一种用于无线随钻测量传输系统的信道编码方法技术方案

本发明专利技术公布了一种用于无线随钻测量传输系统的信道编码方法，包括：将井下发送信息进行BCH编码，将发送数据调制在载波并经功率放大后发送出去，在地面仪器中从接收信号解调数据，采用Berlecamp迭代算法优化BCH码的硬判决算法，通过穷举法激发BCH码的潜能，以尽可能低的误码率恢复出井下发送信息。主要优点在于：穷举的每一组译码结果具有即时性，最多只需要保存两组硬判决译码结果的数据，对存储空间不会有较大的影响；通过软判决译码给无线随钻测量传输系统带来至少2dB的编码增益，可降低随钻测量传输系统的误码率，在误码率不变前提下通过降低信噪比达到延伸随钻测量系统传输距离的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无线随钻测量传输系统的信道编码方法
本专利技术涉及石油、天然气、煤矿等随钻测量
，具体是一种用于无线随钻测量传输系统的信道编码方法。
技术介绍
按照传输介质的不同，无线随钻测量系统分为声波、泥浆脉冲和电磁波三种传输方式。其中声波传输信号衰减大且受环境干扰严重；泥浆脉冲可靠性高能够用于远距离传输且操作方便，但信号传输速率低。电磁波不受钻井液影响，能应用于泡沫钻井和气体钻井，在传输速率上得到一定提高，但受信号衰减影响大，传输距离受到限制。无线随钻测量系统分为井下仪器和地面仪器，其中井下仪器从传感器获取工程参数，经编码、调制、放大后形成发射信号，地面仪器完成信号接收、信号调理、信号处理和数据解调/解码。该系统主要传输钻头的工程参数，需要传递的信息量小，通常采用较短的码长。BCH码是线性分组码中的一个重要子类，BCH码构造方便，编码简单，译码易于实现，在短码长情况下具有较好的误码率性能，并且BCH码具有完备的代数理论支撑，是目前研究最透彻的一种纠错码。若无线电磁随钻测量传输系统信道编码采用线性分组码方案，因硬判决译码复杂度低但无法获得较好的误码率性能，选用软判决译码算法十分必要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述目前无线随钻测量传输系统信号传输速率低或提高信号传输速率会受信号衰减影响、传输距离受限制的技术缺陷，提供一种用于无线随钻测量传输系统的信道编码方法解决上述问题。一种用于无线随钻测量传输系统的信道编码方法，具体步骤如下：步骤11，井下仪器将待发送信息M采用BCH码的编码方法进行编码，得到序列E；步骤12，井下仪器将编码后的序列E经调制和放大后发送出去；步骤13，地面仪器中从接收信号中进行解调，得到接收序列r；步骤14，对接收序列r采用一种软判决译码算法进行译码。进一步的，所述的步骤12中BCH码的编码方法具体步骤如下：步骤21，根据总码长N在有限域GF(q)上选取一个次数为m的既约多项式，并构造GF(qm)，其中q为素数或素数幂，通常取2，m为某一正整数，当q取2时m与N满足N＝2m-1，GF(qm)一共包含N个元素，任意GF(qm)都包含元素0，αi为其余N-1个元素的幂次表示，i可取的值为0，1，2，…，N-2；步骤22，求GF(qm)的元素αi，i＝1,3,…2t-1的最小多项式mi(x)，其中t表示BCH码的纠错能力，对于任意正整数m和t，一定存在二进制BCH码以α，α3，…，α2t-1为根，码长N＝2m-1，可纠正t个错误，正整数m和t与总码长N和信息序列长度K之间满足mt≥N-K；步骤23，构造可纠t个错误的生成多项式g(x)＝m1(x)m3(x)…m2t-1(x)；步骤24，根据生成多项式构造矩阵G1＝[xk-1g(x)…x2g(x)xg(x)g(x)]T，经行变换将矩阵G1左侧的k个列向量构成的方阵变换为单位矩阵，从而得到编码矩阵G，其中k＝K为信息序列长度；步骤25，根据公式E＝MG完成编码，其中M和E分别为步骤11中的待发送信息和经编码后得到的序列，G为步骤24中求得的编码矩阵。进一步的，所述的步骤14中一种软判决译码算法的具体步骤如下：步骤31，对接收序列r进行硬判决得到硬判决输出hd_r；步骤32，根据接收序列r确定不可靠比特位置集合具体方法如下：在接收序列r中搜索置信度最小的前P1个位置，在这P1个位置中选择其中的0到P个位置，遍历所有的组合将所有可能的种选择列举出来，构造不可靠位置集合T，对不可靠位置集合T中每一组不可靠位置Ti执行步骤33到步骤36；步骤33，根据步骤32中给出的一组不可靠位置Ti，假定硬判决输出hd_r中对应的位置译码全部出错生成测试序列集合C＝hd_r+Ti；步骤34，对测试码字C进行硬判决译码得到有效码字D，将有效码字D作为译码结果暂存到Rflag中，其中Rflag为存储器，用于存储有效码字D，flag的初始值为0；步骤35，计算有效码字D与接收序列r之间的欧氏距离并将其暂存到Eucflag中，其中Eucflag为存储器，用于存储计算出的欧氏距离；步骤36，如果Eucflag＞Euc_min，令flag＝1-flag，Euc_min不变，否则令Euc_min＝Eucflag，flag不变，其中Euc_min为浮点型变量，其初始值为+∞，实际操作中一般取较大的正数，例如：+1000.0；步骤37，将R1-flag中的译码结果作为最终软判决译码的结果输出。进一步的，所述的步骤34中对每一个测试码字C进行硬判决译码时采用如下步骤进行：步骤41，根据接收码多项式R(x)计算伴随式Si(x)，i∈{1,2,…2t}，其中t为BCH硬解码的纠错能力，将接收到的测试码字C写成多项式的形式：其中k1,k2,…,kj∈{1,2,…,N}，j≤N，然后根据公式计算出对应的伴随式；步骤42，用Berlecamp迭代算法构造关于x的n阶多项式σ(x)，一共需要迭代2t+1次，其中σ(x)为错误位置多项式，前两次迭代直接赋初始值，每次迭代更新出新的σ(x)和d，最后一次迭代更新出的σ(x)即为所求，其中σ(j+1)表示第j次迭代时更新出的σ(x)，σk(j)表示σ(j)中xk对应的系数，D(j)表示σ(j)中x的最高次次数，dj+1表示第j次迭代时更新出的d值；以下是具体的计算方法：步骤42(a)，对j＝-1和j＝0时的σ(x)和d赋值如下：σ(-1)＝1，D(-1)＝0，d-1＝1，σ(0)＝1，D(0)＝0，d0＝S1(x)，然后从j＝0开始迭代，每次迭代j增加1，直到j＝2t-1，不断循环42(b)到42(d)步；步骤42(b)，选择合适的i，i必须满足i＜j，di≠0，且i-D(i)的值最大；步骤42(c)，判断dj是否为0，如果dj＝0直接令σ(j+1)＝σ(j)，否则根据公式更新出新的σ(j+1)；步骤42(d)，根据公式更新出新的dj；步骤43，采用Chien搜索算法计算方程σ(x)＝0的解，x可能的取值一共有:0,α,α2,…,αN-1，将每一种可能的取值代入方程σ(x)＝0进行搜索，从中找出方程σ(x)＝0的所有解；步骤44，如果步骤43中方程解的个数等于多项式σ(x)中x是的最高次次数则硬判决校验通过，否则硬判决校验不通过，如果校验通过则方程的解即为测试码字C中的错误位置，将测试码字C中错误位置的信息更正即得到有效码字D。本算法的优点在于：对BCH码的硬判决算法采用Berlecamp迭代算法进行了优化；通过软判决译码算法给传输系统带来至少2dB的编码增益；穷举的每一组译码结果具有即时性，最多只需要保存两组译码结果的数据，对存储空间不会有较大的影响。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术一种用于无线随钻测量传输系统的信道编码方法示意图；图2为本专利技术的软判决译码算法的流程图；图3为本专利技术的总码长N＝31，信息序列长度K＝16，参数P＝2时BCH软判决译码选择不同参数P1对应的误码率曲线图；图4为本专利技术的总码长N＝31，信息序列长度K＝16时BCH软判决译码选择不同参数P对应的误码率曲线图；图5为本专利技术的总码长N＝31，信息序列长度K＝16和总码长N＝63，信息序列长度K＝36时BCH硬判决译本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无线随钻测量传输系统的信道编码方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤11，井下仪器将待发送信息M采用BCH码的编码方法进行编码，得到序列E；步骤12，井下仪器将编码后的序列E经调制和放大后发送出去；步骤13，地面仪器中从接收信号中进行解调，得到接收序列r；步骤14，对接收序列r采用一种软判决译码算法进行译码。

【技术特征摘要】
1.一种用于无线随钻测量传输系统的信道编码方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤11，井下仪器将待发送信息M采用BCH码的编码方法进行编码，得到序列E；步骤12，井下仪器将编码后的序列E经调制和放大后发送出去；步骤13，地面仪器中从接收信号中进行解调，得到接收序列r；步骤14，对接收序列r采用一种软判决译码算法进行译码。2.根据权利要求1所述的一种用于无线随钻测量传输系统的信道编码方法，其特征在于，所述的步骤12中BCH码的编码方法具体步骤如下：步骤21，根据总码长N在有限域GF(q)上选取一个次数为m的既约多项式，并构造GF(qm)，其中q为素数或素数幂，通常取2，m为某一正整数，当q取2时m与N满足N＝2m-1，GF(qm)一共包含N个元素，任意GF(qm)都包含元素0，αi为其余N-1个元素的幂次表示，i可取的值为0，1，2，…，N-2；步骤22，求GF(qm)的元素αi，i＝1,3,…2t-1的最小多项式mi(x)，其中t表示BCH码的纠错能力，对于任意正整数m和t，一定存在二进制BCH码以α，α3，…，α2t-1为根，码长N＝2m-1，可纠正t个错误，正整数m和t与总码长N和信息序列长度K之间满足mt≥N-K；步骤23，构造可纠t个错误的生成多项式g(x)＝m1(x)m3(x)…m2t-1(x)；步骤24，根据生成多项式构造矩阵G1＝[xk-1g(x)…x2g(x)xg(x)g(x)]T，经行变换将矩阵G1左侧的k个列向量构成的方阵变换为单位矩阵，从而得到编码矩阵G，其中k＝K为信息序列长度；步骤25，根据公式E＝MG完成编码，其中M和E分别为步骤11中的待发送信息和经编码后得到的序列，G为步骤24中求得的编码矩阵。3.根据权利要求1所述的一种用于无线随钻测量传输系统的信道编码方法，其特征在于，所述的步骤14中一种软判决译码算法的具体步骤如下：步骤31，对接收序列r进行硬判决得到硬判决输出hd_r；步骤32，根据接收序列r确定不可靠比特位置集合具体方法如下：在接收序列r中搜索置信度最小的前P1个位置，在这P1个位置中选择其中的0到P个位置，遍历所有的组合将所有可能的种选择列举出来，构造不可靠位置集合T，对不可靠位置集合T中每一组不可靠位置Ti执行步骤33到步骤36；步骤33，根据步骤32中给出的一组不可靠位置Ti，假定硬判决输出hd_r中对应的位置译码全部出错生成测试序列集合C＝hd_r+Ti；步骤34，对测试码字C进行硬判决译码得到有效码字D，将有效码字D作为译码结果暂存到Rflag中，其中Rflag为存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家豪，董浩斌，蒋哲栋，蒋国盛，卢春华，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42