基于QC-LDPC编码的空气到水跨介质激光通信方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及跨介质通信技术领域，具体地说是一种能够适应空中平台与水下目标之间通信需求的基于QC

【技术实现步骤摘要】
基于QC
‑
LDPC编码的空气到水跨介质激光通信方法及装置

：
[0001]本专利技术涉及跨介质通信
，具体地说是一种能够适应空中平台与水下目标之间通信需求的基于QC
‑
LDPC编码的空气到水跨介质激光通信方法及装置。

技术介绍
：
[0002]海空一体化通信在未来战争中和国民经济生产中的地位日益突出，而空中平台与水下目标之间的激光声通信技术是构建海空一体化的重要组成部分，可移除水面通信中继，实现空中平台与水下目标之间的直接通信。现实水声信道特别是浅海信道恶劣条件表现在信道的复杂性、随机多变性和有限带宽，海水边界、海洋动力因素、时空变化和噪声等都会对信号的传输产生影响。

技术实现思路
：
[0003]本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够提高空气到水跨介质通信质量的基于QC
‑
LDPC编码的空气到水跨介质激光通信方法及装置。
[0004]本专利技术通过以下措施达到：
[0005]一种基于QC
‑
LDPC编码的空气到水跨介质激光通信方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
[0006]步骤1：信号发送端获取数据信息，对获取的数据信号进行A/D转换，对转换后数据进行准循环低密度奇偶校验QC
‑
LDPC编码；
[0007]步骤2：将编码后的信号传入激光器，控制激光器的发射重复频率产生声信号，在此过程中调整发射重复率使激光致声信号窄带特性最好，并使其中心频率处能量强且高次谐波抑制性好，获得脉冲激光的高重复率范围，从满足条件的重复频率范围内选定几个调制频率；
[0008]步骤3：通过控制激光器的重复频率使其有规律地变化，从而产生频域键控(FSK)或多频移键控(MFSK)的调制信号以搭载信息，实现激光信号的编码传输；
[0009]步骤4：激光器输出的光束经分光器后分为两束，其中一束以2％的能量进入激光能量监测器，以便对每个激光脉冲的能量进行检测；另一束通过平面镜反射垂直入射到水气交界面，激光能量聚焦产生热膨胀效应，进而把激光脉冲信号转换为声信号在水下向各个方向传播；
[0010]步骤5：声信号经过水声信道传播，由信号接收端的水听器完成接受并将声信号转换为电信号，传输至信号处理模块；
[0011]步骤6：用非相干包络检波的方式解调频移键控(FSK)或多频移键控(MFSK)信号；
[0012]步骤7：解调后的信号，经过QC
‑
LDPC译码，通过D/A转换，获取到原信号信息，完成从空气到水的跨介质通信。
[0013]本专利技术步骤1中，LDPC码属于线性分组码，用(n,k)表示，其中，n表示码长，k表示信息比特数，m＝n
‑
k表示校验比特数，LDPC码编码就是对输入的k bits信息进行映射得到
nbits信息并输出，该映射关系一般用一个生成矩阵G
k
×
n
来表示，取一段s1×
k
，通过s1×
k
·
G
k
×
n
＝C1×
n
可计算出码字C1×
n
，所有的码字序列都满足C
·
H
T
＝0，H为校验矩阵；QC
‑
LDPC码的H矩阵具有准循环特性(故QC
‑
LDPC编码器可由循环移位寄存器实现)，即H矩阵可以被分割成多个大小一样的子方阵，每个子方阵均是零矩阵或单位阵循环右移矩阵，子方阵大小称为扩展因子Z，因此H矩阵可用另一种简化的H基矩阵来等效表示，例如
[0014][0015][0016]将H矩阵(矩阵大小为6
×
9)，按虚线所示将其分割为6个Z＝3的子矩阵后，该矩阵正好具有准循环特性，将矩阵中0子阵用
‑
1表示，其他每个子矩阵用其相对于单位阵的循环右移移位值来表示，则可得到H基矩阵(矩阵大小为2
×
3)。
[0017]H矩阵和H
base
基矩阵关系为：m
base
＝m/z，n
base
＝n/z，m
base
和n
base
分别为H
base
的行数和列数，m和n分别为H行数和列数，Z为子方阵大小；H
base
的中元素0代表单位矩阵，
‑
1代表零矩阵，非负值代表H矩阵相应位置处子矩阵的循环位移系数值；
[0018]对QC
‑
LDPC码编码，设有限域为GF(2)的二元QC
‑
LDPC码的H
qc
矩阵为
[0019][0020]其中，H
i，j
为零矩阵或单位阵循环右移矩阵，大小为b*b，基矩阵H
base
大小为c*t；
[0021]假设H
qc
矩阵的秩为c*b，即H
i，j
每行都线性无关，以得到c*b个线性无关的监督关系式，将H
qc
分为校验矩阵U大小为c*c和信息矩阵M大小为c*(t
‑
c)，即H＝[M|U]；
[0022]假设信息矩阵M传送(t
‑
c)*b个bits，可获得QC
‑
LDPC编码的生成矩阵G
qc
[0023][0024]其中，I是b*b的单位矩阵，O是b*b的零矩阵，G
i，j
是b*b的循环矩阵。生成矩阵G
qc
由两部分构成，I
(t
‑
c)b
以I为主对角线组成，大小为(t
‑
c)*(t
‑
c)，P以循环矩阵组成，G
i，j
大小为(t
‑
c)*c，且P
T
＝M对应信息位。这种结构可以用简单的移位寄存器来编码QC
‑
LDPC代码。
[0025]生成QC
‑
LDPC码的充要条件是O这里为c*(t
‑
c)的零矩阵。G
qc
取的其中一行表示为g
i
＝[0，...，0，m，0，...，0，g
i，1
，g
i，2
，...，g
i，c
]，这里m＝(1，0，...，0)，也需满
足令z
i
＝(g
i，1
，g
i，2
，...，g
i，c
)，代入可得
[0026][0027]由于校验矩阵U为满秩方阵，故可逆得
[0028][0029]由z1，z2，...，z
t
‑
c
可求得g
i，j
，进而获得生成矩阵G
qc
。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于QC
‑
LDPC编码的空气到水跨介质激光通信方法，其特征在于，通过以下步骤实现：步骤1：信号发送端获取数据信息，对获取的数据信号进行A/D转换，对转换后数据进行准循环低密度奇偶校验QC
‑
LDPC编码；步骤2：将编码后的信号传入激光器，控制激光器的发射重复频率产生声信号，在此过程中调整发射重复率使激光致声信号窄带特性最好，并使其中心频率处能量强且高次谐波抑制性好，获得脉冲激光的高重复率范围，从满足条件的重复频率范围内选定几个调制频率；步骤3：通过控制激光器的重复频率使其有规律地变化，从而产生频域键控(FSK)或多频移键控(MFSK)的调制信号以搭载信息，实现激光信号的编码传输；步骤4：激光器输出的光束经分光器后分为两束，其中一束以2％的能量进入激光能量监测器，以便对每个激光脉冲的能量进行检测；另一束通过平面镜反射垂直入射到水气交界面，激光能量聚焦产生热膨胀效应，进而把激光脉冲信号转换为声信号在水下向各个方向传播；步骤5：声信号经过水声信道传播，由信号接收端的水听器完成接受并将声信号转换为电信号，传输至信号处理模块；步骤6：用非相干包络检波的方式解调频移键控(FSK)或多频移键控(MFSK)信号；步骤7：解调后的信号，经过QC
‑
LDPC译码，通过D/A转换，获取到原信号信息，完成从空气到水的跨介质通信。2.根据权利要求1所述的一种基于QC
‑
LDPC编码的空气到水跨介质激光通信方法，其特征在于，步骤1中，LDPC码属于线性分组码，用(n，k)表示，其中，n表示码长，k表示信息比特数，m＝n
‑
k表示校验比特数，LDPC码编码就是对输入的k bits信息进行映射得到nbits信息并输出，该映射关系用一个生成矩阵G
k
×
n
来表示，取一段s1×
k
，通过s1×
k
·
G
k
×
n
＝C1×
n
可计算出码字C1×
n
，所有的码字序列都满足C
·
H
T
＝0，H为校验矩阵；QC
‑
LDPC码的H矩阵具有准循环特性，故QC
‑
LDPC编码器可由循环移位寄存器实现，即H矩阵被分割成多个大小一样的子方阵，每个子方阵均是零矩阵或单位阵循环右移矩阵，子方阵大小称为扩展因子Z，因此H矩阵可用另一种简化的H基矩阵来等效表示，等效表示，将H矩阵(矩阵大小为6
×
9)，按虚线所示将其分割为6个Z＝3的子矩阵后，该矩阵正好具有准循环特性，将矩阵中0子阵用
‑
1表示，其他每个子矩阵用其相对于单位阵的循环右移移位值来表示，则可得到H基矩阵(矩阵大小为2
×
3)，
H矩阵和H
base
基矩阵关系为：m
base
＝m/z，n
base
＝n/z，m
base
和n
base
分别为H
base
的行数和列数，m和n分别为H行数和列数，Z为子方阵大小；H
base
的中元素0代表单位矩阵，
‑
1代表零矩阵，非负值代表H矩阵相应位置处子矩阵的循环位移系数值；对QC
‑
LDPC码编码，设有限域为GF(2)的二元QC
‑
LDPC码的H
qc
矩阵为其中，H
i，j
为零矩阵或单位阵循环右移矩阵，大小为b*b，基矩阵H
base
大小为c*t；假设H
qc
矩阵的秩为c*b，即H
i，j
每行都线性无关，以得到c*b个线性无关的监督关系式，将H
qc
分为校验矩阵U大小为c*c和信息矩阵M大小为c*(t
‑
c)，即H＝[M|U]；假设信息矩阵M传送(t
‑
c)*b个bits，可获得QC
‑
LDPC编码的生成矩阵G
qc
其中，I是b*b的单位矩阵，O是b*b的零矩阵，G
i，j
是b*b的循环矩阵，生成矩阵G
qc
由两部分构成，I
(t
‑
c)b
以I为主对角线组成，大小为(t
‑
c)*(t
‑
c)，P以循环矩阵组成，G
i，j
大小为(t
‑
c)*c，且P
T
＝M对应信息位，用移位寄存器来编码QC
‑
LDPC代码；生成QC
‑
LDPC码的充要条件是O为c*(t
‑
c)的零矩阵，G
qc
取的其中一行表示为g
i
＝[0，...，0，m，0，...，0，g
i，1
，g
i，2
，...，g
i，c
]，m＝(1，0，...，0)，也需满足令z
i
＝(g
i，1
，g
i，2
，...，g
i，c
)，代入可得由于校验矩阵U为满秩方阵，故可逆得由z1，z2，...，z
t
‑
c
可求得g
i，j
，进而获得生成矩阵G
qc
，设A＝(a1，a2，...，a
(t
‑
c)b
)为要编码的(t
‑
c)b比特的信息序列，将其分解为长为(t
‑
c)的等长序列即A＝(a1，a2，...，a
t
‑
c
)，其中a
i
包含b比特信息，已知生成矩阵G
qc
和信息序列A，可代入编码公式X＝A
·
G
qc
其中X由信息矩阵A和校验矩阵P组成，即X＝[A|P]，可将P同样分解为长度为b的序列，则编码公式可表示为p
j
＝a1G
1，j
+a2G
2，j
+
…
+a
t
‑
c
G
t
‑
c，j
假设表示首行右移l位，则编码公式可表示为由上述可知，当信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵扬，黄金鑫，周志权，王晨旭，赵占峰，李迎春，李剑锋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：