一种基于LDPC与FQPSK联合编码调制的高速传输方法技术

本发明专利技术提供了一种基于LDPC与FQPSK联合编码调制的高速传输方法，对信息序列采用准循环码的编码方式进行编码，编码后的码字进行FQPSK调制，采用MAP算法进行FQPSK解调，再采用MAP算法进行LDPC译码。本发明专利技术通过FQPSK调制技术与LDPC编译码技术相结合，LDPC编译码技术有效的克服FQPSK高速解调时易受噪声影响的缺陷，在高速通信时，能够保证较低的误码率，从而保证无人机高速可靠通信。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LDPC与FQPSK联合编码调制的高速传输方法
本专利技术涉及通信领域，尤其是一种高速传输方法，本专利技术涉及调制技术与编译码技术，适用于联合调制编译码技术进行无人机高速数据传输。
技术介绍
针对无人机高分辨率载荷、多载荷高速数据传输需求和机上资源受限、通信频谱资源受限等条件，需要解决在频率资源、机上功率受限等条件下大容量信息“远距离”、高速”、“宽带”、“可靠”传输问题。在现有的调制方案中，大多数采用的是正交幅度调制(QAM)，QAM具有高传输速率，高频带利用率的特点，但是在空地通信时，其波形包络的起伏较大，容易引起线性失真，因此在无人机空地通信体系中的应用受到了较大的限制。因此，为了实现无人机可靠高效通信的目的，需要在提高传输速度的同时，降低数据的误码率，保证数据传输的可靠性。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于LDPC与FQPSK联合编码调制的高速传输方法。FQPSK调制解调方法可以获得近似恒包络且具有很高的频带利用率，但是在解调性能方面，误码率还有提升的空间。而且微弱的信号在采用FQPSK解调时容易受到较大的影响，因此可利用LPDC强大的纠错能力提高FQPSK的性能，即进行FQPSK-LDPC联合解调译码。该技术既能满足高速高频带利用率的要求，又可以提升译码性能。由于FQPSK属于一种解调译码，故也可以把这种与LDPC码联立的解调译码方案看成一种级联码，外码是LDPC码，它是一种串联的级联方式。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤1：设输入信号经过AD转换后的信息序列记为u＝[u1,u2,...,un]，对信息序列采用准循环码的编码方式进行编码，信息序列为连续输入的串行比特流，因此输入信息应首先进行串并转换，之后将并行的信息输入编码模块，经过编码运算，编码运算的步骤如下：首先构造校验矩阵Hb，大小为mb×nb，写为形式：Hb＝[Hb1Hb2]，其中Hb1的大小为mb×(nb-mb)，矩阵的元素是由-1和非负整数组成；如果元素为-1，那么该处用同一尺寸全零子矩阵代替，如果元素为非负整数，那么该处用同一尺寸的单位矩阵经右移该整数位获得的矩阵所代替；Hb2的大小为mb×mb，结构有以下特征：(a)Hb2的第一列中h(1)、h(r)、h(mb)的值为非负整数，且h(1)＝h(mb)，r的取值为2≤r≤mb-1；(b)Hb2的第一列除上面所述的三个位之外，其余的元素全为-1；其余各列组成了准双对角线的结构，只有双对角线的位置为0，其它位置为-1，如下式所示。(1)对信息码字和校验码字进行分段，每段长度为z，则信息码字和校验码字表示为：其中：si＝[s((i-1)z+1)s((i-1)z+2)…s(iz)]Ti＝1,2,3,...kbpi＝[p((i-1)z+1)p((i-1)z+2)…p(iz)]Ti＝1,2,...mb(2)将各段信息码字和校验码字纵向拼接得到信息码字和校验码字；编码的目的是求出各段校验码字pi，设编码器的输出码字向量为c，长度为n＝k+m，则有：c＝[sp](1)(3)根据HcT＝0，得H2pT＝H1sT；进而得到信息码字s的校验码字p，将信息码字与校验码字共同送入复用模块，之后经过并串转化得到输出编码码字；编码过程不间断进行，得到一系列连续输出的编码码字，时钟管理模块使得输入信息位所使用的时间与输出码字的时间相等；步骤2：编码后的码字进行FQPSK调制，编码后码字首先通过串并转换变为I路与Q路，设输入I路的码字依次记为DI,n+1、DIn、DI,n-1，延迟半个码元周期后，Q路开始依次输入码字记为DQ,n、DQ,n-1、DQ,n-2，根据式(2)与(4)对两路输入信号进行交叉相关运算分别得到二进制数I3、I2、I1、I0；Q3、Q2、Q1、Q0，分别根据式(3)与(5)获得两个取值范围0-15的整数i、j，作为波形寄存器的读地址选择基带波形，输出两路基带波形；i＝I3×23+I2×22+I1×2+I0×1(3)j＝Q3×23+Q2×22+Q1×2+Q0×1(5)因此在区间(-Ts/2＜t＜Ts/2)定义16种基本波形，定义A＝1/2，式(6)-式(13)给出了FQPSK体制其中8种基带波形的生成方式：s0(t)＝A在16种波形中，另外8种波形是以上8种波形的负波形，对两路基带波形分别进行调制后送入信道进行传输；在接收端，采用LDPC与FQPSK联合译码解调，提高接收端的误码性能：首先采用最大后验概率(MAP)算法对FQPSK进解调，接着将解调所得到软信息传给LDPC译码模块作为译码模块的先验信息，同样采用最大后验概率(MAP)算法对其进行译码；步骤3：采用MAP算法进行FQPSK解调；首先要对FQPSK的基带波形进行分析，根据基带波形的相似性，正交性把基带波形分成四类：第一类由s0,s1,s2,s3组成；第二类由s4,s5,s6,s7组成；第三类由s8,s9,s10,s11组成；第四类由s12,s13,s14,s15组成，对基带波形分析获得如下的结果，同一类内的基带波形具有相似性；第一类与第二类具有近似正交性，下式为简化后的滤波函数：根据MAP算法进行FQPSK解调的具体步骤如下：a.初始化由于αi(si)是由前一项递推后一项，设α0(s0)＝1，βi(si)是由后项递推前一项，设接收端收到的码元的长度为L，设βL(sL)＝1/2；b.计算空间状态转化的瞬时概率γi(si,si+1)，假设r(t)接收的序列为s0,s1,s2,s3中的一个，获得近似运算：y1,t＝E0+N0，y2,t＝N1，y3,t＝-E0-N0，y4,t＝-N1(26)其中：设接收的信号序列为：ri(t)＝si(t)+n(t)求出通过高斯信道传输的噪声的数值：由于基带信号是随机产生的，概率是均等的，故对于二进制而言其先验概率均为p(ui)＝1/2，只需计算p(ri/ui)的概率；c.根据下式计算MAP算法中的参数αi+1(si+1)d.根据下式计算MAP算法中的参数βi(si)βi(si)＝∑βi+1(si+1)ri(si,si+1)(31)e.根据式(32)得到解调获后码元概率：λ(ui)＝p(si,si+1,r)＝αi+1(si+1)βi+1(si+1)(32)若λi(1)＞λi(0)，则ui＝1，否则ui＝0，得到传输的基带信息；步骤4：采用MAP算法进行LDPC译码；首先提取FQPSK译码后的软信息作为传给LDPC译码模块的先验信息，如式(33)所示：其中，p(ui＝1|r)表示为在接收序列r已知的情况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LDPC与FQPSK联合编码调制的高速传输方法，其特征在于包括下述步骤：/n步骤1：设输入信号经过AD转换后的信息序列记为u＝[u

【技术特征摘要】
1.一种基于LDPC与FQPSK联合编码调制的高速传输方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤1：设输入信号经过AD转换后的信息序列记为u＝[u1,u2,...,un]，对信息序列采用准循环码的编码方式进行编码，信息序列为连续输入的串行比特流，因此输入信息应首先进行串并转换，之后将并行的信息输入编码模块，经过编码运算，编码运算的步骤如下：
首先构造校验矩阵Hb，大小为mb×nb，写为形式：Hb＝[Hb1Hb2]，其中Hb1的大小为mb×(nb-mb)，矩阵的元素是由-1和非负整数组成；如果元素为-1，那么该处用同一尺寸全零子矩阵代替，如果元素为非负整数，那么该处用同一尺寸的单位矩阵经右移该整数位获得的矩阵所代替；Hb2的大小为mb×mb，结构有以下特征：
(a)Hb2的第一列中h(1)、h(r)、h(mb)的值为非负整数，且h(1)＝h(mb)，r的取值为2≤r≤mb-1；
(b)Hb2的第一列除上面所述的三个位之外，其余的元素全为-1；其余各列组成了准双对角线的结构，只有双对角线的位置为0，其它位置为-1，如下式所示：



(1)对信息码字和校验码字进行分段，每段长度为z，则信息码字和校验码字表示为：






其中：
si＝[s((i-1)z+1)s((i-1)z+2)...s(iz)]Ti＝1,2,3,...kb
pi＝[p((i-1)z+1)p((i-1)z+2)...p(iz)]Ti＝1,2,...mb
(2)将各段信息码字和校验码字纵向拼接得到信息码字和校验码字；编码的目的是求出各段校验码字pi，设编码器的输出码字向量为c，长度为n＝k+m，则有：
c＝[sp](1)
(3)根据HcT＝0，得H2pT＝H1sT；进而得到信息码字s的校验码字p，将信息码字与校验码字共同送入复用模块，之后经过并串转化得到输出编码码字；编码过程不间断进行，得到一系列连续输出的编码码字，时钟管理模块使得输入信息位所使用的时间与输出码字的时间相等；
步骤2：编码后的码字进行FQPSK调制，编码后码字首先通过串并转换变为I路与Q路，设输入I路的码字依次记为DI,n+1、DIn、DI,n-1，延迟半个码元周期后，Q路开始依次输入码字记为DQ,n、DQ,n-1、DQ,n-2，根据式(2)与(4)对两路输入信号进行交叉相关运算分别得到二进制数I3、I2、I1、I0；Q3、Q2、Q1、Q0，分别根据式(3)与(5)获得两个取值范围0-15的整数i、j，作为波形寄存器的读地址选择基带波形，输出两路基带波形；



i＝I3×23+I2×22+I1×2+I0×1(3)



j＝Q3×23+Q2×22+Q1×2+Q0×1(5)
因此在区间(-Ts/2＜t＜Ts/2)定义16种基本波形，定义A＝1/2，式(6)-式(13)给出了FQPSK体制其中8种基带波形的生成方式：
























在16种波形中，另外8种波形是以上8种波形的负波形，对两路基带波形分别进行调制后送入信道进行传输；
在接收端，采用LDPC与FQPSK联合译码解调，提高接收端的误码性能：首先采用最大后验概率(MAP)算法对FQPSK进解调，接着将解调所得到软信息传给LDPC译码模块作为译码模块的先验信息，同样采用最大后验概率(MAP)算法对其进行译码；
步骤3：采用MAP算法进行FQPSK解调；
首先要对FQPSK的基带波形进行分析，根据基带波形的相似性，正交性把基带波形分成四类：第一类由s0,s1,s2,s3组成；第二类由s4,s5,s6,s7组成；第三类由s8,s9,s10,s11组成；第四类由s12,s13,s14,s15组成，对基带波形分析获得如下的结果，同一类内的基带波形具有相似性；第一类与第二类具有近似正交性，下式为简化后的滤波函数：



根据MAP算法进行FQPSK解调的具体步骤如下：
a.初始化
由于αi(si)是由前一项递推后一项，设α0(s0)＝1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伶，刘娜英，谢坚，杨欣，韩闯，张兆林，陶明亮，粟嘉，范一飞，邢自健，邱彬，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61