CN102299727B - 一种用于wlan跳频系统的交织方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于WLAN跳频系统的交织方法，属于通信信号处理技术领域。信息序列先变换成m×n的矩阵，而后根据信号序列的矩阵大小产生维度合适的素数码矩阵，依照此素数码矩阵序列对信号序列进行交织，用素数码交织后的信号矩阵变为信号序列后发送；接收端在接收到信号序列后先要将信号序列变换成与发送端相同维度的m×n矩阵，而后用与发送端同步的素数码矩阵对此信号矩阵进行解交织，解交织后的信号矩阵变换为信号序列后用于后期处理。本发明实现灵活，能够改善出现连串错误时超出纠错编码纠错能力的抗误码性能；对单音干扰存有较好的抑制效果；改善了现有技术的延时较高及存储量大的情况，同时改善跳频通信的抗干扰性能。

Description

一种用于WLAN跳频系统的交织方法

技术领域

本发明涉及一种用于WLAN跳频系统的交织方法，属于通信信号处理技术领域。

背景技术

近年来，无线宽带上网市场潜力巨大，无线局域网作为宽带无线网的重要组成部分，具有广阔的应用前景。无线局域网标准IEEE 802.11的物理层中，定义RF传输采用扩频调制技术，工作频段在2.4000～2.4835GHz，发收两端采用11位Barker作为扩频码序列，处理增益为10.4dB，跳频扩频载频受伪随机码的控制，在其工作带宽范围内，其频率随机改变。接收端的频率也随机变化，并保持与发射端的变化规律一致。出于成本的考虑，商用跳频系统跳速都比较慢，一般在50跳/秒以下。由于慢跳频系统实现简单，因此低速WLAN常常采用跳频技术。跳频扩频支持1Mb/s数据速率，共有22组跳频图案，包括79个信道。

跳频技术是当今在无线通信中被广泛应用的一种扩频通信技术。使用跳频通信时，传送信息所用的载波频率按某种跳频图案在一个宽频带内跳变，通常是通过使用跳频序列控制可变频率合成器来改变载波频率。跳频技术在抗干扰，尤其是人为干扰上，表现卓越，已经被军用通信广泛采用。传统的跳频技术在跳频速率很高时对载频的跳变精度以及跳变速率都要求严重控制，因此对设备复杂性要求很高。而采用交织技术的跳频系统图能够大幅度降低系统实现的复杂度。

现有的交织技术已经能明显降低复杂度，但由于其设计过于简单，所以在抗干扰上的效果并不理想。本发明的目的是在小幅加复杂度的前提下，改进现有跳频交织技术，使得WLAN跳频通信系统抗干扰方面起到更好的效果。

发明内容

本发明的目的在于通过降低WLAN跳频系统信息序列间的相关性来提高WLAN跳频通信系统的抗干扰性能，防止突发错误，提出了一种用于WLAN跳频系统的交织方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种用于WLAN跳频系统的交织方法，其步骤如下：

步骤一、发送端将WLAN跳频系统预发送的信源符号进行信道编码；

步骤二、发送端将步骤一进行信道编码后的信源信号送至素数码交织器进行交织，所述交织器使用素数码作为交织序列对信源符号进行交织；

步骤三、发送端将经步骤二交织后的信号进行调制与跳频，将数据送到不同的频率点上发送出，经无线信道到达接收端；

步骤四、接收端通过校正本地时钟实现与发射端时钟一致，即实现同步后，获取发送端跳频图案，将得到的发端跳频图案与步骤三输出的到达接收端的信号相乘，完成对接收的跳频信号解跳；

步骤五、接收端使用与步骤二相同的素数码对步骤四输出的解跳信号进行解交织；

步骤六、将步骤五所得的信号进行信道解码处理，得到信源发送的符号。

经过上述六个步骤即完成了WLAN中信息序列的素数码交织与解交织工作。

有益效果

本发明使用素数码族生成交织地址序列来实现WLAN跳频系统中的交织，实现灵活，不用刻意考虑矩阵维数的特点；能在小幅增加复杂度的同时，能够改善出现连串错误时超出纠错编码纠错能力的抗误码性能；对单音干扰存有较好的抑制效果；改善了现有WLAN跳频通信中交织技术的延时较高及存储量大的情况，可以放宽系统复杂度需求，以简化设备，同时改善跳频通信的抗干扰性能。

附图说明

图1是本发明中跳频通信系统的结构示意图；

图2是本发明交织方法的流程图；

图3是本发明实施例中抗单音干扰性能的仿真结果图，其中横坐标为信噪比。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明和详细描述。

图1是整个跳频通信系统的结构示意图，由图1可见，从信源发出的符号先要进行信道编码，而后再用信道编码后的符号和素数码矩阵相对应进行交织，交织后的序列便可送入跳频调制器处进行发射。信号经过信道到达接收端先要进行解跳，而后用与发送端严格同步的素数码矩阵对信号进行解交织，解交织后的序列进行信道解码便恢复出发送端发送的符号。

图2是本发明提出的交织方法的流程图。信息序列先要变换成m×n的矩阵，而后根据信号序列的矩阵大小产生维度合适的素数码矩阵，依照此素数码矩阵序列对信号序列进行交织。交织过程可以是按行对应，也可按列对应。用素数码交织后的信号矩阵要变为信号序列，而后便可发送。接收端在接收到信号序列后先要将信号序列变换成与发送端相同维度的m×n矩阵，而后用与发送短严格同步的素数码矩阵对此信号矩阵进行解交织，解交织后的信号矩阵变换为信号序列后就可以进行下一步的处理。

实施例

以存在单音干扰的WLAN跳频系统为例，对本发明的具体实施过程进行说明。

上述存在单音干扰的WLAN跳频系统的单音干扰频率偏移为400000Hz，干扰功率系数为0.011，噪声为高斯白噪声。

步骤一、将WLAN跳频系统的信源符号采用随机序列，共发送100000个点，每个频点发送1000bit，共发送100次；对此信源符号进行信道编码，信道编码采用(31，25)RS编码，编码后的速率为50kbps；

步骤二、将RS信道编码后的信号送至参数P＝41素数码矩阵交织器进行交织；

素数码序列的具体实现规则如下：

素数码是有限域域GF(P²)上模P乘法的结果，其生成表达式为k(m，l)＝ml(mod P)，且0＜m，l＜P；

其中P为素数，k表示纵坐标标号，m表示码字序号，l表示横坐标标号。

例如P＝5时构造的素数码如下表1所示。

表1 基于GF(P²)的素数码矩阵

交织方法交织地址序列采用素数码的矩阵中的非零值和非自然排序序列，即上表1中右下角所示的字体较粗、数字较大的3行、4列共12个数字，作为交织方法中的地址序列。本发明提出的交织方法要比行列交织简单和实现灵活。在交织过程中根据每组信息符号个数确定素数P的值，只要保证素数码矩阵的元素大于信息符号的个数即可。当交织进行到素数码矩阵的最后一列时往往信息符号的个数不够一列，此时只要在相应的列中依次挑出不大于所剩信息符号数目的元素组成地址序列即可。而行列交织要根据每次交织的信息符号的个数组成完整的矩阵，因此行和列的取值要经过准确的计算来确定。

步骤三、将上述交织后的信号进行调制与跳频，将数据送到不同的频率点上发送。具体参数及操作为：交织后的基带信号进行MSK调制，调制后信号变为I、Q两路。经过内插滤波器生成MSK中频信号，其中先要进行基带内插，在进行中频内插。中频标称频率为1MHz。而后进行跳频。跳频速率为8kbps，共64个频点随机选择。跳频频点为600kHz开始，5kHz为间隔，直到915kHz，此外还有32个备用频点，频点为920kHz开始，5k为间隔，直到1075kHz，共32个频点用于自适应选频。采样率为8MHz，基带数据采样率为800kHz；

步骤四、WLAN跳频系统的接收端同步后，得到了发送端的跳频图案。在接收发端发出的含干扰信号后，对跳频信号解跳；

步骤五、使用与发端参数P＝41相同的素数码对解跳信号后的信号进行解交织；

步骤六、对解交织后的信号进行信道解码处理，得到信源发送的符号。

本发明实施例中WLAN跳频系统的仿真结果图如图3所示，图中加单音干扰的干扰因子J＝0.012，频偏fp为400kHz，Eb/No变化范围为25到30，从图3可以看出本发明提出的基于素数族信息序列交织方法对单音干扰有较好的抑制效果，其抑制干扰的性能要好于普通的行列交织方法，而仅略低于随机交织的性能。

图3中的误码率数值都是经过20次、每次10⁶个数据量进行仿真并平均得到的。在信噪比从25dB到30dB变化时，无交织方法时的误码率曲线下降趋势相对比较缓慢，性能最差；行列交织的误码率曲线较平滑下降，性能稍好；素数码和平方素数码交织的误码率性能均好于行列交织，两条曲线有交叠，表明二者性能相当；伪随机交织性能最好，但随信噪比增大，曲线下降速度并没有素数码和平方素数码误码率曲线下降的快，这表明素数码族交织在信噪比较高时，性能逼近伪随机交织。从图3可以看出本文提出的交织方法对单音干扰有较好的抑制效果，其抑制干扰的性能要好于普通的行列交织方法，而与伪随机交织方法的性能相差不多。

表2 几种交织方法性能参数的比较

	相关系数	交织延时(ms)	存储量	不动点数目
					行列交织	1/620	0.214	1240	2
素数码交织	0	0.316	40	0
					平方素数码交织	0	0.181	48	0
伪随机交织	0	0.277	1240	0

通过表2可以看出素数码族交织在各方面都要优于行列交织，尤其在存储量上要明显好于行列交织。而本文提出的交织方法和伪随机交织相比在交织延时和存储量上也占有一定的优势，在存储量上的优势尤为明显。综合表2可以看出素数码交织和平方素数码交织在相关系数、交织延时和存储量上和常规的行列交织和伪随机交织相比要有比较大的优势。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种用于WLAN跳频系统的交织方法，在小幅加复杂度的前提下，通过降低WLAN跳频系统信息序列间的相关性来改进现有跳频交织技术，使得WLAN跳频通信系统抗干扰方面起到更好的效果，提高WLAN跳频通信系统的抗干扰性能，防止突发错误；其特征在于步骤如下： 

步骤一、发送端将WLAN跳频系统预发送的信源符号进行信道编码； 

步骤二、发送端将步骤一进行信道编码后的信源信号送至素数码交织器进行交织，所述交织器使用素数码作为交织序列对信源符号进行交织，交织地址序列采用素数码的矩阵中的非零值和非自然排序序列， 在交织过程中根据每组信息符号个数确定素数P的值，只要保证素数码矩阵的元素大于信息符号的个数即可，

素数码序列的具体实现规则如下： 

素数码是有限域域GF（P²）上模P乘法的结果，其生成表达式为k(m,l)=ml(mod P)，且0<m,l<P； 

其中P为素数，k表示纵坐标标号，m表示码字序号，l表示横坐标标号；

步骤三、发送端将经步骤二交织后的信号进行调制与跳频，将数据送到不同的频率点上发送； 

步骤四、接收端通过校正本地时钟实现与发射端时钟一致，即实现同步后，获取发送端跳频图案，将得到的发送端跳频图案与步骤三输出的到达接收端的信号相乘，完成对接收的跳频信号解跳； 

步骤五、接收端使用与步骤二相同的素数码对步骤四输出的解跳信号进行解交织； 

步骤六、将步骤五所得的信号进行信道解码处理，得到信源发送的符号。 

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