CN114615126B - 信号解调方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了信号解调方法、装置、设备、介质及产品。方法包括：接收到多跳信号时，获取多跳信号的跳频参数和编码参数，并构建因子图模型；利用最大似然估计算法和每跳信号对应的导频符号，确定每跳信号的相位值；基于相位值对每跳信号进行相位补偿，得到补偿信息；基于补偿信息和预设星座图，确定每跳信号的编码比特和编码比特的对数似然比信息；向译码器输入对数似然比信息，输出编码比特的后验信息；根据编码比特的后验信息和因子图模型，确定每跳信号的相位结果；将相位值更新为相位结果，并返回基于相位值对每跳信号进行相位补偿，得到补偿信息的步骤，直至迭代次数等于N，并确定第N次迭代时译码器输出的编码比特的后验信息为解调结果。
Description
技术领域
本申请属于通信技术领域，尤其涉及一种信号解调方法、装置、设备及介质。
背景技术
目前，随着各种电子通信设备的大量使用，频谱资源紧张，电子通信设备之间不可避免相互存在干扰，因而，抗干扰成为通信设备的重要问题。跳频是一种扩频通信方式，其本身具有良好的抗干扰能力，已广泛应用于军事领域和民用通信领域。
相关技术中，在跳频通信体制中，每跳信号的初始相位会发生随机变化，因此采用差分调制解调技术来克服每跳初始相位的随机性。但是，在采用差分调制解调技术对接收到的跳频信号进行解调时，在误码性能上会有损失，误码率也较高。
发明内容
本申请实施例提供一种信号解调方法、装置、设备及介质，能够解决相关技术中对接收到的跳频信号进行解调时，在误码性能上会有损失，误码率也较高的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种信号解调该方法，该方法包括：在接收到多跳信号的情况下，获取多跳信号对应的跳频参数和编码参数，其中，每跳信号包括导频符号和数据符号；根据多跳信号对应的跳频参数和编码参数构建因子图模型；利用最大似然估计算法和每跳信号对应的导频符号，确定每跳信号的相位值；基于相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号的补偿信息；基于每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息；向译码器输入编码比特的对数似然比信息，输出编码比特的后验信息；根据编码比特的后验信息和因子图模型，确定每跳信号的相位结果；将相位值更新为相位结果，并返回基于相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号对应的补偿信息的步骤，直至迭代次数等于N，并确定第N次迭代时译码器输出的编码比特的后验信息为解调结果，N为正整数。
在第一方面的一些可实现方式中，跳频参数包括跳频速率、载波速率、每跳信号中的导频符号数量，编码参数包括编码长度和编码方式。
在第一方面的一些可实现方式中，因子图模型包括编码比特变量节点、符号变量节点、初始相位变量节点、星座点映射函数节点、信道转移函数节点。
在第一方面的一些可实现方式中，根据编码比特的后验信息和因子图模型，确定每跳信号的相位结果，包括：根据编码比特的后验信息，计算因子图模型对应的右传递信息，其中，右传递信息为初始相位变量节点向右传递至符号变量节点的信息；根据右传递信息，计算因子图模型对应的左传递信息，其中，左传递信息为初始相位变量节点向左传递至符号变量节点的信息；根据左传递信息和右传递信息，计算因子图模型中符号变量节点传递至信道转移函数节点的目标信息；向预设相位估计模型输入目标信息，输出每跳信号的相位结果。
在第一方面的一些可实现方式中，向预设相位估计模型输入目标信息，输出每跳信号的相位结果，包括：根据目标信息，计算每跳信号对应的符号均值；根据每跳信号对应的符号均值，计算每跳信号对应的符号平均能量；根据每跳信号对应的符号平均能量和噪声功率，计算每跳信号的相位结果。
在第一方面的一些可实现方式中，基于每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息，包括：计算每跳信号的补偿信息与预设星座图中所有星座点之间的欧氏距离，得到数据符号软信息；根据数据符号软信息，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息。
在第一方面的一些可实现方式中，载波速率为跳频速率的正整数倍，编码长度大于第一和值，第一和值为每跳信号中导频符号与数据符号的数量和值。
第二方面，本申请实施例提供了一种信号解调装置，该装置包括：获取模块，用于在接收到多跳信号的情况下，获取多跳信号对应的跳频参数和编码参数，其中，每跳信号包括导频符号和数据符号；构建模块，用于根据多跳信号对应的跳频参数和编码参数构建因子图模型；确定模块，用于利用最大似然估计算法和每跳信号对应的导频符号，确定每跳信号的相位值；解调模块，用于基于相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号的补偿信息；确定模块，还用于基于每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息；译码模块，用于向译码器输入编码比特的对数似然比信息，输出编码比特的后验信息；相位估计模块，用于根据编码比特的后验信息和因子图模型，确定每跳信号的相位结果；迭代模块，用于将相位值更新为相位结果，并返回基于相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号对应的补偿信息的步骤，直至迭代次数等于N，并确定第N次迭代时译码器输出的编码比特的后验信息为解调结果，N为正整数。
在第二方面的一些可实现方式中，跳频参数包括跳频速率、载波速率、每跳信号中的导频符号数量，编码参数包括编码长度和编码方式。
在第二方面的一些可实现方式中，因子图模型包括编码比特变量节点、符号变量节点、初始相位变量节点、星座点映射函数节点、信道转移函数节点。
在第二方面的一些可实现方式中，相位估计模块包括：计算子模块，用于根据编码比特的后验信息，计算因子图模型对应的右传递信息，其中，右传递信息为初始相位变量节点向右传递至符号变量节点的信息；所述计算子模块，还用于根据右传递信息，计算因子图模型对应的左传递信息，其中，左传递信息为初始相位变量节点向左传递至符号变量节点的信息；所述计算子模块，还用于根据左传递信息和右传递信息，计算因子图模型中符号变量节点传递至信道转移函数节点的目标信息；输入输出子模块，用于向预设相位估计模型输入目标信息，输出每跳信号的相位结果。
在第二方面的一些可实现方式中，输入输出子模块包括：计算单元，用于根据目标信息，计算每跳信号对应的符号均值；所述计算单元，还用于根据每跳信号对应的符号均值，计算每跳信号对应的符号平均能量；所述计算单元，还用于根据每跳信号对应的符号平均能量和噪声功率，计算每跳信号的相位结果。
在第二方面的一些可实现方式中，计算单元具体用于：计算每跳信号的补偿信息与预设星座图中所有星座点之间的欧氏距离，得到数据符号软信息；根据数据符号软信息，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息。
在第二方面的一些可实现方式中，载波速率为跳频速率的正整数倍，编码长度大于第一和值，第一和值为每跳信号中导频符号与数据符号的数量和值。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；处理器执行计算机程序指令时实现如第一方面的任一项实施例中所示的信号解调方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如第一方面的任一项实施例中所示的信号解调方法的步骤。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，程序产品被存储在非易失的存储介质中，程序产品被至少一个处理器执行以实现如第一方面的任一项实施例中所示的信号解调方法的步骤。
本申请实施例的信号解调方法、装置、设备及介质，采用基于因子图的消息传递算法，将消息迭代引入跳频DQPSK解调中。具体地，在接收到多跳信号的情况下，首先基于多跳信号对应的跳频参数和编码参数构建因子图模型，并利用每跳信号对应的导频符号，确定每跳信号的相位值，该相位值即为信号的初始相位结果，因此可基于每跳信号对应的相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号的补偿信息。在此基础上，基于每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息(即码片外信息)，通过向译码器输入编码比特的对数似然比信息，输出编码比特的后验信息(即码片边信息)。这样，可以利用译码器输出的码片边信息和因子图模型，准确估计每跳信号的初始相位，确定每跳信号的相位结果。在后续每次迭代过程中，均将上述相位值更新为相位结果，并返回上述基于相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号对应的补偿信息等步骤，从而再次重新确定每跳信号的行为结果，直至迭代次数等于N完成迭代，并确定第N次迭代时译码器输出的编码比特的后验信息为数据符号的解调结果。由于每次迭代过程，上一次迭代得到的相位结果都应用于本次迭代，且经过传递后又增强了输入到译码器的码片外信息，因此可以提高译码的准确性，反复循环迭代，即可实现码字和相位的联合估计，使输入到译码器的码片外信息更加准确，提升解调结果的准确度，降低误码率。
附图说明
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作简单的介绍，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。
图1是本申请实施例提供的信号解调方法的流程示意图之一；
图2是本申请实施例提供的信号解调流程的示例的示意图之一；
图3是本申请实施例提供的信号解调流程的示例的示意图之二；
图4是本申请实施例提供的因子图模型的示例的示意图之一；
图5是本申请实施例提供的因子图模型的示例的示意图之二；
图6是本申请实施例提供的因子图模型的示例的示意图之三；
图7是本申请实施例提供的信号解调方法的流程示意图之二；
图8是本申请实施例提供的信号解调方法的流程示意图之三；
图9是本申请实施例提供的解调性能曲线的示例的示意图之一；
图10是本申请实施例提供的解调性能曲线的示例的示意图之二；
图11是本申请实施例提供的一种信号解调装置的结构示意图；
图12是本申请实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
如背景技术，在跳频通信体制中，每跳信号的初始相位会发生随机变化，极大增加了接收端恢复载波相位的难度，导致相干调制解调技术很难应用到跳频通信体制中，因此采用差分调制解调技术来克服每跳初始相位的随机性，例如跳频pi/4-DQPSK信号，通过相邻符号的相位差来传输信息比特。但是，在采用差分调制解调技术对接收到的跳频信号进行解调时，相比于相干解调技术在误码性能上会有损失，误码率也较高。
针对相关技术中出现的问题，本申请实施例提供了一种信号解调方法，采用基于因子图的消息传递算法，将消息迭代引入跳频DQPSK解调中。具体地，在接收到多跳信号的情况下，首先基于多跳信号对应的跳频参数和编码参数构建因子图模型，并利用每跳信号对应的导频符号，确定每跳信号的相位值，该相位值即为信号的初始相位结果，因此可基于每跳信号对应的相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号的补偿信息。在此基础上，基于每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息(即码片外信息)，通过向译码器输入编码比特的对数似然比信息，输出编码比特的后验信息(即码片边信息)。这样，可以利用译码器输出的码片边信息和因子图模型，准确估计每跳信号的初始相位，确定每跳信号的相位结果。在后续每次迭代过程中，均将上述相位值更新为相位结果，并返回上述基于相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号对应的补偿信息等步骤，从而再次重新确定每跳信号的行为结果，直至迭代次数等于N完成迭代，并确定第N次迭代时译码器输出的编码比特的后验信息为数据符号的解调结果。由于每次迭代过程，上一次迭代得到的相位结果都应用于本次迭代，且经过传递后又增强了输入到译码器的码片外信息，因此可以提高译码的准确性，反复循环迭代，即可实现码字和相位的联合估计，使输入到译码器的码片外信息更加准确，提升解调结果的准确度，降低误码率，解决了相关技术中对接收到的跳频信号进行解调时，在误码性能上会有损失，误码率也较高的问题。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的信号解调方法进行详细地说明。
图1是本申请实施例提供的一种信号解调方法的流程示意图，该信号解调方法的执行主体可以为信号解调装置。需要说明的是，上述执行主体并不构成对本申请的限定。
在这里，信号解调装置可以包括手机、平板电脑、一体机等具有通讯功能的设备，也可以包括虚拟机或模拟器模拟的设备，当然，还可以包括云服务器或者服务器集群等具有存储以及计算功能的设备。该信号解调装置可以为用于接收信号的接收端。
如图1所示，本申请实施例提供的信号解调方法可以包括步骤110-步骤150。
步骤110，在接收到多跳信号的情况下，获取多跳信号对应的跳频参数和编码参数。
具体地，该多跳信号可以为发送端在对基带信号进行编码、调制和跳频处理后所发出的携带有信息的跳频信号。其中，每跳信号均可以包括导频符号和数据符号，该数据符号可以为携带有信息的载荷符号。
示例性地，当调制技术为pi/4-DQPSK技术时，基带信号经过调制后，可以得到pi/4-DQPSK符号，该pi/4-DQPSK符号即为数据符号。
步骤120，根据多跳信号对应的跳频参数和编码参数构建因子图模型。
步骤130，利用最大似然估计算法和每跳信号对应的导频符号，确定每跳信号的相位值。
示例性地，每跳信号中包括4个导频符号，则在第一次迭代过程中，可以利用最大似然估计算法和4个导频符号，计算每跳信号的(初始)相位值
步骤140，基于相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号的补偿信息。
示例性地，在第一次迭代过程中，可以依据每跳信号对应的初始相位值对每跳信号进行相位补偿；在第l次迭代过程中，可以将相位值更新为第l-1次迭代时得到的相位估计结果/>根据每跳信号对应的/>对每跳信号进行相位补偿，例如，依据信号y(k)对应的/>对信号y(k)进行相位补偿后，可以得到y(k)的补偿结果/>ck表示因子图模型中第k个编码比特变量节点。
步骤150，基于每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息。
其中，该预设星座图可以与信号的调制方式相对应，例如，当信号的调制方式为pi/4-DQPSK，则预设星座图为pi/4-DQPSK星座图。
步骤160，向译码器输入编码比特的对数似然比信息，输出编码比特的后验信息。
步骤170，根据编码比特的后验信息和因子图模型，确定每跳信号的相位结果。
步骤180，判断迭代次数是否达到N，若是，执行步骤190；若否，将相位值更新为相位结果，并返回步骤140-步骤180，直至迭代次数等于N。
其中，N为正整数，N为预设迭代次数阈值，该预设迭代次数阈值具体可以根据需求进行设定，本申请在此不做具体限定。
步骤190，确定第N次迭代时译码器输出的编码比特的后验信息为解调结果。
示例性地，N为4，则信号解调装置在第4次迭代时，将步骤140的相位值替换为第3次迭代时确定的相位结果，并执行上述步骤140-步骤180，在步骤180中判断迭代次数达到4次，则确定第4次迭代时译码器输出的编码比特的后验信息为解调结果。
本申请实施例提供的信号解调方法，采用基于因子图的消息传递算法，将消息迭代引入跳频DQPSK解调中。具体地，在接收到多跳信号的情况下，首先基于多跳信号对应的跳频参数和编码参数构建因子图模型，并利用每跳信号对应的导频符号，确定每跳信号的相位值，该相位值即为信号的初始相位结果，因此可基于每跳信号对应的相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号的补偿信息。在此基础上，基于每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息(即码片外信息)，通过向译码器输入编码比特的对数似然比信息，输出编码比特的后验信息(即码片边信息)。这样，可以利用译码器输出的码片边信息和因子图模型，准确估计每跳信号的初始相位，确定每跳信号的相位结果。在后续每次迭代过程中，均将上述相位值更新为相位结果，并返回上述基于相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号对应的补偿信息等步骤，从而再次重新确定每跳信号的行为结果，直至迭代次数等于N完成迭代，并确定第N次迭代时译码器输出的编码比特的后验信息为数据符号的解调结果。由于每次迭代过程，上一次迭代得到的相位结果都应用于本次迭代，且经过传递后又增强了输入到译码器的码片外信息，因此可以提高译码的准确性，反复循环迭代，即可实现码字和相位的联合估计，使输入到译码器的码片外信息更加准确，提升解调结果的准确度，降低误码率。
下面结合具体的实施例，详细说明上述步骤的具体实现方式。
首先涉及步骤110，在接收到多跳信号的情况下，获取多跳信号对应的跳频参数和编码参数。
在本申请的一些实施例中，跳频参数可以包括跳频速率、载波速率、每跳信号中的导频符号数量，编码参数可以包括编码长度和编码方式。
其中，该编码方式可以为信道编码方式。
可选地，该信道编码方式可以包括但不限于：低密度奇偶校验码(Low DensityParity Check Code，LDPC)编码、极化码(Polar code)、Turbo码。
在一个示例中，多跳信号对应的跳频速率为每秒1000跳，载波速率为128ksps。如图2所示，原始信息为2560bit，经过码率为1/2的LDPC编码之后，得到编码长度为2560/(1/2)，即5120bit的码元信息；该码元信息在经过pi/4-DQPSK调制后，得到多跳信号，每跳信号对应1ms，1ms对应128个符号，因此每跳信号中包括128个符号，其中，前4个符号为导频符号，剩余124个符号为数据符号。
在另一个示例中，多跳信号对应的跳频速率为每秒5000跳，载波速率为160ksps。如图3所示，原始信息为320bit，经过码率为1/4的LDPC编码之后，得到编码长度为320/(1/4)，即1280bit的码元信息；该码元信息在经过pi/4-DQPSK调制后，得到多跳信号，每跳信号对应200us，200us对应32个符号，因此每跳信号中包含32个符号，其中，前3个符号为导频符号，剩余29个符号为数据符号。
可选地，载波速率可以为跳频速率的正整数倍，编码长度大于第一和值，第一和值为每跳信号中导频符号与数据符号的数量和值。
涉及步骤120，根据多跳信号对应的跳频参数和编码参数构建因子图模型。
具体地，若多跳信号对应的跳频参数和编码参数不同，则每跳信号中包含的导频符号数量和/或数据符号数量不同，相应地，构建出的因子图模型相应不同。
在本申请的一些实施例中，因子图模型可以包括编码比特变量节点、符号变量节点、初始相位变量节点、星座点映射函数节点、信道转移函数节点。
在一个实施例中，图4为本申请实施例提供的因子图模型的示例的示意图，如图4所示，c1…c2n为编码比特变量节点，ψ1…ψn为初始相位变量节点，x1…xn+1为符号变量节点，h1…hn+1为星座点映射函数节点，为信道转移函数节点，n为每跳信号中数据符号的数量，每跳信号中导频符号的数量为1。
在一个示例中，信号解调装置获取到多跳信号对应的跳频速率为每秒1000跳，载波速率为128ksps，每跳信号中导频符号的数量为4，编码长度为5120bit，则可以构建如图5所示的因子图模型。如图5所示，该因子图模型中包括编码比特变量节点c1…c248、初始相位变量节点ψ1…ψ124、符号变量节点x1…x128、星座点映射函数节点h1…h128和信道转移函数节点
在另一个示例中，信号解调装置获取到多跳信号对应的跳频速率为每秒5000跳，载波速率为160ksps，每跳信号中导频符号的数量为3，编码长度为1280bit，则可以构建如图6所示的因子图模型。如图6所示，该因子图模型中包括编码比特变量节点c1…c58、初始相位变量节点ψ1…ψ29、符号变量节点x1…x32、星座点映射函数节点h1…h32和信道转移函数节点
涉及步骤150，基于每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息。
在本申请的一些实施例中，图7是本申请实施例提供的另一种信号解调方法的流程示意图，步骤150可以包括图7所示的步骤710和步骤720。
步骤710，计算每跳信号的补偿信息与预设星座图中所有星座点之间的欧氏距离，得到数据符号软信息；
步骤720，根据数据符号软信息，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息。
其中，信号对应的编码比特，即为该跳信号中数据符号对应的编码比特，该编码比特为码元信息中与信号对应的目标码元信息。
示例性地，预设星座图为pi/4-DQPSK星座图，ck表示因子图模型中第k个编码比特变量节点，xk表示第k个符号变量节点。码元信息为5120bit，信号y(k)包括4个导频符号和124个数据符号，则在计算信号y(k)的补偿信息到pi/4-DQPSK星座图中各个星座点的欧式距离之后，可获得信号y(k)对应的数据符号软信息/>通过该数据符号软信息和pi/4-DQPSK星座图中的星座映射关系，可以确定5120bit的码元信息中与信号y(k)对应的目标码元信息(即编码比特)。由于1个数据符号对应2个bit，单跳信号y(k)中包括124个数据符号，因此信号y(k)对应的目标码元信息为248bit。在得到信号y(k)对应的编码比特之后，基于此，信号解调装置可以获取到信号y(k)对应的编码比特的对数似然比信息LLRl(n)。
涉及步骤160，向译码器输入编码比特的对数似然比信息，输出编码比特的后验信息。
示例性地，向译码器输入编码比特的对数似然比信息LLRl(n)之后，译码器可以输出编码比特的后验信息
涉及步骤170，根据编码比特的后验信息和因子图模型，确定每跳信号的相位结果。
在本申请的一些实施例中，图8是本申请实施例提供的另一种信号解调方法的流程示意图，步骤170可以包括图8所示的步骤810-步骤840。
步骤810，根据编码比特的后验信息，计算因子图模型对应的右传递信息。
其中，右传递信息为初始相位变量节点向右传递至符号变量节点的信息。
在一个实施例中，可以根据公式(1)计算因子图模型对应的右传递信息。
其中，l为迭代次数，ck表示因子图模型中第k个编码比特变量节点，c2k表示因子图模型中第2k个编码比特变量节点，c2k-1表示因子图模型中第2k-1个编码比特变量节点，xk表示第k个符号变量节点，xk-1表示第k-1个符号变量节点，为编码比特的后验信息，δ(·)表示狄拉克函数，/>表示右传递信息。
步骤820，根据右传递信息，计算因子图模型对应的左传递信息。
其中，左传递信息为初始相位变量节点向左传递至符号变量节点的信息。
在一个实施例中，可以根据公式(2)计算因子图模型对应的左传递信息。
其中，ψk表示第k个星座点映射函数节点，表示右传递信息，/>表示左传递信息。
步骤830，根据左传递信息和右传递信息，计算因子图模型中符号变量节点传递至信道转移函数节点的目标信息。
在一个实施例中，可以根据公式(3)计算目标信息。
其中，hk表示第k个信道转移函数节点，ψk+1表示第k+1个星座点映射函数节点，表示目标信息。
步骤840，向预设相位估计模型输入目标信息，输出每跳信号的相位结果。
在一个实施例中，步骤840可以具体包括下述步骤：
步骤1，根据目标信息，计算每跳信号对应的符号均值。
具体地，可以根据公式(4)计算每跳信号对应的符号均值。
其中，为目标信息，/>为符号均值。
步骤2，根据每跳信号对应的符号均值，计算每跳信号对应的符号平均能量。
具体地，可以根据公式(5)计算每跳信号对应的符号平均能量ρk。
步骤3，根据每跳信号对应的符号平均能量和噪声功率，计算每跳信号的相位结果。
具体地，可以根据公式(6)计算每跳信号对应的相位结果
其中，N为噪声功率，ρk为信号y(k)对应的符号平均能量。
在本申请实施例中，差分解调相比于相干解调在误码性能上会有损失，导致通信***的有效性减弱，而相干解调又要求对载波相位实现精确恢复，需要在每跳信号中***多个导频信号，导致每跳信号的导频开销过多，降低***传输效率。本申请实施例提供的信号解调方法，利用译码器输出的软信息(即编码比特的后验信息)进行消息传递，可以准确估计每跳信号的相位概率信息，得到相位结果，相位结果经过迭代又增强了输入到译码器的软信息，使输入到译码器的软信息更加准确，从而提高了信息比特的正确概率；比特的正确概率提升反过来又促进了相位估计精度，使得到的相位结果更加准确，解调器更加逼近相干解调性能。因此，本申请可以实现基于消息传递的跳频迭代解调技术，提高译码的准确性，相比于相关技术中的差分解调性能有较大提升，相比于差分解调性能有较大提升，在每跳信号仅***几个导频符号的情况下，尽可能逼近相干解调的性能，同时降低每跳信号的导频开销，提升***传输效率。
示例性地，图9为本申请实施例提供的解调性能曲线的示例的示意图，图9所示的解调性能曲线与图5所示的因子图模型相对应，在每跳信号仅***4个导频符号的情况下，如图9所示，横坐标为信号平均能量与功率谱密度的比值EbNo，纵坐标为误码率，曲线a为相干解调对应的解调性能曲线，曲线b为本申请实施例提供的信号解调方式对应的解调性能曲线，曲线c为差分解调对应的解调性能曲线，本申请实施例提供的信号解调方式比差分解调提升约1dB的解调性能，与相干解调的解调性能仅差0.3dB，逼近相干解调的性能。
示例性地，图10为本申请实施例提供的解调性能曲线的另一示例的示意图，图10所示的解调性能曲线与图6所示的因子图模型相对应，在每跳信号仅***3个导频符号的情况下，如图10所示，横坐标为信号平均能量与功率谱密度的比值EbNo，纵坐标为误码率，曲线a为相干解调对应的解调性能曲线，曲线b为本申请实施例提供的信号解调方式对应的解调性能曲线，曲线c为差分解调对应的解调性能曲线，本申请实施例提供的信号解调方式比差分解调提升约0.5dB的解调性能，与相干解调的解调性能仅差0.7dB，逼近相干解调的性能。
需要说明的是，本申请实施例提供的信号解调方法，可以应用于不同跳频速率和/或不同载波速率的场景下。
需要说明的是，本申请实施例提供的信号解调方法，执行主体可以为信号解调装置，或者该信号解调装置中的用于执行信号解调方法的控制模块。本申请实施例中以信号解调装置执行信号解调方法为例，说明本申请实施例提供的信号解调装置。下面对信号解调装置进行详细介绍。
图11是本申请实施例提供的一种信号解调装置的结构示意图。如图11所示，该信号解调装置1100可以包括：获取模块1110、构建模块1120、确定模块1130、解调模块1140、译码模块1150、相位估计模块1160、迭代模块1170。
其中，获取模块1110，用于在接收到多跳信号的情况下，获取多跳信号对应的跳频参数和编码参数，其中，每跳信号包括导频符号和数据符号；构建模块1120，用于根据多跳信号对应的跳频参数和编码参数构建因子图模型；确定模块1130，用于利用最大似然估计算法和每跳信号对应的导频符号，确定每跳信号的相位值；解调模块1140，用于基于相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号的补偿信息；确定模块1130，还用于基于每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息；译码模块1150，用于向译码器输入编码比特的对数似然比信息，输出编码比特的后验信息；相位估计模块1160，用于根据编码比特的后验信息和因子图模型，确定每跳信号的相位结果；迭代模块1170，用于将相位值更新为相位结果，并返回基于相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号对应的补偿信息的步骤，直至迭代次数等于N，并确定第N次迭代时译码器输出的编码比特的后验信息为解调结果，N为正整数。
在本申请的一些实施例中，跳频参数包括跳频速率、载波速率、每跳信号中的导频符号数量，编码参数包括编码长度和编码方式。
在本申请的一些实施例中，因子图模型包括编码比特变量节点、符号变量节点、初始相位变量节点、星座点映射函数节点、信道转移函数节点。
在本申请的一些实施例中，相位估计模块1160包括：计算子模块，用于根据编码比特的后验信息，计算因子图模型对应的右传递信息，其中，右传递信息为初始相位变量节点向右传递至符号变量节点的信息；所述计算子模块，还用于根据右传递信息，计算因子图模型对应的左传递信息，其中，左传递信息为初始相位变量节点向左传递至符号变量节点的信息；所述计算子模块，还用于根据左传递信息和右传递信息，计算因子图模型中符号变量节点传递至信道转移函数节点的目标信息；输入输出子模块，用于向预设相位估计模型输入目标信息，输出每跳信号的相位结果。
在本申请的一些实施例中，输入输出子模块包括：计算单元，用于根据目标信息，计算每跳信号对应的符号均值；所述计算单元，还用于根据每跳信号对应的符号均值，计算每跳信号对应的符号平均能量；所述计算单元，还用于根据每跳信号对应的符号平均能量和噪声功率，计算每跳信号的相位结果。
在本申请的一些实施例中，所述计算单元具体用于：计算每跳信号的补偿信息与预设星座图中所有星座点之间的欧氏距离，得到数据符号软信息；根据数据符号软信息，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息。
在本申请的一些实施例中，载波速率为跳频速率的正整数倍，编码长度大于第一和值，第一和值为每跳信号中导频符号与数据符号的数量和值。
本申请实施例的信号解调装置，采用基于因子图的消息传递算法，将消息迭代引入跳频DQPSK解调中。具体地，在接收到多跳信号的情况下，首先基于多跳信号对应的跳频参数和编码参数构建因子图模型，并利用每跳信号对应的导频符号，确定每跳信号的相位值，该相位值即为信号的初始相位结果，因此可基于每跳信号对应的相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号的补偿信息。在此基础上，基于每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定每跳信号对应的编码比特，以及编码比特的对数似然比信息(即码片外信息)，通过向译码器输入编码比特的对数似然比信息，输出编码比特的后验信息(即码片边信息)。这样，可以利用译码器输出的码片边信息和因子图模型，准确估计每跳信号的初始相位，确定每跳信号的相位结果。在后续每次迭代过程中，均将上述相位值更新为相位结果，并返回上述基于相位值，对每跳信号进行相位补偿，得到每跳信号对应的补偿信息等步骤，从而再次重新确定每跳信号的行为结果，直至迭代次数等于N完成迭代，并确定第N次迭代时译码器输出的编码比特的后验信息为数据符号的解调结果。由于每次迭代过程，上一次迭代得到的相位结果都应用于本次迭代，且经过传递后又增强了输入到译码器的码片外信息，因此可以提高译码的准确性，反复循环迭代，即可实现码字和相位的联合估计，使输入到译码器的码片外信息更加准确，提升解调结果的准确度，降低误码率。
本申请实施例中的信号解调装置可以是装置，也可以是终端中的部件、集成电路、或芯片。该装置可以是移动电子设备，也可以为非移动电子设备。示例性的，移动电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本或者个人数字助理(personaldigital assistant，PDA)等，非移动电子设备可以为服务器、网络附属存储器(NetworkAttached Storage，NAS)、个人计算机(personal computer，PC)、电视机(television，TV)、柜员机或者自助机等，本申请实施例不作具体限定。
本申请实施例中的信号解调装置可以为具有操作***的装置。该操作***可以为安卓(Android)操作***，可以为iOS操作***，还可以为其他可能的操作***，本申请实施例不作具体限定。
图12是本申请实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。
如图12所示，本实施例中的电子设备1200可以包括处理器1201以及存储有计算机程序指令的存储器1202。
具体地，上述处理器1201可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
存储器1202可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器1202可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器1202可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器1202可在综合网关容灾设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器1202是非易失性固态存储器。存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，磁盘存储介质设备，光存储介质设备，闪存设备，电气、光学或其他物理/有形的存储器存储设备。因此，通常，存储器包括一个或多个编码有包括计算机可执行指令的软件的有形(非暂态)计算机可读存储介质(例如，存储器设备)，并且当该软件被执行(例如，由一个或多个处理器)时，其可操作来执行参考根据本申请实施例的方法所描述的操作。
处理器1201通过读取并执行存储器1202中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种信号解调方法。
在一个示例中，电子设备1200还可以包括通信接口1203和总线1210。其中，如图12所示，处理器1201、存储器1202、通信接口1203通过总线1210连接并完成相互间的通信。
通信接口1203，主要用于实现本申请实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
总线1210包括硬件、软件或两者，将在线数据流量计费设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、***组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线1210可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。
本申请实施例提供的电子设备，能够实现图1-图10的方法实施例中信号解调装置所实现的各个过程，并能实现相同的技术效果，为避免重复，在此不再赘述。
结合上述实施例中的信号解调方法，本申请实施例可提供一种信号解调***，该信号解调***包括上述实施例中的电子设备。电子设备的具体内容可参见上述实施例中的相关说明，在此不再赘述。
另外，结合上述实施例中的信号解调方法，本申请实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质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上述实施例中的任意一种信号解调方法的步骤。
结合上述实施例中的信号解调方法，本申请实施例可提供一种计算机程序产品来实现。该(计算机)程序产品被存储在非易失的存储介质中，该程序产品被至少一个处理器执行时实现上述实施例中的任意一种信号解调方法的步骤。
需要明确的是，本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本申请的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本申请的精神后，做出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本申请的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是，本申请中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或***。但是，本申请不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
上面参考根据本公开的实施例的方法、装置(***)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各方面。应当理解，流程图和/或框图中的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理装置的处理器，以产生一种机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的这些指令使能对流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的实现。这种处理器可以是但不限于是通用处理器、专用处理器、特殊应用处理器或者现场可编程逻辑电路。还可理解，框图和/或流程图中的每个方框以及框图和/或流程图中的方框的组合，也可以由执行指定的功能或动作的专用硬件来实现，或可由专用硬件和计算机指令的组合来实现。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的***、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种信号解调方法，其特征在于，包括：
在接收到多跳信号的情况下，获取所述多跳信号对应的跳频参数和编码参数，其中，每跳信号包括导频符号和数据符号；
根据所述多跳信号对应的跳频参数和编码参数构建因子图模型；
利用最大似然估计算法和所述每跳信号对应的导频符号，确定所述每跳信号的相位值；
基于所述相位值，对所述每跳信号进行相位补偿，得到所述每跳信号的补偿信息；
基于所述每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定所述每跳信号对应的编码比特，以及所述编码比特的对数似然比信息；
向译码器输入所述编码比特的对数似然比信息，输出所述编码比特的后验信息；
根据所述编码比特的后验信息和所述因子图模型，确定每跳信号的相位结果；
将所述相位值更新为所述相位结果，并返回所述基于所述相位值，对所述每跳信号进行相位补偿，得到所述每跳信号的补偿信息的步骤，直至迭代次数等于N，并确定第N次迭代时所述译码器输出的编码比特的后验信息为解调结果，N为正整数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跳频参数包括跳频速率、载波速率、每跳信号中的导频符号数量，所述编码参数包括编码长度和编码方式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述因子图模型包括编码比特变量节点、符号变量节点、初始相位变量节点、星座点映射函数节点、信道转移函数节点。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述编码比特的后验信息和所述因子图模型，确定每跳信号的相位结果，包括：
根据所述编码比特的后验信息，计算所述因子图模型对应的右传递信息，其中，所述右传递信息为所述初始相位变量节点向右传递至所述符号变量节点的信息；
根据所述右传递信息，计算所述因子图模型对应的左传递信息，其中，所述左传递信息为所述初始相位变量节点向左传递至所述符号变量节点的信息；
根据所述左传递信息和所述右传递信息，计算所述因子图模型中所述符号变量节点传递至信道转移函数节点的目标信息；
向预设相位估计模型输入所述目标信息，输出所述每跳信号的相位结果。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述向预设相位估计模型输入所述目标信息，输出所述每跳信号的相位结果，包括：
根据所述目标信息，计算所述每跳信号对应的符号均值；
根据所述每跳信号对应的符号均值，计算所述每跳信号对应的符号平均能量；
根据所述每跳信号对应的符号平均能量和噪声功率，计算所述每跳信号的相位结果。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定所述每跳信号对应的编码比特，以及所述编码比特的对数似然比信息，包括：
计算所述每跳信号的补偿信息与预设星座图中所有星座点之间的欧氏距离，得到数据符号软信息；
根据所述数据符号软信息，确定所述每跳信号对应的编码比特，以及所述编码比特的对数似然比信息。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述载波速率为所述跳频速率的正整数倍，所述编码长度大于第一和值，所述第一和值为所述每跳信号中导频符号与数据符号的数量和值。
8.一种信号解调装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于在接收到多跳信号的情况下，获取所述多跳信号对应的跳频参数和编码参数，其中，每跳信号包括导频符号和数据符号；
构建模块，用于根据所述多跳信号对应的跳频参数和编码参数构建因子图模型；
确定模块，用于利用最大似然估计算法和所述每跳信号对应的导频符号，确定所述每跳信号的相位值；
解调模块，用于基于所述相位值，对所述每跳信号进行相位补偿，得到所述每跳信号的补偿信息；
所述确定模块，还用于基于所述每跳信号的补偿信息和预设星座图，确定所述每跳信号对应的编码比特，以及所述编码比特的对数似然比信息；
译码模块，用于向译码器输入所述编码比特的对数似然比信息，输出所述编码比特的后验信息；
相位估计模块，用于根据所述编码比特的后验信息和所述因子图模型，确定每跳信号的相位结果；
迭代模块，用于将所述相位值更新为所述相位结果，并返回所述基于所述相位值，对所述每跳信号进行相位补偿，得到所述每跳信号的补偿信息的步骤，直至迭代次数等于N，并确定第N次迭代时所述译码器输出的编码比特的后验信息为解调结果，N为正整数。
9.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；
所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求1-7任意一项所述的信号解调方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述的信号解调方法的步骤。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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