CN109889311A - 基于组合编码的间隙信道通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于组合编码的间隙信道通信方法，将n个信源信息采用喷泉码编码生成N个编码包；根据信道状态变化调整伪码编码的周期M和交织编码的编译码矩阵参数即编码块大小W；将所有的编码包依次进行伪码编码得到伪码序列；将伪码序列按照编码矩阵进行交织编码得到交织编码序列；将交织编码序列经过基带和射频调制之后送入间隙信道进行传输；接收端对接收的传输信号进行解调，并对解调后的信息序列按照译码矩阵进行交织译码得到交织译码序列；将交织译码序列进行伪码译码得到伪码译码序列；将伪码译码序列进行喷泉码译码，得到n个信息。解决了信道通信时间上的不连续性和通信间隙的不稳定性导致无线通信不稳定的问题。

Description

基于组合编码的间隙信道通信方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是涉及一种基于组合编码的间隙信道通信方法。

背景技术

信道容量是反映信道传输能力的重要指标，无线信道在通信过程中会受到各种不确定外界因素的影响，导致信道容量不断变化，严重时可能导致通信中断，通信窗口时断时续，这类快时变大衰落信道可被称为间隙信道，把信道容量高于通信门限的时段称为通信间隙，如图1所示意。这种信道最主要特征是存在通信时间上的不连续性和通信间隙的不稳定性。间隙信道会导致传输的数据出现多段不均匀的突发错误。

目前，传统通信中主要通过循环码或交织码等纠错码来应对突发错误。循环码检测突发错误能力强，但纠错效果不佳，法尔码是一类典型的用分析方法构造出的纠正单个突发错误的二进制循环码，是一类比较实用的纠正单个错误的循环码，但其存在纠错效率不高的缺点。交织编码可以将突发错误变成很多随机错误，但其后续的纠错效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于组合编码的间隙信道通信方法，解决了信道通信时间上的不连续性和通信间隙的不稳定性导致无线通信不稳定的问题，以最大限度地实现间隙信道下的不间断可靠通信。

本发明所采用的技术方案是，基于组合编码的间隙信道通信方法，具体步骤如下：

步骤S1、将n个信源信息采用喷泉码编码生成N个编码包；

步骤S2、根据信道状态变化调整伪码编码的周期M和交织编码的编译码矩阵参数即编码块大小W；

步骤S3、将所有的编码包依次进行伪码编码得到伪码序列；

步骤S4、将伪码序列按照编码矩阵进行交织编码得到交织编码序列；

步骤S5、将交织编码序列经过基带和射频调制之后送入间隙信道进行传输；

步骤S6、接收端对接收的传输信号进行解调，并对解调后的信息序列按照译码矩阵进行交织译码得到交织译码序列；

步骤S7、将交织译码序列进行伪码译码得到伪码译码序列；

步骤S8、将伪码译码序列进行喷泉码译码，得到n个信息。

进一步的，所述步骤S1编码包个数N计算如下：

N＝n×(1+r)

式中，r为编码冗余度。

进一步的于，所述步骤S2的信道状态变化指信道状态变好或信道状态变差。

进一步的，所述步骤S2具体是：当信道状态变好时，减小伪码周期M，增大编码块大小W；当信道状态变差时，增大伪码周期M，减小编码块大小W。

进一步的，所述编码块大小W<t₁，编码包个数N＞n，同时bT＞T_min；

其中，t₁为单个通信间隙时间，T_min为整个通信过程中满足可靠通信所要求的最短累计通信时间，b为单个通信间隙在整个通信过程中所占比例，T为整个通信周期。

进一步的，所述T_min的大小与间隙信道中通信间隙的通信质量有关，通信间隙通信质量好的间隙信道的可靠通信所要求的最短累计通信时间小于通信间隙通信质量差的间隙信道的可靠通信所要求的最短累计通信时间。

进一步的，所述步骤S4编码矩阵是对伪码序列按列写入、按行读出的方式生成。

进一步的，所述步骤S6译码矩阵是对解调后的信息序列按行写入、按列读出的方式生成。

本发明的有益效果是，在编码层面对传统的通信方式进行了改进，提出了一种“喷泉码+伪码+交织编码+差分编码”的组合编码策略，将伪码较好的纠错能力、交织编码将较长时间突发错误转变成多个短时间随机错误的能力和喷泉码的无速率特性结合，提高了信道的整体传输能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是间隙信道示意图；

图2是间隙通信系统逻辑框图；

图3是间隙通信编码层示意图；

图4(a)是通信间隙恒定但单个通信周期时间变化时组合编码、伪码和无纠错码三种传输方式的误码率对比曲线图；

图4(b)是单个通信周期恒定但通信间隙变化时组合编码、伪码和无纠错码三种传输方式的误码率对比曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明间隙通信系统逻辑如图2所示，首先通过喷泉码将所有信源信息打包形成喷泉码编码包，然后通过伪码编码提高纠错能力，最后进行交织编码，使所有的编码包都有部分信息片段能够在通信间隙进行正确的传输，将伪码较好的纠错能力、交织编码能将较长时间突发错误转变成多个短时间随机错误的能力、喷泉码的无速率特性结合提高了信道的整体传输能力。接收端首先对这些正确的信息片段进行交织译码，然后进行伪码纠错，得到部分接收时间上离散分布的正确编码包。喷泉码作为一种无速率编码，可以利用这些离散的编码包实现对所有信源信息的译码，因此最后通过喷泉码译码得到完整的信源信息。

基于组合编码的间隙信道通信方法，如图3所示，具体步骤如下：

步骤S1、将n个信源信息按照喷泉码的LT编码方式或Raptor码编码方式生成N个编码包，编码包长度为L，序列1代表其中的一组编码包序列，

N＝n×(1+r)

序列1：{x₁x₂x₃…x_L}

式中，r为编码冗余度。

步骤S2、根据信道状态变化调整伪码编码和交织编码的编码参数。具体规则为：当信道状态变好时，减小伪码周期M，增大编码块大小W；当信道状态变差时，增大伪码周期M，减小编码块大小W。

当信道状态变好时，可通信时间增长、信息整体误码率降低，此时为了减小数据传输的冗余，应减小伪码周期M，同时为了缩短每个信息的传输时间，应增大编码块大小W；当信道状态变差时，可通信时间减少、信息整体误码率增大，此时为了提高信道的纠错能力，应增大伪码周期M，同时为了保证每个信息都能有部分信息片段在通信间隙中传输，应减小编码块大小W。

步骤S3、将所有的编码包依次进行伪码编码得到伪码序列即序列2，伪码序列周期为M。

序列2：{x₁₁x₁₂…x_1Mx₂₁x₂₂…x_2Mx₃₁x₃₂…x_(L-1)Mx_L1x_L2…x_LM}

步骤S4、将序列2(伪码序列)按照下面的编码矩阵进行交织编码得到交织编码序列即序列3。

编码矩阵：

序列3：

步骤S5、将序列3经过基带和射频调制之后送入间隙信道进行传输。

步骤S6、接收端首先对接收的传输信号进行解调，然后对解调之后的信息序列按照下面的译码矩阵进行交织译码得到交织译码序列即序列4。

译码矩阵：

序列4：{x₁₁x₁₂x₁₃…x_1Mx₂₁x₂₂…x_(L-1)Mx_L1x_L2…x_LM}

步骤S7、将序列4进行伪码译码得到伪码译码序列即序列5。

序列5：{x₁x₂x₃…x_L}

步骤S8、将序列5按照BP译码方式或ML译码方式进行喷泉码译码，得到n个信息。

编码矩阵的生成方式是对原信息按列写入、按行读出；译码矩阵的生成方式是对原信息按行写入、按列读出。每个矩阵中每个元素的长度，即每个矩阵元素包含的信息码元长短(编码块大小W)需要根据间隙信道的通信状况进行调整。这样编码就可以将信道产生的突发错误变成随机错误，方便后续的伪码纠错。

假定单个通信间隙时间为t₁，通信间隙在整个通信过程中所占比例为b，整个通信周期为T，在整个通信过程中满足可靠通信所要求的最短累计通信时间为T_min。要通过本发明方法实现可靠通信，各参量之间应满足以下最基本关系：

t₁＞W，N＞n，bT＞T_min。

其中对于不同的间隙信道，T_min的数值不同，T_min的大小主要与间隙信道中通信间隙的通信质量有关，即假如通信间隙通信质量好的间隙信道的可靠通信所要求的最短累计通信时间为T_min1，通信间隙通信质量差的间隙信道的可靠通信所要求的最短累计通信时间为T_min2，则T_min1<T_min2。

设置信源信息数量为360个，伪码周期为31，信噪比为10，传输数据冗余度为5(即r＝5)，8倍采样，对本发明的间隙信道通信方法进行仿真，仿真结果如图4所示。图4(a)为通信间隙恒为29.34％，但单个通信周期时间变化时，组合编码、伪码和无纠错码三种传输方式的误码率对比曲线。伪码和无纠错码这两种传输方式误码率一直较大，且基本不受单个通信周期时间变化的影响；组合编码传输方式随单个通信周期时间变化而变化，在该仿真条件下，当单个通信周期的时间大于1.23ms，即可实现所有信息的正确传输。

图4(b)为单个通信周期恒为1ms，但通信间隙变化时，组合编码、伪码和无纠错码三种传输方式的误码率对比曲线。伪码和无纠错码这两种传输方式的误码率随通信间隙的增大而减小，但减小幅度不明显；组合编码传输方式下的误码率受通信间隙大小的影响较大，在该仿真条件下，当通信间隙的比例大于46％，即可实现所有信息的正确传输。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.基于组合编码的间隙信道通信方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤S1、将n个信源信息采用喷泉码编码生成N个编码包；

步骤S2、根据信道状态变化调整伪码编码的周期M和交织编码的编译码矩阵参数即编码块大小W；

步骤S3、将所有的编码包依次进行伪码编码得到伪码序列；

步骤S4、将伪码序列按照编码矩阵进行交织编码得到交织编码序列；

步骤S5、将交织编码序列经过基带和射频调制之后送入间隙信道进行传输；

步骤S6、接收端对接收的传输信号进行解调，并对解调后的信息序列按照译码矩阵进行交织译码得到交织译码序列；

步骤S7、将交织译码序列进行伪码译码得到伪码译码序列；

步骤S8、将伪码译码序列进行喷泉码译码，得到n个信息。

2.根据权利要求1所述的基于组合编码的间隙信道通信方法，其特征在于，所述步骤S1编码包个数N计算如下：

N＝n×(1+r)

式中，r为编码冗余度。

3.根据权利要求1所述的基于组合编码的间隙信道通信方法，其特征在于，所述步骤S2的信道状态变化指信道状态变好或信道状态变差。

4.根据权利要求3所述的基于组合编码的间隙信道通信方法，其特征在于，所述步骤S2具体是：当信道状态变好时，减小伪码周期M，增大编码块大小W；当信道状态变差时，增大伪码周期M，减小编码块大小W。

5.根据权利要求1～4任一项所述的基于组合编码的间隙信道通信方法，其特征在于，所述编码块大小W<t₁，编码包个数N＞n，同时bT＞T_min；

其中，t₁为单个通信间隙时间，T_min为整个通信过程中满足可靠通信所要求的最短累计通信时间，b为单个通信间隙在整个通信过程中所占比例，T为整个通信周期。

6.根据权利要求5所述的基于组合编码的间隙信道通信方法，其特征在于，所述T_min的大小与间隙信道中通信间隙的通信质量有关，通信间隙通信质量好的间隙信道的可靠通信所要求的最短累计通信时间小于通信间隙通信质量差的间隙信道的可靠通信所要求的最短累计通信时间。

7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的基于组合编码的间隙信道通信方法，其特征在于，所述步骤S4编码矩阵是对伪码序列按列写入、按行读出的方式生成。

8.根据权利要求1、2、3、4或6所述的基于组合编码的间隙信道通信方法，其特征在于，所述步骤S6译码矩阵是对解调后的信息序列按行写入、按列读出的方式生成。