CN113300993B

CN113300993B - 比特域叠加伪随机序列与稀疏级联编码的传输方法

Info

Publication number: CN113300993B
Application number: CN202110588500.1A
Authority: CN
Inventors: 陈为刚; 何亚龙; 韩昌彩
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2022-08-26
Anticipated expiration: 2041-05-28
Also published as: WO2022247082A1; CN113300993A

Abstract

本发明公开了一种比特域叠加伪随机序列与稀疏级联编码的传输方法，包括：(1)在发送端，首先对待传输信息序列进行信道编码，将每个信道编码符号按照稀疏编码方案转换为码元“1”的比例较少的稀疏序列，接着将稀疏序列与伪随机序列逐比特异或叠加得到待传输序列，最后调制发送；(2)在接收端，首先将接收信号与本地伪随机序列进行滑动相关判决，以实现帧同步和传输符号同步，进一步移除信号中的伪随机序列，然后在解调器中计算每一比特的硬判决和软判决信息，送入译码器进行译码并计算每个稀疏编码码字的硬输出和软输出信息，根据与发送端相同的映射规则得到每个码字对应的信道编码符号硬判决信息和软判决信息，经信道译码得到原始信息序列。

Description

比特域叠加伪随机序列与稀疏级联编码的传输方法

技术领域

本发明涉及数字通信领域，尤其涉及一种比特域叠加伪随机序列与稀疏级联编码的传输方法。

背景技术

数据信息在通信系统中传输时，一般总是以若干个码元组成一帧作为数据传输的基本单元，各个数字时隙的位置可以根据帧定位信号加以识别，因此在数字通信网中，实现帧同步是对后续数据处理不可或缺的前提。然而随着现代纠错编译码技术的发展，通信系统的帧同步锁定跟踪门限面临着更高的要求，常规的帧同步方法存在着很高的假锁概率，不能实现稳定的跟踪同步。通过增加帧同步字的长度可以有效改善帧同步检测性能，但这会带来额外的频谱开销且会破坏系统原本的帧结构。尤其当接收机工作在低信噪比下，如突发通信，传统同步检测方法实现困难，准确性会受到很大的限制。

短突发信号持续时间短，捕获和检测困难，具有较强的抗干扰、抗捕获能力，这一优良的特性使短突发信号广泛应用于对隐蔽性要求较强的通信系统，例如：军事通信及近年来出现的应急救生通信。低信噪比下短突发通信一般所需传输的信息量较少，采用极低码率的编码方案以及配置极低的信息传输速率，以此来实现更强的抗干扰能力。极低速率和极低码率相结合，可以实现极低信噪比下的可靠传输，但同时也使得数据段持续时间变长，若帧头也较长，则整个突发持续时间更长，极大的降低了其隐蔽性，因此突发通信的高隐蔽性和高可靠性难以同时实现。因此对突发通信的信号捕获及同步方法进行研究，提升其接收机在低信噪比环境下的同步检测性能非常重要，这也是完成对数据帧的接收、发挥编码调制方案优异性能以及实现在低信噪比下的可靠通信的必要条件。为了实现帧同步，通常有两类方法，一种是在传输信息流中插入一些特殊码组作为每帧的头尾标记，接收端根据这些特殊码组的位置就可以实现帧同步，另一种是利用码组本身之间彼此不同的特性来实现自同步，无需借助外部特殊码组。

插入特殊码组实现帧同步的方法主要有连贯式插入法和间隔式插入法，其中连贯式插入法就是在每帧的开头集中插入帧同步码组的方法，在这种帧同步方式中，被传输的数据被编成帧，每帧包含一个或多个码组，帧的头部加一个特殊字符来指明一帧的开始。接收端对接收到的比特流进行搜索，一旦检测到这种特殊字符，就得到了帧起始位置，并据此划分帧内的码组。但在某些情况下，帧同步码组并非集中插入在信息码流中，而是每隔一定数量的信息码元，插入一段的帧同步码，收端可以通过对接收码元进行搜索检测来确定帧同步码的位置。帧同步位置的搜索和检测一般可以采用外同步法或者自同步法，具体而言，接收端收到发送端的数据后，将本地序列与接收序列进行滑动相关，若处于同步捕获帧的边界位置时，两个序列的相关函数会出现尖锐峰值，利用相关峰就可得到同步位置信息。外同步法常在每一帧前插入一段具有良好自相关特性的导频序列，即帧同步码，如巴克码，m序列等。然后在接收端对接收信号进行滑动检测，根据帧同步码的相关特性计算出帧头的位置，从而实现帧同步。由于在低信噪比下接收信号的幅度会出现小于噪声幅度的情况，因此帧同步码的检测方式一般都是相关积累与门限判决。帧同步码的自相关性的特点是主瓣和旁瓣差异较大，主瓣峰值越尖锐，判决的准确性就会越高，这个差异可以通过增加帧同步码的长度来提高，当帧同步码越长，即导频序列越长，相关积累的有效增益就会越高。

此外，自相关或差分相干检测器在正交频分复用系统中经常使用，基于插入的导频序列和接收信号之间相关性的检测方法也具有广泛应用，这种方法的性能优于非相干检测和自相关检测器，但互相关检测器会消耗大量的资源。研究结果表明，在相同的信噪比下，最优准则算法比简单相关准则算法具有将近3dB的增益。有研究者以匹配滤波器为基础，提出了一种并行搜索方案，该方案利用匹配滤波器计算同步码在每个采样时刻的相关值，若某一时刻相关值大于判决门限，即可判定为成功捕获，而此相关峰值所在的偏移相位即为帧同步检测的估计值。传统的窗搜索峰值检测算法也采用门限判决方法，相关峰值超过门限则判定为帧头捕获成功，但该检测方法的性能对门限的设置非常敏感，为避免峰值检测器对预设门限的依赖，有人提出了一种无需设置门限的峰值检测器，将峰值搜索限定在一个有限长的窗内，作为一段，然后在段内搜索最大值位置作为备选项，接下来判断下一窗口内最大值位置是否与此位置相符，若相符，则帧头搜索成功，完成帧同步，但是该算法计算量较大且需借助于导频，大大增加了复杂度。为进一步降低算法复杂度，基于连续搜索算法的思想，有人提出了滑动相关检测窗口法，从多个样点中抽取一个样点，将抽取出每组样点数据与本地码字进行相关性分析，证明了该方法实现信号捕获的可行性，并且在一定程度上能够节省搜索时间。

为了降低硬件实现所需的码片资源，现有技术中又提出了利用本地序列和接收信号的硬判决结果进行互相关操作实现检测的简化方法，但是其不如根据软判决信息进行相关检测方法的性能，且在低信噪比环境下，当信号被噪声严重破坏时，这类数据辅助的检测器需要更长的帧头数据来维持信号捕获和同步检测的准确性，导致了数据传输效率的下降，使得突发的隐蔽性和抗截获性降低，同时也带来了更大的带宽需求，降低了频谱利用率。

发明内容

本发明提供了一种比特域叠加伪随机序列与稀疏级联编码的传输方法及装置，本发明的接收机在低信噪比下也可实现准确的信号捕获和同步，以完成对信号的有效接收；发送端对待传输信息序列进行稀疏化编码处理，使得伪随机序列与之叠加后，仍能保证一定信噪比下的帧同步准确性，且与传统的编码传输方法相比，可在更低的信噪比下实现信息的可靠传输，详见下文描述：

一种比特域叠加伪随机序列与稀疏级联编码的传输方法，所述方法包括以下步骤：

(1)在发送端，首先对待传输信息序列进行信道编码，将每个信道编码符号按照稀疏编码方案转换为码元“1”的比例较少的稀疏序列，接着将稀疏序列与伪随机序列逐比特异或叠加得到待传输序列，最后调制发送；

(2)在接收端，首先将接收信号与本地伪随机序列进行滑动相关判决，以实现帧同步和传输符号同步，进一步移除信号中的伪随机序列，然后在解调器中计算每一比特的硬判决和软判决信息，送入译码器进行译码并计算每个稀疏编码码字的硬输出和软输出信息，最后根据与发送端相同的映射规则得到每个码字对应的信道编码符号硬判决信息和软判决信息，经信道译码得到原始信息序列。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本发明提出的叠加伪随机序列的级联编码传输方法可用一个码流与载波同时实现帧同步和信息传输两个功能；

2、本发明通过在发送端对待传输信息序列进行稀疏化编码处理，使得伪随机序列与之叠加后，仍能保证一定信噪比下的帧同步准确性；

3、本发明与传统的编码传输方法相比，可在更低的信噪比下实现信息的可靠传输。

附图说明

图1为本发明方案实现的系统框图；

图2为本发明中叠加伪随机序列后的待传输序列结构示意图；

图3为本发明基于低重序列映射的发送端实现流程图；

图4为本发明中与2编码比特对应的w固定为1的序列集V₄的波形表示示意图；

图5为本发明中与3编码比特对应的w固定为1的序列集V₈的波形表示示意图；

图6为本发明w固定为1构造的序列集的波形表示示意图；

图7为本发明w不固定构造的序列集的波形表示示意图；

图8为本发明基于低重码字映射的发送端实现流程图；

图9本发明基于低重序列映射的接收端译码流程图；

图10本发明基于低重码字映射的接收端译码流程图；

图11为本发明具体实施例1帧同步检测性能仿真图；

图12为本发明具体实施例1在AWGN信道下，RS码和LDPC码分别作为外码的译码误比特率性能图；

图13为本发明具体实施例2在AWGN信道下的帧同步检测错误率曲线；

图14为本发明具体实施例3在AWGN信道下的帧同步检测错误率曲线；

图15为本发明具体实施例2和3在AWGN信道下的译码误比特率性能图。

表1为本发明具体实施例3比特组成的编码符号与序列集V₈中8组二进制稀疏序列的对应关系；

表2为本发明w不固定构造的与6编码比特对应的长度为8码片的序列集V₆₄的各组二进制稀疏序列与编码符号的对应关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

针对短突发通信在低信噪比环境中传输存在的困难，为保证其突发检测的准确性和数据传输的可靠性，本发明实施例提出了一种比特域叠加伪随机序列与稀疏编码序列的低信噪比通信方法。

在发送端，首先对待传输信息序列进行信道编码，然后将每个信道编码符号按照专门设计的稀疏编码方案转换为码元“1”的比例较少的稀疏序列，接着将稀疏序列与伪随机序列逐比特异或叠加得到待传输序列，最后调制发送；在接收端，首先将接收信号与本地伪随机序列进行滑动相关判决，以实现帧同步和传输符号同步，进一步移除信号中的伪随机序列，然后在解调器中计算每一比特的硬判决和软判决信息，并送入译码器进行译码并计算每个稀疏编码码字的硬输出和软输出信息，最后根据与发送端相同的映射规则得到每个码字对应的信道编码符号硬判决信息和软判决信息，经信道译码得到原始信息序列。

本发明提出的方法可在低信噪比下保证帧同步的高准确性以及实现信息的可靠传输，在一定的同步码相关性能损失下，可实现传输数据的无干扰分离。另外，本发明提出的方法可根据信道状况灵活选择相关长度，最大长度与帧长相同，有较好的信道适应性，从而实现滑动相关检测算法中复杂度与性能的权衡。

本发明面向数字通信领域，提出一种叠加伪随机序列的级联编码传输方法，选取相关性良好的伪随机序列作为信息传输的载体，与稀疏编码序列叠加后，仍具有良好的自相关特性，且无需专门为训练序列分配时隙，有效提高了频带利用率，同时利用伪随机序列的相关性，采用滑动相关捕获法进行信号捕获，在没有传输资源损失的情况下能精确实现帧同步和传输符号同步，并结合级联码实现低信噪比下信息的可靠传输，与传统的编码传输方法相比，本发明可以用一个码流同时实现帧同步与信息传输两个功能。下面结合附图对本发明中的通信方案做出详细说明。

本发明方案的系统实现框图如图1所示，本发明方案应包括以下步骤：

(1)在发送端，首先对待传输信息序列进行信道编码，然后将每个信道编码符号按照专门设计的稀疏编码方案转换为码元“1”的比例较少的稀疏序列，接着将稀疏序列与伪随机序列逐比特异或叠加得到待传输序列，如图2所示，最后调制发送；

(2)在接收端，首先将接收信号与本地伪随机序列进行滑动相关判决，以实现帧同步和传输符号同步，进一步移除信号中的伪随机序列，然后在解调器中计算每一比特的硬判决和软判决信息，并送入译码器进行译码并计算每个稀疏编码码字的硬输出和软输出信息，最后根据与发送端相同的映射规则得到每个码字对应的信道编码符号硬判决信息和软判决信息，经信道译码得到原始信息序列。

其中，本地伪随机序列具体是与发送端相同的伪随机序列m，接收机可根据信道状况选择相关器的滑动窗口长度，其中最大长度与帧长相同，相应地，位于滑动窗口内进行相关运算的本地序列为从伪随机序列m由其首向后截取的相同长度的二进制序列。

其中，上述步骤(1)具体为：

(1.1)K信息比特经过信道编码后得到N比特长的编码码字c，c以每p比特编码码字为一组，其中第i组比特流可表示为[c_ip,c_ip+1,…,c_ip+p-1]，组成对应的编码符号，表示为e_i，

其中i∈{0,1,…,N/p-1}，c_ip+1为第i组比特流的第二个码片，c_ip+j为第i组比特流的第 j个码片，N为码字c的比特长度，p为每组比特流的码元个数。

(1.2)构建用以实现信道编码码字稀疏化的映射序列集V，并根据映射序列集V设计专门的稀疏编码方案，经稀疏编码后得到二进制稀疏序列s；

(1.3)将二进制稀疏序列s与伪随机序列m进行逐码片异或得到待传输序列t，

调制并发送。

其中，上述步骤(2)具体为：

(2.1)接收端收到传输信号，首先根据已知的伪随机序列通过互相关检测器实现信号捕获，完成帧同步和传输符号同步；

(2.2)移除接收信号中的伪随机序列，根据本地已知的伪随机序列的脉冲位置对接收信号进行符号翻转，从而恢复出叠加的稀疏序列，并送入解调器；

(2.3)在解调器中计算每一比特的硬判决和软判决信息，接着根据与发送端稀疏编码方案中相应的映射规则得到每条稀疏序列对应的信道编码符号硬信息和软信息，经信道译码得到原始信息序列。

其中，上述步骤(1.2)中的二进制稀疏序列s的生成，具体有两种稀疏编码实现方式，分别为：

第一种：利用低重序列映射实现稀疏编码，如图3所示，首先，构建的序列集中每组序列的重量w可不完全相等，在保证序列稀疏性的前提下，w可为任意小于序列长度一半的值，如图4、5、6、7、8及表1所示，然后，建立信道编码符号与稀疏序列集之间的映射关系，得到稀疏编码码字序列。

其中，将二进制序列中符号“1”的密度小于1/2的序列称为低重序列；具体的，其实现步骤如下：

(3.1)序列集包括2^p组不同的二进制稀疏序列，表示为

其中每组序列的长度为l码片，位置编号为a的一组二进制稀疏序列可表示为

l≤2^p，a＝0,1,…,2^p-1；

(3.2)选择序列集V中位置编号与编码符号值对应的二进制稀疏序列作为传输符号，即当编码符号为e_i，选择序列集V中位置编号为e_i的二进制稀疏序列

作为对应的传输符号，稀疏编码完成；

(3.3)针对低重序列映射实现稀疏编码的方案设计相应的译码算法。

第二种：利用低重码字映射实现稀疏编码，如图8所示，首先，利用纠错码的部分低重码字的信息位来构建序列集，这可使得序列集中每组序列经纠错编码后得到的码字均为低码重的码字，然后建立信道编码符号与低重码字的信息位之间的映射关系，最后对映射完成后的序列进行低重纠错编码，得到稀疏编码码字序列。

其中，将二进制编码码字序列中符号“1”的密度小于1/2的码字称为低重码字。

具体的，其实现步骤如下：

(4.1)以Golay(23,12)码为例，映射序列集V由Golay(23,12)码中码重为0、7和8的编码码字的12比特信息位组成，其中

表示位置编号为a的一组二进制序列，a＝0,1,…,N/p-1；

(4.2)根据映射规则选择序列集V中位置编号与编码符号值对应的二进制序列作为传输序列，即当编码符号为c_i，选择序列集V中位置编号为c_i的二进制序列

作为对应的传输序列，完成映射；

(4.3)对映射得到的传输序列执行Golay编码，即每12比特为一组编码为23比特长的重量为0、7或8的二进制稀疏序列s；

(4.4)针对低重码字映射实现稀疏编码的方案设计相应的译码算法。

其中，上述步骤(2.1)具体为：

(5.1)将接收信号y和本地伪随机序列m送入互相关检测器，进行滑动相关，其输出R(k,g)即为互相关值，可表示为：

其中，N_k为相关器滑动窗口长度，y(n+g)为接收信号移位g位后的序列，m(n)为处于滑动窗口内的伪随机序列，k表示相关器输出的序号，n为数字样值序号。

(5.2)检测任何时刻的相关结果，搜索相关峰位置，其判决准则为：

其中，

表示搜索到的相关峰位置，代表数据帧的到达。

(5.3)成功完成码捕获后，根据相关峰位置，确定帧同步估计值，找到接收信号一帧的起始位置，建立与发送端起止时刻一致的脉冲序列，实现帧同步；

(5.4)将接收信号进行划分，以每l码片为一组作为接收符号，实现传输符号同步，并依次送入解调器计算每一符号的软信息。

参见图9，上述步骤(3.3)中针对低重序列映射实现稀疏编码的方案设计的译码算法的具体步骤为：

(6.1)每l码片的接收信号组成一个符号，送入解调器，其中第n组接收信号表示为

(6.2)在解调器中，每个符号根据序列集V利用l维高斯分布密度函数计算软信息，表示为：

其中，

为该接收符号对应v_a在序列集V的位置编号a的符号似然信息，σ²为噪声方差，

为第n组接收信号的第j个码片，

为序列集V中的位置编号为a的序列的第j个码片。

(6.3)将得到的符号似然信息进行归一化后作为没有译码时的初始概率直接送入多进制译码器进行译码，或将其转为比特软信息后送入二进制译码器进行译码，将第n组信息比特对应符号a的初始符号概率表示为

计算方式为：

参见图10，上述步骤(4.4)中针对低重码字映射实现稀疏编码的方案设计的译码算法的具体步骤为：

(7.1)在解调器中计算每一比特对数似然信息r_i并得到相应的硬判决结果u_i，其中，

(7.2)根据得到的比特对数似然信息和硬判决结果，以相关差作为译码度量进行Golay 译码，其中相关差

相关差最小的码字即为Golay译码结果；

其中，r_i·s_i表示两个序列第i个码片的乘积，r_i为接收序列的第i个码片，s_i为映射表中的稀疏序列的第i个码片。

(7.3)Golay译码完成后，按照与发送端相同的映射规则得到每个码字对应的信道编码符号硬判决和软判决信息，并输出到信道译码器；

(7.4)根据得到的信道编码符号的硬判决和软判决信息，完成信道译码，恢复传输信息。

本发明设计的一种比特域叠加伪随机序列与稀疏编码序列的低信噪比通信方法，可用一个码流与载波同时实现帧同步和信息传输两个功能，无需为导频分配额外的时隙。下面给出三个具体的实施例，均在AWGN信道下，采用BPSK调制方法，说明本发明方法的可行性，进一步了解发明的目的、特征和优点。

实施例1

本实施例采用的信道编码为定义在GF(512)域上的RS(511，k)码，码率为k/511，信息序列长度为511个符号，每个符号9个比特。伪随机序列采用级数为14，反馈系数为42103(八进制)的m序列。

如附图1系统模型所示，方案具体过程如下：

(1)随机信源以每9比特信息为一组，得到符号长度为k的信息序列后送入RS编码器，进行编码得到符号长度为511的512进制RS码字e＝[e₀,e₁,…e₅₁₀]；

(2)构造映射表，选择511个Golay(23,12)码中重量分别为7或8的码字所对应的信息位，另外加上全0码字，以此构成映射表，分别对应GF(512)的每一个元素；

(3)选择映射序列集中位置编号与编码符号值对应的二进制序列作为传输符号，即若编码符号为e_i，则选择序列集V中的二进制稀疏序列

作为传输符号，符号映射完成；

(4)比特长度为4599的序列经过映射并执行Golay(23,12)编码，得到511组23码片长的传输符号，将这些传输符号组成的该稀疏序列s与处理为长度为11753的m序列m逐码片异或后得到待传输序列x；

其中，m序列超过11753的部分进行截断操作。

其中，待传输序列实际是33％码片翻转的伪随机序列，整体传输码率为9k/(511×23)。

(5)将待传输序列x进行BPSK调制后依次发送；

(6)信号经过AWGN信道后，到达接收端的信号为y，然后将y和本地序列m送入滑动相关检测器中，连续地进行相关处理，其输出R(k,g)即为互相关值，计算方式参见公式(2)；

(7)检测任何时刻的相关结果，搜索相关峰位置，其判决准则参见公式(3)；

(8)成功完成码捕获后，根据相关峰位置，确定帧同步估计值，找到接收信号一帧的起始位置，建立与发送端起止时刻一致的脉冲序列，实现帧同步；

(9)将接收信号进行划分，以23码片为一组作为接收符号，实现传输符号同步，并将符号依次送入解调器计算每一比特的硬判决信息和软判决信息。在解调器中计算每一比特对数似然信息r_i并得到相应的硬判决结果u_i，硬判决方式参见公式(6)；

(10)利用已知的伪随机序列，对解调器得到的硬判决和软判决信息进行处理，移除叠加的伪随机序列；

(11)根据得到的比特对数似然信息和硬判决结果，以相关差作为译码度量进行Golay 译码，其中相关差

相关差最小的码字即为Golay译码结果，直接进行硬判决；

(12)按照与发送端相同的映射规则得到Golay译码硬判决结果对应的RS编码符号，并输出到RS译码器；

(13)RS译码器采用硬判决译码算法，根据得到的信道编码符号的硬判决信息，完成 RS译码，得到原始的信息序列。

首先，对本实施例的帧同步检测错误率进行了统计，如图11所示，帧同步检测性能随滑动相关窗口长度的增大而提高，相关长度为11753时，m序列有最优的帧同步检测性能，在信噪比为-22dB时，错误率达到10^-4，当相关长度仅为1023时，帧同步检测错误率在信噪比为-5dB下可达10^-4，验证了所提方案在低信噪比下出色的帧同步检测性能。

然后，对本实施例的错误性能进行仿真，如图12所示，本实施例中以RS码为外码，级联码整体码率为0.192时在信噪比为-3.2dB时，系统的译码误比特错误率(BER)可达到10^-5。本方案中以1/2码率的NB-LDPC码为外码，级联码整体码率为0.196时，在信噪比为-6.2dB时，系统的译码误比特错误率(BER)可达到10^-5；以1/3码率的NB-LDPC 码为外码，级联码整体码率为0.131时，在信噪比为-7.8dB时，系统的译码误比特错误率 (BER)可达到10^-5。

实施例2

本实施例采用的信道编码为定义在GF(8)域上的LDPC码，所采用的校验矩阵H码长为384符号，码率为1/2，信息序列长度为192符号，对应为，码长1152比特，信息序列长576比特。校验矩阵每行的4个非零元素随机取自对应有限域的非零元素集合{1,2,…,7}。伪随机序列采用级数为12，反馈系数为10123(八进制)的m序列。

稀疏编码所用序列集包含8组长度为8个码片的二进制稀疏序列，表示为：

V₈＝{v₀，v₁，…，v₇}

序列集中位置编号为a的稀疏序列表示为

其中a∈{0,1,…,7}。附图 5所示为序列集V₈的波形表示，表1所示为序列集V₈中子序列与编码符号的对应关系。

表1

如附图1系统模型所示，方案具体过程如下：

(1)随机信源产生576比特的信息序列，以每3比特信息为一组，得到符号长度为192 的信息序列f＝[f₀,f₁,…f₁₉₁]后送入LDPC编码器，根据其校验矩阵H进行编码得到符号长度为384的8进制LDPC码字e＝[e₀,e₁,…e₃₈₃]；

(2)选择序列集V₈中位置编号与编码符号值对应的二进制稀疏序列作为传输符号，即若编码符号为e_i，则选择序列集V中的二进制稀疏序列

作为传输符号，稀疏编码完成；

(3)符号长度为384的码字经过稀疏正交编码，得到384组8码片长的传输符号，将这些传输符号组成的该稀疏序列

与长度为3072的伪随机序列m逐码片异或后得到待传输序列t；

其中，待传输序列实际是12.5％码片翻转的伪随机序列，整体传输码率为3/16。

(4)将待传输序列t进行BPSK调制后依次发送；

(5)信号捕获与同步的实际执行步骤参见实施例1中的步骤(6)-(8)；

(6)将接收信号进行划分，每8码片的接收信号

组成一个符号，送入解调器；

(7)在解调器中，每组接收信号根据序列集V₈利用8维高斯分布密度函数计算对应数据的符号似然信息，计算方式参见公式(4)；

(8)将符号似然信息进行归一化后作为没有译码时的初始概率直接送入8进制LDPC 译码器进行译码。第n组信息比特对应符号为a的初始符号概率，表示为

计算方式参见公式(5)；

在本实施例中，采用GF(8)域上的快速傅里叶变换-置信度传播(FFT-BP)算法进行译码，首先，在AWGN信道下对本实施例的帧同步检测错误率进行了统计，并与传统帧结构中帧头的帧同步检测错误率进行了对比，其中，该帧头也由m序列组成。如附图14所示，当相关器滑动窗口长度为3072时，本实施例的帧同步检测性能为最优，即在信噪比为-17dB时，检测错误率达到10^-5，接近于长度为2047的帧头的帧同步检测性能。而当相关长度分别为1023和2047时，处于滑动窗口内的本地序列分别为伪随机序列的前1023 个码片和前2047个码片，检测错误率分别在信噪比为-12dB和-15dB时达到10^-5，分别接近于长度为511和1023的m序列构成的帧头的帧同步检测性能。

然后，对本实施例在AWGN信道下的系统差错性能进行了仿真。如附图15所示，本实施例在信噪比为-0.8dB时，译码误比特错误率(BER)可达到10^-6，相比采用BPSK调制结合相同LDPC码的传统编码调制传输方案，有约1.3dB的性能增益。。

实施例3

在发送端以6比特码字为一组进行稀疏编码，采用的序列集V₆₄如表2所示，表示为V₆₄＝{v₀,v₁,...v₆₃}，包含64组长度为8个码片的二进制稀疏序列，其中重量w＝1的序列有8个，重量w＝3的序列有56个，序列集中位置编号为a的稀疏序列表示为

其中a∈{0,1,…,63}。实施例的具体实现过程如下。

表2

本实施例采用的信道编码为定义在GF(64)域上的LDPC码，所采用的校验矩阵H码长为384符号，码率为1/2，信息序列长度为192符号，对应为，码长2304比特，信息序列长1152比特。校验矩阵每行的4个非零元素随机取自对应有限域的非零元素集合。所采用的伪随机序列与具体实施例1相同，方案实现过程与具体实施例2类似。

在本实施例中，采用GF(64)域上的FFT-BP算法进行译码，首先，在AWGN信道下对本实施例的帧同步检测错误率进行了统计，并与传统帧结构中帧头的帧同步检测错误率进行了对比。如图13所示，相关器滑动窗口长度为3072时，该实施例达到最优的帧同步检测性能，即在信噪比为-9dB时，错误率达到10^-5，接近于长度为255的m序列构成的帧头的帧同步检测性能。而当相关长度2047时，检测错误率分别在信噪比为-dB时达到10^-5，优于长度为127的帧头的帧同步检测性能。

然后，对本实施例在AWGN信道下的系统差错性能进行了仿真。如图15所示，本实施例在信噪比为-2.2dB时，BER可达到10^-6，相比采用BPSK结合相同LDPC码的传输方案，有约1dB的性能增益。

由实施例仿真结果可知，本发明方案在低信噪比下能够保证突发捕获及帧同步检测的准确性，且可通过选择不同的相关长度适应不同的信道状况。同时，相比传统传输方案也有一定的错误性能增益，适合应用于短突发通信。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种比特域叠加伪随机序列与稀疏级联编码的传输方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(2)在接收端，首先将接收信号与本地伪随机序列进行滑动相关判决，以实现帧同步和传输符号同步，进一步移除信号中的伪随机序列，然后在解调器中计算每一比特的硬判决和软判决信息，送入译码器进行译码并计算每个稀疏编码码字的硬输出和软输出信息，最后根据与发送端相同的映射规则得到每个码字对应的信道编码符号硬判决信息和软判决信息，经信道译码得到原始信息序列；

所述步骤(1)具体为：

(1.1)K信息比特经信道编码后得到N比特长的编码码字c，c以每p比特编码码字为一组，其中第i组可表示为[c_ip,c_ip+1,…,c_ip+p-1]，组成对应的编码符号，表示为e_i，