一种自由空间光通信的信道编码和译码方法技术

本发明专利技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种自由空间光通信的信道编码和译码方法。编码包括以下步骤:将信息比特分为两个部分：可靠比特和不可靠比特；将可靠比特进行分段，并依次对每段可靠比特进行CRC编码，在每段可靠比特后加入对应CRC的校验序列，构成新的信息序列；将不可靠比特送入BCH编码器，得到校验比特，并把校验比特与不可靠比特合并得到新的尾部信息序列。本发明专利技术方法在接收端解码时，当某个解码段无法通过CRC校验时提前终止解码，减少了冗余的传输，尾部级联的BCH码进行不等差错保护；随着信噪比的提升，BCH码的纠错能力不断提高，误码率性能有不同程度的增益；在大气湍流情况下，保证了误码率与速率性能的同时，降低了译码复杂度。码复杂度。码复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种自由空间光通信的信道编码和译码方法


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种自由空间光通信的信道编码和译码方法。

技术介绍

[0002]自由空间光通信技术是以激光作为载波、以大气作为信道的无线通信方案，与射频无线通信相比，它具有无频谱许可、带宽大、固有安全、抗电磁干扰、低成本等诸多优势[1]，由于大气湍流会导致传输后存在波形失真、闪烁、相位波动等问题[2]，严重影响通信系统的性能。目前，抑制大气湍流干扰的方法主要有：自适应光学技术、多输入多输出(MIMO)天线技术、调制技术、信道编码技术，其中信道编码技术被广泛应用[3]。
[0003]信道编码是通过增加冗余信息的方式使接收端可以对接受信息进行检测纠错，以此获得更好的通信性能。在传统的自由空间光通信系统中，常用的信道编码技术有LDPC[4]、RS[5]、Turbo码[6]，Polar码[7]，但是受制于固定码率无法适应时变的大气信道，无速率编码没有码率约束，其正向增加冗余的特点可以自动适应信道的动态变化而不需要反馈，以此获得更高的通信质量。
[0004]J.Perry等人于2011年通过引入伪随机哈希函数提出了无速率Spinal码[8]，并在隔年详细的阐述了编码原理，提出了新的译码算法[9]。2012年H.Balakrishnan等人证明了Spinal码在二进制对称信道(BSC)和加性高斯白噪声(AWGN)信道上接近信道容量[8
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9]。杨伟强[10]提出了一种前向堆栈译码(FSD)算法，在不损失传输速率的情况下减少译码复杂度。文献[11]提出了一种有效分布符号的Spinal码译码方法，该译码器所采用的分组译码方法降低了译码复杂度，与气泡译码器相比具有吞吐量增益。Spinal码的顺序编码结构也使其具有不等差错保护性质(UEP)，文献[12]提出了一种不等长传输方案以提高传输速率并分析了所提出的UEP脊髓码的有限长度性能。文献[13]提出了一种用于BSC的无速率叠加Spinal码,通过叠加运算，重要的信息比次要的信息由更多的编码符号传递，从而产生UEP特性。虽然上述译码改进方法优势明显，但是对自由空间光通信Spinal码系统性能的改善还有一定的提升空间。
[0005]Spinal码受其潜在的不等差错保护性的影响，有着差错控制性能不佳的问题，其错误比特主要集中在最后部分的码块中。此外Spinal码译码复杂度较高，译码速率有待提高。针对以上问题，本文提出一种Spinal码、CRC(CyclicR edundancy Check)码与BCH码级联的信道编码方案，简称SCB(Segmented CRC
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BCH)
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Spinal码。仿真结果表明，在大气湍流条件下，与不同的构造方法相比，分段SCB
‑
Spinal码能取得更好的系统性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种自由空间光通信的信道编码方法,用于解决现有技术问题：Spinal码受其潜在的不等差错保护性的影响，有着差错控制性能不佳的问题，其错误比特主要集中在最后部分的码块中，此外Spinal码译码复杂度较高，译码速率有待提高。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]一种自由空间光通信的编码方法，包括以下步骤:
[0009]将信息比特分为两个部分：可靠比特和不可靠比特；
[0010]将可靠比特进行分段M＝{M1,M2...M
S
}，并依次对每段可靠比特进行CRC编码，在每段可靠比特后加入对应CRC的校验序列，构成新的信息序列；
[0011]将不可靠比特送入BCH编码器，得到校验比特，并把校验比特与不可靠比特合并得到新的尾部信息序列。
[0012]进一步优选的，所述不可靠比特为所述信息比特的尾部比特。
[0013]一种自由空间光通信的译码方法，适用于上述的编码方法，包括以下步骤:
[0014]依次对每个分段进行截断译码，并扩展译码树；
[0015]从根节点s0开始构造，计算每个子节点的路径开销和，并删除多余的节点；
[0016]每个分段译码后只保留B条路径；
[0017]当分段i译码完成时，对保留的B条路径进行CRC校验，若存在校验成功的路径，将继续译码，否则解码终止并使用下一个PASS的信息对未通过CRC校验的分段继续译码；
[0018]当译码树拓展到叶子节点时，对保留路径进行伴随式校验；
[0019]若存在伴随式校验为0的路径即为解码结果，否则对保留路径进行纠错处理。
[0020]本专利技术至少具备以下有益效果：
[0021]本专利技术提出了一种FSO中分段CRC与BCH纠错码结合使用的SCB
‑
Spinal码方案，通过将信息位与CRC校验位分为多段；在接收端解码时，当某个解码段无法通过CRC校验时提前终止解码，减少了冗余的传输，尾部级联的BCH码进行不等差错保护；在低信噪比情况下，降低了译码复杂度，速率性能也有略微提升；随着信噪比的提升，BCH码的纠错能力不断提高，误码率性能有不同程度的增益；在大气湍流情况下，保证了误码率与速率性能的同时，降低了译码复杂度，使Spinal码更适用于实际场景中。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为Spinal码编码结构图；
[0024]图2为分段方案与传统方案示意图；
[0025]图3为分段为4的CRC方案图；
[0026]图4为SCB
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Spinal码编码结构图；
[0027]图5为SCB
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Spinal解码树示意图；
[0028]图6为不同SNR下各方案复杂度示意图；
[0029]图7为SCB
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Spinal与传统Spinal码速率性能对比图。
[0030]图8为三种方案误码率性能对比图。
具体实施方式
[0031]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0032]1大气信道传输模型
[0033]激光在大气传播时会受到大气湍流的影响，Gamma
‑
Gamma模型是应用最广泛的弱湍流模型之一，对不同强度的湍流下接收光的光强起伏建模都比较符合实际和仿真。在Gamma
‑
Gamma模型中，归一化光强I是由两个变量I
x
、I
y
决定的，可表示为I＝I
x
I
y
，其中I...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自由空间光通信的编码方法，其特征在于，包括以下步骤:将信息比特分为两个部分：可靠比特和不可靠比特；将可靠比特进行分段，并依次对每段可靠比特进行CRC编码，在每段可靠比特后加入对应CRC的校验序列，构成新的信息序列；将不可靠比特送入BCH编码器，得到校验比特，并把校验比特与不可靠比特合并得到新的尾部信息序列。2.根据权利要求1所述的一种自由空间光通信的信道编码方法，其特征在于，所述不可靠比特为所述信息比特的尾部比特。3.一种自由空间光通信的译码方法，适用于权利1
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹阳，李文庆，彭小峰，张祖鹏，秦怀军，潘松，钟烨，黄杰，杨凡，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：