CN104601292B - 基于校验计算的自适应ldpc编码调制方案的优化选择方法 - Google Patents

Abstract

基于校验计算的自适应LDPC编码调制方案的优化选择方法，属于飞行试验遥测数据无线传输技术领域。本发明解决了现有的方法不能解决无线通信链路质量动态变化情况下，最优化LDPC码率和调制方案的确定问题。本发明的技术方案为：机载收发器首先根据地面站收发器反馈的校验结果，对编码码率和调制方案进行相应的迭代的调整和校验判断策略，最终确定最优的编码码率和调制方案。实现动态的LDPC编码码率和调制方案最优选择，从而保证遥测数据无线传输的可靠性和高速性。本发明可以应用在基于其它信道编码和调制方案的飞行试验遥测数据双向无线传输等场合。

Description

基于校验计算的自适应LDPC编码调制方案的优化选择方法

技术领域

本发明涉及一种自适应LDPC编码调制方案的优化选择方法，特别涉及一种基于校验计算的自适应LDPC编码调制方案的优化选择方法，属于飞行试验遥测数据无线传输技术领域。

背景技术

飞行试验中，机载测试网络的机载收发器与地面站收发器之间的无线通信链路质量是动态变化的，给遥测数据双向无线传输提出了严峻挑战。LDPC码为低密度奇偶校验码(Low-Density Parity Check Code，LDPC)。针对动态的链路质量，动态LDPC码率和调制方案的最优化选择对于遥测数据无线传输的可靠性和宽带化具有重要意义，因此，解决无线通信链路质量动态变化情况下，最优化LDPC码率和调制方案的确定问题是本领域的研究热点。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于校验计算的自适应LDPC编码调制方案的优化选择方法，以解决针对现有的方法不能解决无线通信链路质量动态变化情况下，最优化LDPC码率和调制方案的确定问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本发明所述的基于校验计算的自适应LDPC编码调制方案的优化选择方法，是按照以下步骤实现的：

步骤一、机载收发器随机选定LDPC码的编码码率R_i和调制方案D_i，1≤i≤I,i∈N，i为编码码率和调制方案的序号，I为最大序号，N表示整数集合，并将编码码率R_i和调制方案D_i通过机载收发器内的无线射频电路发送给地面站收发器；

步骤二、机载收发器设定编码数据序列长度为l，根据编码码率R_i和数据序列长度l得到生成矩阵G，并以此对遥测数据序列S＝{u₁,u₂,u₃,...,u_n,...u_l}进行编码，得到编码结果C＝S*G，u_n为遥测数据序列S中第n个遥测数据，n为遥测数据的序号且有1≤_n≤l，c_k表示编码结果C中第k个数据，k为编码结果C中c_k的序号，且有1≤k≤l/R_i；

步骤三、机载收发器依据调制方案D_i对编码结果C进行调制，得到调制后的载波信号，并通过其内部的无线射频电路将调制后的载波信号变换为无线信号，发送给地面站收发器；

步骤四、地面站收发器接收来自机载收发器的无线信号，依据D_i对应的解调方案对来自机载收发器的无线信号进行解调，得到解调结果并根据生成矩阵G得到对应的校验矩阵H，G与H满足H*G^T＝0的关系，对解调结果进行校验计算，并通过无线射频电路将校验结果发送给机载收发器；

步骤五、机载收发器接收并判断来自地面站收发器的校验结果V是否正确，若校验结果正确，执行步骤六，否则执行步骤七；

步骤六、机载收发器减小一次编码码率R_i和调制方案D_i，通过无线射频电路将编码码率R_i和调制方案D_i发送给地面站收发器，并依次执行步骤二、三、四和八；

步骤七、机载收发器增大一次编码码率R_i和调制方案D_i，通过无线射频电路将编码码率R_i和调制方案D_i发送给地面站收发器，并依次执行步骤二、三、四和九；

步骤八、机载收发器根据来自地面站收发器反馈的校验结果V，执行相应的动作，若校验结果正确，判断R_i和D_i是否为最小，R_i和D_i不为最小则执行步骤六，R_i和D_i为最小，则当前的编码码率R_i和调制方案D_i分别为最优的编码码率和调制方案；若校验结果错误，机载收发器增大一次编码码率R_i和调制方案D_i，增大一次后的编码码率R_i和调制方案D_i分别为最优的编码码率和调制方案；

步骤九、机载收发器根据来自地面站收发器反馈的校验结果V，执行相应的动作，若校验结果正确，则当前的编码码率R_i和调制方案D_i即分别为最优的编码码率和调制方案；若校验结果错误，当R_i和D_i不是最大则执行步骤七，当R_i和D_i是最大则当前的编码码率R_i和调制方案D_i即分别为最优的编码码率和调制方案。

本发明的有益效果是：

1、机载收发器根据地面端反馈的校验结果，动态确定最优的LDPC编码码率和调制方案，从而实现了飞行试验遥测数据传输吞吐量的最大化，相对于经典的混合自动请求重发机制，最高可提高吞吐量达到512倍；

2、本发明所采用的最优化LDPC码率和调制方案的确定方法，保证了通信的可靠性，即最大程度上保证了飞行试验数据传输的可靠性。

附图说明

图1为本发明中机载收发器工作流程图；

图2为本发明中地面站收发器工作流程图；

图3为本发明实施例中BPSK调制的星座图，1v表示归一化的相位幅度。当基带数据是“0”时，发送归一化幅度相位0度的载波，对应图3中1v的相位点，当基带数据是“1”时，发送归一化幅度相位180度的载波，对应图3中-1v的相位点；

图4为本发明的执行步骤流程图。

具体实施方式

结合附图进一步详细说明本发明的具体实施方式。

具体实施方式一：下面结合图1、图2、图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于校验计算的自适应LDPC编码调制方案的优化选择方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤一、机载收发器随机选定LDPC码的编码码率R_i和调制方案D_i，1≤i≤I,i∈N，i为编码码率和调制方案的序号，I为最大序号，N表示整数集合，并将编码码率R_i和调制方案D_i通过机载收发器内的无线射频电路发送给地面站收发器；

步骤二、机载收发器设定编码数据序列长度为l，且为机载收发器和地面站收发器事先约定好的。根据编码码率R_i和数据序列长度l得到生成矩阵G，并以此对遥测数据序列S＝{u₁,u₂,u₃,...,u_n,...u_l}进行编码，得到编码结果C＝{c₁,c₂,c₃,...,c_k,...c_l/Ri}，C＝S*G，u_n为遥测数据序列S中第n个遥测数据，n为遥测数据的序号且有1≤n≤l，c_k表示编码结果C中第k个数据，k为编码结果C中c_k的序号，且有1≤k≤l/R_i；

步骤三、机载收发器依据调制方案D_i对编码结果C进行调制，得到调制后的载波信号，并通过其内部的无线射频电路将调制后的载波信号变换为无线信号，发送给地面站收发器；

步骤四、地面站收发器接收来自机载收发器的无线信号，依据D_i对应的解调方案对来自机载收发器的无线信号进行解调，得到解调结果并根据生成矩阵G得到对应的校验矩阵H，G与H满足H*G^T＝0的关系，对解调结果进行校验计算，并通过无线射频电路将校验结果发送给机载收发器；

步骤五、机载收发器接收并判断来自地面站收发器的校验结果V是否正确，若校验结果正确，执行步骤六，否则执行步骤七；

步骤六、机载收发器减小一次编码码率R_i和调制方案D_i，通过无线射频电路将编码码率R_i和调制方案D_i发送给地面站收发器，并依次执行步骤二、三、四和八；

例如，编码码率R_i从1减小一次则为4/5，编码码率R_i从4/5减小一次则为2/3，编码码率R_i从2/3减小一次则为1/2，编码码率R_i从1/2减小一次则为1/4，且不再减小；调制方案D_i从256QAM减小一次则为64QAM，调制方案D_i从64QAM减小一次则为16QAM，调制方案D_i从16QAM减小一次则为QPSK，调制方案D_i从QPSK减小一次则为BPSK，且不再减小；

步骤七、机载收发器增大一次编码码率R_i和调制方案D_i，通过无线射频电路将编码码率R_i和调制方案D_i发送给地面站收发器，并依次执行步骤二、三、四和九；

例如，编码码率R_i从1/4增大一次则为1/2，编码码率R_i从1/2增大一次则为2/3，编码码率R_i从2/3增大一次则为4/5，编码码率R_i从4/5增大一次则为1，且不再增大；调制方案D_i从BPSK增大一次则为QPSK，调制方案D_i从QPSK增大一次则为16QAM，调制方案D_i从16QAM增大一次则为64QAM，调制方案D_i从64QAM增大一次则为256QAM，且不再增大；

步骤八、机载收发器根据来自地面站收发器反馈的校验结果V，执行相应的动作，若校验结果正确，判断R_i和D_i是否为最小，R_i和D_i不为最小则执行步骤六，R_i和D_i为最小，则当前的编码码率R_i和调制方案D_i分别为最优的编码码率和调制方案；若校验结果错误，机载收发器增大一次编码码率R_i和调制方案D_i，增大一次后的编码码率R_i和调制方案D_i分别为最优的编码码率和调制方案；

步骤九、机载收发器根据来自地面站收发器反馈的校验结果V，执行相应的动作，若校验结果正确，则当前的编码码率R_i和调制方案D_i即分别为最优的编码码率和调制方案；若校验结果错误，当R_i和D_i不是最大则执行步骤七，当R_i和D_i是最大则当前的编码码率R_i和调制方案D_i即分别为最优的编码码率和调制方案。

本实施方式的有益效果是：

1、机载收发器根据地面站收发器反馈的校验结果，动态确定最优的LDPC编码码率和调制方案，从而实现了飞行试验遥测数据传输吞吐量的最大化，相对于经典的混合自动请求重发机制，最高可提高吞吐量达到512倍；

2、本发明所采用的最优化LDPC码率和调制方案的确定方法，保证了通信的可靠性，即最大程度上保证了飞行试验数据传输的可靠性。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述的最大序号I取值为5。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一、步骤六、步骤七所述的无线射频电路将编码码率R_i和调制方案D_i发送给地面站收发器之前，需要先对这两个信息进行SOQPSK调制，然后通过内部射频电路将调制后的结果转换成无线信号，发送给地面站收发器，且发送次数为三次，以保证地面站收发器接收到码率和调制方案信息。地面站收发器接收来自机载收发器的无线信号，采用SOQPSK解调方式，从而获得编码码率R_i和调制方案D_i的信息。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一所述的编码码率R_i为1/4、1/2、2/3、4/5和1，对应的调制方案D_i为BPSK、QPSK、16QAM、64QAM和256QAM。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二所述的机载收发器编码数据序列长度l为4096bit。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤四所述的对解调结果进行校验计算公式为：

其中U为计算结果，T为矩阵转置符号，并判断U是否为全零矩阵，若是，则表明校验结果V是正确的，地面站收发器通过无线射频电路将校验结果V反馈给机载收发器；否则校验结果V是错误的，地面站收发器通过无线射频电路将校验结果V反馈给机载收发器。

本发明的实施例如下：

步骤一、机载收发器随机选定LDPC码的编码码率R_i和调制方案D_i，1≤i≤I,i∈N，i为编码码率和调制方案的序号，I为最大序号，N表示整数集合，并将编码码率R_i和调制方案D_i通过机载收发器内的无线射频电路发送给地面站收发器；

实施方案中所需的实际数据如下：

码率Ri	调制方案Di
		1/4	BPSK
1/2	QPSK
		2/3	16QAM
4/5	64QAM
		1	256QAM

R_i和D_i随机取值，这里，分别为2/3，16QAM。

步骤二、机载收发器设定编码数据序列长度为l，且为机载收发器和地面站收发器事先约定好的。根据编码码率R_i和数据序列长度l得到生成矩阵G，并以此对遥测数据序列S＝{u₁,u₂,u₃,...,u_n,...u_l}进行编码，得到编码结果C＝{c₁,c₂,c₃,...,c_k,...c_l/Ri}，C＝S*G，u_n为遥测数据序列S中第n个遥测数据，n为遥测数据的序号且有1≤n≤l，c_k表示编码结果C中第k个数据，k为编码结果C中c_k的序号，且有1≤k≤l/R_i；

数据序列长度l为4096bit，R_i为2/3，生成矩阵G为4096*6144的矩阵，S为1*4096的数据序列，u_n取值为0或者1，C为1*6144的数据序列，c_k取值为0或者1，l/R_i为6144。

步骤三、机载收发器依据调制方案D_i对编码结果C进行调制，得到调制后的载波信号，并通过其内部的无线射频电路将调制后的载波信号变换为无线信号，发送给地面站收发器；D_i为16QAM，C为1*6144的数据序列。

步骤四、地面站收发器接收来自机载收发器的无线信号，依据D_i对应的解调方案对来自机载收发器的无线信号进行解调，得到解调结果并根据生成矩阵G得到对应的校验矩阵H，G与H满足H*G^T＝0的关系，对解调结果进行校验计算，并通过无线射频电路将校验结果发送给机载收发器；

D_i为16QAM，为1*6144的数据序列，取值为0或者1，l/R_i为6144，生成矩阵G为4096*6144的矩阵，校验矩阵H为4096*6144的矩阵。

步骤五、机载收发器接收并判断来自地面站收发器的校验结果V是否正确，若校验结果正确，执行步骤六，否则执行步骤七；

V取值正确或者错误，正确可用1表示，错误可用0表示。

步骤六、机载收发器减小一次编码码率R_i和调制方案D_i，通过无线射频电路将编码码率R_i和调制方案D_i发送给地面站收发器，并依次执行步骤二、三、四和八；

R_i和D_i减小一次，分别变为1/2，QPSK。

步骤七、机载收发器增大一次编码码率R_i和调制方案D_i，通过无线射频电路将编码码率R_i和调制方案D_i发送给地面站收发器，并依次执行步骤二、三、四和九；

R_i和D_i增大一次，分别变为为4/5，64QAM。

步骤八、机载收发器根据来自地面站收发器反馈的校验结果V，执行相应的动作，若校验结果正确，则执行步骤六，否则机载收发器增大一次编码码率R_i和调制方案D_i，增大一次后的编码码率R_i和调制方案D_i分别为最优的编码码率和调制方案；

V取值正确或者错误，正确可用1表示，错误可用0表示。

R_i和D_i增大一次，分别为2/3，16QAM。

步骤九、机载收发器根据来自地面站收发器反馈的校验结果V，执行相应的动作，若校验结果正确，则当前的编码码率R_i和调制方案D_i即分别为最优的编码码率和调制方案；否则，校验结果错误，执行步骤七。

V取值正确或者错误，正确可用1表示，错误可用0表示。

R_i和D_i分别为4/5，64QAM。

本发明设定LDPC码的码长n为4096bit，码率R_i可设定为1/4,1/2,2/3,4/5和1，即R₁＝1/4，R₂＝1/2，R₃＝2/3，R₄＝4/5，R₅＝1。当码率R_i为1时，表示未采用LDPC编码，对应的机载遥测数据传输效率最大；当码率R_i为1/4时，信息位占码长l的1/4，此时，机载遥测数据传输效率最低，但纠错能力最强，保证可靠的传输；

调制方案D_i可设定为BPSK,QPSK,16QAM,64QAM和256QAM，即D₁＝BPSK，D₂＝QPSK，D₃＝16QAM，D₄＝64QAM，D₅＝256QAM。当调制方案D_i为BPSK时，为二相位调制，对应图3中BPSK调制的星座图有两个点，两点距离最大，抗干扰能力最强，适合无线信道质量较低的情况，可以实现飞行试验遥测数据的可靠传输。QPSK为四相位调制，对应调制星座图上有4个点。适合无线链路质量较好的情况，可以在BPSK的基础上，提高飞行试验遥测数据的传输效率。而BPSK,QPSK,16QAM,64QAM和256QAM调制方案的传输效率依次提高。256QAM调制方法则在调制星座图上对应256个点，传输效率最高，适合无线信道质量非常好的情况，以实现飞行试验遥测数据无线的高效率传输。

综述，根据校验结果，动态确定最优的LDPC码率和调制方案，为遥测数据无线传输的可靠性和宽带化提供技术支持。

Claims (5)

1.一种基于校验计算的自适应LDPC编码调制方案的优化选择方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一、机载收发器随机选定LDPC码的编码码率R_i和调制方案D_i，1≤i≤I,i∈N，i为编码码率和调制方案的序号，I为最大序号，N表示整数集合，并将编码码率R_i和调制方案D_i通过机载收发器内的无线射频电路发送给地面站收发器；所述的编码码率R_i为1/4、1/2、2/3、4/5和1，对应的调制方案D_i为BPSK、QPSK、16QAM、64QAM和256QAM；

步骤二、机载收发器设定编码数据序列长度为l，根据编码码率R_i和数据序列长度l得到生成矩阵G，并以此对遥测数据序列S＝{u₁,u₂,u₃,...,u_n,...u_l}进行编码，得到编码结果C＝S*G，u_n为遥测数据序列S中第n个遥测数据，n为遥测数据的序号且有1≤n≤l，c_k表示编码结果C中第k个数据，k为编码结果C中c_k的序号，且有1≤k≤l/R_i；

步骤三、机载收发器依据调制方案D_i对编码结果C进行调制，得到调制后的载波信号，并通过其内部的无线射频电路将调制后的载波信号变换为无线信号，发送给地面站收发器；

步骤四、地面站收发器接收来自机载收发器的无线信号，依据D_i对应的解调方案对来自机载收发器的无线信号进行解调，得到解调结果并根据生成矩阵G得到对应的校验矩阵H，G与H满足H*G^T＝0的关系，对解调结果进行校验计算，并通过无线射频电路将校验结果发送给机载收发器；

步骤五、机载收发器接收并判断来自地面站收发器的校验结果V是否正确，若校验结果正确，执行步骤六，否则执行步骤七；

步骤六、机载收发器减小一次编码码率R_i和调制方案D_i，通过无线射频电路将编码码率R_i和调制方案D_i发送给地面站收发器，并依次执行步骤二、三、四和八；

编码码率R_i从1减小一次则为4/5，编码码率R_i从4/5减小一次则为2/3，编码码率R_i从2/3减小一次则为1/2，编码码率R_i从1/2减小一次则为1/4，且不再减小；

调制方案D_i从256QAM减小一次则为64QAM，调制方案D_i从64QAM减小一次则为16QAM，调制方案D_i从16QAM减小一次则为QPSK，调制方案D_i从QPSK减小一次则为BPSK，且不再减小；

步骤七、机载收发器增大一次编码码率R_i和调制方案D_i，通过无线射频电路将编码码率R_i和调制方案D_i发送给地面站收发器，并依次执行步骤二、三、四和九；

编码码率R_i从1/4增大一次则为1/2，编码码率R_i从1/2增大一次则为2/3，编码码率R_i从2/3增大一次则为4/5，编码码率R_i从4/5增大一次则为1，且不再增大；

调制方案D_i从BPSK增大一次则为QPSK，调制方案D_i从QPSK增大一次则为16QAM，调制方案D_i从16QAM增大一次则为64QAM，调制方案D_i从64QAM增大一次则为256QAM，且不再增大；

步骤八、机载收发器根据来自地面站收发器反馈的校验结果V，执行相应的动作，若校验结果正确，判断R_i和D_i是否为最小，R_i和D_i不为最小则执行步骤六，R_i和D_i为最小，则当前的编码码率R_i和调制方案D_i分别为最优的编码码率和调制方案；若校验结果错误，机载收发器增大一次编码码率R_i和调制方案D_i，增大一次后的编码码率R_i和调制方案D_i分别为最优的编码码率和调制方案；

步骤九、机载收发器根据来自地面站收发器反馈的校验结果V，执行相应的动作，若校验结果正确，则当前的编码码率R_i和调制方案D_i即分别为最优的编码码率和调制方案；若校验结果错误，当R_i和D_i不是最大则执行步骤七，当R_i和D_i是最大则当前的编码码率R_i和调制方案D_i即分别为最优的编码码率和调制方案。

2.根据权利要求1所述的基于校验计算的自适应LDPC编码调制方案的优化选择方法，其特征在于，步骤一所述的最大序号I取值为5。

3.根据权利要求2所述的基于校验计算的自适应LDPC编码调制方案的优化选择方法，其特征在于，步骤一、步骤六、步骤七所述的无线射频电路将编码码率R_i和调制方案D_i发送给地面站收发器之前，需要先对这两个信息进行SOQPSK调制，然后通过内部射频电路将调制后的结果转换成无线信号，发送给地面站收发器，且发送次数为三次，地面站收发器接收来自机载收发器的无线信号，采用SOQPSK解调方式，从而获得编码码率R_i和调制方案D_i的信息。

4.根据权利要求3所述的基于校验计算的自适应LDPC编码调制方案的优化选择方法，其特征在于，步骤二所述的机载收发器编码数据序列长度l为4096bit。

5.根据权利要求4所述的基于校验计算的自适应LDPC编码调制方案的优化选择方法，其特征在于，步骤四所述的对解调结果进行校验计算公式为：

其中U为计算结果，T为矩阵转置符号，并判断U是否为全零矩阵，若是，则表明校验结果V是正确的，地面站收发器通过无线射频电路将校验结果V反馈给机载收发器；否则校验结果V是错误的，地面站收发器通过无线射频电路将校验结果V反馈给机载收发器。