[發明專利]一種數模混合混沌碼的構造方法

有效

• 申請號: 201810071573.1
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108494522B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 于威;吳俊;黃新林;王睿;劉典;陳向煌
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H03M1/66;H03M13/11
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發明涉及一種數模混合混沌碼的構造方法，該方法包括以下步驟：(1)本發明中信源為時間離散，幅度連續的模擬信號。當碼率為1/N時，編碼器基于非線性混沌函數把每一個信源編碼成N個碼字。這N個碼字分為兩部分，分別為N1個模擬碼字和N2個數字碼字(N2≤N1，N1+N2＝N)。編碼器根據譯碼后均方誤差(MSE)的理論表達式和預測的信道信噪比(SNR)，選擇最優的參數N1和N2，使得接收端譯碼后MSE最小。(2)發送端把一幀信源生成的碼字按照一定格式組成數據包，并發送到無線信道。(3)接收端對收到的模擬混沌碼字和數字碼字進行最大似然譯碼。與現有技術相比，本發明能顯著降低譯碼后的MSE。

技術領域

本發明涉及一種無線通信系統中的物理層編碼，尤其是涉及一種數模混合混沌碼的構造方法。

背景技術

在無線通信系統中，有些信源具有天然的模擬性，如聲音信號，圖像信號，生物信號等等。因此可以使用模擬信道編碼直接對這些信源進行保護。Wolf和Marshall于八十年代各自獨立的提出了模擬編碼的概念。之后MIT的Chen和Wornell于九十年代首次提出了模擬混沌編碼的概念。模擬混沌編碼使用非線性混沌函數的蝴蝶效應對時間離散幅度連續的信源進行保護。譯碼器使用最大似然估計來恢復信源，由于信源的幅度是實數，因此信源的值不能被完全恢復，但是信源的附加噪聲可以被大大減小。2010年左右理海大學的Jing Li提出了Turbo形模擬混沌碼(Turbo Analog Chaotic，簡稱CAT)的概念。CAT借鑒了Turbo的編碼思想，使用兩路方向相反的混沌函數對模擬信源進行保護，其譯碼過程與以前的混沌碼譯碼過程相同。CAT的性能好于以前的混沌碼。混沌碼的譯碼過程是先估計碼字的符號，再利用這些符號對信源進行恢復。但是無論是以前的單路混沌碼還是使用雙路混沌碼的CAT，在碼字的構造上都沒有利用這些符號特性來對信源加強保護。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提出的一種數模混合混沌碼的構造方法，該方法可使得譯碼后信源的均方誤差(MSE)大大減小。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種數模混合混沌碼的構造方法，該方案包括以下步驟：

(1)本發明中信源為時間離散，幅度連續的模擬信號。當碼率為1/N時，編碼器基于非線性混沌函數把每一個信源編碼成N個碼字。N個碼字分為兩部分：N1個模擬碼字和N2個數字碼字(N2≤N1，N1+N2＝N)。模擬碼字為幅度為實數的混沌碼字，數字碼字為混沌碼字的符號(幅度為1或者-1)。編碼器根據譯碼后均方誤差(MSE)的理論表達式和預測的信道信噪比(SNR)，選擇最優的參數N1和N2，使得接收端譯碼后MSE最小。

(2)發送端把一幀信源生成的碼字按照一定格式組成數據包，并發送到無線信道。

(3)接收端對收到混沌碼字和碼字的符號進行最大似然譯碼。

所述的步驟(1)具體為：

(11)令K個時間離散幅度連續的信源組成的一維向量為{m₁，...，m_k，...，m_K}，編碼器首先把這K個信源進行串并轉換。每一個信源都對應一個子編碼器，總共有K個子編碼器。

(12)非線性混沌函數的表達式為

x[n]＝F(x[n-1]) (1)

F(x)＝1-2|x|，x∈[-1，1] (2)

(13)MSE的理論表達式如下：