论文研究-LDPC码在跳频通信中的性能分析 .pdf

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LDPC码在跳频通信中的性能分析,徐一凯,刘勇,在军事通信中,跳频通信系统因为其抗干扰、保密性等特点被广泛应用,传输可靠性也是通信的要求之一,为达到可靠性的通信要求,前
山国武技论文在线 码,可以更加灵活的调整节点的度数分布,从而更好解决这对矛盾,以获得更好的译 码性能。 同时,由于译码方法是基于节点间消息的统计独立的,当 图中存在短环时,由 某个节点传递信息,经过很短的消息回路会被传回该节点,消息重新传回自己意味着不再 符合统计独立,进而影响该节点的消息判断,从而译码准确性造成干扰。实际编码中常出现 的是长度为的短环,即消息在个步长之后就回到自身,消除长度为的短环,会使 的译码性能得到很大的提升。结果参见图 (1024512)无4-环 (1024512有4环 5 6 8 信噪上 SNR(DE) 为的非规贝 码与大于的码误码率对比 本文中用到的码的构造矩阵生成方法是·种基于 的随机构造法,在此基 础上对校验矩阵做了非规则的变化,并且去除了为的短环。 具体步骤如下 每列随机放置三个; 、寻找没有,或者只有一个的行,对于没有的行,随机选择两列放置两个, 个的行则随机选择一列放置一个 计算平均每行的的个数,并调整每行中的,使其分布尽量均衡 消除为的短环。 经过以上步骤得到的 码为非规则码,且没有为的短环,具有良好的性能。 译码 码的译码算法主要分为两大类,一是基于概率的置信传播()迭代译码算法, 是基于校验和统计迭代的比特翻转 )译码算法。本文中采用的是第一种译码 算法,而基于概率的算法是 译码性能最好的算法之一。在 中,在每一轮 迭代中,消息在校验节点和变量节点之间相互传递,并且影响着节点对于消息的判断,每个 山国武技论文在线 校验节点牧集的消息均来自于与之相连的变量节点,整合消息并进行处理后将结果反馈给相 应的变量节点,在概率译码中,传递给变量节点的消息为某种判别的概率值;而每个变 量节点收集所有消息后,根据消息的概率和校验矩阵结合进行译码判决,如果不能正确译码 且没有达到最大迭代次数,则将每个变量节点将外部消息继续传递给相邻的校验节点,校验 节点在接收消息之后重复迭代。消息传输过程如图所示: h1 l,(r h2 f 2 n(x)/fi 力x} 图变量节点和校验节点之间的消息传播 其中n(x)/表小与变量芍点相连的除去的所有校验节点集合;n(C)/{x}表小与校 验节点相连的除去的所有变量节点集合;ux(f)表示由变量节点传递到校验节点 的消息;U(x)表示由校验节点传递到变量节点的消息 概率译码步骤(上标表示迭代次数) 概率初始化:计算信道传递给交量节点和校验节点的初始概率: 变量节点(不同信道下概率不同) P(1),P(0)=1-P(1)() 校验节点 q0(0)=P(0)() 1)=P()( 迭代处理: 校验节点消息处理 (0)=+∏0-2/() cP,\i r(1)=1 ∏(1-2q"(1)() 变量节点消息处理 山国武技论文在线 (0)∏x12( ∈C: )=KP()∏r()() J)∈C1\j K,是校验因子,使(0)+gm(1)=1。 译码判决 对所有变量节点计算使判决信息 (0)=K2P(o ∴)(0)( 0(1)=KP()∏I()() A,是校验因子,使q(0)+g(1)=1。若a(0)>(1),则C;=0,否则 迭代终止 若∥c=0或达到最大迭代次数,则结束循环,否则从第一步继续迭代。 跳频通信系统 跳频通信的实质是一种特殊的信号,其特殊性在于跳频信号的载波按照收发双方 知道的跳频图案变化,载波的频点随着时间快速跳变,从而达到抗干扰和保密的目的。 跳频通信系统中,一般采用的调制方式,使用调制后的信号的抗干扰性能良好。 而最小移频键控,即 是的两个信号毂频之间的频率闰隔为_时的正交调制 方式,此时两信号的互相关系数为,实际的实现系统中也大多采用的调制方式。两 个的相关系数如图所示 f-f2=2△f 1/2Tb 图两个信号互相关系数 对于珧频通信系统中跳频序列的选择,考虑到跳频信号传输信道和多径等干扰,需要用 山国武技论文在线 高码率的窄脉冲序列来生成跳频图案。伪随札码( ),或称为伪噪声码,类似 与随杋噪声,在实际传输过程中,髙隐藏性和抗τ扰能力强的传输方式就是将信号调制于随 机信号当中,因此伪随机码在跳频通信中被广泛应用。在理论上,采用纯随机序列作为载波 序列,传输信号之间的几乎没冇相互干扰,这样扩展信号的频谱效果最好,但是接收端在跳 频同步时必须使用同一随机序列,对于纯随机序列,在工程上无法做到复制性,因此在实际 实现时,采用伪随机序列来替代随机序列。 最大长度线性移位寄存器序列(序列)作为一种重要的伪随机序列,用移位寄存器产 生,且周期很长的序列具有接近理想的随机噪声的自相关特性,跳频系统中实际使用的 跳频图案也大多是基于序列的改进和其他方式结合的生成序列。虽然从保密的角度来说 可以通过计算机模拟来推测出序列相应的规律,但在仿真系统中可以通过序列生成的 眺频码序列做性能分析 整个珧频通信系统可以参考图: MSK 信道 X)—带通滤波器 MSK解调 输出 频率合成器 频率合成器 跳频序列发生器 跳频同步 图跳频通信系统整体框架 经过珧频处理之后的信号,从时间域和频域上都有很好的隐藏性,从图中可以 看出跳频系统对于信号的有着优异的掩盖能力,能达到很高的抗截获性和保密性。对于经过 了跳频处理后的信号,除非是对方破译了跳频图案,否则很难从跳频信号中取得有用信息。 而接受方则需要同步机制来保持和发送方跳频图案的同步,从而达到可靠、有效的信息传输。 MSH谓制号 K制佶号频谐 4 3000 图经过调制的时域图 图经过调訇的频或图 山国武技论文在线 FHM5言号 图跳频调制后的时域图 图跳频调制后的频域图 图 调制和经过跳频系统后的时域和频域图 仿真分析 本文分别对第二章提到的随机构造法牛成的非规则码与上述经过了调制之 后跳频通信相结合,在不同码长和码率下,在 平台上做了性能分析。 当干扰信号为加性噪声且带宽和跳频通信信号的带宽基本相同时,这种干扰不需要知道 传输频段便可影响信号传输,是跳频干扰的常用手段,称这种干扰为跳频通信系统的宽带噪 声干扰。在宽带噪声干扰环境卜,由于高斯白噪声干扰信号的存在,与常规的高斯i白噪声信 道仿真无太大差异, 码译码达代次数为次吋的误码率仿貞结果如图 (1024512)非规则码 (512256非规则码 (256,128非规则码 无编码 信噪比 SNR(DB 码和跳频通信在宽带噪声干扰下的误码率 仿真是在了解了跳频通信系统的相关参数下完成的,所以跳频系统本身的抗干扰能丿就 山国武技论文在线 很强。从误码率曲线上可以看,经过编码后的跳频通信在误码率上依然有所提丌, 且随着码长的堦加误码率减小,也符合 码的特性。结果说明 码对跳频通信的 数据在宽带干扰时起到了保护作用。 对于移动无线通信而言,衰落不可避免。而移动衰落信道的恶劣环境,导致长突发错误 的产生,从而提高了数据传输的误码率。而码本身的交织特性对于抗衰落有着很好作 用。图为码在瑞利衰落信道下的性能: 10 10 (1024,512非规则码 20481024非规则码 (2048,1536非规则码 2 4 5 8 10 信噪比 SNR(DB 图 码在瑞利衰落信道下的误码率 从上面的仿真图可以看岀,经过码编码之后的在瑞利衰落信道中有着很好 的译码性能,且随着码长的増长,效果越来越好,并且对于同样码长的 码,码率的选 择会明显影响系统的抗干扰性能。 经过码编码之后的眺频通信系统瑞利哀落信道仿真结果图: 山国武技论文在线 10 10 10 (2048,1024非规则码 (1024,512)非规则码 无编码 10 10 10 信噪比SNR(DB) 图 码和跳频通信在瑞利衰落信道下的误码率 仿真结果表明:跳频通信系统在瑞利哀洛信道中表现并不理想,但在加入 码编码 之后,抗衰洛性能有了很大提爪,且随着码长的增加误码率有所下降。可以看出 码和跳频通信的结合,能大幅提珧频通信在端利扆落信道的性能。 结语 本文对码的构造矩阵给出了种基于随机构造的非规则码构造方法,同吋对译码 算法给出了详细说明,并对跳频通信系统的仿真设计和通信过程做了简要分析,最后在两种 信道下给出了 码和跳频通信相结合的仿真结果,结果表明 码对于跳频通信的 抗干扰性能有很大提升 参考文献 ,差锖控制编码晏,何元智,潘亚汉北京:机械工业出版社, 袁东风张海刚 码理论与应用北京:人民邮电大学出版社 周炯槃,庞沁华,续大我,吴伟陵,杨鸿文通信原理北京:北京郾电大学出版社, 那丹彤,赵繼康跳频通信干扰与抗干扰技术北京:国防工业出版社 刘东些,向良军信道编码与 仿真北京:电子工业出版社,

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