[發明專利]一種基于極化碼的差分混沌通信方法及系統

在審

• 申請號: 201911188521.3
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110838895A
• 公開（公告）日: 2020-02-25
• 發明（設計）人: 陳平平;歐建輝;朱子熹;劉惠燕;謝肇鵬
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L27/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

1.一種基于極化碼的差分混沌通信方法，其特征在于，包括輸出信號編碼調制過程和接收信號解調譯碼過程；所述輸出信號編碼調制過程為：信源產生信號后，輸入極化碼編碼器進行編碼，極化碼編碼器通過信道聯合以及信道分裂產生信道極化現象，并利用信道極化將信道分為噪聲信道和無噪聲信道，使信息在無噪聲信道上進行傳播；將極化碼編碼的碼字送入DDCSK-WC調制器中進行混沌調制，利用正交Walsh碼對數據幀重新設計，再將重新設計后的數據幀進行發送；

所述接收信號解調譯碼過程為：在接收端接收到信號后，首先DDCSK-WC解調器根據DDCSK-WC系統的數據幀結構特性，利用非相干檢測器對接收信號進行解調，然后將解調得到的軟信息輸入極化碼譯碼器，極化碼譯碼器采用基于MS算法的SC譯碼算法進行譯碼，最后得到譯碼結果。

2.根據權利要求1所述的一種基于極化碼的差分混沌通信方法，其特征在于，信源生成信號后，對信源信號進行編碼調制，包括以下步驟：

A1)將信源信號輸入極化碼編碼器，按如下公式對輸入序列進行極化碼編碼：

其中，表示經過極化碼編碼后的編碼序列，表示輸入序列，G為極化碼編碼的生成矩陣；

極化碼編碼器編碼完成后，將編碼序列輸入到DDCSK-WC系統，以進行調制；

A2)DDCSK-WC調制器利用Walsh碼來重新設計數據幀，以消除多址干擾，并提高傳輸速率；一個2K階Walsh碼表示如下：

將極化碼編碼器輸出的編碼序列進行混沌調制，用x(l)表示編碼序列的第l個編碼比特，l＝1,2,…,N，則x(l)經過DDCSK-WC調制后的傳輸序列s_l表示為：

s₀＝zσ (3)

s_l＝(2x(l)-1)s_l-1 (4)

其中，σ表示一個長度為的混沌序列，z是Walsh碼中的一個元素；第一個發送位s₀由z和σ構成。

3.根據權利要求2所述的一種基于極化碼的差分混沌通信方法，其特征在于，在接收端接收到信號后，對接收信號進行解調譯碼，包括以下步驟：

B1)DDCSK-WC解調：在DDCSK-WC解調器中，使用連續傳輸序列s_l和s_l-1來聯合判斷出傳輸比特x(l)，第l個接收序列表示為r_l＝[s_l s_l-1]，r_l由兩個混沌段乘以Walsh碼構成，解調出發送碼字比特x(l)；DDCSK-WC解碼器采用廣義最大似然法GML來計算x(l)的能量值c_l，在無噪聲信道下，有：

c_l＝s_l-1s_l＝2(x(l)-1)s_l-1·s_l-1 (5)

其中s_l-1·s_l＝∑_js_l-1s_l表示序列s_l和s_l-1的點積；進一步計算信息d_l：

d_l＝s_l-1·s_l+1＝(2(x(l+1)-1))s_l-1·s_l+1 (6)

聯合公式(5)和(6)，通過計算信息來計算x(l+1)：

其中，表示異或符號；采用MS算法簡化公式(7)，在MS算法中，Q₁和Q₂分別表示兩個輸入軟信息，異或輸出Q表示為：

Q＝MS(Q₁,Q₂)＝sign(Q₁)sign(Q₂)min{|Q₁|,|Q₂|} (8)

因此，公式(7)簡化為：

則x(l+1)的軟信息P(x(l+1)表示為：

然后將解調生成的軟信息視為對數似然值，送入極化碼譯碼器；

B2)極化碼譯碼：極化碼譯碼器采用基于極大似然LLR的SC譯碼算法進行譯碼，將P(x(l+1))作為初始的LLR值帶入到SC譯碼算法中，在SC譯碼算法中，LLR值的計算公式為：

公式(11)表示譯碼比特是奇數位時u_l的估計的LLR值的計算公式，公式(12)表示譯碼比特是偶數時u_l的估計的LLR值的計算公式，是初始LLR值序列，符號的運算表示為：

采用MS算法對公式(11)進行簡化為：

從而得到譯碼結果。

4.一種采用如權利要求1-3任一項所述方法的基于極化碼的差分混沌通信系統，其特征在于，包括設于發送端的編碼調制模塊和設于接收端的解調譯碼模塊；

所述編碼調制模塊包括極化碼編碼器和DDCSK-WC調制器，用于將信源產生的信號輸入極化碼編碼器進行編碼，然后將極化碼編碼的碼字送入DDCSK-WC調制器中進行混沌調制，利用正交Walsh碼對數據幀重新設計，再將重新設計后的數據幀進行發送；

所述解調譯碼模塊包括DDCSK-WC解調器和極化碼譯碼器，用于在接收到信號后，通過DDCSK-WC解調器對接收信號進行解調，然后將解調得到的軟信息輸入極化碼譯碼器，極化碼譯碼器采用基于MS算法的SC譯碼算法進行譯碼，最后得到譯碼結果。