基于代数结构的交织器与卷积码的盲识别研究

摘要

信道编码盲识别与分析是从已解调的信息序列中逐步解码最终得到信宿信息的第一个环节，是数字通信中的一个重要技术。在合作或非合作通信情形中，盲识别对于智能移动通信、灵巧干扰、网络攻击、通信侦察等领域具有重要的应用价值，并能极大推动通信对抗技术与自适应调制编码技术的发展。而关于这一技术的研究目前仍然比较少，因此对其进行深入的探讨显得非常重要。
　　本文基于代数理论及信道编码中的独特结构对信道编码盲识别技术展开研究，首先分析了国内外关于这一技术的研究现状，确定了本文研究的必要性和方向;接着概述了盲识别技术中所涉及到的代数理论，以及三种交织器和卷积码的基本概念，为本文后续的研究作好有关的理论铺垫;然后提出盲识别算法并一一进行验证，以证明算法的正确性和可行性。
　　取得的主要研究成果与创新点有:
　　首先，研究了传统分组交织器与卷积交织器的盲识别方法，并实现了高误码率下分组交织器与卷积交织器参数的盲识别。基于现有的典型交织器盲识别原理，采用二进制数据矩阵变换理论，利用矩阵运算，结合相应的交织代数特性和线性码结构特征，提出了一种分阶段式方法求取分组交织器参数;针对卷积交织方式下，一个交织深度内不包含完整码组而无法获得同步偏差的问题，提出了采用联合法求取卷积交织器参数，实现了高误码率下两类交织器参数的盲识别。
　　其次，提出位置确定算法，解决复杂螺旋交织参数的盲识别。针对现有交织器识别算法只适用于结构简单、参数受限且只有穷举方法等问题，基于非遍历式的位置确定算法，提出了一种求取复杂交织器参数的方法。针对多参数的螺旋交织器，在现有的秩准则基础上，该方法利用螺旋交织方式的结构特征，采用位置确定算法获得新的参数约束方程，先实现了无噪环境下非遍历穷举式的螺旋交织参数盲估计;并根据实际应用，在有噪环境下提出将位置确定算法与假设参数候选对方法相结合，有效地减少了候选参数对的维度，实现了有躁环境下螺旋交织参数的盲识别。且该方法基于不同类型交织器的结构特性，可以适用于多种交织器的盲识别。
　　最后，提出WHT-BM算法，解决任意码率k/n卷积码的盲识别。针对现有卷积码识别算法只适用于特定码率、容错性差且复杂度高等问题，利用Walsh-HadamardTransform(WHT)在解含错二元方程组上具有容错性的优点，提出适用于任意码率的高效WHT-BM算法。该方法基于卷积码的结构特性，通过去冗操作，将卷积码与校验矩阵的约束关系方程进行分解，转换为求解n-k个校验向量的校验方程系统;并结合分块矩阵(BlockMatrix，BM)的思想，充分地利用码字信息，将系数矩阵和校验向量按照规则分块及分段地进行处理，利用谱系数的物理特性得到方程解向量，有效地减少了方程系数矩阵的WHT计算维度，显著性地提升了算法的效率;最后通过加冗和重构处理，实现了有躁环境下任意码率k/n卷积码的盲识别。

目录

声明

摘要

表格索引

插图索引

算法索引

主要符号对照表

第一章 绪论

1．1 数字通信系统模型

1．2 纠错码的研究发展历史

1．3 盲识别的研究背景及发展现状

1．3．1 非合作通信信道

1．3．2 合作通信信道

1．3．3 盲识别的基本概念

1．3．4 信道编码盲识别技术的发展现状

1．4 存在的问题及论文主要工作

1．5 论文结构

第二章 信道编码基础理论

2．1 理论基础

2．1．1 有限域理论

2．1．2 信道编码的基础知识

2．2 交织器的基础知识

2．2．1 交织技术的关键点

2．2．2 交织器的分类

2．2．3 交织器模型及结构特征分析

2．3 本章结语

第三章 基于代数及结构特性的交织器盲识别

3．1 交织器的盲识别原理

3．1．1 秩准则

3．1．2 Gauss-Jordan消元法

3．1．3 位置确定算法

3．2 交织器盲识别的实现

3．2．1 基于代数理论的交织深度估计

3．2．2 分阶段法解分组交织器

3．2．3 联合求取法解卷积交织器

3．2．4 位置确定法解螺旋交织器

3．3 本章结语

第四章 基于编码结构的卷积码盲识别

4．1 卷积码的基本原理

4．2 矩阵和多项式表示法

4．2．1 校验矩阵与生成矩阵表示法

4．2．2 多项式表示法

4．3 卷积码的盲识别原理

4．3．1 Walsh-Hadamard变换法求解二元含错方程组

4．3．2 基于编码结构的分块矩阵法

4．4 Walsh-Hadamard变换法解卷积码

4．4．1 基于代数理论的码率(n-1)／n卷积码盲识别

4．4．2 WHT-BM算法解任意码率k／n卷积码

4．5 本章结语

第五章 总结

5．1 本文主要贡献及创新点

5．2 进一步的研究方向

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果