CN104702374B - 一种设计可变编码调制流程的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种设计可变调制编码流程的方法，该方法首先针对各种编码调制组合,建立信噪比阈值库；然后在信噪比阈值库中选取所需的多个编码调制组合；计算选取的每个编码调制组合频带利用率，结合每个编码调制组合的信噪比阈值建立编码调制组合表；并对编码调制组合表进行优化；然后遍历动态链路数据，在编码调制组合表中依次确定最优的编码调制组合，将所有时间段的最优编码调制组合依次排列即为可变编码调制流程。本发明的方法可以简化可变调制编码流程设计的工程难度，缩短设计周期；并易于实现设计自动化。
Description
技术领域
本发明涉及通信编码与传输领域，具体涉及一种设计可变编码调制流程的方法。
背景技术
可变编码调制(variable coding modulation，VCM)是在通信过程中快速切换信道编码和调制映射的方法。根据预知的信道动态规律，选用不同的编码调制方式，从而降低过度的链路剩余，提高数据总吞吐量。近年来，有效载荷传感器的精度不断提高，如高分辨率的光学载荷、合成孔径雷达(SAR)载荷等，这些应用对卫星数据传输提出了更高的要求。因为VCM方法可以有效地提高频谱利用率，提高链路的利用效率，一定程度上解决大量数据星地数传的问题，所以在未来的星地数据传输系统设计中，VCM方法将被广泛的使用。
然而，在卫星数据传输系统设计中，设计人员需要根据实际的链路环境选用不同的调制方式和编码方式来设计编码调制(MODCOD)变化流程，这就需要设计人员进行深入的MODCOD性能分析研究；由此对设计人员提出了更高的要求，加大了设计人员的工作量，而且研究过程繁琐，相当耗费时间，严重影响系统的设计进度。
发明内容
本发明的目的在于克服目前卫星数据传输系统设计中存在的上述缺陷，提出了一种设计可变调制编码流程的方法，该方法便于实现设计自动化，从而降低系统设计的难度，缩短设计周期。
为了实现上述目的，本发明提供了一种设计可变调制编码流程的方法，该方法首先针对各种编码调制组合,建立信噪比阈值库；然后在信噪比阈值库中选取所需的编码调制组合；计算选取的每个编码调制组合频带利用率，结合每个编码调制组合的信噪比阈值建立编码调制组合表；并对编码调制组合表进行优化；然后遍历动态链路数据，在编码调制组合表中依次确定最优的编码调制组合，将所有时间段的最优编码调制组合依次排列即为可变编码调制流程。
上述技术方案中，所述方法包括如下步骤：
步骤1)根据预先仿真数据和文献信息，针对各种编码调制组合建立信噪比阈值库；所述信噪比阈值库格式为：编码调制组合、要求的信道模型、误码率和信噪比阈值，所述信噪比阈值为满足一定误码率的最小信噪比要求；
步骤2)在所述信噪比阈值库中选取所需的多个编码调制组合；如果所需的编码调制组合不在信噪比阈值库中，根据信噪比阈值库的格式将所需的编码调制组合添加到信噪比阈值库中；
步骤3)计算选取的每个编码调制组合的频带利用率η；
步骤4)根据选择的误码率和信道模型，从信噪比阈值库中调用每个选取的编码调制组合的信噪比阈值；按照信噪比阈值由小到大排序编号，建立编码调制组合表；
所述编码调制组合表的格式为：编号j，编码调制组合，频带利用率η，信噪比阈值
步骤5)对所述编码调制组合表进行优化：如果在所述编码调制组合表中存在两个编码调制组合，其编号分别为i,j，满足i>j,但是ηi<ηj，则从所述编码调制组合表中删除编号为i的编码调制组合；并对所述编码调制组合表重新编号；
步骤6)根据[tk,tk+1)时段动态链路数据的载噪比计算信噪比SNRk；
步骤7)根据SNRk与优化后编码调制流程表中，确定[tk,tk+1)时间段内的最优编码调制组合；
步骤8)判断动态链路数据是否遍历，如果判断结果是肯定的，转入步骤9)；否则，令k＝k+1；转入步骤2)；
步骤9)将所有时间段的最优编码调制组合依次排列即为可变编码调制流程。
上述技术方案中，所述步骤7)进一步包括：
步骤7)根据SNRk与优化后编码调制流程表中，确定[tk,tk+1)时间段内的最优编码调制组合，具体包括：
步骤701)判断SNRk是否小于优化后编码调制流程表的所有的信噪比阈值，如果判断结果是肯定的，进入步骤702)；否则，进入步骤703)；
步骤702)不能通过编码调制流程表中的编码调制组合建立通信链路；返回步骤2)；
步骤703)判断SNRk是否大于优化后编码调制组合表的所有的信噪比阈值，如果判断结果是肯定的，进入步骤704)；否则，进入步骤705)；
步骤704)从优化后的编码调制组合表中选择编号最大值对应的编码调制组合为[tk,tk+1)时间段内的最优编码调制组合；转入步骤8)；
步骤705)计算[tk+1,tk+2)时段动态链路数据的载噪比计算信噪比SNRk+1；
步骤706)判断SNRk是否大于SNRk+1，如果判断结果是肯定的，转入步骤707)；否则转入步骤708)；
步骤707)在优化后的编码调制流程表中寻找编号j,则选择编号j对应的编码调制组合为[tk,tk+1)时间段内的最优编码调制组合；
编号j满足：
转入步骤8)；
步骤708)在优化后的编码调制组合表中寻找编号j,则选择编号j对应的编码调制组合为[tk,tk+1)时间段内的最优编码调制组合；
编号j满足：
转入步骤8)。
本发明的优点在于：
1、本发明的方法可以简化可变调制编码流程设计的工程难度，缩短设计周期；
2、本发明的方法便于实现设计自动化。
附图说明
图1为本发明的选择可变调制编码流程的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的方法做进一步详细的说明。
一种选择可变调制编码流程的方法，该方法首先针对各种编码调制组合,建立信噪比阈值库；然后在信噪比阈值库中选取所需的编码调制组合；计算选取的每个编码调制组合频带利用率，结合每个编码调制组合的信噪比阈值建立编码调制组合表；并对编码调制组合表进行优化；然后遍历动态链路数据，在编码调制组合表中依次确定最优的编码调制组合，将所有时间段的最优编码调制组合依次排列即为可变编码调制流程。
如图1所示，所述方法包括如下步骤：
步骤1)根据预先仿真数据和文献信息，针对各种编码调制组合建立信噪比阈值库；所述信噪比阈值库的格式为：编码调制组合、要求的信道模型、误码率和信噪比阈值，所述信噪比阈值为满足一定误码率的最小信噪比(Es/N0)要求；
所述编码调制组合为一种编码方式和一种调制方式的组合；
常见的调制方式有：2ASK，2FSK,BPSK,QPSK,8PSK,16QAM,64QAM,16APSK,32APSK,64APSK、GMSK,MSK等等；
常用的编码方式有：LDPC1/4,LDPC 1/3,LDPC 2/5,LDPC 1/2,LDPC 3/5,LDPC2/3,LDPC 3/4,LDPC 4/5,LDPC 5/6,LDPC 8/9,LDPC 9/10，SCCC 0.36,SCCC 0.43,SCCC0.52,SCCC0.61,SCCC0.7,SCCC0.81，BCH+LDCP级联编码等等；
例如，一个小的信噪比阈值库如表1所示：
表1
步骤2)在所述信噪比阈值库中选取所需的多个编码调制组合(CODMOD)；如果所需的CODMOD不在信噪比阈值库中，根据信噪比阈值库的格式将所需的CODMOD添加到信噪比阈值库；
步骤3)计算选取的每个编码调制组合的频带利用率η；
假设编码调制组合对应的调制方式的阶数为ε1，编码方式的码率为ε2，则该编码调制组合的频带利用率η为：
η＝ε1ε2。
步骤4)根据选择的误码率和信道模型，从信噪比阈值库中调用每个选取的编码调制组合的信噪比阈值；按照信噪比阈值由小到大排序编号，建立编码调制组合表；
所述编码调制组合表的格式为：编号j，编码调制组合，频带利用率η，信噪比阈值
步骤5)对所述编码调制组合表进行优化：如果在所述编码调制组合表中存在两个编码调制组合，其编号分别为i,j，满足i>j,但是ηi<ηj，则从所述编码调制组合表中删除编号为i的编码调制组合；并对所述编码调制组合表重新编号；
步骤6)根据[tk,tk+1)时间段动态链路数据的载噪比计算信噪比SNRk：
SNRk＝[Es/N0]k＝[C/、0]k-10lg(Rs)-[M] (1)
上式中，[Es/N0]k为tk时刻动态链路数据的信噪比，[C/N0]k为tk时刻动态链路数据的载噪比，Rs为设计数据传输速率；M为预留的信噪比余量，为常数；
步骤7)根据SNRk与优化后编码调制流程表中，确定[tk,tk+1)时间段内的最优编码调制组合，具体包括：
步骤701)判断SNRk是否小于优化后编码调制流程表的所有的信噪比阈值，如果判断结果是肯定的，进入步骤702)；否则，进入步骤703)；
步骤702)不能通过编码调制流程表中的编码调制组合建立通信链路；返回步骤2)；
步骤703)判断SNRk是否大于优化后编码调制组合表的所有的信噪比阈值，如果判断结果是肯定的，进入步骤704)；否则，进入步骤705)；
步骤704)从优化后的编码调制组合表中选择编号最大值对应的编码调制组合为[tk,tk+1)时间段内的最优编码调制组合；转入步骤8)；
步骤705)计算[tk+1,tk+2)时段动态链路数据的载噪比计算信噪比SNRk+1：
SNRk+1＝[Es/N0]k+1＝[C/N0]k+1-l0lg(Rs)-[M]
上式中，[C/N0]k+1为tk+1时刻动态链路数据的载噪比，[Es/N0]k+1为tk+1时刻动态链路数据的信噪比；
步骤706)判断SNRk是否大于SNRk+1，如果判断结果是肯定的，转入步骤707)；否则转入步骤708)；
步骤707)在优化后的编码调制流程表中寻找编号j,则选择编号j对应的编码调制组合为[tk,tk+1)时间段内的最优编码调制组合；
编号j满足：
转入步骤8)；
步骤708)在优化后的编码调制组合表中寻找编号j,则选择编号j对应的编码调制组合为[tk,tk+1)时间段内的最优编码调制组合；
编号j满足：
转入步骤8)。
步骤8)判断动态链路数据是否遍历，如果判断结果是肯定的，转入步骤9)；否则，令k＝k+1；转入步骤2)；
步骤9)将所有时间段的最优编码调制组合依次排列即为可变编码调制流程。
下面对本发明的一个具体实例进行说明。
动态链路信息如表2所示：
表2
| 时间 | 载噪比 |
| Jul 2017 12:03:35.000 | 4.8dB |
| Jul 2017 12:03:40.000 | 9.2dB |
| Jul 2017 12:03:45.000 | 12dB |
| Jul 2017 12:03:50.000 | 10.1dB |
| Jul 2017 12:03:55.000 | 6.2dB |
选择参与流程设计的调制方式为QPSK和8PSK；编码方式为LDPC，选用码率有2/3,3/5,8/9和9/10；用户要求的误码率为Pe≤10-5；信道模型为AWGN信道；那么组合的CODMOD有：QPSK LDPC2/3、QPSK LDPC3/5、QPSKLDPC 8/9、QPSK LDPC9/10、8PSKLDPC 2/3、8PSKLDPC3/5、8PSKLDPC 8/9、8PSK LDPC9/10。
建立的编码调制组合表如表3所示，
表3
根据步骤5)，应删除设计编号为4和5的QPSK LDPC 8/9和QPSK LDPC 9/10；那么实际的编码调制组合有6种；重新排号1-6。
根据步骤6)-步骤7)依次对各时段的动态链路数据确定最优编码调制组合，最后，可变编码调制流程如表4所示：
表4
Claims (2)
1.一种设计可变调制编码流程的方法，该方法首先针对各种编码调制组合,建立信噪比阈值库；然后在信噪比阈值库中选取所需的多个编码调制组合，计算选取的每个编码调制组合频带利用率，结合每个编码调制组合的信噪比阈值建立编码调制组合表；并对编码调制组合表进行优化；然后遍历动态链路数据，在编码调制组合表中依次确定最优的编码调制组合，将所有时间段的最优编码调制组合依次排列即为可变编码调制流程；
所述方法包括如下步骤：
步骤1)根据预先仿真数据和文献信息，针对各种编码调制组合建立信噪比阈值库；所述信噪比阈值库格式为：编码调制组合、要求的信道模型、误码率和信噪比阈值，所述信噪比阈值为满足一定误码率的最小信噪比要求；
步骤2)在所述信噪比阈值库中选取所需的多个编码调制组合；如果所需的编码调制组合不在信噪比阈值库中，根据信噪比阈值库的格式将所需的编码调制组合添加到信噪比阈值库中；
步骤3)计算选取的每个编码调制组合的频带利用率η；
步骤4)根据选择的误码率和信道模型，从信噪比阈值库中调用每个选取的编码调制组合的信噪比阈值；按照信噪比阈值由小到大排序编号，建立编码调制组合表；
所述编码调制组合表的格式为：编号j，编码调制组合，频带利用率η，信噪比阈值j＝1…n×m；
步骤5)对所述编码调制组合表进行优化：如果在所述编码调制组合表中存在两个编码调制组合，其编号分别为i，j，满足i＞j,但是ηi＜ηj，则从所述编码调制组合表中删除编号为i的编码调制组合；并对所述编码调制组合表重新编号；
步骤6)根据[tk，tk+1)时段动态链路数据的载噪比计算信噪比SNRk；
步骤7)根据SNRk与优化后编码调制组合表中，确定[tk，tk+1)时间段内的最优编码调制组合；
步骤8)判断动态链路数据是否遍历，如果判断结果是肯定的，转入步骤9)；否则，令k＝k+1；转入步骤2)；
步骤9)将所有时间段的最优编码调制组合依次排列即为可变编码调制流程。
2.根据权利要求1所述的设计可变调制编码流程的方法，所述步骤7)进一步包括：
步骤701)判断SNRk是否小于优化后编码调制组合表的所有的信噪比阈值，如果判断结果是肯定的，进入步骤702)；否则，进入步骤703)；
步骤702)不能通过编码调制流程组合表中的编码调制组合建立通信链路；返回步骤2)；
步骤703)判断SNRk是否大于优化后编码调制组合表的所有的信噪比阈值，如果判断结果是肯定的，进入步骤704)；否则，进入步骤705)；
步骤704)从优化后的编码调制组合表中选择编号最大值对应的编码调制组合为[tk，tk+1)时间段内的最优编码调制组合；转入步骤8)；
步骤705)计算[tk+1，tk+2)时段动态链路数据的载噪比计算信噪比SNRk+1；
步骤706)判断SNRk是否大于SNRk+1，如果判断结果是肯定的，转入步骤707)；否则转入步骤708)；
步骤707)在优化后的编码调制组合表中寻找编号j,则选择编号j对应的编码调制组合为[tk，tk+1)时间段内的最优编码调制组合；
编号j满足：
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步骤708)在优化后的编码调制组合表中寻找编号j,则选择编号j对应的编码调制组合为[tk，tk+1)时间段内的最优编码调制组合；
编号j满足：
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