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(diǎn)受到干擾而完全阻塞的情況下傳輸數(shù)據(jù)，增強(qiáng)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(shí)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(diǎn)之一。跳頻通信技術(shù)使無線電發(fā)信頻率按隨機(jī)的順序和速度進(jìn)行跳變，在敵方無法掌握跳變規(guī)律時(shí)，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(diǎn)被干擾而無法傳輸信息，此時(shí)跳頻系統(tǒng)通常采用長交織和高冗余度的向前糾錯(cuò)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(shí)，傳輸中受到干擾的信道帶寬也會不斷增加。此時(shí)，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(qiáng)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(qiáng)干擾下的跳頻通信系統(tǒng)具有典型的刪除信道特點(diǎn)，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(gè)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(shí)，其信道可以作為刪除信道進(jìn)行分析。通過噴泉碼編碼器，發(fā)送端可以生成無限個(gè)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(jìn)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(diǎn)可看作刪除信道以外，其他頻點(diǎn)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(cuò)能力，在一定情況下系統(tǒng)傳輸誤碼率無法滿足實(shí)際需求。若采用卷積碼等糾錯(cuò)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(shí)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(jìn)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(shí)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(jìn)一步提高跳頻通信系統(tǒng)的抗強(qiáng)干擾性能，將比特交織編碼調(diào)制技術(shù)運(yùn)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(shí)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(shí)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(jī)、信道和接收機(jī)三部分；
[0010]其中，發(fā)射機(jī)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(jī)刪除信道；
[0012]接收機(jī)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(jì)模塊；
[0013]其連接關(guān)系為:發(fā)射機(jī)與信道相連，信道與接收機(jī)相連；發(fā)射機(jī)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(jī)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(jī)中信號源將待發(fā)送信息比特組成若干個(gè)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(gè)信息比特幀進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)上發(fā)送出，經(jīng)無線信道到達(dá)接收端；
[0020]步驟五、接收端通過校正本地時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)與發(fā)射端時(shí)鐘達(dá)到一致，實(shí)現(xiàn)同步過程，使接收端的跳變頻率序列及跳變時(shí)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(dá)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(jìn)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(jìn)入與發(fā)送端對應(yīng)的解交織器，對比特信息進(jìn)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(jìn)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(gè)信息比特幀。
[0024]經(jīng)過上述八個(gè)步驟即完成了噴泉碼跳頻通信系統(tǒng)一個(gè)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(diǎn)受到干擾而完全阻塞的情況下傳輸數(shù)據(jù)，增強(qiáng)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(shí)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(jī)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(jī)部分的組成示意圖；
[0031]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中在強(qiáng)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(diǎn)占總頻點(diǎn)數(shù)的30% ；
[0032]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中，能夠正確解碼時(shí)所需噴泉碼碼組發(fā)送個(gè)數(shù)的比較?！揪唧w實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明和詳細(xì)描述。
[0034]實(shí)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(jìn)行噴泉碼編碼。本實(shí)施例中噴泉碼類型為Raptor碼，并采用LDPC碼進(jìn)行預(yù)編碼。隨后，將編碼后的信號經(jīng)過比特交織器進(jìn)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(jìn)行射頻調(diào)制發(fā)送至無線信道中。在進(jìn)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(jī)首先需要進(jìn)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(jìn)行譯碼。本實(shí)施例中采用Raptor全局BP譯碼方式，同時(shí)進(jìn)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(diǎn)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(shí)，向發(fā)送端發(fā)送反饋信息，發(fā)送端再進(jìn)行下一幀的傳輸。
[0037]以新型跳頻噴泉碼系統(tǒng)在強(qiáng)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(diǎn)將無法正常的傳輸信息，以刪除信道模型進(jìn)行處理，在接收端視此頻點(diǎn)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為不確定。同時(shí)信道中存在高斯白噪聲，信噪比為SNR。
[0038]本實(shí)施例中的一種跳頻噴泉碼傳輸方法具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0039]步驟一、發(fā)射機(jī)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(diǎn)度的平均值a=5.87。[0041]表1優(yōu)化的Raptor碼輸出符號節(jié)點(diǎn)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(jī)、信道和接收機(jī)三部分； 其中，發(fā)射機(jī)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(jī)刪除信道； 接收機(jī)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(jì)模塊； 發(fā)射機(jī)與信道相連，信道與接收機(jī)相連；發(fā)射機(jī)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(jī)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(jī)中信號源將待發(fā)送信息比特組成若干個(gè)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(gè)信息比特幀進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)上發(fā)送出，經(jīng)無線信道到達(dá)接收端； 步驟五、接收端通過校正本地時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)與發(fā)射端時(shí)鐘達(dá)到一致，實(shí)現(xiàn)同步過程，使接收端的跳變頻率序列及跳變時(shí)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(dá)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(jìn)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(jìn)入與發(fā)送端對應(yīng)的解交織器，對比特信息進(jìn)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(jìn)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(gè)信息比特幀； 經(jīng)過上述八個(gè)步驟即完成了噴泉碼跳頻通信系統(tǒng)一個(gè)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)