一种基于低码率LDPC码干扰信息填充的系统及方法

一种基于低码率ldpc码干扰信息填充的系统及方法
技术领域
1.本发明涉及一种基于低码率ldpc码干扰信息填充的系统及方法，尤其涉及通过ldpc码辅助干扰信息填充以及分集的形式在强干扰系统中实现抗干扰系统及方法，属于数字信号处理领域。


背景技术：

2.在实际应用中，低密度奇偶校验码(ldpc)是一种受到强干扰之后受影响很大的的码型，当一个通信系统中发送信号在信道中传输时受到强干扰时，ldpc码的译码性能会发生急剧恶化。为了对抗信道中的强干扰，实现无误码的译码，如何减小信道中高功率强干扰窄带噪声带来的影响成为ldpc码应用中一个很重要的问题。现有技术通常采用跳频扩频系统减少窄带干扰；跳频系统使得无线电信号传输过程中反复转换频率，减少了电子对抗的影响，扩频调制能使信号通过频带传输，这个频带比信息信号要求的最小带宽要宽很多，扩频通信能够减少窄带干扰；但是在传统的跳扩通信系统中，高功率强干扰的窄带噪声仍然会使得译码所需要的部分软信息受到极大的影响，导致后续的译码结果出现大量错误。而低码率的ldpc码不仅具有扩频增益还有编码增益，通过发端重复和收端分集接收实现抗干扰的目的，并且提出了在ldpc码译码迭代的过程中利用码辅助干扰信息填充的方案进一步提升抗干扰性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决在强干扰环境下由于存在高功率窄带噪声而造成的的通信系统性能恶化的问题，本发明提供一种基于低码率ldpc码干扰信息填充的系统及方法，该方法通过在发送端重复发送和接收端分集接收的方式来减小高功率噪声的干扰，最终再通过ldpc码译码单元、信息替换单元和分集接收单元之间的迭代更新来实现译码软信息中干扰信息的更新的形式在强干扰的通信系统中实现抗干扰隐蔽通信，具有抗干扰性强，隐蔽性好的优点。
4.本发明目的是通过下述技术方案实现的。
5.本发明通过在发送端重复发送编码后的码组，并在接收端通过分集接收的方式将信道中的强功率窄带噪声的影响均匀分布在整个信号的带宽上，使得ldpc码译码单元接收到的软信息受到的影响变小，从而改善了信道中强干扰信号对于通信系统性能的恶化。另外，本发明中，还提出了一种干扰信息填充更新的方法，通过ldpc码译码单元，信息替换单元，分集接收单元在每一次迭代译码之后更新干扰信息，从而提高了译码的正确率，最终实现正确译码，从而改善了在强干扰环境下由于存在高功率窄带噪声而造成的的通信系统性能恶化的问题，提高了通信系统的抗干扰性。
6.一种基于低码率ldpc码干扰信息填充的系统，包括：ldpc码编码单元、重复分集单元、调制单元、解调单元、分集接收单元、ldpc码译码单元和信息替换单元。
7.所述ldpc码编码单元，用于将信息比特进行ldpc码编码，并将编码后的信号传给
重复分集单元。
8.所述重复分集单元，用于重复多个编码后的信号副本，并将这多条相同信号传给调制单元。
9.所述调制单元，用于将多条相同信号作调制处理，得到已调信号通过信道发送给接收端。
10.所述解调单元，用于感知频谱上受窄带噪声干扰的信号频段，并将接收到的信号作解调，得到解调信号，之后将解调信号传给分集接收单元。
11.所述分集接收单元，用于把收到的多个统计独立的已解调的衰落信号进行合并(包括选择与组合)，之后作为信道初始信息传给ldpc码译码单元和信息替换单元。
12.所述ldpc码译码单元，用于完成接收系统的ldpc译码功能，输出最终译码结果。同时在每次译码迭代时将变量节点的硬判决信息传给信息替换单元。
13.所述信息替换单元，用于在每次译码迭代结束后，将ldpc码译码单元传来的变量节点的硬判决信息和信道初始信息作处理替换更新干扰信息，得到新的信道初始信息传递给ldpc码译码单元。
14.一种基于低码率ldpc码干扰信息填充的系统的工作方法，包括如下步骤：
15.步骤一：发送端的重复分集单元将ldpc码编码单元的编码结果重复生成多个副本，并行转串行发送给调制单元，每个副本通过调制单元中的直序扩频、跳频扩频、上变频操作后，将相同的信号通过多个不同的跳频频点传送至信道。
16.步骤二：接收端接收到来自信道中的信号后，进行解调处理，并确定受窄带噪声干扰的频点，并将解调后的全部解调信号传递给分集接收单元。
17.步骤三：分集接收单元将来自解调单元的中的解调信号进行串并转换，分成多路独立的并行解调信号，将所述并行解调信号合并处理，使得到的有用信号能量最大。并将合并后的信号作为译码的初始信息同时传递给ldpc码译码单元和信息替换单元。
18.步骤四：在首次迭代时，将ldpc码译码单元接收到的合并后的信号作为信道的初始信息输入译码器，通过最小和译码算法进行译码初始化。
19.步骤五：第l
‑
1次迭代时，将第l
‑
1次迭代的译码硬判决信息送入信息替换单元；将步骤二所确定的受窄带噪声影响的频点负载的干扰信息替换掉，得到将作为初始信息输入到译码单元参与第l次迭代译码。
20.根据ldpc码的译码方法，awgn信道下bpsk调制中，译码中接收到的第i个信号y
i
的初始信息如公式(1)所示
[0021][0022]
其中，是接收到的第i个信号y
i
的初始信息；y
i
为接收到的第i个信号p{x
i
＝1|y
i
}为在受到信号为y
i
的情况下，发送的信号为“1”的概率，p{x
i
＝0|y
i
}为在受到信号为y
i
的情况下，发送的信号为“0”的概率；σ2为噪声方差。
[0023]
在最小和译码算法中，因子对迭代过程没有影响，则式(1)表示为：
[0024][0025]
根据步骤三输入到信息替换单元的合并后的信号，计算初始信息中的非干扰信息的幅值平均值；所述幅值平均值乘以一个校正因子作为替换信息的幅值，替换信息的幅值计算公式如公式(3)所示：
[0026][0027]
其中，是在第l次迭代时第i个替换信息的幅值，n为初始信息个数，m为干扰信息个数，为初始信息集合，l
p_jam
为干扰信息集合，α是校正因子，是中的第k个元素的幅值。
[0028]
替换信息的符号表示如下：
[0029][0030]
其中，是在第l次迭代时第i个替换信息的符号，是在第l
‑
1次迭代时第i个变量节点硬判决信息的符号。
[0031]
将作为初始信息输入到译码单元参与第l次迭代译码，直至达到最大迭代译码次数或者正确译码；结束译码迭代，输出硬判决信息作为译码结果。
[0032]
还包括步骤六：所述基于低码率ldpc码干扰信息填充的系统适用于受强干扰窄带噪声影响的通信系统，通过步骤一至步骤五所述的基于低码率ldpc码干扰信息填充的方法，在受到高功率强干扰噪声影响下实现了抗干扰隐蔽通信，提高了通信系统的可靠性。
[0033]
有益效果：
[0034]
1、本发明公开的一种基于低码率ldpc码干扰信息填充的系统及方法，通过ldpc码译码单元、信息替换单元和分集接收单元之间的迭代更新以及数据分集发送接受的方式实现减小高功率强干扰噪声的影响。在迭代过程中，充分利用ldpc码译码算法中的信息传递的方法，通过将信道初始信息中的干扰信息更新替换的方法进行更准确的译码，在受到高功率强干扰噪声影响下利用ldpc码译码器相对更加准确地硬判决信息替换干扰信息，最终实现了在高干扰下信息的准确隐蔽传输。
[0035]
2、本发明公开的一种基于低码率ldpc码干扰信息填充的系统及方法，适用于受强干扰窄带噪声影响大的通信系统，通过步骤一至步骤五所述的一种基于低码率ldpc码干扰信息填充的方法，在受到高功率强干扰噪声影响下实现了抗干扰隐蔽通信，有效降低了系统的误码率提高了通信系统的可靠性。
附图说明
[0036]
图1为低码率ldpc码抗干扰通信系统的结构图。
[0037]
图2为低码率ldpc码辅助干扰信息填充的抗干扰通信系统的结构图。
[0038]
图3为低码率ldpc码辅助干扰信息填充的抗干扰通信系统的码辅助干扰信息填充
流程图。
[0039]
图4为(2048，1024)ldpc码在无干扰和30％符号干扰下1路传输、10路传输和10路传输添加码辅助干扰信息填充的误码率曲线图。
具体实施方式
[0040]
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
[0041]
实施例1：
[0042]
如图2所示，本实施例公开的一种基于低码率ldpc码干扰信息填充的系统，包括ldpc码编码单元、重复分集单元、调制单元、解调单元、分集接收单元、ldpc码译码单元和信息替换单元。
[0043]
所述ldpc码编码单元，用于将信息比特进行ldpc码编码，并将编码后的信号传给重复分集单元。
[0044]
所述重复分集单元，用于重复多个编码后的信号副本，并将这多条相同信号传给调制单元。
[0045]
所述调制单元，用于将多条相同信号作调制处理，得到已调信号通过信道发送给接收端。
[0046]
所述解调单元，用于感知频谱上受窄带噪声干扰的信号频段，并将接收到的信号作解调，得到解调信号，之后将解调信号传给分集接收单元。
[0047]
所述分集接收单元，用于把收到的多个统计独立的已解调的衰落信号进行合并(包括选择与组合)，之后作为信道初始信息传给ldpc码译码单元和信息替换单元。
[0048]
所述ldpc码译码单元，用于完成接收系统的ldpc译码功能，输出最终译码结果。同时在每次译码迭代时将变量节点的硬判决信息传给信息替换单元。
[0049]
所述信息替换单元，用于在每次译码迭代结束后，将ldpc码译码单元传来的变量节点的硬判决信息和信道初始信息作处理替换更新干扰信息，得到新的信道初始信息传递给ldpc码译码单元。
[0050]
如图3所示，本实施例公开的一种基于低码率ldpc码干扰信息填充的系统的工作方法，包括如下步骤：
[0051]
步骤一：发送端的重复分集单元将ldpc码编码单元的编码结果重复生成多个副本，并行转串行发送给调制单元，每个副本通过调制单元中的直序扩频、跳频扩频、上变频操作后，将相同的信号通过多个不同的跳频频点传送至信道。
[0052]
步骤二：接收端接收到来自信道中的信号后，进行解调处理，并通过频谱感知确定受到窄带噪声干扰的频点，并将解调后的全部解调信号传递给分集接收单元。
[0053]
步骤三：分集接收单元将来自解调单元的中的解调信号进行串并转换，分成多路独立的并行解调信号，将所述并行解调信号合并处理，这里接收合并技术使用的是最大比合并(mrc)，将这多路并行解调信号使用最大比合并(mrc)进行合并处理，使得到的有用信号能量最大。使得到的有用信号能量最大。并将合并后的信号作为译码的初始信息同时传递给ldpc码译码单元和信息替换单元。
[0054]
步骤四：在首次迭代时，将ldpc码译码单元接收到的合并后的信号作为信道的初
始信息输入译码器，通过最小和译码算法进行译码初始化。
[0055]
步骤五：第l
‑
1次迭代时，将第l
‑
1次迭代的译码硬判决信息送入信息替换单元；将步骤二所确定的受窄带噪声干扰的频点负载的干扰信息替换掉，得到将作为初始信息输入到译码单元参与第l次迭代译码。
[0056]
根据ldpc码的译码方法，awgn信道下bpsk调制中，译码中接收到的第i个信号y
i
的初始信息如公式(1)所示
[0057][0058]
其中，是接收到的第i个信号y
i
的初始信息；y
i
为接收到的第i个信号p{x
i
＝1|y
i
}为在受到信号为y
i
的情况下，发送的信号为“1”的概率，p{x
i
＝0|y
i
}为在受到信号为y
i
的情况下，发送的信号为“0”的概率；σ2为噪声方差。
[0059]
在最小和译码算法中，因子对迭代过程没有影响，则式(1)表示为：
[0060][0061]
信息替换单元需要通过频谱感知判断出干扰信息的位置，在后续译码迭代过程中将根据变量节点计算出的硬判决信息对相应位置上的干扰信息做替换，减小因为信道初始信息中的干扰信息对于译码正确性的影响。具体实现方法如下：
[0062]
根据步骤三输入到信息替换单元的合并后的信号，计算初始信息中的非干扰信息的幅值平均值；所述幅值平均值乘以一个校正因子作为替换信息的幅值，替换信息的幅值计算公式如公式(3)所示：
[0063][0064]
其中，是在第l次迭代时第i个替换信息的幅值，n为初始信息个数，m为干扰信息个数，为初始信息集合，l
p_jam
为干扰信息集合，α是校正因子，是中的第k个元素的幅值。
[0065]
替换信息的符号表示如下：
[0066][0067]
其中，是在第l次迭代时第i个替换信息的符号，是在第l
‑
1次迭代时第i个变量节点硬判决信息的符号。
[0068]
将作为初始信息输入到译码单元参与第l次迭代译码，直至达到最大迭代译码次数或者正确译码；结束译码迭代，输出硬判决信息作为译码结果；
[0069]
在本实施例中，首先bpsk通信系统中信道中加入30％的符号干扰作为窄带噪声干扰，进行误码率仿真，误码率曲线图如图4((2048,1024)型ldpc+1路传输+30％符号干扰+合
并后生抗曲线)，在上述有30％强符号干扰信道的通信系统的基础上添加重复分集单元和分集接收单元，即采用本实施例中所提的系统结构1(如图1所示)，进行误码率仿真，误码率曲线图如图4((2048,1024)型ldpc+10路传输+30％符号干扰+合并后生抗曲线)，由图中可知，10路传输的通信系统误码率性能有了大幅的提升，编码增益大约有1.2db@ber＝1e
‑
4的改善。在上述系统结构1的基础上添加信息替换单元，即采用本实施例中所提的系统结构(如图2所示)进行误码率仿真，通过上述所述步骤进行误码率仿真，误码率曲线图如图4((2048,1024)型ldpc+10路传输+30％符号干扰+合并后生抗曲线+码辅助干扰信息填充)，由图中可知，添加干扰信息替换单元后，误码率表现又有了一定程度的提升，编码增益大约有0.3db@ber＝1e
‑
4的改善。
[0070]
然后对一个awgn信道下bpsk通信系统进行误码率性能仿真，在该仿真中，首先进行了不加ldpc码编译码单元的bpsk调制系统的误码率仿真，误码率曲线图如图4(理想未编码bpsk曲线)之后进行了awgn信道下bpsk通信系统(2048，1024)ldpc码误码率仿真。在该仿真中，先通过ldpc码编码单元对输入信号进行(2048,1024)编码，之后经过调制单元进行调制，通过awgn信道之后，进行解调，得到基带信号之后送入ldpc码译码单元，误码率曲线图如图4((2048,1024)型ldpc+无干扰曲线)。再之后，与在信道中加入30％的符号干扰误码率曲线图即如图4所示的((2048,1024)型ldpc+1路传输+30％符号干扰+合并后生抗曲线)对比。由图中上述三条曲线可知，经过(2048,1024)ldpc码编码系统之后，误码率性能有了明显的提升，在信道中加入30％强符号干扰的情况下，通信系统的误码率性能急剧恶化。
[0071]
由此对比可以看出，在传统bpsk通信系统中加入重复分集单元、分集接收单元与干扰信息替换单元之后，通过干扰信息填充和低码率的ldpc码可以有效地改善译码性能。
[0072]
以上所描述的基于低码率ldpc码辅助干扰信息填充的抗干扰通信系统的主要内容，通过本发明实施例提供的系统结构，可以有效地减小窄带强干扰带来的影响，从而对接收信号进行替换更新，最终达到正确译码的目的。在实际运用中，可以根据需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到ldpc码辅助干扰信息填充系统的结构
[0073]
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。