衡、合并和译码的整体迭代，重复迭代，直至
迭代结束，得到译码结果。

[0070] 本发明的另一目的在于提供一种实施所述频域分集合并接收方法的频域分集合并接收系统，所述频域分集合并接收系统包括：

[0071] 均衡输出软信息获取模块，用于获得M条分集支路分别送入频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，经过均衡后得到各个分集支路信号的均衡输出软信息；

[0072] 软信息合并模块，用于均衡输出软信息以某种合并策略进行合并，得到合并软信息；

[0073] 译码结果输出模块，用于合并软信息送入软输入软输出译码器，得到译码输出结果。

[0074] 本发明的另一目的在于提供一种短波通信系统，所述短信通信系统搭载所述的频域分集合并接收系统。

[0075] 结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：由于分集合并技术针对的是单径衰落信道，即没有码间串扰的信号，因此短波通信中在均衡前进行分集合
并需要另外对各个支路信号进行额外处理。而均衡技术即可消除信号的码间串扰。本发明
先对各分集支路信号进行频域均衡处理，得到均衡后的输出软信息，再将各分集支路均衡
后的输出软信息进行分解合并，得到合并软信息送入译码器，并将译码器得到的译码输出
软信息等同的反馈给各个支路均衡器，如此反复迭代，直至迭代结束。

[0076] 本发明提供了一种更具有实用性的短波通信系统中基于迭代均衡译码的频域分集合并接收方法，该方法通过将分集合并嵌入在频域Turbo均衡的均衡器和译码器之间，利
用频域Turbo均衡的迭代均衡译码，一体化完成信号的均衡、合并和译码，消除信号的码间
串扰，增强信号的信噪比，提高短波通信质量。

[0077] 与现有技术相比，本发明具有以下优势：

[0078] 第一，由于本发明采用的是先均衡处理，消除了码间串扰的影响，后进行分集支路信号合并的结构，与不均衡就合并的方式相比较，避免了对短波通信接收端信号的多径预
处理，同时在合并时不需要进行信道估计，减少了处理过程，降低了复杂度，提高了效率。

[0079] 第二，由于本发明采用的是频域Turbo均衡结构，将分集合并嵌入均衡与译码之间，通过迭代实现了均衡、合并和译码的一体化，与传统的单次均衡、单次合并和单次译码
相比较，增强了均衡、合并和译码之间的联系，增大了三者之间的关联性，进一步降低了信
号的误码率，而且此时合并处理的直接数据是均衡器和译码器之间的软信息，复杂度降低，
处理方式更简便。

[0080] 第三，由于本发明采用的是首次迭代基于MMSE准则，非首次迭代基于SIC准则的频域均衡，与基于MMSE准则的时域均衡相比较，算法复杂度更低，运算量更小，更容易实现，性
能提升更大。

附图说明

[0081] 为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的
附图。

[0082] 图1是本发明实施例提供的频域分集合并接收方法流程图。

[0083] 图2是本发明实施例提供的频域分集合并接收系统的结构示意图；

[0084] 图中：1、均衡输出软信息获取模块；2、软信息合并模块；3、译码结果输出模块。

[0085] 图3是本发明实施例提供的频域分集合并接收方法实现流程图。

[0086] 图4是本发明实施例提供的频域分集合并接收方法原理图。

[0087] 图5是本发明实施例提供的仿真结果示意图。

具体实施方式

[0088] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于
限定本发明。

[0089] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种频域分集合并接收方法、系统、存储介质、短波通信系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

[0090] 如图1所示，本发明提供的频域分集合并接收方法包括以下步骤：

[0091] S101：获得的M条分集支路分别送入频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，经过均衡后得到各个分集支路信号的均衡输出软信息；

[0092] S102：均衡输出软信息以某种合并策略进行合并，得到合并软信息；

[0093] S103：合并软信息送入软输入软输出译码器，得到译码输出结果，完成一次均衡、合并和译码的整体迭代，重复迭代，直至迭代结束，得到译码结果。

[0094] 如图2所示，本发明提供的频域分集合并接收系统包括：

[0095] 均衡输出软信息获取模块1，用于获得M条分集支路分别送入频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，经过均衡后得到各个分集支路信号的均衡输出软信息。

[0096] 软信息合并模块2，用于均衡输出软信息以某种合并策略进行合并，得到合并软信息。

[0097] 译码结果输出模块3，用于合并软信息送入软输入软输出译码器，得到译码输出结果。

[0098] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

[0099] 本发明通过在短波通信系统中将分集合并嵌入到频域Turbo均衡的均衡器和译码器之间，借助于频域Turbo均衡的迭代均衡译码思想，实现信号的均衡、合并和译码一体化，
完成信号的频域分集合并接收。

[0100] 如图3和图4所示，本发明提供的频域分集合并接收方法包括以下步骤：

[0101] 步骤一，获取M条分集支路信号，初始化均衡器的输入软信息，首次迭代时，每条分集支路的软输入软输出均衡器的输入软信息初始化为0；

[0102] 步骤二，将M条分集支路信号和输入软信息分别送入频域Turbo均衡的软输入软输出均衡器，其中首次的输入软信息来自于初始化的输入软信息，非首次的输入软信息来自
于译码器的输出软信息，均衡器首次采用基于最小均方误差准则的线性均衡算法，非首次
采用基于软干扰抵消准则的均衡算法，实现对每条分集支路信号的均衡处理，获得各个分
集支路信号的均衡输出软信息；

[0103] 具体包括如下子步骤：

[0104] (2a)频域均衡基于长度为L的数据块，假设发送数据为x＝[x0,x1,…,xL‑1]T，接收T T
数据为y＝[y0,y1,…,yL‑1]，方差为 的高斯白噪声为ω＝[ω0,ω1,…,ωL‑1] ，信道长度
为ML的信道响应 构造的循环矩阵为
得到多径的信道模型为：

[0105] y＝HCx+ω；

[0106] 其中：

[0107]

[0108] (2b)假设发送信号采用BPSK调制，信道响应非因果和因果部分长度分别为M1和M2的信道长度为ML＝M1+M2+1，均衡器中的滤波器长度为N＝N1+N2+1，首次均衡采用基于最小均
方误差准则的线性均衡算法，输入软信息为0，对所有的k，有均值 方差vk＝1，对于部
T
分接收序列yk＝[yk,yk+1,…,yk+L‑1]，可以得到最佳估计 为：

[0109]

[0110] 其中， 和vk分别为xk的均值和方差， HC为L×L循环矩T H
阵，s＝[1,01×(L‑1)]， 为噪声方差，IN为N×N的单位矩阵，(·) 表示转置共轭。

[0111] 发送的数据块采用循环前缀，发送数据可以看作是一个首尾相连的环，那么发送数据的滤波处理就是绕环处理的，可以改写均衡过程并得到均衡输出软信息为：

[0112]

[0113]

[0114] 其中，bk表示数据块中第k个比特。

[0115] (2c)假设定义L×L的快速傅里叶变换矩阵 矩阵F的第m行第k列的元素为 可以得到频域均衡的各参数及均衡过程为：

[0116]

[0117]

[0118]

[0119]

[0120] 进一步化简得到：

[0121]

[0122]

[0123] 其中，(·)*表示共轭，即 和 分别为Hk和Ck的共轭。

[0124] 相应的得到最佳估计和均衡输出软信息为：

[0125]

[0126]

[0127] (2d)非首次均衡采用基于软干扰抵消准则的均衡算法，可以得到最佳估计 和输出软信息分别为：

[0128]

[0129]

[0130] 其中，Eh表示信道能量，vk表示xk的方差，

[0131] 则频域均衡过程为：

[0132]

[0133] 进一步化简得到：

[0134]

[0135] 相应的得到最佳估计和均衡输出软信息为：

[0136]

[0137]

[0138] 步骤三，将各分集支路经过均衡后得到的均衡输出软信息按照软信息的计算特性进行合并，完成对各分集支路信号的合并，得到合并软信息；

[0139] 具体包括如下子步骤：

[0140] (3a)假设第i条分集支路信号关于第j个比特取值为0的概率为 第i条分集支路信号关于第j个比特取值为1的概率为 由M条分集支路各自的 和 可以计算得到
第j个比特取值为0或1的总概率 和 为：

[0141]

[0142] (3b)假设第i条分集支路信号经过均衡后得到的关于第j个比特的软信息为li,j，根据对数似然比信息的对数似然比定义得到：

[0143]

[0144] (3c)将各分集支路的对数似然比软信息进行合并，得到：

[0145]

[0146] 步骤四，将获得的合并软信息送入频域Turbo均衡的软输入软输出译码器中，采用最小和积译码算法完成迭代译码，获得译码结果和译码校验和，同时判断整体迭代次数和
译码校验和，若整体迭代次数达到迭代最大值或者译码校验和为0，则输出译码结果，结束
迭代；否则，将译码结果作为译码输出软信息等同的反馈给各个均衡器，进行下一次整体迭
代。

[0147] 具体包括如下子步骤：

[0148] (4a)假设由变量节点xj传递给校验节点zi的信息记做变量信息vij，由校验节点zi传递给变量节点xj的信息记做校验信息uij，变量节点xj的先验信息为uj，得到最小和积译码
算法的信息更新过程为：

[0149]

[0150]

[0151]

[0152] 其中，yj表示已知信息， 表示高斯信道方差，uij的初始值为0，M(j)为与变量节点xj相连的校验节点的集合，N(i)为与校验节点zi相连的变量节点的集合，M(j)\i表示除i
外与变量节点xj相连的校验节点的集合，N(i)\j表示除j外与校验节点zi相连的变量节点的
集合。

[0153] (4b)假设LDPC码的校验矩阵为H，对于最小和积译码算法，每一次的迭代译码过程采用 为判决准则进行译码，得到译码结果 同时计算伴随式 若伴随式
的值为0，输出译码结果和校验和 否则进入下一次迭代译码，直至迭代次数达到
最大迭代次数。

[0154] (4c)采用最小和积译码算法完成译码后，得到译码结果和译码校验和，判断整体迭代次数和译码校验和，若整体迭代次数达到最大值或者译码校验和为0，则输出译码结
果，结束整体迭代；否则，将译码结果作为译码输出软信息等同的反馈给各个均衡器，进行
下一次整体迭代。

[0155] 下面结合仿真结果对本发明的技术效果作详细的描述。

[0156] 1、仿真条件：

[0157] 在短波通信系统中，数据采用美军标MIL‑STD‑188‑110C下的600bps短交织波形，采用LDPC编码；均衡首次采用基于最小均方误差准则的线性均衡算法，非首次采用基于软
干扰抵消准则的均衡算法，译码采用最小和积译码算法；分集支路数目选取1、2、4和8四种
情况，记作1M、2M、4M和8M；信道采用瑞利信道，各个分集支路信号具有相同的信道条件，多
径时延为2.1ms，两径独立衰落，衰落率为1Hz。

[0158] 2、仿真内容分析：

[0159] 仿真结果如图5所示，从图5中可以明显看出，与不进行分集合并(M＝1)相比较，分集合并明显改善了系统的性能，同时随着分集支路数目M的增加，通信系统的性能获得较大
的改善。若以10^‑3的误码率进行比较，分集支路数目从M＝1到M＝2获得的分集增益约为
6.5dB，从M＝1到M＝4获得的分集增益约为11dB，从M＝1到M＝8获得的分集增益约为
14.5dB，从M＝2到M＝4获得的分集增益约为4.5dB，从M＝4到M＝8获得的分集增益约为3dB。
同时随着分集支路数目的增加，增加同等倍数的分集支路数目，获得的分集增益效果减小。

[0160] 应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系
统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备
和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁
盘、CD或DVD‑ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电
子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模
集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编
程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软
件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

[0161] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所
作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。