[发明专利]一种基于比特能量链式编码及信道参量的自适应通信方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号通信领域，特别涉及数字信号传输过程中一种信源--信道联合编解码方法和设备，用于实现在噪声干扰严重和参数随机变化的信道中进行可靠通信。

背景技术

在通信系统中，把存在噪声干扰和传输特性随机变化的信道称为随参信道。目前，在移动通信、宇航通信、海洋水声通信以及近几年发展起来的电力线载波通信等方面，都把如何在随参信道中进行可靠通信作为主要的研究对象。信号通过随参信道传输的数学模型如图1所示，信号S_i(t)通过随参信道的输出为：

S₀(t)＝C(t)*S_i(t)+n(t)

式中C(t)是表示信道特性的函数，它可能包括各种线性失真、非线性失真、交调失真、时变衰落等；n(t)表示白噪声和脉冲噪声的叠加。因此，信号通过随参信道传输后发生了各种畸变，包括：振幅畸变、频率弥散、相位漂移，深度衰落等。这些畸变对通信可靠性带来了非常不利的影响。

在信道容限定理(W为信道带宽，P_av为信号平均功率，N₀为噪声的单边功率谱密度；信道容量C的单位为b/s)中，定义了比特能量：E_b＝P_av/C，和信噪比：这两个重要概念，为现代通信理论提供了重要理论依据。

比特能量E_b＝P_av/C是表述传输每比特信号所需平均功率，在实际应用中一般用接收机解调输出的比特判决电平来表示，以二进制2fsk或2PSK信号的解调输出为例，其比特能带图如图2所示，令比特“0”输出E_b0＝0、比特“1”输出E_b1＝1，如图2a所示；当存在小噪声n₀干扰时能带图如图2b所示，图中d为判决门限，由于噪声干扰带ΔE_b0和ΔE_b1没有超越门限d，因此判决正确性不受影响；而在随参信道中由于噪声n₀干扰很大，经常出现如图2c所示能带图，当判决时刻处于t₁、t₂、t₃时，就会发生比特判决错误。

信噪比Eb/No反映的是接收解调输出的有用信号与无用杂波幅度之比，信噪比越小发生比特判决错误的机率越大，在数字信号传输系统中，比特判决错误的轻重程度通常以误码率来衡量，根据误码率公式：

pe=12[1-erf[Eb(1-ρ)n0]]]]>

式中ρ为二元信号的相关系数，因此提高比特能量E_b和降低噪声n₀是提高通信可靠性的重要方法，由于降低噪声n₀难以做到，因此提高比特能量E_b成了可行的选择。

现有的改善随参信道通信能力的方法都建立在两大技术基础之上：

第一、采用信源信道编码，通过编码增加数学相关性强的冗余码元序列及进行数学相关译码算法来提高编码增益。编码技术在理论上得到香农第二定理的支持，香农第二定理指出，任何一个通信信道都有确定的信道容量C，如果通信系统所要求的传输速率R小于C，则存在一种编码方法，当码长n充分大并应用最大似然译码时，信息的错误概率可以达到任意小。因此，寻找构造优良的编码方案及采用有效的译码算法一直是通信技术研究的追求目标。

对一种编码技术的好坏一般采用编码增益来评价，其含是：在给定误码率情况下，编码与非编码传输相比，使信噪比E_b/n₀获得额外提高的分量：