一种超距海上通信方法技术

本发明专利技术提供了一种超距海上通信方法。其中，该方法由两部分的步骤组成：第一部分为信号发射，主要步骤分为采样、信源编码、CRC校验、信道编码(LDPC)、交织、速率匹配、加扰、调制、加CP的IFFT变换以及同步，发送到信道；第二部分为信号接收，主要步骤分为信道接收、FFT变换、信道估计、MRC合并、解调、去交织、信道译码、去CRC校验、信源解码以及信号重建。与现有技术相比，该方法能够有效地应对信道衰落，也能够提高编码增益，同时不需要增加额外的基础设施建设且不需要特制的用户收发设备，从而降低了海洋通信的代价。

【技术实现步骤摘要】
一种超距海上通信方法
本专利技术涉及无线通信领域，是一种超距海上通信方法。系统涉及到LDPC编码、CRC校验、交织、信道估计等关键技术。
技术介绍
随着国家在海洋装备研发和海洋通信科技研究等方面不断加大投入，智慧海洋、海事安防、海上运输、娱乐等离不开信息传输。目前对于超视距通信的主流方案有：海底电缆方案、卫星通信方案、超短波通信方案、Mesh网络通信方案、5G通信方案以及空天一体网络方案。对于海底电缆，用绝缘材料包裹电缆铺设于海底，用于电信传输。优点：信息传输距离远、效率高、可靠性强，可用于远距离岛屿之间、跨海军事设施之间通信，常用于海底监测的信息回传。缺点：铺设成本高，较为脆弱，覆盖面积有限。对于卫星通信，利用卫星作为中继进行的通信。优点：通信距离远、覆盖面积大。缺点：通信信道容量无法满足视频、多媒体的传输需求、通信系统脆弱，且通信代价高、需要专属终端。对于超短波通信，利用30～300兆赫波段的无线电波传输信息的通信。优点：可实现远距离通信，点对点可超过400km；通信质量比短波好，受昼夜和季节变化的影响小，通信较稳定。缺点：需要专属的通信设备，通常用于海上安防、航行、定位等信息传输；受地形影响较大，VHF段大约只有6兆赫兹，无法支持高速数据传输。对于Mesh网络通信，这是一种多跳自组织的通信方式。优点：覆盖近海海域，节点密度较大，点对点距离可达50km；系统较为稳健，抗打击能力强，传输速率较高，最高速率可达150M以上。缺点：传输距离依靠节点密度，且覆盖面积有限。移动蜂窝网通信(4G/5G)，基于陆地移动蜂窝网通信方式，利用岸上或岛屿部署基站覆盖近距离海域，目前华为eWBBLTE能覆盖100km，可提供50和100Mbps的上行和下行传输服务。优点：通信代价低，通信速率高。缺点：通信覆盖面积小。空天一体网络通信，由岸基网络、海上自组网、水下传感器网络、高空平台、卫星网络等组成。优点：覆盖海域面积大、系统较为稳健，抗打击能力强。缺点：异构网络的融合技术匮乏，网络选择、资源分配等相关技术还未清晰。因此，研究一套可实施、成本低、通信好的方法具有重要的实际应用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超距海上通信的方法，在一定程度上能够承接上述
技术介绍
中各种技术的优点，以及在一定程度上解决上述
技术介绍
中各种技术的缺点。本专利技术提供如下技术方案：一种超距海上通信的方法，发射步骤包括：信号采样、信源编码、CRC、LDPC信道编码、交织、速率匹配、加扰、调制、IFFT变换以及同步。此信号经过一系列处理经过信道传送给接收端；接收步骤包括：FFT变换、信道估计、MRC合并、解调、去交织、信道译码、去CRC、信源解码以及信号重建。对每一步进行说明，如下：S1、信号采样：将模拟信号采样成离散信号。但可能信号在传输过程中并不是有用信号的直接传递，而会伴随着大量的无用信号，这时可以采用过采样技术，过采样技术是一种信息分析技术，其重要意义在于能够提升对于信号的分辨能力，进而从中提取到有用信号；还可提升信噪比，降低无用噪声在整个信号传输过程中所占比例，降低信号传输所产生的额外能量消耗；S2、信源编码：将离散信号量化、压缩，再将信号转换成对应的比特序列，可以对离散信源采用Shannon、Feno、Huffman等方式编码；通信系统中信源编码和信道编码是分离的，原因在于若假定信源编码最优，可以去掉所有冗余，并假设当比特率低于信道容量时可纠正所有误码，在不限制码长的复杂性和时延的前提下，可以得到这样的系统；在实际系统中又必须限制码长的复杂性和时延，这必然会导致性能下降，这和香农定理的假设相矛盾，采用独立编码技术必然不能得到满意的效果，因此需要将信源编码和信道编码联合考虑，在实际信道条件中能够获得比信源和信道单独进行编码更好的效果。S3、CRC校验：将信源编码后的比特序列用CRC编码方式进行编码，得到CRC码。为了保证数据在输出过程中的可靠性，必须对其进行校验，以检测所接收到的数据是否有误；一般的奇偶校验法和纠错校验法在海上通信这种严格的场合中并不适用，因此这里选用CRC校验法；CRC编码方式大致可以分为串行算法和并行算法，但并行算法处理位宽ω,处理时间减少；并且并行矩阵方法在存储空间上表现更优。S4、LDPC信道编码：将CRC码再进行LDPC编码，得到LDPC码；LDPC码是一种基于稀疏矩阵的并行迭代译码算法，运算量要低于Turbo码译码算法，并且由于结构并行的特点，在硬件实现上比较容易，并且CRC校验结合LDPC码的校验和矩阵固有的检错能力，能够达到非常低的错误漏检概率。S5、交织：对LDPC码重新进行规则排列，得到新的序列；在发送端加上数据交织器，在接收端加上解交织器；在传输过程中即使发生成串差错，在接收端恢复成相继比特串的消息时，也会变成单个或长度很短的差错，之后再用信道编码具有的纠错功能纠正差错，恢复原始信息。S6、速率匹配：当且仅当数据传输速率小于信道容量时，数据的错误率可以达到任意小。信道编码后的数据最终要通过无线资源传输，但是数据量和传输资源往往不匹配，有时传的数据量多而传输资源不够，有时数据量少而传输资源多，这就需要把这两部分匹配起来；一般有两种方法：(1)打孔，扔掉一些数据bit；(2)重复，复制数据bit充数；S7、加扰：匹配后，将交织的序列加入一些扰码序列，得到新的序列，加扰的公式：其中，b为发送信号，c为扰码序列；S8、调制：将加扰后的序列转换成数字信号，将数字信号变换成频带适合信道传输的高频信号，这里采用FSK调制；对于通过蒸发波导信道模型后的情形，PSK调制信号的误码性能几乎没有任何改善，相比之下，FSK调制方式对系统的误码性能带来了一定程度的改善；S9、IFFT变换：IFFT将信号从频域转换为时域，并加上循环前缀；S10、同步：通信双方必须先建立同步，即双方的时钟要调整到同一个频率，收发双方通过天线不停地发送和接收连续的同步比特流；有两种不同的同步方式：一种是使用全网同步，用一个非常精确的主时钟对全网所有结点上的时钟进行同步；另一种是使用准同步，各结点的时钟之间允许有微小的误差，然后采用其他措施实现同步传输；S11、信道传输：在通信过程中，海洋表面最为突出的异常传播就是海面蒸发波导传播，是指由大气折射指数在垂直方向上的非正常分布所引起的传播模式；该波导具有稳定性较好、持续时间较长，在水平方向上的延伸距离远等特点，垂直高度一般在40m以内；由于大多数舰载微波雷达的天线架设高度较低，正好位于蒸发波导的有效高度范围内，因此可有效利用蒸发波导传播条件进行远距离目标探测；S12、FFT变换：去循环前缀，并将接收的信号从时域转换到频域；S13、信道估计：信道估计是从接收信号中，估计出当前信道状态，进而消除信道对信号的干扰，提高接收机性能，信道估计接收端解调过程的重要组成部分。信道估计领域热点还包括对导频插值信道估计、包含基扩展模型的动态信道估计以及压缩感知信道估计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超距海上通信方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、信号采样，将模拟信号采样后，变成离散信号；/nS2、信源编码，将离散信号量化、压缩，再将信号转换成对应的比特序列；/nS3、CRC编码，将信源编码后的比特序列用CRC编码方式进行编码，得到CRC码；/nS4、LDPC信道编码，将CRC码再进行LDPC编码，得到LDPC码；/nS5、交织，对LDPC码重新进行规则排列，得到交织后的序列；/nS6、速率匹配，将交织后的序列与传输资源进行匹配；/nS7、加扰，将交织的序列加入一些扰码序列，得到加扰后的序列；/nS8、调制，将加扰后的序列转换成数字信号，将数字信号变换成频带适合信道传输的高频信号；/nS9、IFFT变换，将高频信号从频域转换到时域，并加上循环前缀；/nS10、同步，发射端与接收端进行时钟频率同步，并通过天线发射信号；/nS11、信道传输，同步信号后，天线发送的信号经过蒸发波导进行传输；/nS12、FFT变换，接收端天线接收信号，去循环前缀，并将接收的信号从时域转换到频域；/nS13、信道估计，从接收信号中，估计出当前信道状态，然后消除信道对信号的干扰；/nS14、MRC合并，在取得多条经过FFT变换且相互独立的支路信号后，通过合并技术得到分集增益；/nS15、解调，把经过MRC合并的信号位于载波附近携带有用信息的频谱搬移到基带中，用相应的滤波器滤出基带信号，并将基带信号转换成相对应的比特序列；/nS16、去交织，解调后的序列按照交织编码方式，用相反的规律进行解码，得到新的序列；/nS17、信道译码，将去交织后的序列进行译码判决，得到CRC码；/nS18、去CRC，将CRC码与生成多项式相除，以余项是否为零来判别接收码组中有无错码；/nS19、信源解码，将去CRC后的序列解码，得到的序列转换成对应的离散信号；/nS20、信号重建，将离散信号转换为连续信号；/n所述步骤S2中信源编码方式有多种，包括：/nShannon方式；Feno方式；Huffman方式；/n步骤S3进行CRC编码步骤如下：/n设信源编码后的比特序列为(x...

【技术特征摘要】
1.一种超距海上通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、信号采样，将模拟信号采样后，变成离散信号；
S2、信源编码，将离散信号量化、压缩，再将信号转换成对应的比特序列；
S3、CRC编码，将信源编码后的比特序列用CRC编码方式进行编码，得到CRC码；
S4、LDPC信道编码，将CRC码再进行LDPC编码，得到LDPC码；
S5、交织，对LDPC码重新进行规则排列，得到交织后的序列；
S6、速率匹配，将交织后的序列与传输资源进行匹配；
S7、加扰，将交织的序列加入一些扰码序列，得到加扰后的序列；
S8、调制，将加扰后的序列转换成数字信号，将数字信号变换成频带适合信道传输的高频信号；
S9、IFFT变换，将高频信号从频域转换到时域，并加上循环前缀；
S10、同步，发射端与接收端进行时钟频率同步，并通过天线发射信号；
S11、信道传输，同步信号后，天线发送的信号经过蒸发波导进行传输；
S12、FFT变换，接收端天线接收信号，去循环前缀，并将接收的信号从时域转换到频域；
S13、信道估计，从接收信号中，估计出当前信道状态，然后消除信道对信号的干扰；
S14、MRC合并，在取得多条经过FFT变换且相互独立的支路信号后，通过合并技术得到分集增益；
S15、解调，把经过MRC合并的信号位于载波附近携带有用信息的频谱搬移到基带中，用相应的滤波器滤出基带信号，并将基带信号转换成相对应的比特序列；
S16、去交织，解调后的序列按照交织编码方式，用相反的规律进行解码，得到新的序列；
S17、信道译码，将去交织后的序列进行译码判决，得到CRC码；
S18、去CRC，将CRC码与生成多项式相除，以余项是否为零来判别接收码组中有无错码；
S19、信源解码，将去CRC后的序列解码，得到的序列转换成对应的离散信号；
S20、信号重建，将离散信号转换为连续信号；
所述步骤S2中信源编码方式有多种，包括：
Shannon方式；Feno方式；Huffman方式；
步骤S3进行CRC编码步骤如下：
设信源编码后的比特序列为(x0，x1，…，xm-1)，(p0，p1，…，pm-1，pm)为与比特序列相异或的生成多项式序列，b(t)是新的比特，F为矩阵，为异或，为与；
一次实现w+1个比特的CRC计算为：



(1)第一步，根据(p0，p1，…，pm-1，pm)生成多项式序列，计算出Fw；
(2)第二步，根据输入的序列(bw-1，…，b0，x0，xm-w-1，xm-w，…，x0)与F矩阵异或直接一次性完成w比特位宽的CRC计算；
所述步骤S4中LDPC编码方式有多种，包括：
可快速编码的大围长QC-LDPC；Mackay构造法；Gallager构造法步骤S5交织包括如下步骤：
(1)信道编码后，交织器的输入端输入的LDPC码按顺序分别进入B条支路延迟器，每一路延迟不同的符号周期，第一路无延...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐艳丽，喻玉山，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31