一种基于LDPC信道编码的码字分集跳频抗干扰方法技术

本发明专利技术公开的一种基于LDPC信道编码的码字分集跳频抗干扰方法，属于通信信号处理领域。本发明专利技术在原有的跳频通信系统基础上，采用LDPC码作为信道编码码字方案，在多个信道中传输完全相同的发送信息分集副本。接收端针对接收信号的多个副本进行干扰检测，以确定受干扰比特位置，并将对应的比特所携带的软信息擦除置零。然后，各组比特通过相干合并得到译码器输入，以此优化原有的比特初始先验概率信息，进而提升译码可靠性。借助分集合并，该方法能够减小因信道非理想特性带来的信号损失影响，并通过增加分集集数，能够达到近似理论极限的误码率性能。本发明专利技术适用通信等领域，用以抑制干扰影响，提升译码可靠性。提升译码可靠性。提升译码可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LDPC信道编码的码字分集跳频抗干扰方法


[0001]本专利技术涉及一种基于LDPC信道编码的码字分集跳频抗干扰方法，属于通信信号处理领域。

技术介绍

[0002]跳频(Frequency Hopping，FH)作为一种频谱扩展(Spread spectrum)技术，通过伪随机的跳频码序列控制载波完成多频率的频移键控(MFSK)调制，将原始窄带中频信号以更宽范围的多个频点发送，从而实现频谱扩展(Spread spectrum)。由于具有良好的隐蔽性和多址通信能力，跳频技术成为一种广泛应用的抗干扰通信技术。在传统的跳频通信系统当中，信道编译码(Channel Coding and Decoding)技术通常与跳频技术相结合，以获得更强的抗干扰性能以及更大的链路信噪比增益。信道编译码技术作为常见的差错控制手段，采用不同的编码方式，对原始信息增加冗余，其通过牺牲一定的传输速率提升传输的可靠性。
[0003]信道编码的关键在于如何设计并得到高效合理的码。目前主流的信道编译码码字包括Turbo码、LDPC(Low Density Parity Check Code)码、Polar码等。上述码字中，Turbo码又被称为并行级联卷积码，它将卷积码和随机交织器结合在一起，实现随机编码。Polar码的编码过程则是基于信道极化(Channel Polarization)现象，根据巴氏参数选择可靠性高的比特作为信息比特，可靠性较差的比特作为无用比特，经过蝶形运算得到编码结果。LDPC码作为低密度奇偶校验码，按照一定的规则构造校验矩阵和生成矩阵，通过将原始信息序列与生成矩阵相乘即可得到编码结果。在译码过程中，LDPC码的译码算法称为置信传播算法(Belief Propagation Algorithm)。译码器进行多次迭代运算，求取各个比特的最大后验概率(Maximum Posteriori Probability，MAP)，依据校验方程，判决得到最终的译码结果。上述三种码中，Turbo码虽然拥有与LDPC码相似的优秀抗干扰能力，但其译码过程相对二进制LDPC码更为复杂，并且译码时延较大，所使用码型也局限于短码长。在中长码条件下，LDPC码能够表现出比Turbo码更加逼近香农极限的性能。而Polar码的译码复杂度相比于二进制LDPC码同样具有一定的劣势，并且译码吞吐量低。虽然Polar码在理论上可极化出绝对干净的信道，但其本身不具备LDPC码所具有的纠错能力，扩展性较差。LDPC码相较于前两种码型，依赖于稀疏校验矩阵的结构优势，不仅具备硬件结构简单易于实现的特点，而且它能够并行处理，吞吐量较大。作为近年来性能优异的信道编码，LDPC码已被广泛应用于多种商业标准，如802.11、802.16、DVB
‑
S2、CCSDS和5G等。凭借其良好的纠错和检错能力，LDPC码经常与跳频扩频技术相结合以进一步提升系统抗干扰性能。然而，LDPC码本身的纠错检错能力有限，在信道噪声和干扰环境较为恶劣的条件下，输入到译码器中的初始先验概率信息发生畸变，从而导致译码器通过置信传播算法得到的译码结果可靠性大幅降低，无法有效抑制干扰影响。虽然接收端通过干扰检测技术可以确定受干扰频点，通过擦除置零或者等比例缩放等操作抑制干扰的影响，但作为译码器输入的各比特自身所携带的初始后验概率信息也会损失，导致误码率性能急剧下降。

技术实现思路

[0004]针对信道编译码中的译码器输入的初始先验概率信息发生损失，造成系统抗干扰能力和误码率性能急剧下降的问题，本专利技术的主要目的是提供一种基于LDPC信道编码的码字分集跳频抗干扰(Codeword Diversity Anti
‑
Jamming，CDAJ)方法，采用LDPC码作为信道编码码字方案，通过码字信息的分集重传和相干合并，优化译码器输入的初始先验概率信息，抑制干扰影响，进而提升译码可靠性。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0006]本专利技术公开的一种基于LDPC信道编码的码字分集跳频抗干扰方法，在原有的跳频通信系统基础上，采用LDPC码作为信道编码码字方案，在多个信道中传输完全相同的发送信息分集副本。接收端针对接收信号的多个副本进行干扰检测，以确定受干扰比特位置，并将对应的比特所携带的软信息擦除置零。然后，各组比特通过相干合并得到译码器输入，以此优化原有的比特初始先验概率信息，进而提升译码可靠性。借助分集合并，该方法能够减小因信道非理想特性带来的信号损失影响，并通过增加分集集数，能够达到近似理论极限的误码率性能。
[0007]本专利技术公开的一种基于LDPC信道编码的码字分集跳频抗干扰(CDAJ)方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一、发送已通过LDPC信道编码、分集以及跳频处理后的信号。
[0009]发送信号为长度为K个符号的原始信息序列X，与生成矩阵G相乘得到编码结果C＝X
·
G，其中编码结果C的长度为N。分集合并中分集集数表示为Z，编码结果C通过分集复制码字，得到包含分集集数为Z，完全相同的编码后信息序列的集合C
div
＝{C1,C2,...,C
Z
}，其中C
i
为集合中一串信息序列，下标i代表集合中各信息序列的序号，1≤i≤Z；利用伪随机序列控制多进制频移键控，得到对应地跳频信号集合F
div
＝{F1,F2,...,F
Z
}，其中F
i
为跳频信号集合中一串跳频信息序列，1≤i≤Z。
[0010]步骤二、接收步骤一发送的信号，依据干扰检测结果，确定受干扰频点，经过解跳后找到对应的受干扰比特位置，对其擦除置零以抑制干扰的影响。
[0011]以R
div
＝{R1,R2,...,R
Z
}表示接收信号集合，其中R
i
为接收信号集合中的一串信息序列，1≤i≤Z。T
c
表示未受干扰比特集合，T表示受干扰比特集合，E
div
＝{E1,E2,...,E
Z
}表示经过擦除置零后的接收信号集合，其中E
i
表示擦除置零后信号集合中一串信息序列，1≤i≤Z。则接收信号中各比特可表示为，
[0012][0013]步骤三、所有信号集合进行对应位置的相干合并。
[0014]对已经过干扰抑制后的接收信号集合E
div
中，不同信号序列中相同位置的比特幅度信息相干合并，最终得到一串信息序列G＝[g1,g2,...,g
N
]，序列中各比特g
j
可以表示为
[0015][0016]译码器采用最小和译码算法，因此信息序列各比特的幅度信息能够代表其先验概率软信息，充当译码器输入。相对应地，接收端采用信息序列G作为译码输入，替代接收端的
初始先验概率。
[0017]步骤四、迭代译码，更新校验节点信息。
[0018]在迭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LDPC信道编码的码字分集跳频抗干扰方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、发送已通过LDPC信道编码、分集以及跳频处理后的信号；步骤二、接收步骤一发送的信号，依据干扰检测结果，确定受干扰频点，经过解跳后找到对应的受干扰比特位置，对其擦除置零以抑制干扰的影响；步骤三、所有信号集合进行对应位置的相干合并；步骤四、迭代译码，更新校验节点信息；步骤五、迭代译码，更新变量节点信息；步骤六、变量节点判决与迭代停止准则判断；当校验方程成立时，代表译码结束，本次迭代的判决结果即为译码输出Y；否则，译码失败，译码过程转入步骤四,并重复步骤四到六；当达到最大迭代次数时仍未出现满足校验方程的判决结果，则停止译码，最后一次迭代产生的判决结果作为译码输出；由于擦除置零对于干扰的抑制作用和LDPC码译码器的纠错检错能力，每次迭代的译码结果将逐渐接近于原始值，从而使得误码率降低，提升译码的可靠性和抗干扰性能。2.如权利要求1所述的一种基于LDPC信道编码的码字分集跳频抗干扰方法，其特征在于：步骤一的实现方法为，发送信号为长度为K个符号的原始信息序列X，与生成矩阵G相乘得到编码结果C＝X
·
G，其中编码结果C的长度为N；分集合并中分集集数表示为Z，编码结果C通过分集复制码字，得到包含分集集数为Z，完全相同的编码后信息序列的集合C
div
＝{C1,C2,...,C
Z
}，其中C
i
为集合中一串信息序列，下标i代表集合中各信息序列的序号，1≤i≤Z；利用伪随机序列控制多进制频移键控，得到对应地跳频信号集合F
div
＝{F1,F2,...,F
Z
}，其中F
i
为跳频信号集合中一串跳频信息序列，1≤i≤Z。3.如权利要求1所述的一种基于LDPC信道编码的码字分集跳频抗干扰方法，其特征在于：步骤二的实现方法为，以R
div
＝{R1,R2,...,R
Z
}表示接收信号集合，其中R
i
为接收信号集合中的一串信息序列，1≤i≤Z；T
c
表示未受干扰比特集合，T表示受干扰比特集合，E
div
＝{E1,E2,...,E
Z
}表示经过擦除置零后的接收信号集合，其中E
i
表示擦除置零后信号集合中一串信息序列，1≤i≤Z；则接收信号中各比特可表示为，4.如权利要求1所述的一种基于LDPC信道编码的码字分集跳频抗干扰方法，其特征在于：步骤三的实现方法为，对已经过干扰抑制后的接收信号集合E
div
中，不同信号序列中相同位置的比特幅度信息相干合并，最终得到一串信息序列G＝[g1,g2,...,g
N
]，序列中各比特g
j
可以表示为译码器采用最小和译码算法，因此信...

【专利技术属性】
技术研发人员：李谊升，丁旭辉，李高阳，卜祥元，王玉环，刘晗，刘德康，高晓铮，郭玉婷，曾博文，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：