CN102664705B - 一种飞行器数据链自适应编码调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种飞行器数据链自适应编码调制方法，其特征在于：根据飞行器数据链仿真需要选择适合的编码方法i种，调制方法j种，然后计算编码调制方法的吞吐量；通过计算机仿真，获得q种编码调制方法在高斯信道下的误码率仿真曲线，在误码率条件下q种编码调制方法中筛选出m种候选编码调制方法。本发明不仅能克服全数字仿真的缺点，而且能克服“拉距离”试验实验周期长，可重复性难，试验数据提取困难，试验成本高的不足，为以后飞行器数据链自适应编码调制技术的实际应用提供了可靠的依据，从而提高了飞行器数据链信息传输的有效性和可靠性。

Description

一种飞行器数据链自适应编码调制方法

技术领域

本发明涉及一种自适应编码调制方法，具体涉及一种飞行器数据链自适应编码调制方法，用于飞行器数据链信息传输的可靠性和有效性研究。

背景技术

编码调制方法已广泛用于飞行器数据链的信息传输，目前，飞行器数据链采用的编码方式和调制模式都比较简单，在复杂电磁环境下传输可靠性，传输速率与抗干扰能力有限。将自适应编码调制技术应用到飞行器数据链中，能根据飞行器信道状况自适应调整编码与调制模式，从而有效提高数据传输的有吞吐量。然而，传统的研究方法一般是以全数字仿真为主，这样很难逼真的反映飞行器数据链在真实场景下的性能。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种飞行器数据链自适应编码调制方法。

技术方案

一种飞行器数据链自适应编码调制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：根据飞行器数据链仿真需要选择适合的编码方法i种，调制方法j种，产生q种编码调制组合方法，其中，q＝i×j；然后计算编码调制方法的吞吐量R_n＝M_i×r_j，n∈(1，2，…q)，其中，M_i为调制方式，i＝0，1…，i；rj为编码码率，j＝0，1…，j；

步骤2：依据通过计算机仿真，获得q种编码调制方法在高斯信道下的误码率仿真曲线；式中：γ表示信噪比， 和β_n为经验系数，根据编码调制方法的不同依照编码调制方法确定，具体数值请参阅文献J.G.Proakis，”Digital Communications”，2nd.ed.McGraw-Hill，1989.；

步骤3：根据误码率仿真曲线确定q种编码调制方法在误码率P≤10^-5条件下的信噪比门限值γ₁，γ₂，…，γ_q，其所对应的编码调制方法的吞吐量大小分别为R₁，R₂，…R_q，通过以下2个条件从q种编码调制方法中筛选出m种候选编码调制方法：

①对吞吐量R大小相同的编码调制方法，选择信噪比门限值γ最小的编码调制方法，并将其他相同吞吐量的编码调制方法舍弃；

②将编码调制方法按照吞吐量R从小到大的顺序排列，其对应的信噪比门限值γ必须符合γ_n-1≤γ_n≤γ_n+1，n∈(1，2，…q-1)，将不符合这一条件的编码调制方法舍弃；

步骤4：从步骤3确定的m种候选编码调制方法中选择信噪比门限值最小的编码调制方法，以最小的编码调制方法对飞行器数据链信息进行编码调制，并将已调信号s(t)通过发射天线在微波暗室环境内向接收机发射，接收机接收的信号经调制和编码所相应的解调方法和译码算法进行解调译码，得到的码流序列为y(n)；

步骤5：在发送过程中，通过最大似然估计算法估计当前信道的信噪比

${\widehat{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{ML}}=\frac{{\hat{h}}^2}{{\widehat{\mathrm{\σ}}}^2}=\frac{{\left(\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}y\left(n\right)x\left(n\right)\right)}^2}{\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}y{\left(n\right)}^2-{\left(\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}y\left(n\right)x\left(n\right)\right)}^2}$

其中，表示信号功率，表示噪声功率，y(n)为接收码元序列，x(n)为发送码元序列，N为码元长度；

步骤6：将估计信噪比与信噪比门限γ1相比较：当时，说明在当前信道下，当前的编码调制方法无法满足数据正常传输，则不发送数据；当时，说明当前方法最适合于当前信道状况，则继续采用该编码调制方法；当时，说明信道发生变化，当前方法已不适合于当前信道状况，重复步骤4～5，重新选择与最接近的门限值γ₁(i＝1，2，…，m)所对应的编码调制方法。

所述编码方法包括BCH码、RS码、卷积码、Turbo码和LDPC码编码方式。

所述调制方法包括多进制MASK、MFSK、MPSK、M-APSK和MQAM调制模式。

有益效果

本发明提出的一种飞行器数据链自适应编码调制方法，不仅能克服全数字仿真的缺点，而且能克服“拉距离”试验实验周期长，可重复性难，试验数据提取困难，试验成本高的不足，为以后飞行器数据链自适应编码调制技术的实际应用提供了可靠的依据，从而提高了飞行器数据链信息传输的有效性和可靠性。

附图说明

图1：本发明方法的模型框图；

图2：本发明方法的设置示意图；

图3：不同编码调制方式的仿真误码率曲线；

图4：自适应编码调制方法的吞吐量。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

参见图1和图2，如其中的实施例所示，本发明所述半实物仿真技术，其实施过程如下：

1)根据飞行器数据链仿真需要选择表1中的10种编码和调制方法，计算其吞吐量R_n＝M_i×r_i，R_i(i≤0)，计算结果如表1所示；

2)依据通过计算机仿真，得到表1中的编码调制方法在高斯信道下误码率曲线，如图3所示，在误码率P≤10^-5条件下，确定各种编码调制方法的信噪比门限值γ_i，如表1所示。

3)由表1可知，编码调制方法的吞吐量R_i为(2/3，1，1，3/2，2，1，3/2，4/3，2，3)：

①对吞吐量大小相同的信噪比门限值进行比较，选择信噪比门限值最小的编码调制方法：

a.吞吐量都为1的编码调制方法共有3种，其信噪比门限值分别为γ₂＝2.6，γ₃＝7.4和γ₇＝1.8，则选择γ₇所对应的编码调制方法(1/2码率的LDPC编码方法和QPSK调制方法)作为候选编码调制方法；

b.吞吐量都为3/2的编码调制方法共有2种，其信噪比门限值分别为γ₄＝8.5和γ₈＝3.0，则选择γ₈所对应的编码调制方法(3/4码率的LDPC编码方法和QPSK调制方法)作为候选编码调制方法；

c.吞吐量都为2的编码调制方法共有2种，其信噪比门限值分别为γ₆＝11.9和γ₉＝6.9，则选择γ₉所对应的编码调制方法(1/2码率的LDPC编码方法和16QAM调制方法)作为候选编码调制方法；

②将吞吐量R按顺序从小到大排列：(2/3，1，3/2，4/3，2，3)，其对应的信噪比门限值为(1.4，1.8，3.0，10.8，6.9，11.5)。由于第4种编码调制方法(1/3码率的Turbo编码方法和16QAM调制方法)不符合从小到大的原则，故舍弃，从而最终筛选出5种候选编码调制方法，如表2所示。

4)用表2中信噪比门限值最小的编码调制方法(1/3码率的Turbo编码方法和QPSK调制方法)对飞行器数据链信息进行编码调制，将已调信号s(t)通过发射天线向微波暗室中接收机的一端发射，接收机收到的信号通过电缆送入信号分析仪FSQ26中，并由数据采集卡PMC-AX1065进行数据采集，然后进行相应的QPSK解调和Turbo译码；

在发送过程中，通过最大似然估计算法估计当前信道的信噪比

${\widehat{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{ML}}=\frac{{\hat{h}}^2}{{\widehat{\mathrm{\σ}}}^2}=\frac{{\left(\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}y\left(n\right)x\left(n\right)\right)}^2}{\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}y{\left(n\right)}^2-{\left(\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}y\left(n\right)x\left(n\right)\right)}^2}$

5)当前时刻信道的估计信噪比由计算可得值为2.9，通过与信噪比门限值γ1相比较，则选择第二种编码调制方法(1/2码率的LDPC编码方法和QPSK调制方法)进行编码调制，并重复过程4～5。

6)将过程4～5重复四次，得到的值分别为7.3、5.1、7.6和8.2，按上述方法选择出与信道状况相符合的编码调制方法进行编码调制，整个时间段内的数据吞吐量曲线如图4所示，与非自适应编码调制方法相比，自适应编码调制方法提高了飞行器数据链信息传输的吞吐量。

表1编码调制方法

表2候选编码调制方法

Claims (3)

1.一种飞行器数据链自适应编码调制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：根据飞行器数据链仿真需要选择适合的编码方法i种，调制方法j种，产生q种编码调制组合方法，其中，q＝i×j；然后计算编码调制方法的吞吐量R_n＝M_i×r_j，n∈(1,2,…q)，其中，M_i为调制方式的码元信息量，i＝0,1…,i；r_j为编码码率，j＝0,1…,j；

步骤2：依据，通过计算机仿真，获得q种编码调制方法在高斯信道下的误码率仿真曲线；式中：γ表示信噪比，，和β_n为经验系数，根据编码调制方法的不同依照编码调制方法确定；

步骤3：根据误码率仿真曲线确定q种编码调制方法在误码率P≤10^-5条件下的信噪比门限值γ₁,γ₂,…,γ_q，其所对应的编码调制方法的吞吐量大小分别为R₁,R₂,…R_q，通过以下2个条件从q种编码调制方法中筛选出m种候选编码调制方法：

①对吞吐量R大小相同的编码调制方法，选择信噪比门限值γ最小的编码调制方法，并将其他相同吞吐量的编码调制方法舍弃；

②将编码调制方法按照吞吐量R从小到大的顺序排列，其对应的信噪比门限值γ必须符合γ_n-1≤γ_n≤γ_n+1，n∈(1,2,…q-1)，将不符合这一条件的编码调制方法舍弃；

其中选择的m种候选编码调制方法所对应的信噪比门限值为γ₁,…,γ_m，按照从小到大的顺序排列；

步骤4：从步骤3确定的m种候选编码调制方法中选择信噪比门限值最小的编码调制方法，以最小的编码调制方法对飞行器数据链信息进行编码调制，并将已调信号s(t)通过发射天线在微波暗室环境内向接收机发射，接收机接收的信号经调制和编码所相应的解调方法和译码算法进行解调译码，得到的码流序列为y(n)；

步骤5：在发送过程中，通过最大似然估计算法估计当前信道的信噪比

${\widehat{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{ML}}=\frac{{\hat{h}}^2}{{\widehat{\mathrm{\σ}}}^2}=\frac{{\left(\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}y\left(n\right)x\left(n\right)\right)}^2}{\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}y{\left(n\right)}^2-{\left(\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}y\left(n\right)x\left(n\right)\right)}^2}$

其中，表示信号功率，表示噪声功率，y(n)为接收码元序列，x(n)为发送码元序列，N为码元长度；

步骤6：将估计信噪比与信噪比门限γ₁相比较：当时，说明在当前信道下，当前的编码调制方法无法满足数据正常传输，则不发送数据；当时，说明当前方法最适合于当前信道状况，则继续采用该编码调制方法；当时，则选择γ₂对应的编码调制方法，进行编码调制，重复步骤4～5，选择出与计算得到的值的信道状况相符合的编码调制方法进行编码调制。

2.根据权利要求1所述飞行器数据链自适应编码调制方法，其特征在于：所述编码方法包括BCH码、RS码、卷积码、Turbo码和LDPC码编码方式。

3.根据权利要求1所述飞行器数据链自适应编码调制方法，其特征在于：所述调制方法包括多进制MASK、MFSK、MPSK、M-APSK和MQAM调制模式。