一种基于变换域的咬尾Turbo编译码通信方法

摘要

本发明提供了一种基于变换域的咬尾Turbo编译码通信方法，对目标用户的符号信息进行咬尾Turbo编码，得到数据块，生成一个变换域集，同步生成相同的伪随机码，完成有限次域的变换，在目标发射端，根据完成调制后，将调制完成后的信号送入信道中传输，接收端将接受到的信号按照伪随机码的逆序依次执行逆变换域集中相对应的逆变换，完成解调过程，经最大后验概率检测与解调得到符号序列，进行咬尾译码操作获得对发送端可靠的估计结果。本发明通过收发端的伪随机码控制域之间的变换顺序，实现时变，高移动，低截获通信；基于咬尾Turbo编译码技术，利用咬尾的性质，能够突破码长的限制完成数据信息的可靠传输。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其是利用差错控制编码技术——咬尾Turbo编译码技术，适用于利用变换域结合咬尾Turbo编译码进行无线安全通信。

背景技术

正交时频扩展(OTFS)技术是一种二维拓展方式，由离散辛傅里叶变换和多载波复用系统共同构成，发送端首先将时间-频率域变换到时延-多普勒域，并在时延-多普勒域进行调制，最后再将时延-多普勒域中的调制符号映射到时间-频率域中进行发射。OTFS可以看作是一种在OFDM上的改进技术，它通过将传统的时间-频率域转换到时延-多普勒域，从而提升在高动态的条件下的传输性能。

早期的信道编码技术，由于其距离香农限还有很大距离，并且只有在码长很长的条件下才能获得较好的性能，因此在实际的通信系统中无法绝对保证通信的可靠性。为了实现无线高质量通信，需要找到一种信道编码技术，一方面可以获得与香农限足够接近的距离，另一方面，能够突破码长的限制完成数据信息的可靠传输。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于变换域的咬尾Turbo编译码通信方法，保证更高质量的物理层无线安全通信。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：假设K个目标用户，对应输入符号消息为b

步骤2：对第k个目标用户所输入的符号信息b

步骤3：咬尾编码输出c

步骤4：提前生成一个变换域集，变换域集包括时频域、时延多普勒域、空域、极化域、小波变换域和分数阶傅里叶变换域，对每个域的变换进行定义；

步骤5：在目标发射端与目标接收端同步生成相同的伪随机码，控制伪随机码的长度，完成有限次域的变换；

步骤6：在目标发射端，根据生成的伪随机码选择将每个信息符号调制到变换域集中的某个域，完成调制后，将调制完成后的信号送入信道中传输；

步骤7：接收端将接受到的信号按照伪随机码的逆序依次执行逆变换域集中相对应的逆变换，完成解调过程；

步骤8：经最大后验概率(MAP)检测与M-PSK解调得到接收信号经过解调后的符号序列c′

所述步骤2中咬尾Turbo编码步骤如下：

步骤2.1：预编码过程：

将寄存器的初始状态设置为0，用户的符号消息作为输入，按照图1(a)所示的编码框图，将用户的符号信息分为三路，第一路将用户的符号信息直接输出，表示为c

步骤2.2：根据一次编码后寄存器的状态S

表1

其中S

步骤2.3：有效编码过程；

将寄存器的初始状态设置为S

所述伪随机码的长度不小于2。

所述有限次域的有限次数不小于2。

所述步骤8中咬尾译码操作步骤为：

1)：取c′

2)：对d

2.1)根据接收数据，找出每信息比特b

其中，d

步骤2.2)根据贝叶斯准则,式(1)改写为：

其中，

步骤2.3)利用概率论知识变形为：

其中，将d

因此公式(3)的关键在于求出α

其中，α

初始化：

β

初始化：

γ

根据当前接收码字和先验信息(a-priori)计算得出

步骤2.4)将所求得的α

步骤2.5)通过不断迭代更新外信息，直到满足迭代终止条件后终止：

通过式(10)进行判决。

本发明的有益效果在于结合变换域技术，通过收发端的伪随机码控制域之间的变换顺序，实现时变，高移动，低截获通信；基于咬尾Turbo编译码技术，利用咬尾的性质，能够突破码长的限制完成数据信息的可靠传输。

附图说明

图1(a)为Turbo编码框图，图1(b)为Turbo译码框图。

图2(a)为咬尾Turbo编码框图，图2(b)为咬尾Turbo译码框图。

图3为基于变换域的咬尾Turbo编译码通信系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

受到OTFS技术的启发，将OTFS本来所涉及的域进行扩展，不仅仅局限于时延-多普勒域、时间频率域，还可以加入其他不同的域，从而提出了一种变换域技术。变换域技术可以定义为一种调制技术，首先需要生成一个变换域集，该变换域集可以包括：时频域、时延多普勒域、空域、极化域、小波变换域等等。其次，还需要生成一组伪随机码，通过伪随机码来选择将每个信息符号调制到变换域集中的某个域，该随机码在目标发射端与目标接收端同步生成。在目标接收端，已知解调顺序，很容易解调出数据信息，而在非目标接收端，由于解调顺序时刻变化，实时解调将变得十分困难，保证了无线通信安全。

Turbo码又称为并行级联卷积码(Parallel Concatenated Convolutional Code,PCCC)，作为一种信道编码技术，在接收端利用软输入软输出的思想，进行迭代译码达到了逼近香农限的性能。在Turbo编译码中加入咬尾处理，利用咬尾的性质可以突破码长的限制完成信息的可靠传输。因此其作为一种信道编码方式，广泛应用于高可靠无线通信中。在实际应用中，咬尾Turbo编译码技术结合变换域技术，不仅可以支持在高移动场景下数据安全传输，同时也可保证信息的可靠传输。

根据本发明所述基于变换域的咬尾Turbo编译码技术，假设共有K个目标用户，发射机发送给每个用户的消息均为0或1的随机序列，则发送给第k个用户的消息序列记为b

步骤一：按照图2(a)所示对K个目标用户发出的数据信息进行咬尾Turbo编码，这里采用1/5码率以保证通信的可靠性，设置寄存器初始状态为0，则咬尾Turbo编码结束后数据输出可假设为c

步骤二：生成一个变换域集，该变换域中包括:时间频率域(000)、时延多普勒域(001)、空域(010)、极化域(011)、小波变换域(100)、分数阶傅里叶变换域(101)。

步骤三：在目标发射端与目标接收端同步生成相同的伪随机码，在这里假设生成的伪随机码为[001 000]，即发送端首先将信息数据变换到时延-多普勒域(001)，这里我们假设一个信息码块通过8个载波进行传输，每个载波传输16bit信息，通过QPSK映射后得到8*8的的调制后符号码块x，其中每个元素表示为x[l,r]，此时的调制码块是在时延-多普勒域(001)。

步骤四：根据伪随机码的顺序，将信息数据通过ISFFT变换从时延-多普勒域(001)变换到时间-频率域(000)：

步骤五：通过Heisenberg变换把X[p,q]变换为发射端的发送基带信号s(t)，具体可以表示为

步骤六：假设时变信道的冲击响应为h(τ,ν)，其中τ为时延，ν为多普勒频移，接收机接收信号r(t)表示为：r(t)＝∫∫h(τ,ν)s(t-τ)e

步骤七：在接收端匹配滤波器计算交叉模糊函数A

步骤八：按照顺序继续将时间-频率域(000)的Y[p,q]通过SFFT变换到时延-多普勒域(001)y[l,r]：

步骤九：从y[l,r]中通过MAP检测恢复调制符号x[l,r]。

步骤十：根据星座点映射对x[l,r]进行QPSK解调得到恢复的咬尾Turbo译码前的数据c′

步骤十一：取c′

步骤十二：计算：

其中，

步骤十三：通过多次迭代得到α

步骤十四：将L(b

即可得到译码后的结果输出。