CN104618069B - 基于校验计算的最优化ldpc编码码率确定方法 - Google Patents

基于校验计算的最优化ldpc编码码率确定方法 Download PDF

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Abstract

基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，涉及一种LDPC码的优化编码码率确定方法。现有的飞行试验遥测双向无线传输过程中，无法在无线通信链路质量动态变化的情况下确定最优化LDPC码率的问题。机载收发器首先随机选择一个编码码率对数据进行LDPC编码，并进行调制，通过无线射频电路发送给地面站收发器。地面站收发器接收来自机载收发器的信号，对其进行解调和LDPC译码，进行校验计算并反馈给机载收发器。机载收发器根据校验结果，对LDPC码率进行迭代调整，从而确定LDPC码的最优码率。本发明还可应用于其它可动态调制信道编码码率的无线通信环境，以获得高可靠和高效率的无线传输。本发明应用于无线传输。

Description

基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法
技术领域
本发明涉及一种基于校验计算的动态LDPC码率的选择方法，特别涉及一种基于校验计算的动态LDPC码率最优化选择方法，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。针对动态的链路质量，遥测数据无线传输的可靠性和效率取决于动态的LDPC码码率的最优化选择，因此，如何在无线通信链路质量动态变化情况下，确定最优化LDPC码率是基于iNET标准的飞行试验遥测数据双向无线传输过程亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的飞行试验遥测数据双向无线传输过程中，无法在无线通信链路质量动态变化的情况下确定最优化LDPC码率的问题，而提出一种基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法。
一种基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，所述码率确定方法通过以下步骤实现：
步骤一：机载收发器随机选定LDPC码的编码码率Ri，并对码率Ri采用SOQPSK方案进行调制，通过机载收发器内部的无线射频电路将调制结果转换为无线信号，发送给地面站收发器；其中，i表示LDPC码的编码码率的序号，i取整数，且1≤i≤I，I为最大序号；所述LDPC码的编码码率Ri设定为Ri＝1/4，或者Ri＝1/3，或者Ri＝2/5，或者Ri＝1/2，或者Ri＝2/3，或者Ri＝3/4，或者Ri＝4/5，或者Ri＝1；
步骤二：机载收发器根据LDPC码的编码码率Ri和LDPC码的编码数据序列长度l，得到生成矩阵G，机载收发器根据生成矩阵G对当前要发送的遥测数据序列S＝{u1,u2,u3,...,un,...ul}进行LDPC编码，得到编码结果然后，采用SOQPSK方案对编码结果C进行调制，并通过机载收发器内部的无线射频电路将调制结果转换为无线信号，发送给地面站收发器；式中：
un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，
ck表示编码结果中第k个数据，
k为编码结果C的序号，且有1≤k≤l/Ri；
步骤三：地面站收发器接收来自机载收发器的无线信号，对接收到的无线信号采用SOQPSK方案进行解调，得到解调结果并根据与生成矩阵G对应且满足H*GT＝0关系的校验矩阵H，对解调结果进行校验计算，得计算结果U＝H*CT；式中，T表示矩阵转置操作；
步骤四：地面站收发器判读计算结果U是否为全零矩阵，若是，则表明校验结果V正确；否则校验结果V错误，通过地面站收发器内部的无线射频电路将校验结果V反馈给机载收发器；
步骤五：机载收发器接收并判断来自地面站收发器的反馈结果，若校验结果V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Ri，对码率Ri进行SOQPSK调制，通过机载收发器内部的无线射频电路将调制后的码率Ri转换为无线信号，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Ri从1减小一次则为4/5，编码码率Ri从4/5减小一次则为3/4，编码码率Ri从3/4减小一次则为2/3，编码码率Ri从2/3减小一次则为1/2，编码码率Ri从1/2减小一次则为2/5，编码码率Ri从2/5减小一次则为1/3，编码码率Ri从1/3减小一次则为1/4，且不再减小；步骤七、机载收发器增大一次编码码率Ri，对码率Ri进行SOQPSK调制，通过机载收发器内部的无线射频电路将调制后的码率Ri转换为无线信号，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Ri从1/4增大一次则为1/3，编码码率Ri从1/3增大一次则为2/5，编码码率Ri从2/5增大一次则为1/2，编码码率Ri从1/2增大一次则为2/3，编码码率Ri从2/3增大一次则为3/4，编码码率Ri从3/4增大一次则为4/5，编码码率Ri从4/5增大一次则为1，且不再增大；
步骤八、机载收发器根据来自地面站收发器的反馈结果，执行相应的动作，若校验结果V正确，判断Ri是否为最小，Ri不为最小则执行步骤六，Ri为最小，则当前LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率；若校验结果V错误，机载收发器增大一次编码码率Ri，上述增大一次后的LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率；
步骤九、机载收发器根据来自地面站收发器的反馈结果，执行相应的动作，若校验结果V正确，则当前的LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率；若校验结果V错误，当Ri不是最大则执行步骤七，当Ri是最大则当前的LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率。
本发明的有益效果为：
机载收发器首先根据地面站收发器反馈的校验结果，对编码码率进行迭代调整和校验判断操作，即对要发送的遥测数据序列进行LDPC码编码，然后对编码结果进行SOQPSK调制，并通过内部的无线射频电路将调制结果发送给地面站收发器。地面站收发器接收来自机载收发器的信号，对其进行SOQPSK解调和校验计算，并将校验结果反馈给机载收发器。机载收发器接收校验结果，并根据校验结果动态调整LDPC码的码率，实现动态的LDPC编码码率最优选择，最终确定出最优的编码码率。从而保证遥测数据无线传输的可靠性和效率。机载收发器根据地面站收发器的校验结果，动态调整LDPC码的编码码率，从而最大程度上保证了飞行试验数据传输的可靠性。同时实现了飞行试验遥测数据传输吞吐量的最大化，且相对于经典的混合自动请求重发机制，吞吐量最高提高至4倍。
附图说明
图1为本发明涉及的机载收发器的工作流程图；
图2为本发明涉及的地面站收发器的工作流程图；
图3为本发明的执行步骤流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式的基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，结合图1、图2以及图3，所述码率确定方法通过以下步骤实现：
步骤一：机载收发器随机选定LDPC码的编码码率Ri，并对码率Ri采用SOQPSK方案进行调制，通过机载收发器内部的无线射频电路将调制结果转换为无线信号，发送给地面站收发器；其中，i表示LDPC码的编码码率的序号，i取整数，且1≤i≤I，I为最大序号；
步骤二：机载收发器根据LDPC码的编码码率Ri和LDPC码的编码数据序列长度l，其中，数据序列长度l是机载收发器和地面站收发器事先约定好的，得到生成矩阵G，机载收发器根据生成矩阵G对当前要发送的遥测数据序列S＝{u1,u2,u3,...,un,...ul}进行LDPC编码，得到编码结果然后，采用SOQPSK方案对编码结果C进行调制，并通过机载收发器内部的无线射频电路将调制结果转换为无线信号，发送给地面站收发器；式中：
un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，
ck表示编码结果中第k个数据，
k为编码结果C的序号，且有1≤k≤l/Ri；
步骤三：地面站收发器接收来自机载收发器的无线信号，对接收到的无线信号采用SOQPSK方案进行解调，得到解调结果并根据与生成矩阵G对应且满足H*GT＝0关系的校验矩阵H，对解调结果进行校验计算，得计算结果U＝H*CT；式中，T表示矩阵转置操作；
步骤四：地面站收发器判读计算结果U是否为全零矩阵，若是，则表明校验结果V正确；否则校验结果V错误，通过地面站收发器内部的无线射频电路将校验结果V反馈给机载收发器；
步骤五：机载收发器接收并判断来自地面站收发器的反馈结果，若校验结果V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Ri，按照步骤二的方法通过机载收发器内部的无线射频电路将LDPC码的编码码率Ri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Ri从1减小一次则为4/5，编码码率Ri从4/5减小一次则为3/4，编码码率Ri从3/4减小一次则为2/3，编码码率Ri从2/3减小一次则为1/2，编码码率Ri从1/2减小一次则为2/5，编码码率Ri从2/5减小一次则为1/3，编码码率Ri从1/3减小一次则为1/4，且不再减小；
步骤七、机载收发器增大一次编码码率Ri，按照步骤二的方法通过机载收发器内部的无线射频电路将LDPC码的编码码率Ri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Ri从1/4增大一次则为1/3，编码码率Ri从1/3增大一次则为2/5，编码码率Ri从2/5增大一次则为1/2，编码码率Ri从1/2增大一次则为2/3，编码码率Ri从2/3增大一次则为3/4，编码码率Ri从3/4增大一次则为4/5，编码码率Ri从4/5增大一次则为1，且不再增大；
步骤八、机载收发器根据来自地面站收发器的反馈结果，执行相应的动作，若校验结果V正确，判断Ri是否为最小，Ri不为最小则执行步骤六，Ri为最小，则当前LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率；若校验结果V错误，机载收发器增大一次编码码率Ri，上述增大一次后的LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率；
步骤九、机载收发器根据来自地面站收发器的反馈结果，执行相应的动作，若校验结果V正确，则当前的LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率；若校验结果V错误，当Ri不是最大则执行步骤七，当Ri是最大则当前的LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率。
具体实施方式二：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，步骤一、步骤二、步骤六、步骤七、步骤八和步骤九所述LDPC码的编码码率Ri设定为Ri＝1/4，或者Ri＝1/3，或者Ri＝2/5，或者Ri＝1/2，或者Ri＝2/3，或者Ri＝3/4，或者Ri＝4/5，或者Ri＝1。
具体实施方式三：
与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，步骤一所述将LDPC码的编码码率Ri通过机载收发器内部的无线射频电路发送给地面站收发器的过程是，需重复发送三次，用于保证LDPC码的编码码率Ri被正确传输到地面站收发器。
具体实施方式四：
与具体实施方式三不同的是，本实施方式的基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，步骤一所述I为最大序号，I的取值为8。
具体实施方式五：
与具体实施方式一、二或四不同的是，本实施方式的基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，步骤二所述LDPC码的编码数据序列长度l为1024bit。
具体实施方式六：
与具体实施方式五不同的是，本实施方式的基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，步骤六所述机载收发器减小一次编码码率Ri，按照步骤二的方法通过机载收发器内部的无线射频电路将LDPC码的编码码率Ri发送给地面站收发器的过程是，需重复发送三次，用于保证LDPC码的编码码率Ri被正确传输到地面站收发器。
具体实施方式七：
与具体实施方式一、二、四或六不同的是，本实施方式的基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，步骤七所述机载收发器增大一次编码码率Ri，按照步骤二的方法通过机载收发器内部的无线射频电路将LDPC码的编码码率Ri发送给地面站收发器的过程是，需要重复发送三次，用于保证LDPC码的编码码率Ri被正确传输到地面站收发器。
实施例1：
基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，所述码率确定方法通过以下步骤实现：
步骤一：机载收发器随机选定LDPC码的编码码率Ri，Ri取值可为1/4，1/3，2/5，1/2，2/3，3/4，4/5，1，这里Ri随机选定为1/2，并对LDPC码的编码码率Ri进行SOQPSK调制，通过机载收发器内部的无线射频电路将调制后的信号转换为无线信号，发送给地面站收发器，为了保证正确传输到地面站收发器，重复发送三次；式中，i表示LDPC码的编码码率的序号，i取整数，且1≤i≤I，I为最大序号，取值为8；
步骤二：机载收发器根据LDPC码的编码码率Ri和长度为1024的LDPC码的编码数据序列长度l得到生成矩阵G，生成矩阵G为1024*2048的矩阵，数据序列长度l是机载收发器和地面站收发器事先约定好的，机载收发器根据生成矩阵G对当前要发送的1*1024的遥测数据序列S进行LDPC编码，得到1*2048的数据序列作为编码结果C；然后，采用SOQPSK方案对编码结果C进行调制，并通过机载收发器内部的无线射频电路将调制结果转换为无线信号，发送给地面站收发器；式中：
un为遥测数据序列S中第n个遥测数据，un取值为0或者1，
n为遥测数据的序号且有1≤n≤l，
ck表示编码结果中第k个数据，ck取值为0或者1，
k为编码结果C的序号，且有1≤k≤l/Ri，l/Ri为2048；
步骤三：地面站收发器接收来自机载收发器的无线信号，对接收到的无线信号采用SOQPSK方案进行解调，得到数据序列为1*2048的解调结果根据与生成矩阵G对应且满足H*GT＝0得到1024*2048的校验矩阵H，根据校验矩阵H通过H*CT的校验公式对解调结果进行校验，得1024*1的计算结果U；式中，T表示矩阵转置操作；
步骤四：地面站收发器判读计算结果U为1024*1的矩阵，U不是全零矩阵，得校验结果V错误，用0表示，则通过地面站收发器内部的无线射频电路将校验结果V反馈给机载收发器；
步骤五：机载收发器接收并判断来自地面站收发器的反馈结果，得校验结果V正确，用1表示，执行步骤六；
步骤六：机载收发器减小一次编码码率Ri，变为2/5，若后续持续减小，减小到1/4不再减小，通过机载收发器内部的无线射频电路将LDPC码为2/5的编码码率Ri发送给地面站收发器，并依次执行步骤二、三、四和七；
步骤七、机载收发器根据来自地面站收发器的反馈结果，执行相应的动作，得校验结果V错误，用0表示，则机载收发器增大一次编码码率Ri，Ri增大一次后变为1/2，则增大一次后的LDPC码的编码码率1/2即为最优的LDPC码的编码码率。至此，根据无线链路质量的高低，动态调整LDPC码的编码码率，实现遥测数据双向无线传输的可靠性和宽带化传输。
实施例2：
基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，所述码率确定方法通过以下步骤实现：
步骤一：机载收发器随机选定LDPC码的编码码率Ri，Ri取值可为1/4，1/3，2/5，1/2，2/3，3/4，4/5，1，这里Ri随机选定为1/2，并对LDPC码的编码码率Ri进行SOQPSK调制，通过机载收发器内部的无线射频电路将调制后的信号转换为无线信号，发送给地面站收发器，为了保证正确传输到地面站收发器，重复发送三次；式中，i表示LDPC码的编码码率的序号，i取整数，且1≤i≤I，I为最大序号，取值为8；
步骤二：机载收发器根据值为1/2的LDPC码的编码码率Ri和长度为1024的LDPC码的编码数据序列长度l得到生成矩阵G，生成矩阵G为1024*2048的矩阵，数据序列长度l是机载收发器和地面站收发器事先约定好的，机载收发器根据生成矩阵G对当前要发送的1*1024的遥测数据序列S进行LDPC编码，得到1*2048的数据序列作为编码结果C；然后，采用SOQPSK方案对编码结果C进行调制，并通过机载收发器内部的无线射频电路将调制结果转换为无线信号，发送给地面站收发器；式中：
un为遥测数据序列S中第n个遥测数据，un取值为0或者1，
n为遥测数据的序号且有1≤n≤l，
ck表示编码结果中第k个数据，ck取值为0或者1，
k为编码结果C的序号，且有1≤k≤l/Ri，l/Ri为2048；
步骤三：地面站收发器接收来自机载收发器的无线信号，对接收到的无线信号采用SOQPSK方案进行解调，得到数据序列为1*2048的解调结果与生成矩阵G对应且满足H*GT＝0得到1024*2048的校验矩阵H，并根据校验矩阵H通过H*CT的校验公式对解调结果进行校验，得1024*1的计算结果U；式中，T表示矩阵转置操作；
步骤四：地面站收发器判读计算结果U为1024*1的矩阵，U不是全零矩阵，得校验结果V错误，用0表示，则通过地面站收发器内部的无线射频电路将校验结果V反馈给机载收发器；
步骤五：机载收发器接收并判断来自地面站收发器的反馈结果，得校验结果V错误，用0表示，执行步骤六；
步骤六、机载收发器增大一次编码码率Ri，变为2/3，按照步骤二的方法通过机载收发器内部的无线射频电路将LDPC码的编码码率Ri发送给地面站收发器，并依次执行步骤二、三、四和七；
Ri增大一次，若后续持续增加，增大到1后不再增加；
步骤七、机载收发器根据来自地面站收发器的反馈结果，执行相应的动作，若校验结果V正确，用1表示，则当前的增大一次变为2/3的LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率。
且当LDPC码的码率R3为1时，表示未采用LDPC编码，对应的机载遥测数据传输速率最大；当LDPC码的码率R3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。

Claims (6)

1.一种基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，其特征在于：所述码率确定方法通过以下步骤实现：
步骤一：机载收发器随机选定LDPC码的编码码率Ri，并对码率Ri采用SOQPSK方案进行调制，通过机载收发器内部的无线射频电路将调制结果转换为无线信号，发送给地面站收发器；其中，i表示LDPC码的编码码率的序号，i取整数，且1≤i≤I，I为最大序号；所述LDPC码的编码码率Ri设定为Ri＝1/4，或者Ri＝1/3，或者Ri＝2/5，或者Ri＝1/2，或者Ri＝2/3，或者Ri＝3/4，或者Ri＝4/5，或者Ri＝1；
步骤二：机载收发器根据LDPC码的编码码率Ri和LDPC码的编码数据序列长度l，得到生成矩阵G，机载收发器根据生成矩阵G对当前要发送的遥测数据序列S＝{u1,u2,u3,...,un,...ul}进行LDPC编码，得到编码结果然后，采用SOQPSK方案对编码结果C进行调制，并通过机载收发器内部的无线射频电路将调制结果转换为无线信号，发送给地面站收发器；式中：
un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，
ck表示编码结果中第k个数据，
k为编码结果C的序号，且有1≤k≤l/Ri；
步骤三：地面站收发器接收来自机载收发器的无线信号，对接收到的无线信号采用SOQPSK方案进行解调，得到解调结果并根据与生成矩阵G对应且满足H*GT＝0关系的校验矩阵H，对解调结果进行校验计算，得计算结果式中，T表示矩阵转置操作；
步骤四：地面站收发器判读计算结果U是否为全零矩阵，若是，则表明校验结果V正确；否则校验结果V错误，通过地面站收发器内部的无线射频电路将校验结果V反馈给机载收发器；
步骤五：机载收发器接收并判断来自地面站收发器的反馈结果，若校验结果V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Ri，对码率Ri进行SOQPSK调制，通过机载收发器内部的无线射频电路将调制后的码率Ri转换为无线信号，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Ri从1减小一次则为4/5，编码码率Ri从4/5减小一次则为3/4，编码码率Ri从3/4减小一次则为2/3，编码码率Ri从2/3减小一次则为1/2，编码码率Ri从1/2减小一次则为2/5，编码码率Ri从2/5减小一次则为1/3，编码码率Ri从1/3减小一次则为1/4，且不再减小；
步骤七、机载收发器增大一次编码码率Ri，对码率Ri进行SOQPSK调制，通过机载收发器内部的无线射频电路将调制后的码率Ri转换为无线信号，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Ri从1/4增大一次则为1/3，编码码率Ri从1/3增大一次则为2/5，编码码率Ri从2/5增大一次则为1/2，编码码率Ri从1/2增大一次则为2/3，编码码率Ri从2/3增大一次则为3/4，编码码率Ri从3/4增大一次则为4/5，编码码率Ri从4/5增大一次则为1，且不再增大；
步骤八、机载收发器根据来自地面站收发器的反馈结果，执行相应的动作，若校验结果V正确，判断Ri是否为最小，Ri不为最小则执行步骤六，Ri为最小，则当前LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率；若校验结果V错误，机载收发器增大一次编码码率Ri，上述增大一次后的LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率；
步骤九、机载收发器根据来自地面站收发器的反馈结果，执行相应的动作，若校验结果V正确，则当前的LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率；若校验结果V错误，当Ri不是最大则执行步骤七，当Ri是最大则当前的LDPC码的编码码率Ri即为最优的LDPC码的编码码率。
2.根据权利要求1所述的基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，其特征在于：步骤一所述将LDPC码的编码码率Ri通过机载收发器内部的无线射频电路发送给地面站收发器的过程是，需重复发送三次，用于保证LDPC码的编码码率Ri被正确传输到地面站收发器。
3.根据权利要求2所述的基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，其特征在于：步骤一所述I为最大序号，I的取值为8。
4.根据权利要求1或3所述的基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，其特征在于：步骤二所述LDPC码的编码数据序列长度l为1024bit。
5.根据权利要求4所述的基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，其特征在于：步骤六所述机载收发器减小一次编码码率Ri，对码率Ri进行SOQPSK调制，通过机载收发器内部的无线射频电路将调制后的码率Ri转换为无线信号，发送给地面站收发器的过程是，需重复发送三次，用于保证LDPC码的编码码率Ri被正确传输到地面站收发器。
6.根据权利要求1、3或5所述的基于校验计算的最优化LDPC编码码率确定方法，其特征在于：步骤七所述机载收发器增大一次编码码率Ri，对码率Ri进行SOQPSK调制，通过机载收发器内部的无线射频电路将调制后的码率Ri转换为无线信号，发送给地面站收发器的过程是，需要重复发送三次，用于保证LDPC码的编码码率Ri被正确传输到地面站收发器。
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