一种低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统，包括编码模块和译码模块；所述编码模块包括RS编码器和卷积编码器；所述RS编码器用于对数据进行RS编码，然后再由所述卷积编码器进行卷积编码，再发送至信道；所述译码模块包括维特比译码器和RS译码器；所述维特比译码器将接收的信号进行卷积解码，然后再发生至RS译码器进行RS解码。相比于现有技术，本发明专利技术采用RS+卷积级联的方式对低功耗广域物联网扩频通信的信号进行信道编码。在码长受限的情况下尽可能的表现出了良好的纠错性能。译码算法相对其他码来讲较简单，译码器设备易于实现。大大降低了完成信道编解码所需的功耗。

Low power consumption wide area network spread spectrum communication system channel coding system and method

The invention provides a channel encoding system with low power consumption and wide area network spread spectrum communication system, including the encoding module and decoding module; the encoding module includes RS coder and convolutional encoder; the RS encoder for RS encoding of data, and then by the convolutional encoder for convolutional encoding, and then sent to the channel; the decoding module includes Vitby decoder and RS decoder; the Vitby decoder will receive the signal of the convolutional decoding, then to the RS decoder for RS decoding. Compared with the prior art, the present invention adopts RS+ convolutional concatenation to encode channel signals of low power, wide area network and spread spectrum communication. As long as the code length is limited, the error correction performance is as good as possible. The decoding algorithm is simpler than other codes, and the decoder device is easy to implement. Greatly reduces the power consumption required to complete channel coding and decoding.

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统和方法
本专利技术涉及通讯领域，特别是一种低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统和方法。
技术介绍
扩频通信(SSC，Spread-SpectrumCommunication)因强抗干扰能力、隐蔽性好、抗截获能力强等优点被广泛的应用于军事通信领域。之后随着无线通信技术的高速发展，无线电设备广泛使用，无线频道变得异常拥挤，扩频通信由于其很强的多址能力成为频道资源紧张“救星”。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，80年代初期开始扩频通信技术在民用通信中获得巨大发展。世界各国就纷纷在卫星移动通信、数字蜂窝移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术。数年便迅速成为引领通信发展的新的潮流。目前它与光纤通信、卫星通信一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。信号要实现在信道中远距离传输就必须提高发射功率，这也就伴随着更多的能耗。在低功耗广域网(LowPowerWideAreaNetwork,LPWAN)产生之前，Wi-Fi、蓝牙等近距离无线通信技术无法满足物联网的大规模部署，以ZigBee等为代表WSN网络虽是可以低成本低功耗接入，但目前还形成不了广域的覆盖和部署，也还限于小范围的应用。移动网络虽是全国范围的部署，但其接入点(GPRS/3G/4G)功耗偏高，尤其是对于电池供电的场合，无法满足低功耗低成本接入的需求。低功耗广域网络(LPWAN)以低功耗、低成本、大连接、易于部署等优势受到了产业链极大的关注与青睐。由于它补齐了物联网通信层的重大短板，因此成为2016年度物联网最为热门的领域，低功耗广域物联网已经成为时代不可逆转的发展潮流。信道编码技术可以显著改善通信系统性能，提高通信系统容量。在B4G/5G系统中，为不断提高通信的需求提供合适的信道编译码解决方案成为了一个研究热点。为了满足当前及未来高速发展的物联网应用需求，我们急需有针对性的选择一种低功耗、低成本、易于实现的信道编码方案进行实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统和方法。本专利技术通过以下的方案实现：一种低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统，包括编码模块和译码模块；所述编码模块包括RS编码器和卷积编码器；所述RS编码器用于对数据进行RS编码，然后再由所述卷积编码器进行卷积编码，再发送至信道；所述译码模块包括维特比译码器和RS译码器；所述维特比译码器将接收的信号进行卷积解码，然后再发生至RS译码器进行RS解码；所述维特比译码器包括控制单元、分支度量生成单元、加比选单元、路径度量存储单元、幸存路径信息存储单元、存储管理单元和回溯单元；所述控制单元用于控制所述分支度量生成单元、加比选单元、路径度量存储单元、幸存路径信息存储单元、存储管理单元和回溯单元的工作；所述分支度量单元用于接收信道的码元，计算分支度量值，并发送至所述加比选单元；所述加比选单元从所述路径度量存储单元中提取分支度量，并与当前时刻的分支度量值进行求和比较，选出最小的分支度量值，并将该幸存路径存储至所述幸存路径信息存储单元，再将最小状态值发送至所述回溯单元；所述回溯单元从所述幸存路径信息存储单元中提取对应的路径信息，并进行解码；所述存储管理单元用于对幸存路径信息存储单元进行存储地址的管理分配。作为本专利技术的进一步改进，所述RS译码器包括伴随多项式计算电路、BM匹配算法实现电路、钱搜索实现电路、Forney算法实现电路和码字缓冲器；所述RS接收的码元一路依次经过伴随多项式计算电路、BM匹配算法实现电路、钱搜索实现电路、Forney算法实现电路进行错误值计算，另一路进入所述码字缓冲器缓存起来与所计算出的错误值同步，进行纠错；所述码字缓冲器为FIFO存储结构，包括存储器和寄存器；所述存储器用于接收并存储数据，再通过所述寄存器进行数据的输出。本专利技术还提供了一种低功耗广域网扩频通信系统信道编码方法，包括以下步骤：S1：通过RS编码器用于对数据进行RS编码；S2：通过卷积编码器进行卷积编码，再发送至信道；S3：通过维特比译码器将接收的信号进行卷积解码；在步骤S3中，包括：S31：由分支度量单元接收信道的码元，计算分支度量值，并发送至加比选单元；S32：加比选单元从路径度量存储单元中提取分支度量，并与当前时刻的分支度量值进行求和比较，选出最小的分支度量值，并将该幸存路径存储至幸存路径信息存储单元，再将最小状态值发送至回溯单元；S33：回溯单元从幸存路径信息存储单元中提取对应的路径信息，并进行解码；S4：通过RS译码器进行RS解码。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S4中具体包括：S41：计算伴随多项式；具体为：由接收到的r(x)计算伴随多项式Sj，Sj＝R(αj)j＝1,2L2t，若Sj＝0，无错；若存在Sj≠0，执行步骤S42；S42：计算错误位置多项式；具体为：利用BM迭代算法译码能够快速高效的根据伴随多项式Sj求Λ(x)＝(1-X1x)(1-X2x)L(1-Xvx)＝1+Λ1X+Λ2X2+....+ΛvXv；S43：钱搜索求根；具体为：求得Λ(x)之后，接下来利用Chien搜索能够简单的求出它的根，即把伽罗华域元素的倒数按顺序依次代进错误位置多项式，就能得到误码所在的位置；S44：计算错误值；具体为：根据Forney算法计算错误图样：定义求值多项式：Ω(x)＝S(x)Λ(x)，RS码错误值计算公式为：S45：完成纠错；具体为：求得错误图样后根据已知的错误位置和相应位置的错误大小，利用C＝R-E完成t个错误以内的纠错。相比于现有技术，本专利技术采用RS+卷积级联的方式对低功耗广域物联网扩频通信的信号进行信道编码。在码长受限的情况下尽可能的表现出了良好的纠错性能。译码算法相对其他码来讲较简单，译码器设备易于实现。大大降低了完成信道编解码所需的功耗。在实现时，优化改进后的RS译码器的码字缓冲器，利用器件本身的优势，不需要额外的逻辑单元，为系统带来了硬件资源的节省。为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。附图说明图1是本专利技术的低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统结构框图。图2是RS编码器的结构框图。图3是本专利技术的卷积编码器电路结构图。图4是本专利技术的维特比译码其的电路框图。图5是RS译码的流程图。图6是现有寄存器实现同步FIFO的示意图。图7是优化后的FIFO存储器结构图。图8是本专利技术的低功耗广域网扩频通信系统信道编码方法的流程图。具体实施方式以下结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。为了解决现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统和方法，具体通过以下的实施例进行介绍。如图1所示，其为本专利技术的低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统结构框图。本专利技术的低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统由两大部分组成，包括编码模块和译码模块；所述编码模块包括RS编码器1和卷积编码器2。所述RS编码器1用于对数据进行RS编码，然后再由所述卷积编码器2进行卷积编码，再发送至信道。所述译码模块包括维特比译码器3和RS译码器4。所述维特比译码器3将接收的信号进行卷积解码，然后再发生至RS译码器4进行RS解码。本专利技术选择RS+卷积级联码作为该实例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统，其特征在于：包括编码模块和译码模块；所述编码模块包括RS编码器和卷积编码器；所述RS编码器用于对数据进行RS编码，然后再由所述卷积编码器进行卷积编码，再发送至信道；所述译码模块包括维特比译码器和RS译码器；所述维特比译码器将接收的信号进行卷积解码，然后再发生至RS译码器进行RS解码；所述维特比译码器包括控制单元、分支度量生成单元、加比选单元、路径度量存储单元、幸存路径信息存储单元、存储管理单元和回溯单元；所述控制单元用于控制所述分支度量生成单元、加比选单元、路径度量存储单元、幸存路径信息存储单元、存储管理单元和回溯单元的工作；所述分支度量单元用于接收信道的码元，计算分支度量值，并发送至所述加比选单元；所述加比选单元从所述路径度量存储单元中提取分支度量，并与当前时刻的分支度量值进行求和比较，选出最小的分支度量值，并将该幸存路径存储至所述幸存路径信息存储单元，再将最小状态值发送至所述回溯单元；所述回溯单元从所述幸存路径信息存储单元中提取对应的路径信息，并进行解码；所述存储管理单元用于对幸存路径信息存储单元进行存储地址的管理分配。

【技术特征摘要】
1.一种低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统，其特征在于：包括编码模块和译码模块；所述编码模块包括RS编码器和卷积编码器；所述RS编码器用于对数据进行RS编码，然后再由所述卷积编码器进行卷积编码，再发送至信道；所述译码模块包括维特比译码器和RS译码器；所述维特比译码器将接收的信号进行卷积解码，然后再发生至RS译码器进行RS解码；所述维特比译码器包括控制单元、分支度量生成单元、加比选单元、路径度量存储单元、幸存路径信息存储单元、存储管理单元和回溯单元；所述控制单元用于控制所述分支度量生成单元、加比选单元、路径度量存储单元、幸存路径信息存储单元、存储管理单元和回溯单元的工作；所述分支度量单元用于接收信道的码元，计算分支度量值，并发送至所述加比选单元；所述加比选单元从所述路径度量存储单元中提取分支度量，并与当前时刻的分支度量值进行求和比较，选出最小的分支度量值，并将该幸存路径存储至所述幸存路径信息存储单元，再将最小状态值发送至所述回溯单元；所述回溯单元从所述幸存路径信息存储单元中提取对应的路径信息，并进行解码；所述存储管理单元用于对幸存路径信息存储单元进行存储地址的管理分配。2.根据权利要求1所述低功耗广域网扩频通信系统信道编码系统，其特征在于：所述RS译码器包括伴随多项式计算电路、BM匹配算法实现电路、钱搜索实现电路、Forney算法实现电路和码字缓冲器；所述RS接收的码元一路依次经过伴随多项式计算电路、BM匹配算法实现电路、钱搜索实现电路、Forney算法实现电路进行错误值计算，另一路进入所述码字缓冲器缓存起来与所计算出的错误值同步，进行纠错；所述码字缓冲器为FIFO存储结构，包括存储器和寄存器；所述存储器用于接收并存储数据，再通过所述寄存器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆许明，徐永健，谭洪舟，唐先丹，
申请(专利权)人：中山大学花都产业科技研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44