一種跳頻噴泉碼系統(tǒng)及其傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種跳頻噴泉碼系統(tǒng)及其傳輸方法，尤其涉及一種新型交織技術(shù)引入的跳頻噴泉碼系統(tǒng)的傳輸方法，屬于無線通信系統(tǒng)、通信信號處理及信道編譯碼等相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明中跳頻噴泉碼系統(tǒng)可以在一部分頻點受到干擾而完全阻塞的情況下傳輸數(shù)據(jù)，增強了通信系統(tǒng)在惡劣信道環(huán)境下的可靠性。本發(fā)明通過采用比特交織編碼調(diào)制技術(shù)，提升了系統(tǒng)的誤碼率性能。同時由于沒有增加冗余度，信息傳輸?shù)乃俾什粫艿接绊?。本發(fā)明中采用了比特級交織器，在敵方無法獲得交織規(guī)則的情況下，可以起到加密的作用，提高了信息傳輸?shù)陌踩取?br> 【專利說明】一種跳頻噴泉碼系統(tǒng)及其傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種跳頻噴泉碼系統(tǒng)及其傳輸方法，尤其涉及一種新型交織技術(shù)引入的跳頻噴泉碼系統(tǒng)的傳輸方法，屬于無線通信系統(tǒng)、通信信號處理及信道編譯碼等相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)今日益激烈的電子戰(zhàn)環(huán)境之中，如何在受到敵方干擾的復(fù)雜惡劣的信道環(huán)境下安全有效地傳輸數(shù)據(jù)，是目前軍用通信研究的熱點之一。跳頻通信技術(shù)使無線電發(fā)信頻率按隨機的順序和速度進行跳變，在敵方無法掌握跳變規(guī)律時，可以有效的避免所傳輸?shù)男畔⒈唤孬@。對于阻塞式寬帶干擾，部分頻點被干擾而無法傳輸信息，此時跳頻系統(tǒng)通常采用長交織和高冗余度的向前糾錯碼(FEC)技術(shù)以保證通信的可靠性。而隨著通信技術(shù)與信息傳輸需求的發(fā)展，在圖像、視頻和數(shù)據(jù)文件的傳輸中要求通信系統(tǒng)具有更高的傳輸速率和更低的誤碼率，同時，傳輸中受到干擾的信道帶寬也會不斷增加。此時，采用常規(guī)的長交織和高冗余FEC技術(shù)較難保證通信質(zhì)量，更無法有效地利用干擾環(huán)境下的信道容量。因此迫切需要研究新的技術(shù)手段來保證強干擾環(huán)境下跳頻通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。
[0003]噴泉編碼技術(shù)在刪除信道下可以取得良好的性能，而強干擾下的跳頻通信系統(tǒng)具有典型的刪除信道特點，所以近年來出現(xiàn)了采用噴泉碼的跳頻通信技術(shù)。在跳頻通信鏈路中，在整個通信頻段中如果存在若干不同的子頻段受到干擾而無法傳輸信息，那么這些頻段在被通信系統(tǒng)利用時，其信道可以作為刪除信道進行分析。通過噴泉碼編碼器，發(fā)送端可以生成無限個編碼符號并不斷發(fā)送，而譯碼器只需受到任意足夠多的編碼符號就能還原數(shù)據(jù)。因此，無論刪除信道的刪除概率多大，都可以通過編碼器不斷產(chǎn)生信號使譯碼器能夠受到足夠多的編碼符號，進而還原出發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0004]但是，跳頻噴泉碼技術(shù)仍有不完善的地方。由于除了受到干擾而阻塞的部分頻點可看作刪除信道以外，其他頻點上的信道仍然會受到噪聲及衰落的影響。盡管采用低碼率LDPC碼作為預(yù)編碼的Raptor噴泉碼具有一定的糾錯能力，在一定情況下系統(tǒng)傳輸誤碼率無法滿足實際需求。若采用卷積碼等糾錯碼可以降低系統(tǒng)的誤碼率，但將會加大系統(tǒng)編譯碼的復(fù)雜度，同時由于其會帶來新的冗余度，勢必會降低信息的傳輸速率。
[0005]為此，本申請中結(jié)合比特交織編碼調(diào)制(Bit-1nterleaved Coded Modulation,BICM)技術(shù)，改進跳頻噴泉碼系統(tǒng)，并探索新型傳輸方法。BICM技術(shù)最早應(yīng)用于提高通信系統(tǒng)在衰落信道中的性能，同時在AWGN信道中也有良好的表現(xiàn)。BICM技術(shù)通過在信道編碼器輸出與調(diào)制器之間引入比特交織器，提高了系統(tǒng)的編碼分集度。而且由于其沒有增加冗余度，可以在在不降低信息傳輸速率的情況下提高系統(tǒng)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于進一步提高跳頻通信系統(tǒng)的抗強干擾性能，將比特交織編碼調(diào)制技術(shù)運用于基于噴泉編碼的跳頻通信系統(tǒng)中，提出了一種新型跳頻噴泉碼系統(tǒng)及其傳輸方法，在不降低系統(tǒng)信息傳輸速率的情況下降低傳輸誤比特率，同時只帶來較小的系統(tǒng)復(fù)雜度增加。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0008]本發(fā)明的一種跳頻噴泉碼系統(tǒng)及其傳輸方法包括“一種跳頻噴泉碼系統(tǒng)”和“一種跳頻噴泉碼傳輸方法”兩方面。
[0009]本發(fā)明的一種跳頻噴泉碼系統(tǒng)，包括發(fā)射機、信道和接收機三部分；
[0010]其中，發(fā)射機包括信號源、噴泉信道編碼模塊、交織模塊、調(diào)制模塊和跳頻模塊；
[0011]信道為連續(xù)/隨機刪除信道；
[0012]接收機包括解跳頻模塊、信息解調(diào)模塊、解交織模塊、噴泉信道解碼模塊及判決統(tǒng)計模塊；
[0013]其連接關(guān)系為:發(fā)射機與信道相連，信道與接收機相連；發(fā)射機中，信號源的輸出傳給噴泉信道編碼模塊，噴泉信道編碼模塊的輸出傳給交織模塊，交織模塊的輸出傳給調(diào)制模塊，調(diào)制模塊的輸出傳給跳頻模塊；接收機中，解跳頻模塊的輸出傳給解調(diào)模塊，解調(diào)模塊的輸出傳給解交織模塊，解交織模塊的輸出傳給噴泉碼解碼模塊。
[0014]本發(fā)明的一種跳頻噴泉碼的傳輸方法，其步驟如下:
[0015]步驟一、發(fā)射機中信號源將待發(fā)送信息比特組成若干個長度為N比特的信息比特幀。
[0016]步驟二、噴泉碼編碼器對步驟一中生成的一個信息比特幀進行噴泉編碼，生成的噴泉編碼幀長度為K比特。編碼器不斷地對當(dāng)前信息比特幀進行噴泉編碼產(chǎn)生噴泉編碼幀，直到收到接收端發(fā)來的的反饋信息，開始對下一信息比特幀的噴泉編碼；
[0017]其中，步驟二中所述的噴泉編碼采用LT碼或Raptor碼；
[0018]步驟三、噴泉碼編碼器將步驟二中進行編碼后產(chǎn)生的噴泉編碼幀送至比特交織器中，以噴泉碼編碼的一幀為單位進行比特級交織。隨后將經(jīng)過比特交織的編碼幀按照MQAM調(diào)制類型的星座圖生成發(fā)送符號幀，其中M表示QAM調(diào)制的階數(shù)。經(jīng)過MQAM調(diào)制后生成的符號幀長度為Κ/M符號。
[0019]步驟四、將經(jīng)步驟三中生成符號幀通過跳頻調(diào)制器，按照跳頻頻率表將數(shù)據(jù)符號送到不同的頻率點上發(fā)送出，經(jīng)無線信道到達接收端；
[0020]步驟五、接收端通過校正本地時鐘實現(xiàn)與發(fā)射端時鐘達到一致，實現(xiàn)同步過程，使接收端的跳變頻率序列及跳變時間均與發(fā)射端相同，得到與發(fā)送端一致的跳頻圖案；
[0021]步驟六、接收端將步驟四中經(jīng)過無線信道到達接收端的信號生成接收符號幀，與步驟四中生成的跳頻圖案相乘，完成對接收的跳頻信號解跳，得到長度為Κ/M的符號幀；
[0022]步驟七、接收端將步驟六中生成的符號幀進行解調(diào)，得到接收比特信息幀，幀的長度為K比特。接收比特信息幀進入與發(fā)送端對應(yīng)的解交織器，對比特信息進行解交織，解交織長度為K比特。
[0023]步驟八、將步驟七中所得結(jié)交之后的比特信息幀進行噴泉碼譯碼，并檢測是其中是否還有不確定的比特位:若仍有不確定的比特位，則繼續(xù)本幀的噴泉譯碼；若檢測后沒有不確定的比特位，則向信源發(fā)送反饋信息，要求信源發(fā)送下一個信息比特幀。
[0024]經(jīng)過上述八個步驟即完成了噴泉碼跳頻通信系統(tǒng)一個幀的傳輸工作。
[0025]有益效果[0026]1、本發(fā)明中跳頻噴泉碼系統(tǒng)可以在一部分頻點受到干擾而完全阻塞的情況下傳輸數(shù)據(jù)，增強了通信系統(tǒng)在惡劣信道環(huán)境下的可靠性。
[0027]2、本發(fā)明通過采用比特交織編碼調(diào)制技術(shù)，提升了系統(tǒng)的誤碼率性能。同時由于沒有增加冗余度，信息傳輸?shù)乃俾什粫艿接绊憽?br> [0028]3、本發(fā)明中采用了比特級交織器，在敵方無法獲得交織規(guī)則的情況下，可以起到加密的作用，提高了信息傳輸?shù)陌踩取?br> 【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明的一種跳頻噴泉碼系統(tǒng)中發(fā)送機部分的組成示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明的一種跳頻噴泉碼系統(tǒng)中接收機部分的組成示意圖；
[0031]圖3為本發(fā)明實施例中在強干擾信道中傳輸?shù)男旁氡确抡娼Y(jié)果圖，其中橫坐標(biāo)為信噪比，被干擾的頻點占總頻點數(shù)的30% ；
[0032]圖4為本發(fā)明實施例中，能夠正確解碼時所需噴泉碼碼組發(fā)送個數(shù)的比較?！揪唧w實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明和詳細描述。
[0034]實施例
[0035]圖1和圖2是一種跳頻噴泉碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖1和圖2可見，從信源發(fā)出的比特信息首先進行噴泉碼編碼。本實施例中噴泉碼類型為Raptor碼，并采用LDPC碼進行預(yù)編碼。隨后，將編碼后的信號經(jīng)過比特交織器進行交織，交織后的比特信息送入調(diào)制器生成發(fā)送調(diào)制符號，再經(jīng)過跳頻調(diào)制器進行射頻調(diào)制發(fā)送至無線信道中。在進行跳頻調(diào)制的過程中，首先要根據(jù)預(yù)定的跳頻頻率表合成相應(yīng)頻率的載波，之后再將信息調(diào)制于載波之上。在接收端，接收機首先需要進行跳頻同步，再根據(jù)跳頻頻率表合成相應(yīng)頻率，采用相關(guān)解調(diào)法解調(diào)出信號符號，隨后經(jīng)過信息解調(diào)器解調(diào)出信息比特。信息比特序列經(jīng)過解交織器解交織后，送入噴泉譯碼器進行譯碼。本實施例中采用Raptor全局BP譯碼方式，同時進行噴泉碼的譯碼和LDPC的譯碼。經(jīng)過譯碼之后，系統(tǒng)即恢復(fù)了發(fā)送信息。
[0036]若信道中一部分頻點受到干擾而無法傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)送端發(fā)送的部分碼組將視為被信道刪除或發(fā)送不完整，這使得發(fā)送端的噴泉編碼器需要不斷生成碼組發(fā)射，直到接收端收到足夠多的碼組以還原原始信息時，向發(fā)送端發(fā)送反饋信息，發(fā)送端再進行下一幀的傳輸。
[0037]以新型跳頻噴泉碼系統(tǒng)在強干擾無線信道中傳輸信息的過程為例。假定無線信道收到寬帶阻塞式干擾，已無法傳輸信息干擾帶寬為a，收到干擾的頻點將無法正常的傳輸信息，以刪除信道模型進行處理，在接收端視此頻點上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為不確定。同時信道中存在高斯白噪聲，信噪比為SNR。
[0038]本實施例中的一種跳頻噴泉碼傳輸方法具體實現(xiàn)步驟如下:
[0039]步驟一、發(fā)射機中信號源將待發(fā)送信息比特組成長度為N=4250的信息比特幀。
[0040]步驟二、Raptor編碼的預(yù)編碼采用LDPC碼，碼率為0.85，由于信息幀碼長為4250比特，故編碼后每一幀的碼長K=5000比特。LT碼的度分布函數(shù)采用弱化后的Shokrollahi分布，如表I中所示，參數(shù)k=65535，輸出符號節(jié)點度的平均值a=5.87。[0041]表1優(yōu)化的Raptor碼輸出符號節(jié)點度分布
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種跳頻噴泉碼系統(tǒng),其特征在于:包括發(fā)射機、信道和接收機三部分； 其中，發(fā)射機包括信號源、噴泉信道編碼模塊、交織模塊、調(diào)制模塊和跳頻模塊； 信道為連續(xù)/隨機刪除信道； 接收機包括解跳頻模塊、信息解調(diào)模塊、解交織模塊、噴泉信道解碼模塊及判決統(tǒng)計模塊； 發(fā)射機與信道相連，信道與接收機相連；發(fā)射機中，信號源的輸出傳給噴泉信道編碼模塊，噴泉信道編碼模塊的輸出傳給交織模塊，交織模塊的輸出傳給調(diào)制模塊，調(diào)制模塊的輸出傳給跳頻模塊；接收機中，解跳頻模塊的輸出傳給解調(diào)模塊，解調(diào)模塊的輸出傳給解交織模塊，解交織模塊的輸出傳給噴泉碼解碼模塊。
2.—種跳頻噴泉碼的傳輸方法，其特征在于步驟如下: 步驟一、發(fā)射機中信號源將待發(fā)送信息比特組成若干個長度為N比特的信息比特幀；步驟二、噴泉碼編碼器對步驟一中生成的一個信息比特幀進行噴泉編碼，生成的噴泉編碼幀長度為K比特；編碼器不斷地對當(dāng)前信息比特幀進行噴泉編碼產(chǎn)生噴泉編碼幀，直到收到接收端發(fā)來的的反饋信息，開始對下一信息比特幀的噴泉編碼； 其中，步驟二中所述的噴泉編碼采用LT碼或Raptor碼； 步驟三、噴泉碼編碼器將步驟二中進行編碼后產(chǎn)生的噴泉編碼幀送至比特交織器中，以噴泉碼編碼的一幀為單位進行比特級交織；隨后將經(jīng)過比特交織的編碼幀按照MQAM調(diào)制類型的星座圖生成發(fā)送符號幀，其中M表示QAM調(diào)制的階數(shù)；經(jīng)過MQAM調(diào)制后生成的符號中貞長度為K/M符號； 步驟四、將經(jīng)步驟三中生成符號幀通過跳頻調(diào)制器，按照跳頻頻率表將數(shù)據(jù)符號送到不同的頻率點上發(fā)送出，經(jīng)無線信道到達接收端； 步驟五、接收端通過校正本地時鐘實現(xiàn)與發(fā)射端時鐘達到一致，實現(xiàn)同步過程，使接收端的跳變頻率序列及跳變時間均與發(fā)射端相同，得到與發(fā)送端一致的跳頻圖案； 步驟六、接收端將步驟四中經(jīng)過無線信道到達接收端的信號生成接收符號幀，與步驟四中生成的跳頻圖案相乘，完成對接收的跳頻信號解跳，得到長度為K/M的符號幀； 步驟七、接收端將步驟六中生成的符號幀進行解調(diào)，得到接收比特信息幀，幀的長度為K比特；接收比特信息幀進入與發(fā)送端對應(yīng)的解交織器，對比特信息進行解交織，解交織長度為K比特； 步驟八、將步驟七中所得結(jié)交之后的比特信息幀進行噴泉碼譯碼，并檢測是其中是否還有不確定的比特位:若仍有不確定的比特位，則繼續(xù)本幀的噴泉譯碼；若檢測后沒有不確定的比特位，則向信源發(fā)送反饋信息，要求信源發(fā)送下一個信息比特幀； 經(jīng)過上述八個步驟即完成了噴泉碼跳頻通信系統(tǒng)一個幀的傳輸工作。
【文檔編號】H04L1/00GK103532663SQ201310415020
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】卜祥元, 盧繼華, 張序琦 申請人:北京理工大學(xué)