CN106411467A - 基于chirp信号的信息发送、接收方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于通信技术领域，提供了基于chirp信号的信息发送、接收方法及装置，包括：对待发送信息进行编码，得到信道编码数据；将所述信道编码数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字的比特长度，n为信号调制时每个符号携带的信息的比特长度与交织深度的乘积；根据预设的长度为n的行向量P_i对排列后的所述信道编码数据进行数据置换，得到交织后的所述信道编码数据；将交织后的所述信道编码数据按行读取，调制成chirp信号并发送。本发明在基于chirp信号的信息发送过程中，所采用的交织技术可以让每个码字的信息比特随机均匀等概率地分布在每个符号上，使得通信系统的抗干扰能力得到增强。

Description

基于chirp信号的信息发送、接收方法及装置

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及基于chirp信号的信息发送、接收方法及装置。

背景技术

Chirp信号是一种频率随时间变化的无线信号，其被广泛地运用在雷达通信和军事通信领域。在通信系统的应用中，可以通过调制chirp信号的相位、幅度或频率的变化方式来调制信息，从而达到传输信息的目的，且通过扩展每个信息符号的分辨率和时间，也可以达到增强抗噪声能力和抗干扰能力的目的。

现有技术中，基于chirp信号的收发设备在交织/解交织过程中，所采用的对角交织器存在交织深度受限的缺点，当出现突发的外界干扰时，抗干扰能力差，导致系统性能恶化。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了基于chirp信号的信息发送、接收方法及装置，以解决目前基于chirp信号的收发设备在交织/解交织过程中，所采用的对角交织器存在交织深度受限的缺点，当出现突发的外界干扰时，抗干扰能力差的问题。

第一方面，提供了一种基于chirp信号的信息发送方法，包括：

对待发送信息进行编码，得到信道编码数据；

将所述信道编码数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字的比特长度，n为信号调制时每个符号携带的信息的比特长度与交织深度的乘积；

根据预设的长度为n的行向量P_i对排列后的所述信道编码数据进行数据置换，得到交织后的所述信道编码数据，0<i<k+1；

将交织后的所述信道编码数据按行读取，并根据每个符号的大小调制成chirp信号并发送。

第二方面，提供了一种基于chirp信号的信息发送装置，包括：

编码单元，用于对待发送信息进行编码，得到信道编码数据；

第一排列单元，用于将所述信道编码数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字的比特长度，n为信号调制时每个符号携带的信息的比特长度与交织深度的乘积；

交织单元，用于根据预设的长度为n的行向量P_i对排列后的所述信道编码数据进行数据置换，得到交织后的所述信道编码数据，0<i<k+1；

发送单元，用于将交织后的所述信道编码数据调制成chirp信号并发送。

第三方面，提供了一种基于chirp信号的信息接收方法，包括：

接收chirp信号并解调，得到信道编码数据；

将所述解调数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字的比特长度，n为信号解调时每个符号携带的信息的比特长度与交织深度的乘积；

根据预设的长度为n的行向量P_i对所述信道编码数据进行数据置换，得到解交织后的所述信道编码数据，0<i<k+1；

对解交织后的所述信道编码数据进行解码，还原出信息。

第四方面，提供了一种基于chirp信号的信息接收装置，包括：

接收单元，用于接收chirp信号并解调，得到信道编码数据；

第二排列单元，用于将所述解调数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字的比特长度，n为信号解调时每个符号携带的信息的比特长度；

解交织单元，用于根据预设的长度为n的行向量P_i对所述信道编码数据进行数据置换，得到解交织后的所述信道编码数据，0<i<k+1；

解码单元，用于对解交织后的所述信道编码数据进行解码，还原出信息。

本发明实施例在基于chirp信号的信息发送过程中，所采用的交织技术可以让每个码字的信息比特随机均匀等概率地分布在每个符号上，当外界干扰影响到一个或多个符号时，容易出错的信息比特会分布在不同的码字上，从而通过信道解码去纠错，使得通信系统的抗干扰能力得到增强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于chirp信号的信息发送方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的基于chirp信号的信息接收方法的实现流程图；

图3是本发明实施例提供基于chirp信号的信息发送装置的结构框图；

图4是本发明实施例提供基于chirp信号的信息接收装置的结构框图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

图1示出了本发明实施例提供的基于chirp信号的信息发送方法的实现流程，详述如下：

在S101中，对待发送信息进行编码，得到信道编码数据。

在发送端，首先运用特定的信道编码，在一定的编码率(coding rate)下对待发送信息进行编码。

优选地，在本发明实施例中，采用的信道编码为BCH码，使用的编码率可以根据业务需求和信道环境进行调节和改变，可以是4/7、4/8/、4/6、4/5或1/3、等。不同的编码率由于冗余信息的数量不同，其纠错能力也有差异。

在执行完S101之后，由于信号在信道中进行传输时，有时会受到突发性的干扰，这种干扰的存在往往会影响1个或多个连续的符号(symbol)，导致连续多个比特(bit)发生错误，在信道解码时也难以把错误纠正过来。为了应付上述情况，在进行信号调制之前，需要对信道编码数据进行交织。

在S102中，将所述信道编码数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字(codeword)的比特长度，n为信号调制时每个符号携带的信息的比特长度与交织深度的乘积。

以交织深度等于1为例，在发送端，对于经过信道编码的数据，假设每个码字的长度为k bits，假设信号调制时每个符号携带的信息的长度为n bits，那么将信道编码数据进行排列，每列的长度是k，每行的长度是n，如表1所示，排列中的C_kn表示信道编码数据第n个码字的第k个bit。

表1

C11

C12

C13

C14

C15

...

C1n

C21

C22

C23

C24

C25

...

C2n

C31

C32

C33

C34

C35

...

C3n

C41

C42

C43

C44

C45

...

C4n

…

…

…

…

…

...

…

Ck1

Ck2

Ck3

Ck4

Ck5

...

Ckn

在S103中，根据预设的长度为n的行向量P_i对排列后的所述信道编码数据进行数据置换，得到交织后的所述信道编码数据，0<i<k+1。

在本发明实施例中，执行S101之前，需要预先在信息发送端和信息接收端设置好同样的行向量P_i，优选地，可以随机产生行向量P_i中的每个元素e_j，0<j<n+1，且0<e_j<n+1。

作为S103的一种优选实施方式，所述根据预设的长度为n的行向量P_i对排列后的所述信道编码数据进行数据置换包括：

所述行向量P_i中若存在e_j＝x，则把排列后的所述信道编码数据中第i行第x列的数据置换到第i行第j列。

在该优选实施方式之下，表2示出了当P₁＝[5 3 1 n 2 … 4]，P₂＝[4 5 3 1 n... n-1]时，将表1中的数据进行交织后的结果。

表2

C15

C13

C11

C1n

C12

...

C14

C24

C25

C23

C21

C2n

...

C2n-1

C31

C32

C33

C34

C35

...

C3n

C41

C42

C43

C44

C45

...

C4n

…

…

…

…

…

...

…

Ck1

Ck2

Ck3

Ck4

Ck5

...

Ckn

需要说明的是，表1和表2的示例中，交织深度为一个信息符号，若交织深度大于一个信息符号，则也可基于相同的原理完成交织/解交织过程。在本发明实施例中，交织深度是灵活可配的，当交织深度为1时，对应的，S102中排列出的一行数据调制成一个符号；当交织深度大于1时，对应地，S102中排列出的一行数据调制成多个符号。

在S104中，将交织后的所述信道编码数据按行读取，并根据每个符号的大小调制成chirp信号并发送。

在本发明实施例中，基于上述交织编码的结果，在对交织后的信道编码数据进行调制时，按照按行读取的方式进行，即每一行的数据可调制成一个或多个符号。

以下以交织深度等于3为例，对交织深度大于1的信息发送方法进行详细说明：

1、将需要交织的数据排列成k行3*m(3*m＝n)列，如表3所示，其中，m为单个符号的比特长度；

2、产生第一个随机行向量P₁(长度为3*m,即有3*m个元素)，若P₁的第x个元素P_1x＝y，则把表3第1行的第x个元素C_1,x用C_1,y替换。以这样的方式完成第一行所有的元素的重新排列，然后产生第2、3、……k个随机行变量P₂、P₃、……P_k，依照相同方法，分别用这些随机行变量完成第2、3、……k行元素的重新排列。需要注意，产生的每个随机行向量P₁、P₂、……和P_k之间是相互独立且不相同的。

3、将重新排列的元素按照从左到右，从上到下的顺序按行读取，每次读取的元素的数量为m。这样，在本示例中，由于交织深度为3，每行需要读取三次后再读取下一行。显然，若交织深度为d，则交织后的数据需要每行读取d次。

4、将每次读取出来的数据调制成Chirp信号并发送。

在接收端，解交织器的工作模式是上述交织方法的逆过程，因此可以根据每个随机行向量P₁、P₂、……P_k恢复出S102的数据排列方式，在此不再赘述。

表3

C11

C12

…

C1,n

C1,n+1

…

C1,2n

C1,2n+1

...

C1,3n

C21

C22

…

C2,n

C2,n+1

…

C2,2n

C2,2n+1

...

C2,3n

C31

C32

…

C3,n

C3,n+1

…

C3,2n

C3,2n+1

...

C3,3n

C41

C42

…

C4,n

C4,n+1

…

C4,2n

C4,2n+1

...

C4,3n

…

…

…

…

…

…

…

…

...

…

Ck1

Ck2

…

Ck,n

Ck,n+1

…

Ck,2n

Ck,2n+1

...

Ck,3n

Chirp信号的特点是信号的频率随时间变化，一种频率随时间线性增加的chirp信号的表达式为其中u>0，其中，频率随时间线性增加的chirp信号被称为up chirp，频率随时间线性下降的chirp信号为down chirp。基于chirp信号的信号发送过程中，信号的调制恰好是利用不同的循环移位后的chirp信号来进行的，移位量由承载的信息所决定，在此，称移位量为信息索引。在本发明实施例中，在发送信息时，先对信息索引进行格雷反映射，然后再把信息发射出去，这样就会使相邻信息的索引的差异为1bit。

对应于图1所示的实施例，图2示出了本发明实施例提供的基于chirp信号的信息接收方法的实现流程，该流程是图1对应实施例的逆过程：

在S201中，接收chirp信号并解调，得到信道编码数据。

在实际的通信过程中，由于发射机和接收机系统时钟的非理想性，会导致基带接收信号存在一定的载波频偏和定时误差，因此接收机需要在对接收信号进行载波频偏和定时误差的估计和纠正的基础上，才能对接收信号进行正确的解调。在接收端，接收机首先检测chirp信号数据帧结果前导中携带的Base up/down chirp，当检测到有效的base chirp后，接收机可以得到当前载波频偏信息和定时偏差信息，完成与发射机之间的收发同步，进而完成解调。

在S202中，将所述解调数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字的比特长度，n为信号解调时每个符号携带的信息的比特长度与交织深度的乘积。

在接收端，对于解调得到的信道编码数据，假设其中每个码字的长度为k bits，并假设信号解调时每个符号携带的信息的长度为n bits，交织深度为d，那么将信道编码数据进行排列，每列的长度是k，每行的长度是n*d。

在S203中，根据预设的长度为n的行向量P_i对所述信道编码数据进行数据置换，得到解交织后的所述信道编码数据，0<i<k+1。

在本发明实施例中，执行S201之前，需要预先在信息发送端和信息接收端设置好同样的行向量P_i，优选地，可以由发送端随机产生行向量P_i中的每个元素e_j，0<j<n+1，且0<e_j<n+1。

作为S203的一种优选实施方式，所述根据预设的长度为n的行向量P_i对所述信道编码数据进行数据置换包括：

所述行向量P_i中若存在e_j＝x，则把所述信道编码数据中第i行第j列的数据置换到第i行第x列。

在S204中，对解交织后的所述信道编码数据进行解码，还原出信息。

解码是编码的逆过程，在接收端的接收机中，通过对解交织后的信道编码数据进行解码运算，可恢复出原始信息。当信息受到噪声和外界干扰时，信道解码可对一定范围内的错误进行纠正，从而提高系统性能。例如，对于BCH(7，4)和BCH(15，11)，可纠正1bit错误；对于BCH(15,7)，可纠正2bits错误；对于BCH(15，5)，可纠正3bits错误。

本发明实施例在基于chirp信号的信息发送过程中，所采用的交织技术可以让每个码字的信息比特随机均匀等概率地分布在每个符号上，当外界干扰影响到一个或多个符号时，容易出错的信息比特会分布在不同的码字上，从而通过信道解码去纠错，使得通信系统的抗干扰能力得到增强。同时，该交织/解交织方案易于软件或硬件实现，且其交织深度是灵活可配的，从而进一步提高了通信系统的抗干扰能力。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上文实施例所述的基于chirp信号的信息发送方法，图3示出了本发明实施例提供的基于chirp信号的信息发送装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

参照图3，该装置包括：

编码单元31，对待发送信息进行编码，得到信道编码数据；

第一排列单元32，将所述信道编码数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字的比特长度，n为信号调制时每个符号携带的信息的比特长度与交织深度的乘积；

交织单元33，根据预设的长度为n的行向量P_i对排列后的所述信道编码数据进行数据置换，得到交织后的所述信道编码数据，0<i<k+1；

发送单元34，将交织后的所述信道编码数据按行读取，并根据每个符号的大小调制成chirp信号并发送。

可选地，所述交织单元34具体用于：

所述行向量P_i中若存在元素e_j＝x，把排列后的所述信道编码数据中第i行第x列的数据置换到第i行第j列，其中，e_j为正整数，0<j<n+1且0<e_j<n+1。

可选地，所述装置还包括：

生成单元，随机产生所述行向量P_i中的每个元素e_j。

对应于上文实施例所述的基于chirp信号的信息接收方法，图4示出了本发明实施例提供的基于chirp信号的信息接收装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

参照图4，该装置包括：

接收单元41，接收chirp信号并解调，得到信道编码数据；

第二排列单元42，将所述解调数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字的比特长度，n为信号解调时每个符号携带的信息的比特长度与交织深度的乘积；

解交织单元43，根据预设的长度为n的行向量P_i对所述信道编码数据进行数据置换，得到解交织后的所述信道编码数据；

解码单元44，对解交织后的所述信道编码数据进行解码，还原出信息。

可选地，所述解交织单元43具体用于：

所述行向量P_i中若存在元素e_j＝x，把所述信道编码数据中第i行第j列的数据置换到第i行第x列，其中，e_j为正整数，0<j<n+1且0<e_j<n+1。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明实施例各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于chirp信号的信息发送方法，其特征在于，包括：

对待发送信息进行编码，得到信道编码数据；

将所述信道编码数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字的比特长度，n为信号调制时每个符号携带的信息的比特长度与交织深度的乘积；

根据预设的长度为n的行向量P_i对排列后的所述信道编码数据进行数据置换，得到交织后的所述信道编码数据，0<i<k+1；

将交织后的所述信道编码数据按行读取，并根据每个符号的大小调制成chirp信号并发送。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的长度为n的行向量P_i对排列后的所述信道编码数据进行数据置换，包括：

所述行向量P_i中若存在元素e_j＝x，把排列后的所述信道编码数据中第i行第x列的数据置换到第i行第j列，其中，e_j为正整数，0<j<n+1且0<e_j<n+1。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对待发送信息进行编码之前，所述方法还包括：

随机产生所述行向量P_i中的每个元素e_j。

4.一种基于chirp信号的信息接收方法，其特征在于，包括：

接收chirp信号并解调，得到信道编码数据；

将所述解调数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字的比特长度，n为信号解调时每个符号携带的信息的比特长度与交织深度的乘积；

根据预设的长度为n的行向量P_i对所述信道编码数据进行数据置换，得到解交织后的所述信道编码数据，0<i<k+1；

对解交织后的所述信道编码数据进行解码，还原出信息。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据预设的长度为n的行向量P_i对所述信道编码数据进行数据置换包括：

所述行向量P_i中若存在元素e_j＝x，把所述信道编码数据中第i行第j列的数据置换到第i行第x列，其中，e_j为正整数，0<j<n+1且0<e_j<n+1。

6.一种基于chirp信号的信息发送装置，其特征在于，包括：

编码单元，用于对待发送信息进行编码，得到信道编码数据；

第一排列单元，用于将所述信道编码数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字的比特长度，n为信号调制时每个符号携带的信息的比特长度与交织深度的乘积；

交织单元，用于根据预设的长度为n的行向量P_i对排列后的所述信道编码数据进行数据置换，得到交织后的所述信道编码数据，0<i<k+1；

发送单元，用于将交织后的所述信道编码数据按行读取，并根据每个符号的大小调制成chirp信号并发送。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述交织单元具体用于：

所述行向量P_i中若存在元素e_j＝x，把排列后的所述信道编码数据中第i行第x列的数据置换到第i行第j列，其中，e_j为正整数，0<j<n+1且0<e_j<n+1。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

生成单元，用于随机产生所述行向量P_i中的每个元素e_j。

9.一种基于chirp信号的信息接收装置，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收chirp信号并解调，得到信道编码数据；

第二排列单元，用于将所述解调数据排列成k行n列，其中，k为所述信道编码数据中每个码字的比特长度，n为信号解调时每个符号携带的信息的比特长度与交织深度的乘积；

解交织单元，用于根据预设的长度为n的行向量P_i对所述信道编码数据进行数据置换，得到解交织后的所述信道编码数据，0<i<k+1；

解码单元，用于对解交织后的所述信道编码数据进行解码，还原出信息。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述解交织单元具体用于：

所述行向量P_i中若存在元素e_j＝x，把所述信道编码数据中第i行第j列的数据置换到第i行第x列，其中，e_j为正整数，0<j<n+1且0<e_j<n+1。