基于代数结构的交织器与卷积码的盲识别研究

发布时间：2019-07-18 15:39

【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-Hadamard Transform (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(Block Matrix, 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。
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图片说明： 读出编码符号。也就是说，编码数据在传输端，在卷积交织器的某条工作支路逡逑上，如果有（１－１邋）Ｊ个延返，则在接收端，卷积解交织的相应的工作支路上，将逡逑有（Ｂ邋－邋Ｉ）Ｊ个延迟。卷积交织器与解交织器的示患图如图２．７所示。逡逑一个卷积交织器还可；＾＾用一个将矩阵二分的示意图来表示，将Ｂ行Ｎ列的逡逑矩阵分成两个部分，一个左下Ｈ角阵，一个右上Ｈ角阵。左下Ｈ角阵作为卷积交逡逑织器处于编码器和调制器之间，寄存器Ｗ每Ｂ个编码数据为时钟然后寄存器中逡逑的最后一个数据被传输至信道上，而右上Ｈ角阵作为卷积解交织器处于解调器逡逑和解码器么间，接收到的数据序列使用逆移位寄存器的结构来恢复原来的顺序。逡逑这里的Ｎ其实也就是Ｎ邋＝巧－１邋）Ｊ，这种交织器叫做（Ｂ，邋Ｎ）卷积交织器。逡逑可Ｗ用示意图２．８来简略地表示这样两个过程，如图２．９所示是Ｂ邋＝邋４，邋Ｊ邋＝邋１逡逑的卷积巧织器输入输出的原理图。逡逑２．２Ｊ．４卷巧交织巧的特性逡逑巧据上述分析
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图片说明： 随机独立的列向量相互异或后仍随机独立。因此，若将数据流按行从左上到右逡逑下，放入一个、ｘ邋Ｓｃ的矩阵Ｈ中（保证、＞＞邋Ｓｃ），当列数Ｓｃ为交织深度Ｓ的逡逑整数倍时，如图３．１，矩阵Ｈ中的每一行数据都会一一按列对应’那么校验码元逡逑所在的列向量与信息码元所在的列向量线性相关，我们称校验元所在的列为相逡逑关列［２４］，则此时矩阵Ｈ的秩为列数ｎ减去相关列的数目，反之，若Ｓｃ不为Ｓ逡逑的整数倍，则矩阵Ｈ为满秩矩阵。图中的Ｓｃ表示所取的矩阵列数，ｄ表示的是逡逑交织偏差。逡逑这个数据矩阵的秩用ｒａｎｌｃ（Ｈ（Ｓ，ｄ））来表示，那么如果是一个随机二进制矩逡逑阵，则满秩的概率接近１，，可Ｗ表达为下式逡逑ｋ邋ｒａｎｋ（Ｈ（Ｓ，邋ｄ））邋一邋ｒａｎｋ（Ｈ（Ｓ，邋ｄｉ））邋／邋ｒａｎｋ（Ｈ（Ｓｃ＞邋过１））邋＿邋１逦ｎ邋ｉ、逡逑－＝逦ｃ逦《逦ｃ逦《逦ｃ逦片逡逑ｎｏ逦Ｓ逡逑定义巧一化的秩逡逑ｐ二ｒａｎ哩逦片引逡逑Ｓｃ逡逑当数据矩降Ｈ的列数Ｓｃ取不同值时，秩的大小也会有相应的变化。当Ｓｃ是Ｓ逡逑的整数倍时
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.22

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本文编号：2515953