CN110071752B - 一种短波多台站融合接收的低容错快速合并方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短波多台站融合接收的低容错快速合并方法，主要包括以下步骤：1)搭建短波通信***；所述短波通信***包括前端信号发送模块和短波多站点融合接收模块。2)所述前端信号发送模块向短波多站点融合接收模块发送短波信号。3)所述短波多站点融合接收模块对接收到的k路信号进行融合接收处理，从而还原短波信号。本专利针对分集接收中多路信号序列衰落独立性，在各路信号序列均存在低误差的情况下，采用信号序列间差异比特位交叉和多数判决的思路，建立短波多台站融合接收的低容错快速合并方法，无需信息重传，提升短波通信的可靠性和效率。

Description

一种短波多台站融合接收的低容错快速合并方法
技术领域
本发明涉及短波通信领域，具体是一种短波多台站融合接收的低容错快速合并方法。
背景技术
电离层短波信道的多径传播和时变特性导致短波接收信号具有深衰落现象，使信号电平下降达30-40dB，导致短波信号无法正常接收。人们常常采用交织、卷积码、Turbo码等信道编码检纠错或采用信道均衡，在一定程度下能够改善信号接收效果，但是信道衰落程度一旦趋于恶劣，如深衰落频次高、持续时间长，即使增加发射功率也不能改善接收效果，传统的点对点通信方式很难克服这种深衰落对信号质量带来的影响。
为了降低信道恶化时对短波通信接收的影响，人们采用短波分集接收，汇聚多个独立衰落的信号，实现多通道融合处理，有效提升短波链路的稳定性和可靠性。分集接收进一步可以划分为基于软值合并和硬值合并两种，其中，硬值合并是在信号解调后基于基带序列的差错校验，从多个支路中选择正确的一路输出，并在多个支路信号均有错误时进行重传，直到至少有一路正确为止。分集接收的硬合并能够达成近似无差错的信息通信，实现较为简单且对现有装设备改动较小，易于应用。
但是目前在短波通信中，在恶劣的短波信道环境下多通道的硬合并将因差错校验不理想而致信息多次重传，影响通信效果，且重传机制带来一定的***复杂性。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种短波多台站融合接收的低容错快速合并方法，主要包括以下步骤：
1)搭建短波通信***。所述短波通信***包括前端信号发送模块和短波多站点融合接收模块。
所述短波多站点融合接收模块主要包括k个收/发信台、k个短波调制解调器、IP链路和融合处理中心。
收/发信台和短波调制解调器一一匹配。
k个收/发信台接收前端信号发送模块发送的短波信号，记为接收模拟信号。k个收/发信台将接收模拟信号发送给匹配的短波调制解调器。
k个短波调制解调器将接收模拟信号转换为接收数字信号，分别记为接收数字信号序列A1，A2，…，Ak。1，2，…，k为序列号。
接收数字信号矩阵A如下所示：
Figure BDA0001988780550000021
式中，ak,n为第k个收/发信台接收到的第n个信号。Ar＝(ar,1,ar,2,…,ar,n),r＝1,2,…,k。且ar,1,ar,2,…,ar,n∈{0,1}。
k个短波调制解调器通过IP链路将接收数字信号序列A1，A2，…，Ak以数据包的形式发送给融合处理中心。
2)所述前端信号发送模块向短波多站点融合接收模块发送短波信号。
3)所述短波多站点融合接收模块对接收到的k路信号进行融合接收处理，从而还原短波信号。
短波多站点融合接收模块对接收到的多路信号进行融合接收处理的主要步骤如下：
3.1)融合处理中心接收到相同序列号的数据包后，对除去校验位的数据包进行CRC校验，检查是否发生误码，直至k个接收数字信号序列的数据包均校验完成。若存在任意一个接收数字信号序列的数据包无误码，则融合处理中心对无误的接收数字信号序列进行接收处理，并结束。若否，则转入步骤2。
3.2)对k的数值进行判别。若k＝2，则融合处理中心对2路接收数字信号序列进行两支路融合接收处理。若k>2，则融合处理中心对k路接收数字信号序列进行多支路融合接收处理。
a)进行两支路融合接收处理的主要步骤如下：
a.1)计算差异比特的序号集P，即：
Figure BDA0001988780550000022
式中，a1,p为接收数字信号序列A1的第p个数据。a2,p为接收数字信号序列A2的第p个数据。
a.2)基于差异比特的序号集P，对差异比特位逐一进行单比特交叉和检验，主要步骤为：
a.2.1)对接收数字信号序列A1＝(a1,1,…,a1,q,…,a1,n)和接收数字信号序列A2＝(a2,1,…,a2,q,…,a2,n)进行交叉互换，从而形成两个新的接收数字信号序列A′1＝(a1,1,a1,2,…,a2,q,…,a1,n-1,a1,n)和接收数字信号序列A′2＝(a2,1,a2,2,…,az1,q,…,a2,n-1,a2,n)。
其中，q∈P＝{p1,p2,…,pm}，q＝pi，初始值i＝1。m为差异比特位总数。
a.2.2)对数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2进行CRC校验。
a.2.3)若A′1或A′2校验码与接收到的校验码一致，则从中选择校验正确的一路信号作为最终的接收信号序列。
若A′1和A′2校验码与接收到的校验码均不一致，则令i＝i+1，并返回步骤a.2.1。
a.2.4)若i＝m，且A′1和A′2校验码与接收到的校验码均不一致，则转入双比特交叉与校验。
a.3)基于差异比特的序号集P，对差异比特位逐一进行双比特交叉与检验，主要步骤为：
a.3.1)对接收数字信号序列A1＝(a1,1,…,a1,q1,…,a1,q2,…,a1,n)和接收数字信号序列A2＝(a2,1,…,a2,q1,…,a2,q2,…,a2,n)进行交叉互换，从而形成两个新的接收数字信号序列
Figure BDA0001988780550000041
和接收数字信号序列
Figure BDA0001988780550000042
其中，q1∈P＝{p1,p2,…,pm}，q2∈P＝{p1,p2,…,pm}。q1＝pi,q2＝pj,。1≤i≤m,i+1≤j≤m。初始值i＝1,j＝2。
a.3.2)对接收数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2进行CRC校验。
a.3.3)若接收数字信号序列A′1或接收数字信号序列A′2校验码与接收到的校验码一致，则从中选择校验正确的一路信号作为融合处理的输出信号序列。
若接收数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2校验码与接收到的校验码均不一致，若接收数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2校验码与接收到的校验码均不一致，则令j＝j+1，并返回步骤3.1。
a.3.4)当j＝m时，令i＝i+1，并返回步骤3.1。
a.3.5)若i＝m-1，j＝m，且接收数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2校验码与接收到的校验码均不一致，则转从两路信号中随机选择一路作为融合处理的输出信号。
b)融合处理中心对k路接收数字信号序列进行多支路融合接收处理的主要步骤如下：
b.1)将k路接收数字信号序列组合为
Figure BDA0001988780550000043
组接收数字信号序列。
b.2)对一组接收数字信号序列进行两支路融合接收处理。
对每种组合按照前述方法进行比特交叉与校验，若出现正确校验信号序列即可中止，并将校验正确的信号序列作为融合处理的输出信号。
b.3)当所有接收数字信号序列选择完毕后，若单比特交叉与检验和双比特交叉与检验均不能获得正确的信号序列，则针对差异比特位，按照多数原则进行判决，从多路信号重构出新的数字信号序列，作为融合处理的输出信号，主要步骤为：
b.3.1)对k路接收数字信号序列的第e个数据进行判断，若比特位值为1，则写入集合
Figure BDA0001988780550000051
若比特位值为0，则写入集合
Figure BDA0001988780550000052
其中，1≤e≤n。
b.3.2)记集合Ne中元素个数为L(Ne)，集合Me中元素个数为L(Me)，基于多数原则对集合Ne和集合Me进行判决。
若L(Ne)≥L(Me)，则第e个比特位值be＝1。
若L(Ne)<L(Me)，则第e个比特位值be＝0。
b.3.3)形成k支路判决信号序列B＝{b1,b2,b3,…,bn}，将信号序列B作为融合处理的输出。
本发明的技术效果是毋庸置疑的。本专利针对分集接收中多路信号序列衰落独立性，在各路信号序列均存在低误差的情况下，采用信号序列间差异比特位交叉和多数判决的思路，建立短波多台站融合接收的低容错快速合并方法，无需信息重传，提升短波通信的可靠性和效率。
附图说明
图1为短波多通道融合接收架构；
图2为多路基带信号汇聚示意图；
图3为融合处理流程图；
图4为两支路信号单比特交叉互换示意图；
图5为两支路信号双比特交叉互换示意图；
图6为两支路融合接收算法流程图；
图7为两支路接收组合模式示意图；
图8为多支路融合接收算法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种短波多台站融合接收的低容错快速合并方法，主要包括以下步骤：
1)如图1所示，搭建短波通信***。所述短波通信***包括前端信号发送模块和短波多站点融合接收模块。
紧急情况下，前端电台发送信息被多个站点接收。当不同站点接收同一信息的衰落特性不相关时，各站点接收的信息通过地面传输网络汇聚至信息接收中心，进行融合处理后就能够取得稳定可靠的接收效果，消除单个短波站点接收不稳定和不可靠的影响，从而确保紧急上传信息及时可达。
所述短波多站点融合接收模块主要包括k个收/发信台、k个短波调制解调器、IP链路和融合处理中心。
收/发信台和短波调制解调器一一匹配。
k个收/发信台接收前端信号发送模块发送的短波信号，记为接收模拟信号。k个收/发信台将接收模拟信号发送给匹配的短波调制解调器。
k个短波调制解调器将接收模拟信号转换为接收数字信号，分别记为接收数字信号序列A1，A2，…，Ak。1，2，…，k为序列号。
接收数字信号矩阵A如下所示：
Figure BDA0001988780550000061
式中，ak,n为第k个收/发信台接收到的第n个信号。Ar＝(ar,1,ar,2,…,ar,n),r＝1,2,…,k。且ar,1,ar,2,…,ar,n∈{0,1}。接收数字信号矩阵A中的元素表示收/发信台接收到的信号。Ar表示第k个收/发信台接收到的信号序列。
k个短波调制解调器通过IP链路将接收数字信号序列A1，A2，…，Ak以数据包的形式发送给融合处理中心。多个接收支路信号经变频，由基带解调及信道译码后，形成0和1构成的数字信号序列，并汇聚于融合处理中心进行处理，如图2所示。
2)所述前端信号发送模块向短波多站点融合接收模块发送短波信号。
3)如图3所示，所述短波多站点融合接收模块对接收到的k路信号进行融合接收处理，从而还原短波信号。
短波多站点融合接收模块对接收到的多路信号进行融合接收处理的主要步骤如下：
3.1)融合处理中心接收到相同序列号的数据包后，对除去校验位的数据包进行CRC校验，检查是否发生误码，直至k个接收数字信号序列的数据包均校验完成。若存在任意一个接收数字信号序列的数据包无误码，则融合处理中心对无误的接收数字信号序列进行接收处理，并结束。若否，则转入步骤2。
3.2)对k的数值进行判别。若k＝2，则融合处理中心对2路接收数字信号序列进行两支路融合接收处理。若k>2，则融合处理中心对k路接收数字信号序列进行多支路融合接收处理。
a)进行两支路融合接收处理的主要步骤如下：
a.1)计算差异比特的序号集P，即：
Figure BDA0001988780550000071
式中，a1,p为接收数字信号序列A1的第p个数据。a2,p为接收数字信号序列A2的第p个数据。
a.2)如图6所示，基于差异比特的序号集P，对差异比特位逐一进行单比特交叉和检验，主要步骤为：
a.2.1)如图4所示，对接收数字信号序列A1＝(a1,1,…,a1,q,…,a1,n)和接收数字信号序列A2＝(a2,1,…,a2,q,…,a2,n)进行交叉互换，从而形成两个新的接收数字信号序列A′1＝(a1,1,a1,2,…,a2,q,…,a1,n-1,a1,n)和接收数字信号序列A′2＝(a2,1,a2,2,…,a1,q,…,a2,n-1,a2,n)。
其中，q∈P＝{p1,p2,…,pm}，q＝pi，初始值i＝1。
a.2.2)对数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2进行CRC校验。
a.2.3)若A′1或A′2校验码与接收到的校验码一致，则从中选择校验正确的一路信号作为最终的接收信号序列。
若A′1和A′2校验码与接收到的校验码均不一致，则令i＝i+1，并返回步骤a.2.1。
a.2.4)若i＝m，且A′1和A′2校验码与接收到的校验码均不一致，则转入双比特交叉与校验。
a.3)基于差异比特的序号集P，对差异比特位逐一进行双比特交叉与检验，主要步骤为：
a.3.1)如图5所示，对接收数字信号序列A1＝(a1,1,…,a1,q1,…,a1,q2,…,a1,n)和接收数字信号序列A2＝(a2,1,…,a2,q1,…,a2,q2,…,a2,n)进行交叉互换，从而形成两个新的接收数字信号序列
Figure BDA0001988780550000081
和接收数字信号序列
Figure BDA0001988780550000082
其中，q1∈P＝{p1,p2,…,pm}，q2∈P＝{p1,p2,…,pm}。q1＝pi,q2＝pj,。1≤i≤m,i+1≤j≤m。初始值i＝1,j＝2。
双比特交叉互换(q1,q2)一共有
Figure BDA0001988780550000083
种组合。
a.3.2)对接收数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2进行CRC校验。
a.3.3)若接收数字信号序列A′1或接收数字信号序列A′2校验码与接收到的校验码一致，则从中选择校验正确的一路信号作为融合处理的输出信号序列。
若接收数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2校验码与接收到的校验码均不一致，若接收数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2校验码与接收到的校验码均不一致，若接收数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2校验码与接收到的校验码均不一致，则令j＝j+1，并返回步骤3.1。
a.3.4)当j＝m时，令i＝i+1，并返回步骤3.1。
a.3.5)若i＝m-1，j＝m，且接收数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2校验码与接收到的校验码均不一致，则转从两路信号中随机选择一路作为融合处理的输出信号。
循环代码如下：
Figure BDA0001988780550000091
b)如图8所示，融合处理中心对k路接收数字信号序列进行多支路融合接收处理的主要步骤如下：
b.1)如图7所示，将k路接收数字信号序列组合为
Figure BDA0001988780550000092
组接收数字信号序列。图中一个连线代表一个2支路接收组合。
b.2)对一组接收数字信号序列进行两支路融合接收处理。
对每种组合按照前述方法进行比特交叉与校验，若出现正确校验信号序列即可中止，并将校验正确的信号序列作为融合处理的输出信号。
b.3)当所有接收数字信号序列选择完毕后，若单比特交叉与检验和双比特交叉与检验均不能获得正确的信号序列，则针对差异比特位，按照多数原则进行判决，从多路信号重构出新的数字信号序列，作为融合处理的输出信号，主要步骤为：
b.3.1)对k路接收数字信号序列的第e个数据进行判断，若比特位值为1，则写入集合
Figure BDA0001988780550000101
若比特位值为0，则写入集合
Figure BDA0001988780550000102
其中，1≤e≤n。
b.3.2)记集合Ne中元素个数为L(Ne)，集合Me中元素个数为L(Me)，基于多数原则对集合Ne和集合Me进行判决。
若L(Ne)≥L(Me)，则第e个比特位值be＝1。
若L(Ne)<L(Me)，则第e个比特位值be＝0。
b.3.3)形成k支路判决信号序列B＝{b1,b2,b3,…,bn}，将信号序列B作为融合处理的输出。
例如k＝3时，接收数字信号序列A1＝[1，1，1，0，0，1，0,1]，接收数字信号序列A2＝[1，1，1，1，1，0，0,1]，接收数字信号序列A3＝[1，0，1，1，1，1，0,1]，则第1个元素对应的集合Ne＝[1,1,1]，集合Me为空。
第2个元素对应的集合Ne＝[1,1]，集合Me＝[0]。
第3个元素对应的集合Ne＝[1,1,1]，集合Me为空。
第4个元素对应的集合Ne＝[1,1]，集合Me＝[0]。
第5个元素对应的集合Ne＝[1,1]，集合Me＝[0]。
第6个元素对应的集合Ne＝[1,1]，集合Me＝[0]。
第7个元素对应的集合Ne为空，集合Me为＝[0，0，0]。
第8个元素对应的集合Ne＝[1,1,1]，集合Me为空。
因此，B＝{1,1,1,1,1,0,1}。

Claims (2)

1.一种短波多台站融合接收的低容错快速合并方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)搭建短波通信***；所述短波通信***包括前端信号发送模块和短波多站点融合接收模块；
所述短波多站点融合接收模块包括k个收/发信台、k个短波调制解调器、IP链路和融合处理中心；
收/发信台和短波调制解调器一一匹配；
k个收/发信台接收前端信号发送模块发送的短波信号，记为接收模拟信号；k个收/发信台将接收模拟信号发送给匹配的短波调制解调器；
k个短波调制解调器将接收模拟信号转换为接收数字信号，分别记为接收数字信号序列A1，A2，...，Ak；1，2，...，k为序列号；
接收数字信号矩阵A如下所示：
Figure FDA0003644471500000011
式中，ak，n为第k个收/发信台接收到的第n个信号；Ar＝(ar，1，ar，2，...，ar，n)，r＝1，2，...，k；且ar，1，ar，2，...，ar，n∈{0，1}；
k个短波调制解调器通过IP链路将接收数字信号序列A1，A2，...，Ak以数据包的形式发送给融合处理中心；
2)所述前端信号发送模块向短波多站点融合接收模块发送短波信号；
3)所述短波多站点融合接收模块对接收到的k路信号进行融合接收处理，从而还原短波信号；
融合处理中心对k路接收数字信号序列进行多支路融合接收处理的步骤如下：
3.1)将k路接收数字信号序列组合为
Figure FDA0003644471500000012
组接收数字信号序列；k＞2：
3.2)对一组接收数字信号序列进行两支路融合接收处理；
进行两支路融合接收处理的步骤如下：
3.2.1)计算差异比特的序号集P，即：
Figure FDA0003644471500000021
式中，a1，p为接收数字信号序列A1的第p个数据；a2，p为接收数字信号序列A2的第p个数据；
3.2.2)基于差异比特的序号集P，对差异比特位逐一进行单比特交叉和检验，步骤为：
3.2.2.1)对接收数字信号序列A1＝(a1，1，...，a1，q，...，a1，n)和接收数字信号序列A2＝(a2，1，...，a2，q，...，a2，n)进行交叉互换，从而形成两个新的接收数字信号序列A′1＝(a1，1，a1，2，...，a2，q，...，a1，n-1，a1，n)和接收数字信号序列A′2＝(a2，1，a2，2，...，a1，q，...，a2，n-1，a2，n)；
其中，q∈P＝{p1，p2，...，Pm}，q＝pi，初始值i＝1；m为差异比特位总数；
3.2.2.2)对数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2进行CRC校验；
3.2.2.3)若A′1或A′2校验码与接收到的校验码一致，则从中选择校验正确的一路信号作为最终的接收信号序列；
若A′1和A′2校验码与接收到的校验码均不一致，则令i＝i+1，并返回步骤3.2.2.1；
3.2.2.4)若i＝m，且A′1和A′2校验码与接收到的校验码均不一致，则转入双比特交叉与校验；
3.2.3)基于差异比特的序号集P，对差异比特位逐一进行双比特交叉与检验，步骤为：
3.2.3.1)对接收数字信号序列A1＝(a1，1，...，a1，q1，...，a1，q2，...，a1，n)和接收数字信号序列A2＝(a2，1，...，a2，q1，...，a2，q2，...，a2，n)进行交叉互换，从而形成两个新的接收数字信号序列
Figure FDA0003644471500000031
和接收数字信号序列
Figure FDA0003644471500000032
其中，q1∈P＝{p1，p2，...，pm}，q2∈P＝{p1，p2，...，Pm}；q1＝pi，q2＝pj，；1≤i≤m，i+1≤j≤m；初始值i＝1，j＝2；
3.2.3.2)对接收数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2进行CRC校验；
3.2.3.3)若接收数字信号序列A′1或接收数字信号序列A′2校验码与接收到的校验码一致，则从中选择校验正确的一路信号作为融合处理的输出信号序列；
若接收数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2校验码与接收到的校验码均不一致，则令j＝j+1，并返回步骤3.2.3.1；
3.2.3.4)当j＝m时，令i＝i+1，并返回步骤3.2.3.1；
3.2.3.5)若i＝m-1，j＝m，且接收数字信号序列A′1和接收数字信号序列A′2校验码与接收到的校验码均不一致，则转从两路信号中随机选择一路作为融合处理的输出信号；
对每种组合按照前述方法进行比特交叉与校验，若出现正确校验信号序列即可中止，并将校验正确的信号序列作为融合处理的输出信号；
3.3)当所有接收数字信号序列选择完毕后，若单比特交叉与检验和双比特交叉与检验均不能获得正确的信号序列，则针对差异比特位，按照多数原则进行判决，从多路信号重构出新的数字信号序列，作为融合处理的输出信号，步骤为：
3.3.1)对k路接收数字信号序列的第e个数据进行判断，若比特位值为1，则写入集合
Figure FDA0003644471500000041
若比特位值为0，则写入集合
Figure FDA0003644471500000042
其中，1≤e≤n；
3.3.2)记集合Ne中元素个数为L(Ne)，集合Me中元素个数为L(Me)，基于多数原则对集合Ne和集合Me进行判决；
若L(Ne)≥L(Me)，则第e个比特位值be＝1；
若L(Ne)＜L(Me)，则第e个比特位值be＝0；
3.3.3)形成k支路判决信号序列B＝{b1，b2，b3，...，bn}，将信号序列B作为融合处理的输出。
2.根据权利要求1所述的一种短波多台站融合接收的低容错快速合并方法，其特征在于，短波多站点融合接收模块对接收到的多路信号进行融合接收处理的步骤如下：
1)融合处理中心接收到相同序列号的数据包后，对除去校验位的数据包进行CRC校验，检查是否发生误码，直至k个接收数字信号序列的数据包均校验完成；若存在任意一个接收数字信号序列的数据包无误码，则融合处理中心对无误的接收数字信号序列进行接收处理，并结束；若否，则转入步骤2；
2)对k的数值进行判别；若k＝2，则融合处理中心对2路接收数字信号序列进行两支路融合接收处理；若k＞2，则融合处理中心对k路接收数字信号序列进行多支路融合接收处理。
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