CN105915313A - 梳状阻塞干扰中一种基于Turbo码的脉冲删除方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了梳状阻塞干扰中一种基于Turbo码的脉冲删除方法，根据每个脉冲的同步头估计出本脉冲的信噪比，然后对估计出的信噪比进行排序，结合Turbo码的抗删除能力选择未受干扰的脉冲的信噪比做统计平均确定门限，删除受干扰的脉冲，对未删除脉冲的数据段进行解调，将每个脉冲的解调结果乘以本脉冲的信道可靠性因子，然后进行解交织和译码。本发明能够有效改善梳状干扰环境下通信系统的抗干扰性能。

Description

梳状阻塞干扰中一种基于Turbo码的脉冲删除方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及通信抗干扰领域中的一种脉冲删除方法，可用于跳频系统中对抗梳状阻塞干扰。

背景技术

抗干扰技术是无线通信系统中的一个核心技术。在获得跳频通信有限先验知识和干扰功率足够的前提下，阻塞干扰可以对跳频通信形成最佳干扰。所以说阻塞干扰是目前干扰方最常用且非常有效的干扰方式，也是目前干扰方对于跳频通信干扰的优势所在。梳状阻塞干扰作为阻塞干扰中的一种，落在通信频率上的干扰功率要比其他阻塞干扰方式集中，是对付跳频通信的一种简单有效的方法。因此对梳状阻塞干扰环境下通信的研究相当有意义。

Turbo码的性能逼近香农限，可有效地对抗干扰，被用在多种通信系统中，美军的TTNT中的信道编译码就是Turbo码。先于译码之前删除极不可靠的符号可有效提高跳频通信系统的性能。

Marco Ferrari在“Maximum Likelihood Decoding of Turbo Codes on the BinaryErasure Channel”(IEEE International Conference.,pp.1144-1149,2008)中提出了Turbo码在二进制删除信道下的处理方法，但是不足之处是：这种方法只是针对比特进行删除，没有针对受到干扰的脉冲做处理。

Yu-Sun Liu在“Diversity-Combining and Error-Correction Coding for FFH/MFSKSystems over Rayleigh Fading Channels under Multitone Jamming”(IEEE Transactions onWireless Communications.,pp.771-779,2012)中提出了对数似然比联合度量的方法作为Turbo码的译码度量的方法来对抗跳频系统中的干扰，该方法通过统计平均的系统参数例如信噪比、信号干扰比来计算对数似然比，性能有显著的提升。但是不足之处是：这种方式只是对受到干扰的数据进行可信度调整，并未将受到干扰的数据删除，不适用于一跳上的脉冲数据全部被干扰的梳状阻塞干扰系统。

跳频系统中梳状阻塞干扰环境下，受干扰的脉冲是被窄带干扰瞄准的频点，在跳频通信频段内会有多个频点即脉冲被严重干扰。一旦频点被干扰，该频点对应的符号极度不可靠，为了保证跳频系统的性能，应对此频点对应的脉冲做删除处理。脉冲是否被干扰应根据估计出的信噪比决定，而且需要进一步结合Turbo码的抗删除能力来决定。现有的方法不满足梳状干扰环境下基于Turbo码的通信系统对抗干扰性能的要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种梳状阻塞干扰中基于Turbo码的脉冲删除方法，能够有效改善梳状干扰环境下通信系统的抗干扰性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)接收每个脉冲的同步头和数据段，将所有的同步头存储于同步头存储模块，将所有的数据段存储于数据段存储模块；

(2)从同步头信息存储模块读取每个脉冲的同步头，估计每个脉冲的信噪比SNR_i，信噪比估计的最大误差是±εdB，ε≥0；

(3)由小到大对SNR_i排序，排序后的信噪比为SNR₁≤SNR₂≤...≤SNR_N，N为系统中的脉冲总数；

(4)以设定的误比特率为标准，在信噪比无穷大时Turbo码能够最多支持删除M个脉冲，对信噪比高的N-M个脉冲的信噪比进行统计平均，平均值为SNR₀，设定初始删除门限为SNR₀-ε；

(5)确定最终删除门限并删除受干扰脉冲，包括以下步骤：

5a)将信噪比SNR_i＜SNR₀-ε的脉冲初步定为是受到梳状阻塞干扰的脉冲，脉冲数量为J，则未受到干扰的脉冲数量为N-J；

5b)对未受到干扰的N-J个脉冲的信噪比SNR_J+1、SNR_J+2、...SNR_N再次进行统计平均，平均值为

5c)最终以为删除门限，将信噪比的脉冲确认是受到梳状阻塞干扰的脉冲，受到干扰的脉冲数量为删除信噪比为SNR₁、SNR₂、...的个脉冲；

(6)从数据段存储模块读出全部数据段，对未删除脉冲的数据段进行解调，对删除的脉冲置为0；

(7)将每个脉冲的解调结果乘以本脉冲的信道可靠性因子4*SNR_i，然后进行解交织处理；

(8)将解交织得到的数据送入Turbo译码器进行译码。

本发明的有益效果是：

由于本发明提出的方法对所有脉冲的信噪比进行了排序，结合Turbo码的抗删除特性确定出删除门限，并且对受干扰的脉冲既进行删除处理又做可信度调整，因此适用于对抗梳状阻塞干扰中每跳上的脉冲数据全部被干扰的跳频系统，性能优异。

由于本发明在确定删除门限时进行了两次统计平均，先设定初始删除门限，为了增加准确度，以初始删除门限为界限进行筛选，选取未受干扰的脉冲再次计算删除门限，因此可更加准确地判定出哪些脉冲受到干扰并将其删除。

由于本发明提出的方法是针对脉冲进行的删除处理，因此也可用于对抗针对脉冲进行干扰的通信系统中。

附图说明

图1是本发明的脉冲传输格式示意图。

图2是本发明的方法流程图。

图3是确定最终删除门限并删除受干扰脉冲的示意图。

图4是本发明方法在热噪声和梳状干扰环境下的误码性能仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明方法的思路是：在热噪声和梳状阻塞干扰均为加性高斯白噪声信道下，根据每个脉冲的同步头估计出本脉冲的信噪比，然后对估计出的信噪比进行排序，结合Turbo码的抗删除能力选择未受干扰的脉冲的信噪比做统计平均确定门限，最后找出受干扰的脉冲并作删除处理。删除处理和可信度调整两种手段同时使用来保证通信系统在梳状干扰环境下依然有优异的性能。本发明方法的实现步骤如下：

1)接收数据

接收每个脉冲的同步头和数据段，并分别存储。同步头存储模块用来存储同步头信息，数据段存储模块用来存储数据段信息。

2)信噪比估计

从同步头信息存储模块读取每个脉冲的同步头，对每个脉冲估计信噪比SNR_i，信噪比估计的最大误差是±εdB，其中ε≥0。

3)信噪比排序

对由步骤2)估计出来的每个脉冲信噪比进行由小到大排序。假设系统中的脉冲总数为N，排序后的信噪比为SNR₁≤SNR₂≤...≤SNR_N。

4)确定初始删除门限

以误比特率小于10^-5为标准，在信噪比无穷大时Turbo码可最多支持删除M个脉冲，因此首先可以假定信噪比高的N-M个脉冲未受到干扰。对这N-M个脉冲的信噪比进行统计平均，平均值为SNR₀，初始删除门限定为SNR₀-ε。

5)确定最终删除门限并删除受干扰脉冲

5a)初始以SNR₀-ε为删除门限，将信噪比SNR_i＜SNR₀-ε的脉冲初步定为是受到梳状阻塞干扰的脉冲，脉冲数量为J，那么未受到干扰的脉冲数量为N-J。

当J≤M时，N-J≥N-M，换句话说，N-J个样本比N-M个样本多，用N-J个样本计算删除门限的准确度高于步骤4)中用N-M个样本计算；

当J＞M时，步骤4)中用于计算初始删除门限的N-M个信噪比中包含了J-M个受到干扰的脉冲的信噪比，因此初始删除门限准确度受到影响。使用未受到干扰的N-J个脉冲的信噪比计算删除门限的准确度高于用N-M个信噪比计算。

因此，为了增加门限准确度，执行步骤5b)；

5b)对未受到干扰的N-J个脉冲信噪比SNR_J+1、SNR_J+2、...SNR_N再次进行统计平均，平均值为

5c)最终以为删除门限，将信噪比的脉冲确认是受到梳状阻塞干扰的脉冲，受到干扰的脉冲数量为它们就是步骤3)中信噪比为SNR₁、SNR₂、...的这个脉冲。将其删除，即将这个脉冲数据段置为0。

6)解调

从数据段存储模块读出全部数据段，对未删除脉冲的数据段进行解调，对删除的脉冲不做解调处理，置为0。

7)可信度调整

每个脉冲的解调结果乘以本脉冲的信道可靠性因子，信道可靠性因子为4*SNR_i，SNR_i是步骤2)估计出的信噪比。

8)解交织

对解调结果进行解交织处理。

9)Turbo译码

将解交织后的数据送入Turbo译码器进行译码。

参照附图1，本发明的系统是跳频系统，传输格式为脉冲传输，每一帧共24个脉冲。每个脉冲由同步头和数据段组成。Turbo码编码后的码字交织后平均分布在24个脉冲的数据段中。

参照附图2，本发明的实施例步骤如下：

1)接收数据

接收24个脉冲的同步头和数据段，并分别存储。同步头存储模块用来存储24个脉冲的同步头信息，数据段存储模块用来存储24个脉冲的数据段信息。

2)信噪比估计

从同步头信息存储模块读取每个脉冲的同步头，对每个脉冲估计信噪比SNR_i，信噪比估计的最大误差为±εdB，其中ε≥0。

3)信噪比排序

对由步骤2)估计出来的每个脉冲信噪比进行由小到大排序。本系统的脉冲总数为N＝24，排序后的信噪比为SNR₁≤SNR₂≤...≤SNR₂₄。

4)确定初始删除门限

以误比特率小于10^-5为标准，在信噪比无穷大时Turbo码可最多支持删除M＝12个脉冲。因此首先可以假定信噪比高的N-M＝12个脉冲未受到干扰。对这12个脉冲的信噪比SNR₁₃、...SNR₂₄进行统计平均，平均值为SNR₀，初始删除门限定为SNR₀-ε。

5)确定最终删除门限并删除受干扰脉冲

图3是本步骤的示意图，结合图3对本步骤进一步说明。

5a)初始以SNR₀-ε为删除门限，将信噪比SNR_i＜SNR₀-ε的脉冲初步定为是受到梳状阻塞干扰的脉冲，脉冲数量为J，那么未受到干扰的脉冲数量为N-J。

当J＝8时，J＜M＝12，N-J＝16＞N-M＝12，换句话说，N-J＝16个样本比N-M＝12个样本多，用16个样本计算删除门限的准确度高于步骤4)中用12个样本计算；

当J＝14时，J＞M＝12，步骤4)中用于计算初始删除门限的N-M＝12个信噪比中包含了J-M＝2个受到干扰的脉冲的信噪比，因此初始删除门限准确度受到影响。使用未受到干扰的N-J＝10个脉冲的信噪比计算删除门限的准确度高于用N-M＝12个信噪比计算。

因此，为了增加门限准确度，执行步骤5b)；

5b)对未受到干扰的N-J个脉冲信噪比SNR_J+1、SNR_J+2、...SNR_N再次进行统计平均，平均值为对J≤M和J＞M两种情况分别举例说明。

当J＝8＜M＝12时，N-J＝16。对未受到干扰的脉冲信噪比SNR₉、SNR₁₀、...SNR₂₄再次进行统计平均；

当J＝14＞M＝12时，N-J＝10。对未受到干扰的脉冲信噪比SNR₁₅、SNR₁₆、...SNR₂₄再次进行统计平均。

5c)最终以为删除门限，将信噪比的脉冲确认是受到梳状阻塞干扰的脉冲，受到干扰的脉冲数量为它们就是步骤3)中信噪比为SNR₁、SNR₂、SNR₃、SNR₄的这4个脉冲。将其删除，即将这4个脉冲数据段置为0。

6)解调

从数据段存储模块读出全部数据段，对未删除脉冲的数据段进行解调，对删除的脉冲不做解调处理，置为0。

7)可信度调整

每个脉冲的解调结果乘以本脉冲的信道可靠性因子，信道可靠性因子为4*SNR_i，SNR_i是步骤2)估计出的信噪比。

8)解交织

对解调结果进行解交织处理。

9)Turbo译码

将解交织后的数据送入Turbo译码器进行译码。

本发明的有益效果可通过以下仿真进一步说明。

1.仿真条件

本系统是跳频通信系统，共24个脉冲，一个脉冲一跳。Turbo码采用K.Ganti和J.C.Dill在“Symbol Assignment for High-Rate Circular Trellis-Based Turbo Codes”(IEEEWireless Communications and Networking Conferenc.,pp.1056-1060,2008)中提出的1/6码率的码。码长6144比特，最多支持删除12个脉冲。调制方式为GMSK，信道环境为热噪声和梳状阻塞干扰均为加性高斯白噪声，热噪声一直存在，信号干扰比SJR＝-25dB。Turbo码的码字6144bit交织后等分在24个脉冲的数据段中。每个脉冲共有286bit，其中同步头30bit，数据段256bit。

2.仿真内容和结果

用本发明的方法与传统方法在上述仿真条件下，分别选取6个脉冲受干扰和8个脉冲受干扰，对误比特率随信噪比变化的性能进行仿真比较，仿真结果如附图4所示。

由图4可见，本发明方法的误比特性能与传统方法相比在误比特率BER＝10^-5处，当6个脉冲受干扰时性能提升大约为0.2dB，当8个脉冲受干扰时性能提升大约为0.4dB。说明本发明的方法使性能得到很大的改善。

Claims (1)

1.梳状阻塞干扰中一种基于Turbo码的脉冲删除方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)接收每个脉冲的同步头和数据段，将所有的同步头存储于同步头存储模块，将所有的数据段存储于数据段存储模块；

(2)从同步头信息存储模块读取每个脉冲的同步头，估计每个脉冲的信噪比SNR_i，信噪比估计的最大误差是±εdB，ε≥0；

(3)由小到大对SNR_i排序，排序后的信噪比为SNR₁≤SNR₂≤...≤SNR_N，N为系统中的脉冲总数；

(4)以设定的误比特率为标准，在信噪比无穷大时Turbo码能够最多支持删除M个脉冲，对信噪比高的N-M个脉冲的信噪比进行统计平均，平均值为SNR₀，设定初始删除门限为SNR₀-ε；

(5)确定最终删除门限并删除受干扰脉冲，包括以下步骤：

5a)将信噪比SNR_i＜SNR₀-ε的脉冲初步定为是受到梳状阻塞干扰的脉冲，脉冲数量为J，则未受到干扰的脉冲数量为N-J；

5b)对未受到干扰的N-J个脉冲的信噪比SNR_J+1、SNR_J+2、...SNR_N再次进行统计平均，平均值为

5c)最终以为删除门限，将信噪比的脉冲确认是受到梳状阻塞干扰的脉冲，受到干扰的脉冲数量为删除信噪比为的个脉冲；

(6)从数据段存储模块读出全部数据段，对未删除脉冲的数据段进行解调，对删除的脉冲置为0；

(7)将每个脉冲的解调结果乘以本脉冲的信道可靠性因子4*SNR_i，然后进行解交织处理；

(8)将解交织得到的数据送入Turbo译码器进行译码。