一种基于改进APSK概率整形的卫星通信信号发送与接收方法

本发明属于卫星通信，具体涉及一种基于改进apsk概率整形的卫星通信信号发送与接收方法。

背景技术：

1、近年来，随着航空航天技术、卫星通信技术发展，低轨卫星通信系统在全世界范围内引起了广泛关注。低轨卫星通信系统需要采用高功率放大器和行波管放大器，因此低轨卫星信道模型具有典型的非线性特征，从而造成信号发生幅度失真和相位偏移。频段越高上述非线性问题越严重，已成为低轨卫星通信系统发展所面临的主要挑战。针对低轨卫星信道的非线性问题，通常选用包络恒定或包络起伏较小的调制方式，例如相移键控调制(phase shift keying,psk)。但随着低轨卫星频谱资源日益紧张和越来越高的通信系统容量需求，传统的低阶psk调制方式已经不能满足系统需求，而高阶幅度相移键控(amplitudephase shift keying,apsk)调制方式，因其独特的星座结构、较小的频谱扩展和快速滚降的高频特性，已成为低轨卫星通信系统调制技术的首选。当前，apsk调制技术已应用于欧洲电信标准化协会第二代数字卫星广播标准(digital video broadcasting-satellite-second generation,dvb-s2)中。

2、概率整形是apsk调制的优化技术，主要原理是将星座图外环的星座点以一定规则映射到靠近星座图原点的星座点上，降低星座图外环星座点出现概率，能够有效降低发送信号平均功率。

3、目前实现概率整形的方法主要有两种：第一种是在通信系统中增加分布匹配器和分布解匹配器，如学者buchali f在《rate adaptation and reach increase byprobabilistically shaped 64-qam:an experimental demonstration》中通过分布匹配器在信息比特序列星座映射前实现“外编码”，使星座映射后的各个符号出现的概率服从麦克斯韦-玻尔兹曼(maxwell-boltzmann,mb)分布，在此之后再附加前向纠错(forwarderror correction,fec)编码，在接收端通过fec译码后，使用分布解匹配器进行反映射“外译码”得到原信息比特序列。

4、第二种实现概率整形的方法是固定符号标签法，学者xing xu、bo liu等人在《arobust probabilistic shaping pon based on symbol-level labeling and rhombus-shaped modulation》中，对外环星座点添加标签，以一定的概率将外环星座点映射到内环星座点。

5、分布匹配器的成形方法适用于灵活性要求较高的网络以及实现超高调制阶数的概率整形，但实现成本较高且过程复杂；固定符号级标签的概率整形方法适用于低阶调制以及长距离的点对点通信，简单方便且成本较低，但不适用于高阶调制，并且存在多个标签映射到同一个星座点(多对一映射)的情况，从而引入了额外干扰。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种基于改进apsk概率整形的卫星通信信号发送与接收方法，包括以下步骤：

2、s1：发送端将信源随机生成的码长为l的信息比特序列t，依次采用概率整形和apsk调制，得到发送序列t′，其中，l为β的整数倍，β表示一个apsk符号所对应的二进制比特位数，调制阶数为m时，β＝log2(m)个二进制比特可以映射为一个apsk符号；

3、s11：将信息比特序列t以每β个比特为一组，进行划分，共得到个码组；

4、s12：依次对个码组最高位比特进行判决与处理，若最高位比特为“0”，则在信息比特序列t后依次附加比特“0”；若码组最高位比特为“1”，则在信息比特序列t后依次附加比特“1”，所有附加比特构成长度为的附加比特序列s，再将个码组的最高位比特置为“0”；

5、s13：根据当前信息比特序列长度l与附加比特序列长度确定填充“0”比特的位数f，得到长度为f的填充比特序列f；

6、s14：将信息比特序列t、附加比特序列s与填充比特序列f依次合并，得到码长为的发送序列t′；

7、s2：发送端将发送序列t′通过无线信道发送到接收端，接收端收到接收序列t″；

8、s3：接收端将发送序列t″依次进行apsk解调和逆概率整形，恢复得到原信息比特序列；

9、s31：将接收序列t″分段为序列a与序列b，忽略t″最后f位“0”比特；

10、s32：将序列a以每β个比特为一组，进行划分，共得到个码组；

11、s33：将个码组的最高位比特依次替换为序列b中比特，完成将序列a恢复为原信息比特序列。

12、本发明的有益效果：

13、本发明将长度为β整数倍的信息比特序列，依次采用概率整形和apsk调制实现发送过程，经过无线信道的接收信号依次进行apsk解调和逆概率整形，最终恢复原信息比特序列，通过附加比特信息实现了低复杂度的apsk概率整形，显著降低了apsk调制后发送信号的平均功率，若信号仍以概率整形前的总功率进行发送，则相当于扩大星座点之间的欧式距离，从而降低了apsk解调误码率，最终提高了低轨卫星通信系统的抗干扰能力。

技术特征：

1.一种基于改进apsk概率整形的卫星通信信号发送与接收方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于改进apsk概率整形的卫星通信信号发送与接收方法，其特征在于，所述附加比特序列s，包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于改进apsk概率整形的卫星通信信号发送与接收方法，其特征在于，所述码组最高位比特为信息比特序列t中第1，1+β，…，l+1-β个比特，其中，l表示信息比特序列t的码长，β表示一个apsk符号所对应的二进制比特位数。

4.根据权利要求1所述的一种基于改进apsk概率整形的卫星通信信号发送与接收方法，其特征在于，填充比特序列f填充比特序列f的长度f确定，包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于改进apsk概率整形的卫星通信信号发送与接收方法，其特征在于，将接收序列t″分段为序列a与序列b，包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于改进apsk概率整形的卫星通信信号发送与接收方法，其特征在于，将个码组的最高位比特依次替换为序列b中比特，包括：

技术总结本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及一种基于改进APSK概率整形的卫星通信信号发送与接收方法，包括：将长度为β整数倍的信息比特序列，依次采用概率整形和APSK调制实现发送过程，经过无线信道的接收信号依次进行APSK解调和逆概率整形，最终恢复原信息比特序列；本发明通过附加比特信息实现了低复杂度的APSK概率整形，显著降低了APSK调制后发送信号的平均功率，若信号仍以概率整形前的总功率进行发送，则相当于扩大星座点之间的欧式距离，从而降低了APSK解调误码率，最终提高了低轨卫星通信系统的抗干扰能力。技术研发人员：吴广富,陈畅霖,陈莉,张化川,向碧群,李云受保护的技术使用者：重庆邮电大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1