一种基于低码率编译码的卫星通信抗干扰接入方法

本发明公开的一种基于低码率编译码的卫星通信抗干扰接入方法，尤其涉及利用低码率编译码抗干扰的方法，属于数字信号处理领域。

背景技术：

1、卫星通信系统可以提供无缝的无线覆盖，以补充和扩展陆地通信网络，正如最近的标准化工作所做的那样，预计将被纳入未来的无线网络，特别是6g及其他网络。近地轨道(leo)卫星通信的轨道高度小于2000公里，由于其在提供全球无线接入方面的潜力，最近获得了广泛的研究兴趣。与地球静止轨道通信系统相比，低轨卫星通信系统对功耗和传输信号延迟等方面的要求要低得多。稀疏码分多址接入(sparse code multiple access,scma)作为一种多址技术，可以满足未来通信中海量接入的需求，将其应用于卫星通信可以大大提高系统可容纳用户数，有效缓解频谱资源压力。

2、然而卫星通信链路的开放性使其容易受到外部恶意干扰的攻击，这将严重扰乱系统的正常工作。传统的跳频技术是有效的抗干扰手段，然而其仅能减少信号被干扰的概率，抗干扰能力有限。对此，基于低码率编译码能够利用编码约束，有效恢复被干扰信号的能力，提出了一种面向基于scma的卫星通信的抗干扰方法，有效提高了系统的抗干扰能力。这为基于scma的卫星通信发展提供了有力支撑。

技术实现思路

1、为了解决传统跳频抗干扰仅能减少信号被干扰的概率，抗干扰能力有限的问题，本发明目的是提供一种基于低码率编译码的卫星通信抗干扰接入方法，在发送端，对待发送信号进行turbo-hadamard低码率编码，将编码后的序列进行scma码本映射得到待发送符号序列，根据跳频图案将待发送符号序列进行跳频发送。在接收端，利用滤波器将被干扰频点置零，并进行解映射与译码，得到各用户发送信息序列。与传统跳频抗干扰技术相比，本发明利用编译码提供的编码增益提高卫星通信系统抗干扰性能。

2、本发明目的是通过下述技术方案实现的。

3、本发明公开的一种基于低码率编译码的卫星通信抗干扰接入方法，为发送端的每个用户分配唯一的scma映射码本，每个用户对待发送信息进行相同码率的turbo-hadamard编码后根据被分配的scma码本进行映射，得到多维待发送符号，根据设计的跳频图案，将每一个维度的符号信息调制到相应载波上进行发送。所有用户拥有相同的跳频图案。接收端根据接收信号中存在的功率差，有效识别被干扰符号并将其置零，然后将经过处理后的信号送入scma多用户检测器，得到每个用户的解调信息。turbo-hadamard译码器利用解调信息中未被干扰的部分，恢复部分被干扰的信息得到各用户发送信息，实现基于低码率编译码的卫星通信抗干扰接入，提高卫星通信系统的抗干扰能力。

4、本发明公开的一种基于低码率编译码的卫星通信抗干扰接入方法，包括如下步骤：

5、步骤一：确定卫星通信系统用户总数l，各用户turbo-hadamard编码的编码数据长度b，编码器阶数r和分量编码器个数m，并进行turbo-hadamard编码，得到编码码字c。

6、确定卫星通信系统用户总数l，各用户turbo-hadamard编码的编码数据长度b，第l个用户的长度为b的编码数据表示为bl＝[b1,b2,b3,…,bb]，其中l＝1,2,…,l。将bl经过不同的交织器π(m)交织后表示成b/r×r的矩阵形式，得到

7、

8、其中d(m)中所有元素b'ij∈bl，m＝1,2,…,m代表不同的分量编码器。对d(m)按行进行奇偶校验，并对得到的奇偶校验向量进行1/2码率的卷积编码得到长度为b/r的编码后检验比特向量q(m)＝[q1,q2,…,qb/r]t。对[d(m),q(m)]进行hadamard编码得到校验矩阵其中代表实数域。将每个分量编码器编码结果进行拼接得到编码码字c＝[d',q(1),p(1),q(2),p(2),…,q(m),p(m)]，其中d'为不经过交织器，直接将bl＝[b1,b2,b3,…,bb]表示为b/r×r的矩阵形式。按行发送码字c。

9、步骤二：各用户根据被分配的唯一用户码本χl进行scma映射，得到映射后的符号序列xl。

10、步骤二所述的用户码本χl表示为其中k代表码本维度，a代表调制进制数。根据调制进制数a，将log2(a)个比特映射为一个码字xa∈χl，得到映射后的符号序列其中x'i∈χl，i＝1,2,…,b/r/log2(a)，r代表编码码率。

11、步骤三：根据跳频图案φ将各用户待发送符号序列xl的每个维度信息调制到相应载波上。

12、步骤三所述的跳频图案中的每一跳对应k个载波。对第l个用户，第n跳对应的载波表示为{f1,f2,…,fk}，第n个待发送符号为每一跳对应一个符号，将待发送符号调制到相应载波上可得各用户发送调制后的符号序列给卫星。

13、步骤四：接收端接收l个用户的发送信号，记第z个接收信号为

14、步骤四所述的第z个接收信号为yz由下式表示：

15、

16、其中代表信道增益系数，diag(·)代表取对角元素。为服从于均值为0，方差为σ2的复高斯白噪声。j代表信道中存在的部分频带恶意干扰，若不存在信号传输频带内的恶意干扰，则j＝0。

17、步骤五：根据被干扰信号和无干扰信号间存在的功率差，检测跳频信号中被干扰的频点。利用滤波器将被干扰频点的信号置零，得到处理后的接收信号y'z。

18、步骤五所述的处理后的接收信号表示为

19、

20、步骤六：步骤五输出的信号y'z经过解跳处理后，被送入scma多用户检测器，多用户检测器利用函数节点和变量节点将解跳处理后的信号迭代交互处理，得到各个用户的解调软信息sl。

21、步骤六所述的经过解跳处理后的信号为

22、

23、对于j＝0的情况，采用mpa算法对y'z'进行scma多用户检测，scma多用户检测包括两个步骤。第一步根据下式从函数节点k向变量节点l传递消息，记为t表示第t次迭代。

24、

25、其中θk代表利用第k个维度载波进行消息传递的所有用户集合。θk\l代表除了第l个用户。

26、第二步根据下式从变量节点l向函数节点k传递消息，记为t表示第t次迭代。

27、

28、其中代表用户l传递消息所利用的所有载波的索引。代表除了第k个载波。w是归一化因子，保证用户发送各码字的概率和为1。在经过t次迭代之后，得到用户对应码字概率将码字概率带入下式得到第l个用户的第z个码字对应的比特软信息：

29、

30、对于j≠0的情况，直接将s'l,z(oi)置零，得到各用户的解调软信息sl＝[s'l,1,s'l,2,…,s'l,b/r]。

31、步骤七：利用各用户的解调软信息sl采用bcjr算法进行turbo-hardamard译码，利用turbo-hardamard译码增益恢复部分被干扰的信息，得到各用户译码软信息矩阵κl，所述用户译码软信息矩阵κl包括未被干扰的信息和恢复的部分被干扰信息，进而利用用户译码软信息矩阵κl提高卫星通信系统的抗干扰能力。

32、bcjr算法将各用户的解调软信息sl代入如下两个式子分别得到前、后向递推度量值α和β。

33、

34、其中代表分支度量。

35、其中：sk表示卷积码译码器对应的k时刻的状态，hj表示hadamard矩阵的第j行，a是与信道有关的常数，lak表示la的第k行，pk表示p的第k行，且代表信息比特的先验外信息矩阵，代表检验比特的先验对数似然比矩阵。据此，根据下式得到第l个用户未经过交织的信息矩阵d'中第k行、i列信息比特的译码软信息矩阵如下：

36、

37、其中k＝1,2,...,b/r，i＝1,2,…,r。

38、用户译码软信息矩阵κl包括未被干扰的信息和恢复的部分被干扰信息，进而利用用户译码软信息矩阵κl提高卫星通信系统的抗干扰能力。

39、步骤八：对步骤七得到的各用户译码软信息矩阵κl进行比特判决，根据比特判决结果得到译码后的信息比特即实现基于低码率编译码的卫星通信抗干扰接入。

40、对步骤七得到的各用户译码软信息矩阵κl进行如下判决，得到译码后的信息比特

41、

42、有益效果：

43、1、本发明公开的一种基于低码率编译码的卫星通信抗干扰接入方法，利用turbo-hadamard低码率编码能够提供高编码增益，从而纠正被干扰信号的特点，在发送端，对待发送信号进行turbo-hadamard低码率编码，之后将编码后的序列进行scma码本映射得到待发送符号序列，最后根据跳频图案将待发送符号序列进行跳频发送。在接收端，利用滤波器将被干扰频点置零，并进行解映射与译码，最终得到各用户发送信息序列。本发明能够解决传统跳频抗干扰技术仅能减少信号被干扰的概率，抗干扰能力有限的问题。提升卫星通信系统的抗干扰能力。

44、2、本发明公开的一种基于低码率编译码的卫星通信抗干扰接入方法，在发送端，对待发送信号进行turbo-hadamard低码率编码，将编码后的序列进行scma码本映射得到待发送符号序列，根据跳频图案将待发送符号序列进行跳频发送。在接收端，turbo-hadamard译码器利用解调信息中未被干扰的部分，恢复部分被干扰的信息得到各用户发送信息。与传统跳频抗干扰技术相比，本发明利用编译码提供的编码增益提高卫星通信系统抗干扰性能。

45、3、本发明公开的一种基于低码率编译码的卫星通信抗干扰接入方法，为发送端的每个用户分配唯一的scma映射码本，每个用户对待发送信息进行相同码率的turbo-hadamard编码后根据被分配的scma码本进行映射，得到多维待发送符号，根据设计的跳频图案，将每一个维度的符号信息调制到相应载波上进行发送。所有用户拥有相同的跳频图案。接收端根据接收信号中存在的功率差，有效识别被干扰符号。