一种通信信号处理方法、装置、设备及存储介质

本发明涉及无线通信物理层传输，特别涉及一种通信信号处理方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、在深空测控、载人航天以及星-弹、弹-弹数据链路等典型通信场景中，通信环境都具有干扰强、信号衰减迅速等特征，且通常传输距离较远、有效载荷重量（功率）受限，需要接收机在极低信噪比条件下对信号进行正确解调接收。

2、高斯最小频移键控（gaussian minimum-shift keying，gmsk）具有包络恒定、频谱利用率高等优点，适用于存在邻道干扰、非线性功率放大器的通信系统，是测控链路中经典的调制方式，可作为上述通信场景下优良的调制波形选择。gmsk信号的解调方式可分为相干解调与非相干解调，相干解调方式需要进行严格的载波相位同步，整体系统实现复杂，抗干扰能力较弱；而非相干解调方式结构相对简单，对频偏和相偏具有较好的鲁棒性，且抗干扰能力更优，但是传统的非相干解调性能恶化较多。

3、扩频技术通过利用高码率的扩频序列扩展发送信号的频谱，在时频同步的基础上，接收机用相同的扩频序列恢复原始信号的同时抑制干扰，获得扩频增益，具有抗干扰能力强、可供多用户多址接入和截获概率低等优点，能够很好地适应上述通信场景的需求。在扩频系统中只有先将接收信号解扩以提高解调的输入信噪比，才能充分获得扩频增益，先解调后解扩的接收体制对于扩频增益的利用通常有限，在非相干解调中由于解调对噪声的放大作用，该现象尤为明显；而gmsk作为一种连续相位调制波形，其记忆性决定了用本地伪码序列与接收信号进行相关时无法获得相关峰，难以对信号进行先解扩后解调的处理。考虑gmsk波形与扩频技术的结合，相干解调与先解扩后解调的处理方式具有抗干扰能力弱和实现难度大的特点，因此，亟需研究能相对充分利用扩频增益的扩频方式与相对应的非相干接收处理方法。

4、现有gmsk扩频系统中的信号处理方式主要分两种：第一种方式面对难以先解扩后解调的难题，直接选择采用先解调后解扩的处理，在系统的调制解调两端增加扩频与解扩模块，通过以本地伪码序列与解调的输出进行相关，判决出原始信息序列，此种方式在扩频与解扩方法上已具备良好的知识基础，设计与实现复杂度低，且结构简单，便于直接融入收发系统架构中，但由于此种方式对接收信号先进行解调，其输入的信噪比没有得到提高，在较低信噪比下解调的误差限制了后端解扩模块的效益，不利于对扩频增益的利用。第二种方式则采用联合解调解扩的处理模式，在系统的调制前端增加扩频模块，且通过将相关方法结合于解调算法中，合并接收端的解调与解扩模块，接收信号经该模块可直接判决出原始信息序列，此种方式需要对联合解调解扩方法甚至扩频方法进行特定的算法设计，与第一种方式相比其设计与实现的复杂度较高，且通常需要对收发系统框架进行针对性的修改，但由于解调与解扩模块的联合，其信噪比损失更小，误差传递效应较不明显，与此同时扩频增益的损失更小。因此，如何能更充分地获取扩频增益，以实现极低信噪比条件下的可靠通信是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种通信信号处理方法、装置、设备及存储介质，能够更加充分地利用扩频增益，以保障极低信噪比条件下的可靠通信。其具体方案如下：

2、第一方面，本技术公开了一种通信信号处理方法，应用于发射端，包括：

3、基于通信信号的高斯最小频移键控波形的波形参数和扩频因子确定基准序列以及扩频序列；

4、将所述扩频序列与所述基准序列进行对应，并根据相应的对应关系构建扩频序列映射表；

5、根据所述基准序列以及所述扩频序列映射表对所述通信信号的原始信息序列进行移位映射，以得到扩频后序列，对所述扩频后序列进行调制，并将相应的调制后信号发送至接收端，以便所述接收端对所述调制后信号进行解调与解扩。

6、可选的，所述基于通信信号的高斯最小频移键控波形的波形参数和扩频因子确定基准序列以及扩频序列，包括：

7、确定所述高斯最小频移键控波形的高斯滤波器归一化带宽，并基于所述高斯滤波器归一化带宽确定码元数量；所述码元数量为对所述原始信息序列中的目标码元进行码间串扰时所述目标码元左右两侧码元的数量；

8、利用所述码元数量确定所述基准序列的长度以及扩频序列个数；

9、基于所述基准序列的长度以及所述通信信号的原始信息序列确定所述基准序列；

10、通过所述扩频因子以及所述扩频序列个数确定所述扩频序列。

11、可选的，所述通过所述扩频因子以及所述扩频序列个数确定所述扩频序列，包括：

12、通过所述扩频因子、所述扩频序列个数以及基于两个m序列循环移位异或生成的gold码确定所述扩频序列。

13、可选的，所述根据所述基准序列以及所述扩频序列映射表对所述通信信号的原始信息序列进行移位映射，以得到扩频后序列，包括：

14、基于所述基准序列以及预设比特对所述原始信息序列进行移位，确定移位后序列，并根据所述扩频序列映射表对所述移位后序列进行映射，以得到所述扩频后序列。

15、第二方面，本技术公开了一种通信信号处理方法，应用于接收端，包括：

16、确定扩频序列在高斯最小频移键控波形下对应的目标比特差分相位值，根据所述目标比特差分相位值构建差分相位表，利用所述差分相位表确定目标长度的扩频序列对应的差分相位数组；

17、接收发送端发送的调制后信号，对所述调制后信号进行目标比特差分相位检测，基于相应的差分相位检测值、所述差分相位数组以及最大似然译码算法确定通信信号的原始信息序列状态转移的最大似然路径；

18、基于所述扩频序列与基准序列的对应关系构建扩频序列映射表，根据所述扩频序列映射表与所述差分相位表的对应关系将所述最大似然路径映射至所述基准序列，以得到所述原始信息序列，完成对所述通信信号的解调与解扩；

19、其中，所述扩频序列和所述基准序列均为基于所述通信信号的高斯最小频移键控波形的波形参数和扩频因子确定的序列。

20、可选的，所述基于相应的差分相位检测值、所述差分相位数组以及最大似然译码算法确定通信信号的原始信息序列状态转移的最大似然路径，包括：

21、利用预设分支路径度量计算公式、所述差分相位检测值以及所述差分相位数组计算所述原始信息序列状态转移的分支路径度量；所述预设分支路径度量计算公式为：

22、；

23、其中，为状态sk转移至状态sk+1的所述分支路径度量；n为所述差分相位数组的长度；为所述差分相位检测值；为所述差分相位数组；为常数；

24、根据所述分支路径度量确定所述原始信息序列状态转移的总路径度量；

25、基于所述分支路径度量、所述总路径度量以及最大似然译码算法确定所述原始信息序列状态转移的最大似然路径。

26、可选的，所述根据所述分支路径度量确定所述原始信息序列状态转移的总路径度量，包括：

27、基于预设总路径度量计算公式以及所述分支路径度量计算所述原始信息序列状态转移的总路径度量；所述预设总路径度量计算公式为：

28、；

29、其中，为状态sk转移至状态sk+1的所述分支路径度量；为所述原始信息序列状态转移的总路径度量；为状态sk对应的路径度量。

30、可选的，所述基于所述分支路径度量、所述总路径度量以及最大似然译码算法确定所述原始信息序列状态转移的最大似然路径，包括：

31、基于所述分支路径度量以及所述总路径度量对所述原始信息序列进行前向状态转移，在前向状态转移的过程中将多条分支路径到达同一状态节点时所述总路径度量最小的目标路径进行保存；

32、在解调长度等于根据所述最大似然译码算法设定的回溯长度时，确定最小总路径度量，对所述最小总路径度量对应的状态进行回溯，以得到所述最大似然路径；所述最小总路径度量为各所述目标路径的总路径度量中的最小总路径度量。

33、第三方面，本技术公开了一种通信信号处理方法，应用于发送端，包括：

34、序列确定模块，用于基于通信信号的高斯最小频移键控波形的波形参数和扩频因子确定基准序列以及扩频序列；

35、映射表构建模块，用于将所述扩频序列与所述基准序列进行对应，并根据相应的对应关系构建扩频序列映射表；

36、调制后信号发送模块，用于根据所述基准序列以及所述扩频序列映射表对所述通信信号的原始信息序列进行移位映射，以得到扩频后序列，对所述扩频后序列进行调制，并将相应的调制后信号发送至接收端，以便所述接收端对所述调制后信号进行解调与解扩。

37、第四方面，本技术公开了一种通信信号处理方法，应用于接收端，包括：

38、相位表与数组确定模块，用于确定扩频序列在高斯最小频移键控波形下对应的目标比特差分相位值，根据所述目标比特差分相位值构建差分相位表，利用所述差分相位表确定目标长度的扩频序列对应的差分相位数组；

39、最大似然路径确定模块，用于接收发送端发送的调制后信号，对所述调制后信号进行目标比特差分相位检测，基于相应的差分相位检测值、所述差分相位数组以及最大似然译码算法确定通信信号的原始信息序列状态转移的最大似然路径；

40、解调与解扩模块，用于基于所述扩频序列与基准序列的对应关系构建扩频序列映射表，根据所述扩频序列映射表与所述差分相位表的对应关系将所述最大似然路径映射至所述基准序列，以得到所述原始信息序列，完成对所述通信信号的解调与解扩；

41、其中，所述扩频序列和所述基准序列均为基于所述通信信号的高斯最小频移键控波形的波形参数和扩频因子确定的序列。

42、第五方面，本技术公开了一种电子设备，包括：

43、存储器，用于保存计算机程序；

44、处理器，用于执行所述计算机程序，以实现如前述的通信信号处理方法。

45、第六方面，本技术公开了一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的通信信号处理方法。

46、本技术发射端首先基于通信信号的高斯最小频移键控波形的波形参数和扩频因子确定基准序列以及扩频序列；将所述扩频序列与所述基准序列进行对应，并根据相应的对应关系构建扩频序列映射表；根据所述基准序列以及所述扩频序列映射表对所述通信信号的原始信息序列进行移位映射，以得到扩频后序列，对所述扩频后序列进行调制，并将相应的调制后信号发送至接收端，以便所述接收端对所述调制后信号进行解调与解扩。可见，本技术通过构建时序上的状态转移，基于状态转移过程提出了移位映射的方法进行扩频，并将扩频后的信号发送至接收端进行解调解扩，这样一来，本技术能够实现不扩频以及不同扩频因子的收发通信，并且能够更加充分地利用扩频增益，以保障极低信噪比条件下的可靠通信。