CN110855297A - 应用于无线传感器网络中的ldpc信道编码模块和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码模块，其特征在于，包括依次连接的采样单元、编码单元和FM调制单元；采样单元用于对音频数据进行采样，获取采样数据；编码单元用于对采样数据进行编码，且编码单元对采样数据进行编码的方式中至少包括OVTDM编码和TPC/LDPC编码；FM调制单元用于对编码单元输出的编码信号进行调制后通过信道传输出去。本发明提出了一种高效频谱效率、无编码剩余、高编码增益、低译码复杂度的新型编码方式。

Description

应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码模块和系统
技术领域
本发明涉及信道编码技术领域，尤其涉及一种应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码模块和系统。
背景技术
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是继互联网之后，将对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT技术之一。WSN由大量传感器节点组成，完成特定监测区域内信息的感知、存储、传输、处理等功能，已经成为物联网的重要组成部分。在一个WSN中，常常包含大量传感器节点，每个节点都会采集大量的数据甚至达到海量级别。这些数据在内容形式上表现为一维、二维甚至多维的音频、图像和视频。
目前，WSN数据的信源编码主要是指利用信源统计特性，解决信源相关性，去掉信源冗余信息，从而达到压缩信源输出的信息率，提高系统有效性的目的。数据信源编码中，音频编码方法可以分为波形编码、参数编码、混合编码、预测编码、变换编码、子带编码、统计编码等。视频编码方法可以分为熵编码、变换编码、预测编码、混合编码，技术上包含信息保持编码、保真度编码、特征提取编码、人工神经网络压缩编码、分形编码、小波编码、基于对象的压缩编码、基于模型的压缩编码等。
以上这些编码方式，全部都是在传统奈奎斯特采样准则下进行的。普遍来说，数据编码效率不高，频谱效率已无多大改进空间，有的已经达到香农极限性能。尤其是目前通信方式正处于由3G、经4G、到5G高速发展的阶段，海量数据的编码日益成为各系统的重负。
作为新兴的以数据为中心的网络，WSN中一般正是采用数字通信系统，同样存在着采样速率受限、数据编码效率不高等诸多问题。尤其在分布式传感网络中，数据传输功耗和带宽需求非常大，如何对这样的分布式信号进行压缩、减小通信开销已经成为非常紧迫的需求，学术界、产业界急需研究如何对WSN大幅改善数据编码性能、有效提升频谱效率等问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码模块和系统。
本发明提出的一种应用于无线传感器网络中的LDPC(Low Density Parity CheckCode，低密度奇偶校验码)信道编码模块，包括依次连接的采样单元、编码单元和FM调制单元；
采样单元用于对音频数据进行采样，获取采样数据；
编码单元用于对采样数据进行编码，且编码单元对采样数据进行编码的方式中至少包括OVTDM(Overlapped Time Domain Multiplexing，重叠时分复用)编码和TPC/LDPC编码；
FM调制单元用于对编码单元输出的编码信号进行调制后通过信道传输出去。
优选的，编码单元包括依次连接的PCM(Pulse Code Modulation，脉冲编码调制)编码子单元、OVTDM编码子单元和TPC/LDPC编码子单元；
采样单元与PCM编码子单元连接，TPC/LDPC编码子单元与FM调制单元连接。
一种应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码系统，包括上述的LDPC信道编码模块，还包括LDPC信道译码模块；
LDPC信道译码模块包括依次连接的FM解调单元、译码单元和数据处理单元；
FM解调单元用于对通过信道接收的编码信号进行解调，获得解调信号；
译码单元用于对解调信号进行译码；数据处理单元用于对译码数据进行数据处理。
优选的，译码单元包括依次连接的：TPC/LDPC译码子单元、OVTDM译码子单元和PCM译码子单元，FM解调单元连接TPC/LDPC译码子单元，PCM译码子单元连接数据处理单元。
优选的，数据处理单元用于对译码数据进行数据整形和/或数据传输。
优选的，FM调制单元和FM解调单元之间的信道采用瑞利信道、高斯信道或者莱斯信道。
优选的，FM调制单元和FM解调单元之间的信道采用莱斯信道时，莱斯因子取2。
本发明提出的一种应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码模块和系统，采用了TPC/LDPC编码和OVTDM编码。多进制LDPC码在不同参数突发噪声下具有的误码性能和迭代特性优势，而利用波形分割的OVTDM编码是新型高频谱效率的波形编码。
本发明中，通过OVTDM编码和TPC/LDPC编码结合，实现了数据加权的移位重叠，不但可获取编码增益与频谱效率，输出也逼近了最佳的复高斯分布。OVTDM编码过程中，数据加权的复用波形重叠越严重，编码增益越高，输出越逼近复高斯分布，频谱效率也越高。OVTDM波形编码的频谱效率随信噪比呈线性增长，超出了香农界的频谱效率随信噪比的对数线性增长的规律。可见，本发明中，通过OVTDM编码的应用，脱离了奈奎斯特准则，利用重叠复用原理的编码方式，即通过数据加权复用波形在X域(时域、频域、空域等)的移位重叠，形成了一种高效频谱效率、无编码剩余、高编码增益、低译码复杂度的新型编码方式。
附图说明
图1为本发明提出的一种应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码模块示意图。
图2为本发明提出的一种应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码系统示意图；
图3为本发明提出的另一种应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码系统示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明提出的一种应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码模块，包括依次连接的采样单元、编码单元和FM调制单元。
采样单元用于对音频数据进行采样，获取采样数据。
编码单元用于对采样数据进行编码，且编码单元对采样数据进行编码的方式中至少包括OVTDM编码和TPC/LDPC编码。
多进制LDPC码在不同参数突发噪声下具有的误码性能和迭代特性优势，而利用波形分割的OVTDM编码是新型高频谱效率的波形编码。
本实施方式中，通过OVTDM编码和TPC/LDPC编码结合，实现了数据加权的移位重叠，不但可获取编码增益与频谱效率，输出也逼近了最佳的复高斯分布。OVTDM编码过程中，数据加权的复用波形重叠越严重，编码增益越高，输出越逼近复高斯分布，频谱效率也越高。OVTDM波形编码的频谱效率随信噪比呈线性增长，超出了香农界的频谱效率随信噪比的对数线性增长的规律。可见，本实施方式中，通过OVTDM编码的应用，脱离了奈奎斯特准则，利用重叠复用原理的编码方式，即通过数据加权复用波形在X域(时域、频域、空域等)的移位重叠，形成了一种高效频谱效率、无编码剩余、高编码增益、低译码复杂度的新型编码方式。
FM调制单元用于对编码单元输出的编码信号进行调制后通过信道传输出去。
具体的，本实施方式中，编码单元包括依次连接的PCM编码子单元、OVTDM编码子单元和TPC/LDPC编码子单元；
采样单元与PCM编码子单元连接，TPC/LDPC编码子单元与FM调制单元连接。
即本实施方式中，对于采样单元获得的采样数据，依次进行PCM编码、OVTDM编码和TPC/LDPC编码后再进行FM调制，然后将调制后的编码信号通过信道传输出去。
参照图2，本发明中，还提出了一种应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码系统，其包括上述的LDPC信道编码模块，还包括LDPC信道译码模块。
LDPC信道译码模块包括依次连接的FM解调单元、译码单元和数据处理单元。
FM解调单元用于对通过信道接收的编码信号进行解调，获得解调信号。
译码单元用于对解调信号进行译码，译码单元采用与编码单元相对应的译码方式。具体的，参照图3，译码单元包括依次连接的：TPC/LDPC译码子单元、OVTDM译码子单元和PCM译码子单元。
数据处理单元用于对译码数据进行数据处理，例如数据整形和/或数据传输。
具体的，本实施方式中，FM解调单元连接TPC/LDPC译码子单元，PCM译码子单元连接数据处理单元。即，FM解调单元对于通过信道接收到的编码信号进行解调后，译码单元对于解调后的编码信号依次进行TPC/LDPC译码、OVTDM译码和PCM译码，获得译码数据，数据处理单元对译码数据进行处理。
本实施方式中，FM调制单元和FM解调单元之间的信道采用瑞利信道、高斯信道或者莱斯信道，以便通过衰落信道下的误码率和信噪比对编译码方式进行检测。且，FM调制单元和FM解调单元之间的信道采用莱斯信道时，莱斯因子取2。
以上所述，仅为本发明涉及的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码模块，其特征在于，包括依次连接的采样单元、编码单元和FM调制单元；
采样单元用于对音频数据进行采样，获取采样数据；
编码单元用于对采样数据进行编码，且编码单元对采样数据进行编码的方式中至少包括OVTDM编码和TPC/LDPC编码；
FM调制单元用于对编码单元输出的编码信号进行调制后通过信道传输出去。
2.如权利要求1所述的应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码模块，其特征在于，编码单元包括依次连接的PCM编码子单元、OVTDM编码子单元和TPC/LDPC编码子单元；
采样单元与PCM编码子单元连接，TPC/LDPC编码子单元与FM调制单元连接。
3.一种应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码系统，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的LDPC信道编码模块，还包括LDPC信道译码模块；
LDPC信道译码模块包括依次连接的FM解调单元、译码单元和数据处理单元；
FM解调单元用于对通过信道接收的编码信号进行解调，获得解调信号；
译码单元用于对解调信号进行译码；数据处理单元用于对译码数据进行数据处理。
4.如权利要求3所述的应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码系统，其特征在于，译码单元包括依次连接的：TPC/LDPC译码子单元、OVTDM译码子单元和PCM译码子单元，FM解调单元连接TPC/LDPC译码子单元，PCM译码子单元连接数据处理单元。
5.如权利要求3所述的应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码系统，其特征在于，数据处理单元用于对译码数据进行数据整形和/或数据传输。
6.如权利要求3所述的应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码系统，其特征在于，FM调制单元和FM解调单元之间的信道采用瑞利信道、高斯信道或者莱斯信道。
7.如权利要求6所述的应用于无线传感器网络中的LDPC信道编码系统，其特征在于，FM调制单元和FM解调单元之间的信道采用莱斯信道时，莱斯因子取2。
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