一种联合SFBC空频编码与Polar信道码的物理层处理方法技术

本发明专利技术公开了一种联合SFBC空频编码与Polar信道码的物理层处理方法，步骤为：先将信号通过发送端的处理模块，产生OFDM符号，其中在发送端引入Polar信道编码和SFBC空频编码；然后信号通过信道进入接收端的处理模块，通过一系列解调处理，解调出信号，其中在接收端引入SFBC空频译码和Polar译码。本发明专利技术所要解决的技术问题是：MIMO

【技术实现步骤摘要】
一种联合SFBC空频编码与Polar信道码的物理层处理方法


[0001]本专利技术涉及通讯领域的误码率性能
，更具体地说是一种联合SFBC空频编码与Polar信道码的物理层处理方法。

技术介绍

[0002]在无线通信领域中，分集技术被用来减轻衰落影响以提高链路的可靠性。空频块编码(Space Frequency Block Code，SFBC)作为一种发射分集技术，将空间域上的发射分集和频率域上的信道编码相结合的联合编码技术，具有高频谱利用率和较好的通信质量的优点。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术分别在发送端和接收端采用多根天线同时进行发射和接收信号，从而提高通信系统的容量和频谱利用率。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术具有抗多径干扰与频率选择性衰落能力强的优点。通过结合MIMO技术与OFDM技术，可以获得更高的数据传输速率和较好的抗衰落特性。在MIMO
‑
OFDM基础上，引入空频块编码(SFBC)，从而同时获得空间分集和频率分集，相比空时块编码(Space Time Block Code，STBC)能有更高的分集增益，可进一步降低信道误码率，提升信道的可靠性。
[0003]在通信系统中，信道编码被用来提高信号传输的可靠性，从而改善系统的传输质量。随着通信系统的不断复杂化，使得对信道编码性能的要求变得很高。2009年，土耳其Arikan教授基于信道极化现象，提出了一种极化码(Polar Code)编码方式，该信道编码方法被严格证明为达到信道容量，且当极化码长很长时，编译码结构简单，有良好的纠错性能，相比其他的信道编码方案，具有更好的适用性。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：SFBC与Polar编译码算法均具有降低误码率方面的优异性能，Polar码采用递归式的编码方式，使其具有较低的编码计算复杂度，因此，在MIMO
‑
OFDM系统中，通过将二者联合的方案将在不增加复杂度的前提下，在较低的信噪比下，获得较佳的误码率性能，使通信系统的可靠性得到提升。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种联合SFBC空频编码与Polar信道码的物理层处理方法，步骤为：
[0007]先将信号通过发送端的处理模块，产生OFDM符号，其中在发送端引入Polar信道编码和SFBC空频编码；然后信号通过信道进入接收端的处理模块，通过一系列解调处理，解调出信号，其中在接收端引入SFBC空频译码和Polar译码。
[0008]本方法属于一种通信系统中信息序列的收发处理算法，可在FPGA上实现。
[0009]第一步：信号发送处理模块：
[0010]1)添加CRC校验子模块
[0011]2)Polar信道编码模块
[0012]3)QPSK调制模块
[0013]4)扩频加扰模块
[0014]5)SFBC空频编码模块
[0015]6)OFDM映射模块；
[0016]第二步：信号接收处理过程
[0017]1)OFDM解映射模块
[0018]2)SFBC空频译码模块
[0019]3)解扩解扰模块
[0020]4)QPSK解调模块
[0021]5)Polar译码模块
[0022]6)接收CRC校验模块。
[0023]优选的，第一步中：信号的发送处理过程，核心算法是：
[0024]添加CRC校验子模块
[0025]循环冗余校验CRC作为一种信道检错技术，用以保证数据传输的正确性和完整性；在比特数据信息的尾部添加CRC校验位比特，然后将添加CRC校验后的比特数据发送给Polar编码模块；
[0026]Polar信道编码模块
[0027]对输入的已添加CRC校验的比特数据进行信道编码，将编码后的比特输出给正交相移键控QPSK调制模块；
[0028]Polar码可以通过生成矩阵来完成编码
[0029][0030]其中，为原始比特序列，为编码后的比特序列，G
N
为生成矩阵，码长为N＝2
n
；
[0031]生成矩阵G
N
表示为
[0032][0033]其中，为矩阵的n次克罗内克积(递归式)；B
N
为排序矩阵，用以完成比特反序重排操作，I2为2维单位阵，B2＝I2，矩阵R
N
为置换矩阵，对输入序列完成奇序元素和偶序元素的分离；
[0034]本模块采用速率适配凿孔极化RCPP码方案，定义编码速率为R＝K/M；在发送端，将k个信息比特序列输入CRC单元，添加m个校验比特，输出比特数为K＝k+m；然后K比特源序列经过Polar编码器输出N个比特的编码序列；然后采用凿孔方法，该方法不需要改变编译码结构，可以使码长和编码速率自适应调节，将N个比特的编码序列输入凿孔单元，在凿掉N
‑
M个比特后，输出M个比特的凿孔极化码；
[0035]QPSK调制模块
[0036]QPSK调制模块完成从比特到复值数据的映射过程，然后发送给扩频加扰模块；
[0037]扩频加扰模块
[0038]对复值数据进行扩频加扰后，发送给SFBC模块；
[0039]SFBC空频编码模块
[0040]对扩频加扰后的数据进行SFBC空频编码；
[0041]设某一OFDM符号的第k个子载波上，第j(j＝1，2)根接收天线的接收符号为噪声为第i(i＝1，2)根发送天线、第j根接收天线的信道系数为当发送端与接收端均为两根天线时，发送的SFBC编码矩阵可表示为
[0042]第j(j＝1，2)根接收天线的接收符号表示为：
[0043][0044]通过将取共轭构造等效传输方程：
[0045][0046]可得
[0047][0048]等效信道传输矩阵采用检测算法对其检测，得到等效发送符号向量的的估计值；
[0049]OFDM映射模块
[0050]通过快速傅里叶逆变换IFFT和循环前缀CP处理，完成复值数据从频域到时域的变换，生成OFDM符号。
[0051]优选的，第二步中，信号接收处理过程，核心算法是：
[0052]OFDM解映射模块
[0053]该过程为IFFT映射处理的逆过程，完成去CP处理，通过IFFT实现从时域到频域的变换；
[0054]SFBC空频译码模块
[0055]对来自两根天线的1280个复值数据以及信道估计模块的信道估计结果进行空频解码；定义为天线1的复值数据，为天线2的复值数据；H
11
(0)，
…
，H
11
(N)为发送天线1与接收天线1之间的信道估计，H
12
(0)，
…...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种联合SFBC空频编码与Polar信道码的物理层处理方法，其特征在于，步骤为：先将信号通过发送端的处理模块，产生OFDM符号，其中在发送端引入Polar信道编码和SFBC空频编码；然后信号通过信道进入接收端的处理模块，通过一系列解调处理，解调出信号，其中在接收端引入SFBC空频译码和Polar译码。2.根据权利要求1所述的一种联合SFBC空频编码与Polar信道码的物理层处理方法，其特征在于：本方法属于一种通信系统中信息序列的收发处理算法，可在FPGA上实现，具体步骤为：第一步：信号发送处理模块，包括：1)添加CRC校验子模块2)Polar信道编码模块3)QPSK调制模块4)扩频加扰模块5)SFBC空频编码模块6)OFDM映射模块；第二步：信号接收处理过程，包括1)OFDM解映射模块2)SFBC空频译码模块3)解扩解扰模块4)QPSK解调模块5)Polar译码模块6)接收CRC校验模块。3.根据权利要求2所述的一种联合SFBC空频编码与Polar信道码的物理层处理方法，其特征在于：其中，第一步中：信号的发送处理过程，核心算法是：1)添加CRC校验子模块循环冗余校验CRC作为一种信道检错技术，用以保证数据传输的正确性和完整性；在比特数据信息的尾部添加CRC校验位比特，然后将添加CRC校验后的比特数据发送给Polar编码模块；2)Polar信道编码模块对输入的已添加CRC校验的比特数据进行信道编码，将编码后的比特输出给正交相移键控QPSK调制模块；Polar码可以通过生成矩阵来完成编码其中，为原始比特序列，为编码后的比特序列，G
N
为生成矩阵，码长为N＝2
n
；生成矩阵G
N
表示为：
其中，为矩阵的n次克罗内克积(递归式)；B
N
为排序矩阵，用以完成比特反序重排操作，I2为2维单位阵，B2＝I2，矩阵R
N
为置换矩阵，对输入序列完成奇序元素和偶序元素的分离；本模块采用速率适配凿孔极化RCPP码方案，定义编码速率为R＝K/M；在发送端，将k个信息比特序列输入CRC单元，添加m个校验比特，输出比特数为K＝k+m；然后K比特源序列经过Polar编码器输出N个比特的编码序列；然后采用凿孔方法，该方法不需要改变编译码结构，可以使码长和编码速率自适应调节，将N个比特的编码序列输入凿孔单元，在凿掉N
‑
M个比特后，输出M个比特的凿孔极化码；3)QPSK调制模块QPSK调制模块完成从比特到复值数据的映射过程，然后发送给扩频加扰模块；4)扩频加扰模块对复值数据进行扩频加扰后，发送给SFBC模块；5)SFBC空频编码模块对扩频加扰后的数据进行SFBC空频编码；设某一OFDM符号的第k个子载波上，第j(j＝1,2)根接收天线的接收符号为r
j(k)
，噪声为第i(i＝1,2)根发送天线、第j根接收天线的信道系数为当发送端与接收端均为两根天线时，发送的SFBC编码矩阵可表示为第j(j＝1,2)根接收天线的接收符号表...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智睿，任腾飞，蔡松平，
申请(专利权)人：陕西烽火电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：