基于纠错纠删RS-Turbo级联码的跳频抗干扰方法
【专利摘要】本发明公开一种基于纠错纠删RS-Turbo级联码的跳频抗干扰方法，主要解决现有跳频通信系统在载波频偏和部分频带干扰下无法正常通信的问题。其实现步骤是：(1)对一帧数据进行RS编码；(2)将RS码各个码元分配到相应的跳上；(3)分别对每跳数据进行Turbo编码；(4)设置跳频组帧格式，并进行QPSK调制；(5)对调制信号加入载波频偏、相偏和高斯白噪声，得到复基带信号；(6)对复基带信号进行载波同步；(7)对同步信号进行Turbo译码，给出RS码的删除位；(8)根据RS码的删除位进行纠错纠删译码。本发明具有误比特性能好，抗干扰性能强的优点，可用于移动通信、卫星通信、深空通信及遥测。
【专利说明】基于纠错纠删RS-Turbo级联码的跳频抗干扰方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信【技术领域】，具体涉及一种跳频抗干扰方法，可用于移动通信、卫星通信、深空通信及遥测。
【背景技术】
[0002]“跳频”是一种通信收发双方同步地改变载波频率传递信息的通信方式，是最常用的扩谱通信方式之一。与定频或者选频通信相比，跳频技术主要依靠频率捷变来躲避窄带干扰或者跟踪干扰，从而提高设备的抗干扰能力。跳频通信由于其在通信隐蔽性和增大设备干扰容限等方面均有优越的性能，很多国家都把它当做无线通信抗干扰的重要手段，在军事上得到广泛的应用。跳频通信实际应用中针对跳频系统的干扰措施也层出不穷，其中比较典型的干扰方式是部分频带干扰。部分频带干扰可以定义为将干扰集中在整个通信频带的一部分，有目的性的进行人为干预的一种干扰模式，而且功率相对集中，主要存在于军事通信中的敌方故意干扰和多址系统中用户之间的干扰。为了达到可靠通信的目的，跳频通信系统通常需要采用纠错能力强大的前向纠错码对数据进行保护。现有跳频系统的编码大多采用RS码，也有系统使用Turbo、LDPC等先进编码。跳频系统通常采用非相干解调方式，在无载波频偏的情况下设计合理的RS码能抗70%的频点阻塞干扰，但是在有载波频偏的情况下，解调器的性能损失比较大。
[0003]RS码具有严格的代数结构和非常低的漏检概率，并且其实现电路也比较简单，是线性分组码中纠突发错误能力强，效率最高的编码，在高信噪比的时候性能良好。但在信噪比较低时加入信道编码对信道质量的改善不明显。
[0004]Turbo码利用递归系统卷积码，通过交织器并行级联，在两个软输入软输出译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码，具有接近香农编码理论极限的性能，因此纠突发错误性能好。但在信噪比增大的过程中，误码率的降低趋于缓慢，当误码率低到10_6左右，继续降低非常困难，这就是Turb0码的“错误平层”现象。
[0005]Fomey于1966年提出级联码的概念，级联码由短码构造长码，在性能和译码复杂度中有很好的折衷。钟茂建在“RS-Turbo级联码及其与ARQ结合的研究”，北京邮电大学硕士论文，2009，提出了 RS-Turbo串行级联码。内码RS码采用硬判决译码，外码Turbo码采用LOG-MAP译码。该方法的优点是信噪比较高时误码率突破了 10_6的“错误平层”限制。但是在这种方法中RS码无法利用Turbo码的软信息，只能进行硬判决译码，会有信息损失，同时硬判决RS码不能达到其最大纠删能力。对于慢跳频，在每跳的频率上要传送多个码元符号，一旦该跳变频率被干扰，则该频率携带的多个码元符号全部误码，在有载波频偏和频点阻塞干扰下，Turbo译码后错误个数可能会超过RS码的纠错能力范围，会造成大片误码，从而导致RS-Turbo抗干扰性能下降。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于纠错纠删RS-Turbo级联码的跳频抗干扰方法，以在载波频偏和部分频带干扰下降低误比特率，增强跳频通信系统的抗干扰能力。
[0007]实现上述目的思路是:将一个RS码的不同码元在不同频点上传输，根据Turbo码译码输出软信息的大小指示出受干扰的频点，根据每跳数据与RS码的每个码元一一对应关系，给出RS码的删除位，利用RS码纠错纠删译码算法纠正Turbo码的残留错误。在60%左右的频点被阻塞时，Turbo码能纠正未受频点干扰的错误，同时能准确给出RS码的删除位，RS码能纠正删除范围内的频点干扰错误。
[0008]根据上述思路，本发明的实现步骤包括如下:
[0009](I)对一帧数据分组进行RS编码:
[0010](Ia)将长度为N比特的一帧数据分为B组，每组含N/B比特数据；
[0011](Ib)分别对每组数据进行RSklvd)编码，得到B个RS码字，其中η为码字长度，k0为信息码元长度，每个码元包含的比特数为m，d为最小码距，d = 2t+l,t = [(η - k0)/2\,t为纠错个数，H为向下取整运算；
[0012](2)将每个RS码字的各个码元分配到跳频系统相应的跳上:
[0013](2a)将B个RS码字并行排放成B列，每列含η个码元，每行含mB个编码比特，再将B列RS码字划分为Btl块，每块η行，每行含HiBziBtl个编码比特；
[0014](2b)将第I块第I行B/B。个码元即mB/BQ个编码比特分配到跳频系统的第I跳，依次类推，第I块第η行BziBci个码元分配到跳频系统的第η跳，同理，将第Btl块第I行Β/Β。个码元分配到跳频系统的第[n (B0-1) +1]跳，依次类推，第Btl块第η行个码元分配到跳频系统的第IiBtl跳；
[0015](3)分别对每跳数据进行Turbo编码:
[0016](3a)分别在每跳mB/BQ个编码比特末尾添加M个冲洗比特，得到(mB/BQ+M)比特数据；
[0017](3b)分别对每跳(mB/BdM)比特数据进行码率为1/3的Turbo编码，最后得到长为Da的Turbo编码比特，其中Da = 3 (mB/B0+M)；
[0018](4)设置跳频组帧格式:
[0019](4a)将长度为P比特的导频序列作为跳频系统的导频跳；
[0020](4b)设第1，2，...，IiBtl跳的数据格式相同，其每一跳均将长为Le比特的引导码置于长为Da比特的Turbo编码数据之前，组成长为Da+Le比特的数据，其中Da+Le = P ；
[0021](4c)将导频跳置于第1，2，...，η跳之前组成跳频系统的第I帧，依次类推，将导频跳置于第[n (B0-1) +1]，[n (B0-1) +2]，...，ηΒ0跳之前组成跳频系统的第Btl帧，一帧数据中贞长 Nb = (Le+Da) η ；
[0022](5)对每帧数据进行正交相移键控QPSK调制，得到发送的复基带信号Sk ；
[0023](6)对复基带信号Sk加入载波频偏、载波相偏和相位抖动，通过高斯白噪声信道，在接收端将接收到的信号经过滤波、下变频、数字采样后得到复基带信号rk:
[0024]
【权利要求】
1.一种基于纠错纠删RS-TurbO级联码的跳频抗干扰方法，包括如下步骤: (1)对一帧数据分组进行RS编码: (Ia)将长度为N比特的一帧数据分为B组，每组含N/B比特数据； (Ib)分别对每组数据进行RS (n，k0, d)编码，得到B个RS码字，其中η为码字长度，k0为信息码元长度，每个码元包含的比特数为m，d为最小码距，d = 2t+l,t = [(η - k0)/2\, t为纠错个数，LI为向下取整运算； (2)将每个RS码字的各个码元分配到跳频系统相应的跳上: (2a)将B个RS码字并行排放成B列，每列含η个码元，每行含mB个编码比特，再将B列RS码字划分为Btl块,每块η行,每行含mB/Bd个编码比特； (2b)将第I块第I行BziBci个码元即HiBziBtl个编码比特分配到跳频系统的第I跳，依次类推，第I块第η行BziBci个码元分配到跳频系统的第η跳，同理，将第Btl块第I行个码元分配到跳频系统的第[n (Btl-1Hl]跳，依次类推，第Btl块第η行BziBci个码元分配到跳频系统的第IiBtl跳； (3)分别对每跳数据进行Turbo编码: (3a)分别在每跳HiBziBtl个编码比特末尾添加M个冲洗比特，得到比特数据； (3b)分别对每跳比特数据 进行码率为1/3的Turbo编码，最后得到长为Da的Turbo编码比特，其中Da = 3 (mB/B0+M)； (4)设置跳频组帧格式: (4a)将长度为P比特的导频序列作为跳频系统的导频跳； (4b)设第1，2，...，IiBtl跳的数据格式相同，其每一跳均将长为Le比特的引导码置于长为Da比特的Turbo编码数据之前，组成长为Da+Le比特的数据，其中Da+Le = P ； (4c)将导频跳置于第1，2，...，η跳之前组成跳频系统的第I帧，依次类推，将导频跳置于第[n (B0-1) +1]，[n (B0-1) +2]，...，ηΒ0跳之前组成跳频系统的第Btl帧，一帧数据帧长Nb = (Le+Da) η ； (5)对每帧数据进行正交相移键控QPSK调制，得到发送的复基带信号Sk； (6)对复基带信号Sk加入载波频偏、载波相偏和相位抖动，通过高斯白噪声信道，在接收端将接收到的信号经过滤波、下变频、数字采样后得到复基带信号rk:
rk 二 sk ei(.27lkAfT+e+Ae) + nk, k = 0,1,…,守-1， 其中，Af、Θ和Λ Θ分别为载波频偏、载波相偏和相位抖动，T为符号周期，AfT为归一化频偏，I AfTl < 1，nk是均值为零方差为σ 2的复高斯随机变量，f Ntl为噪声的单边功率谱密度； (7)载波同步: (7a)从复基带信号rk中提取导频序列dk，利用导频序列由旋转平均周期图RPA算法对载波偏差进行粗估计，得到频偏粗估计值fKPA，利用该粗估计值fKPA对复基带信号rk进行频偏校正，得到频偏校正信号r' k； (7b)从频偏校正信号r' k中提取引导码，利用引导码由最大似然算法得到相偏初始估计值Θ O ; (7c)从频偏校正信号r' k中提取数据序列xk，由科斯塔斯环法迭代计算相位校正序列yk:
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(7a)所述的利用导频序列由旋转平均周期图RPA算法对载波偏差进行粗估计，按如下步骤进行: .7al)将复基带信号rk通过解复用模块，得到接收的导频序列dk，将接收的导频序列dk与本地存储的导频序列Spk作共轭相乘，得到去调制后的序列Zk:
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(7b)所述的利用引导码由最大似然算法得到相偏初始估计值Qtl，是先将频偏校正信号r' k通过解复用模块，得到接收的引导码lk，再将接收的引导码Ik与本地存储的引导码Pk作共轭相乘，最后求和取幅角，得到相位的初始估计值Θ O:
θο = arg^Zlk=o~l lIcPk]， 其中，Pk*表示Pk的共轭，Le为引导码长度，arg{.}为取幅角运算。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(7c)所述的第k+1个数据码元的相位校正量.9 k+1，按如下步骤计算: .7cl)计算相位误差=，其中，Ck为相位校正信号Yk的正交相移键控qpsk解调值，4:为ck的共轭，Im{.}为取虚部运算； .7c2)利用下式计算第k+Ι个数据码元的相位校正量Θ k+1: Θ/ +1 = % + fc = 0,1,...,f — 1，y 为步长因子。
【文档编号】H04L1/00GK104009826SQ201410273010
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】孙锦华, 马鹏, 韩会梅 申请人:西安电子科技大学