一种基于四进制编码方式和时间关联成像的通信方法与流程

本发明属于光通信领域，尤其涉及一种基于四进制编码方式和时间关联成像的通信方法。

背景技术：

随着通信技术的快速发展，大数据时代降临，人们对于信息资源的需求越来越大，各种信息业务流量需求促使光通信系统必须及时快速准确地更新传输速率和容量。为了实现更大容量的通信系统，人们根据光的不同物理特征，从频率、偏振、时间、相位、幅度等方面实现了光通信的调制和传输，极大扩展了传输的容量和距离。

现有的光通信系统中，普遍存在以下缺陷:1)现有的光通信中采用二进制的信号进行传输，导致两根二进制数据线中的信号传输很难严格做到同步，即由于两根数据线中的信道特性不同引起码间告饶，影响了接收端信号质量的准确性；2)现有的光通信方法要想实现高速大容量的信号传输，显然在接收端需要相当高的采样频率，同时要想进一步保障通信的安全性，也需要进行加密编码，这也增加了传输信息的冗余，这些因素都限制了技术的进一步推广。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于四进制编码方式和时间关联成像的通信方法，采用四进制编码方式和强度调制的模式，减小由于信道特性引起的码间干扰的影响，改善接收端信号质量的准确性，实现大容量的、安全的数据传输，提高光通信的资源利用率。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于四进制编码方式和时间关联成像的通信方法，包括以下步骤：

s1：将信源二进制序列经四进制调制后分档编码以获取强度分档信息；

s2：将强度分档信息多次加载到传输光源载体上，并通过信道传输给接收端设置的无时间分辨率的桶探测器；

s3：所述桶探测器多次接收所述强度分档信息，获取待重构信息；

s4：将待重构信息运用压缩感知关联成像算法进行解调重构；

s5：将解调重构出的信息经信道解码，获取二进制序列以完成传输。

优选地，在步骤s1中，所述强度分档信息包括4个档位的信息。

优选地，在步骤s2中，所述传输光源载体为混沌光。

优选地，在步骤s2中，所述桶探测器为雪崩二极管。

优选地，在步骤s2中，所述桶探测器的采样率小于所述传输光源载体的采样率。

优选地，在步骤s3中，所述待重构信息为强度能量信息。

优选地，在步骤s4中，解调重构后，进一步包括信息判断；所述信息判断基于阈值判断法。

优选地，所述阈值判断法中，采用差值平均法确定阀值。

与现有技术相比，本发明的优点为：

1)在信息通信中结合四进制编码调制方式，减小由于信道特性引起的码间干扰的影响，改善接收端信号质量的准确性；

2)时间关联成像实现一种线到点的传输，即无需在接收端实现对每个信息的精准采样，只需接收到传输信息的能量值，即可重构出传输信息，有较好的抗干扰性能。

附图说明

图1为本发明一实施例的基于四进制编码方式和时间关联成像的通信方法的流程图；

图2为图1中四进制调制及分档编码图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的基于四进制编码方式和时间关联成像的通信方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

如图1和图2所示，一种基于四进制编码方式和时间关联成像的通信方法包括步骤s1～s5。具体如下：

s1：将信源二进制序列经四进制调制后，将0和1原始二进制序列比特信息通过四进制编码调制矩阵调制为0、1、2和3四个数字表示；然后进行分档编码操作以获取强度分档信息，在本实施例中，强度分档信息包括4个档位的信息。

s1具体为：信源为由0和1的构成的二进制序列(1*n)，经过该方法中四进制编码方式，调制矩阵为：

将0和1构成的二进制序列进行四进制调制编码后分档，将00编码为0，01编码为1，10编码为2，11编码为3。这样完成对原始序列的编码分档，信号长度缩减一半，构成的时间序列为t(t)。传统的信道编码方式的本质是添冗余，虽然实现冗余校验保证了信息的准确性，但也增加了传输总量，降低了传输速率。而四进制编码方式在保证传输速率的前提下，能大大减小由于信道特性引起的码间干扰的影响，改善接收端信号质量的准确性。

另外本发明的编码模式可以实现进步扩展，如用0至15，16档代替三个比特的信息，即000代表0,001代表1,010代表2，011代表3，以此类推。

s2：将强度分档信息多次加载到传输光源载体上，并通过信道传输给接收端设置的无时间分辨率的桶探测器；在本实施例中，传输光源载体为混沌光。具体的，由于混沌光具有良好的时间可控随机性和二阶时间关联性，同时又具有良好的密码学特性，因此将其作为传输光源。这里采用简单却被广泛应用的logistic模型，logistic映射的定义如下：

xn+1＝μxn(1-xn)(1)

式中，xn代表迭代起始值，且xn∈[0,1]；μ代表系统参数，且μ∈[0,4]。理论证明，当μ＝4时，logistic映射进入满映射状态，该状态具有极大的随机性。

在传输时，将时间序列t(t)加载到混沌光序列i(t)上，并通过信道传输给接收端。

s3：桶探测器多次接收强度分档信息，获取待重构信息；待重构信息为强度能量信息。这里桶探测器接收到的是传输信息的能量强度值，如下式所示

b＝∫dti(t)t(t)(2)

即一串时间序号经过信道传输，被桶探测器接收到一个强度值。时间关联成像本质上需要多次采集，才能够重构出信息，因此，利用混沌光多次加载信息并传输给接收端。经过多次对时间序列t(t)的传输，得到一系列的传输信息b(i)。时间关联成像本质是一种基于光场涨落特性的高阶关联成像技术，在用于光通信，相比较传统通信方式，在接收端实现点对点的检测，具有较好的抗干扰性能。

另外本发明的调制方式属于强度调制，不对载体光源的相位、频率、偏振、幅度等进行调制。将编码分档后的信息加载到光源上，传输给接收方，接收端用无时间分辨率的桶探测器接收，该桶探测器可以是雪崩二极管。另外，桶探测器的采样率可以低于载波光源的频率，即载波频率为10gb/s，那桶探测器的采样频率可以为1gb/s。因为桶探测器本身接收的是强度值，无需对载波信号的每个值进行相应。

s4：将待重构信息运用压缩感知关联成像算法进行解调重构；解调重构后，设置进一步的信息判断；信息判断基于阈值判断法，重构出由0、1、2和3构成的时间序列。

s4具体为：对桶探测器接收到的一系列传输信息b(i)进行解码，传输信息呈现出正态分布的态势，显然仅从传输信息上来看，并不能获取到有效信息，这也保障了信息的安全性。将传输信息b(i)和混沌光序列i(t)运用压缩感知进行解码，

tcs＝argmin:||t||l1s.t.b＝∫dti(t)t(t)(3)

式中，tcs为解码重构信息，t为时间序号，l1为l1范数。压缩感知算法的应用可以实现在传输信息较少的情况下，实现对信号的精准重构。由于在传输过程中，受到噪声等问题干扰，解调后的信息与编码后的信息并不能完全一致。因此，本发明采用差值平均法作为阈值判断标准，以取近舍远原则进行信息判断。具体为：从解调的信息中提取大于0的最小值、大于1的最小值、大于2的最小值和大于3的最小值，假设分别为0.06、1.18和2.18和3.06，分别计算两两之间差值的平均值为0.56、0.50和0.44，取0.56+0、0.50+1.18和0.44+2.18作为阈值进行判断，即0.56、1.68和2.62，假设需要判断的信息为2.98和3.54时，依据取近舍远的原则只对2.98进行判断，将其判断为3，即当数值小于0.56时判断为0，当大于0.56小于1.68时判断为1，当大于1.68小于2.62时判断为2，当大于2.62时判断为3。实现对0,1,2,3的阈值判别，从而完成对信号的解调重构。

s5：将解调重构出的信息经信道解码，获取二进制序列以完成传输，即经过信道解码将0、1、2、3四进制序列转化为由0和1构成的二进制序列，完成信息的传输。

经研究调查表明，四进制是以4为底数的进位制，以0、1、2和3四个数字表示任何实数。在四进制编码方式中，它的一位就可以表示以前二进制中的两位，比如四进制中的0相当于二进制中的00，1相当于01，2相当于10，3相当于11。以前要用n位二进制表示的数据，现在只需用n/2位的四进制表示就可以了。如果用一根数据线传输四进制信号，就可以把两根二进制的信号线合并起来，传输到需要的地方再解码为二进制数据。这样不仅节约材料，而且两根二进制数据线上的信号还可以做到严格同步。在信息通信中结合四进制编码调制方式，可以大大减小由于信道特性引起的码间干扰的影响，明显改善接收端信号质量的准确性。

时间关联成像是关联成像技术在时间域的拓展，它使用具有随机时间强度波动的非相干光源检测时间物体，可以对时间信号进行很好的重构，继而可以应用到光通信领域。时间关联成像应用于光通信领域，实现一种线到点的传输，即无需在接收端实现对每个信息的精准采样，只需接收到传输信息的能量值，即可重构出传输信息，有较好的抗干扰性能，同时在重构之前，传输信息成正态分布，保证了信息的安全性。

综上，在本发明实施例提供的基于四进制编码方式和时间关联成像的通信方法中，在信息通信中结合四进制编码调制方式，减小由于信道特性引起的码间干扰的影响，改善接收端信号质量的准确性；本发明的调制方式属于强度调制，不对载体光源的相位、频率、偏振、幅度等进行调制，为适应强度调制，因此本发明的信道编码方式为是将信息进行四进制编码后强度分档。时间关联成像实现一种线到点的传输，即无需在接收端实现对每个信息的精准采样，只需接收到传输信息的能量值，即可重构出传输信息，有较好的抗干扰性能。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。