基于高性能ldpc码打孔的数据传输方法、装置及系统
阅读说明：本技术 基于高性能ldpc码打孔的数据传输方法、装置及系统 (Data transmission method, device and system based on high-performance LDPC code punching ) 是由 王思鑫 黄新明 李井源 刘增军 赵鑫 唐小妹 张可 于 2021-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于高性能LDPC码打孔的数据传输方法、装置及系统,方法包括地面站发射阶段和地面站接收阶段；装置包括CRC编码模块、LDPC编码模块、打孔模块、信号发送模块、信号接收模块、打孔恢复模块、LDPC译码模块和CRC校验模块,系统包括至少2个包含上述装置的地面站和卫星。通过对LDPC编码后的序列进行打孔实现LDPC码的码率兼容；并且打孔的方式是根据码率保留编码后序列的高位,剔除序列的低位,打孔方式简单,在保证译码性能的同时可以降低打孔复杂度,能有效提高卫星导航系统地面运控系统中站间通信的性能和效率。(The invention discloses a data transmission method, a device and a system based on high-performance LDPC code punching, wherein the method comprises a ground station transmitting stage and a ground station receiving stage; the device comprises a CRC encoding module, an LDPC encoding module, a punching module, a signal sending module, a signal receiving module, a punching recovery module, an LDPC decoding module and a CRC checking module, and the system comprises at least 2 ground stations and satellites comprising the device. The code rate compatibility of the LDPC codes is realized by punching the sequence after the LDPC codes are coded; and the punching mode is to reserve the high order of the sequence after the coding according to the code rate, reject the low order of the sequence, the punching mode is simple, can reduce the complexity of punching while guaranteeing the decoding performance, can raise performance and efficiency of communication between stations in the ground operation control system of the satellite navigation system effectively.)
技术领域
本发明涉及卫星导航信号领域，具体的涉及一种基于高性能LDPC码打孔的数据传输方法、装置及系统。
背景技术
卫星导航系统地面运控系统中，需要在多个地面站之间进行通信，例如主控站和注入站之间的数据传输。目前北斗卫星导航系统地面站间通信均采用扩频信号体制和低密度校验码(LDPC)编码方式，站间不同通信业务类型的信息速率不同，则会使用不同的编码码率。只使用一对编译码器的码率兼容LCPC码可以极大降低硬件实现的复杂度，打孔是构造码率兼容LDPC码的有效方法。但是打孔会带来LDPC编码性能的损失和编译码复杂度的增加。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于高性能LDPC码打孔的数据传输方法、装置及系统，能够有效提升译码性能，降低打孔复杂度。
根据本发明第一方面实施例的基于高性能LDPC码打孔的数据传输方法，包括以下步骤：
地面站发射阶段：
对待发送的第一信息序列进行CRC编码；
将CRC编码后的第一信息序列进行固定码率的LDPC编码；
根据实际所需码率对LDPC编码后的第一信息序列进行打孔，保留信息序列的高位，剔除第一信息序列的低位，从而形成打孔后信息序列；
对所述打孔后的第一信息序列进行调制，形成站间通信信号，并通过射频播发给卫星；
地面站接收阶段:
接收卫星转发的站间通信信号并对站间通信信号进行解调，得到与第一信息序列对应的第二信息序列；
恢复解调后的站间通信信号的打孔节点，在被剔除的第二信息序列的低位补零；
对打孔恢复后的第二信息序列进行LDPC译码；
对LDPC译码后的第二信息序列进行CRC校验，恢复出原始的第一信息序列。
根据本发明第一方面实施例的基于高性能LDPC码打孔的数据传输方法，至少具有如下技术效果：本发明实施方式通过对LDPC编码后的序列进行打孔实现LDPC码的码率兼容；并且打孔的方式是根据码率保留编码后序列的高位，剔除序列的低位，打孔方式简单，在保证译码性能的同时可以降低打孔复杂度，能有效提高卫星导航系统地面运控系统中站间通信的性能和效率。
根据本发明的一些实施例，所述地面站发射阶段中CRC编码采用CRC24校验算法。
根据本发明的一些实施例，所述地面站发射阶段中LDPC编码采用1/2码率。
根据本发明的一些实施例，所述地面站发射阶段中LDPC编码采用1/3码率。
根据本发明的一些实施例，所述根据实际所需码率对LDPC编码后的信息序列进行打孔步骤中根据LDPC原来的码率和所需码率计算打孔节点数。
根据本发明第二方面实施例的基于高性能LDPC码打孔的数据传输装置，包括:CRC编码模块,用于对待发送的信息序列进行CRC编码；LDPC编码模块，所述LDPC编码模块与所述CRC编码模块相连以用于对CRC编码后的信息序列进行固定码率的LDPC编码；打孔模块，所述打孔模块与所述LDPC编码模块相连以用于根据实际所需码率对LDPC编码后的序列进行打孔；信号发送模块，所述信号发送模块与所述打孔模块相连用于对打孔后的序列进行调制形成站间通信信号，并通过射频播发给卫星；信号接收模块，所述信号接收模块用于接收并解调卫星转发的站间通信信号；打孔恢复模块，所述打孔恢复模块与所述信号接收模块相连以用于恢复解调后的站间通信信号的打孔节点；LDPC译码模块，所述LDPC译码模块与所述打孔恢复模块相连以用于对打孔恢复后的信息序列进行LDPC译码；CRC校验模块，所述CRC校验模块与所述LDPC译码模块相连以用于对LDPC译码后的信息序列进行CRC校验，恢复出原始信息序列。
根据本发明第二方面实施例的基于高性能LDPC码打孔的数据传输装置，至少具有如下技术效果：本发明实施方式通过对LDPC编码后的序列进行打孔实现LDPC码的码率兼容；并且打孔的方式是根据码率保留编码后序列的高位，剔除序列的低位，打孔方式简单，在保证译码性能的同时可以降低打孔复杂度，能有效提高卫星导航系统地面运控系统中站间通信的性能和效率。
根据本发明第三方面实施例的基于高性能LDPC码打孔的数据传输系统，包括:至少2个地面站和卫星，任意一个所述地面站的发射端包括上述的CRC编码模块、LDPC编码模块、打孔模块和信号发送模块；所述卫星用于在地面站之间转发的站间通信信号，其余一个或多个所述地面站的接收端包括上述的信号接收模块、打孔恢复模块、LDPC译码模块和CRC校验模块。
根据本发明第三方面实施例的基于高性能LDPC码打孔的数据传输系统，至少具有如下技术效果：本发明实施方式通过对LDPC编码后的序列进行打孔实现LDPC码的码率兼容；并且打孔的方式是根据码率保留编码后序列的高位，剔除序列的低位，打孔方式简单，在保证译码性能的同时可以降低打孔复杂度，能有效提高卫星导航系统地面运控系统中站间通信的性能和效率。
根据本发明第四方面实施例的计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现上述的基于高性能LDPC码打孔的数据传输方法。
根据本发明第四方面实施例的计算机设备，至少具有如下技术效果：本发明实施方式通过对LDPC编码后的序列进行打孔实现LDPC码的码率兼容；并且打孔的方式是根据码率保留编码后序列的高位，剔除序列的低位，打孔方式简单，在保证译码性能的同时可以降低打孔复杂度，能有效提高卫星导航系统地面运控系统中站间通信的性能和效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例中基于高性能LDPC码打孔的数据传输方法的应用场景图；
图2为本发明实施例中基于高性能LDPC码打孔的数据传输方法的流程示意图；
图3为本发明实施例中基于高性能LDPC码打孔的数据传输方法的数据帧结构示意图；
图4为本发明实施例中基于高性能LDPC码打孔的数据传输装置的结构框图；
图5为本发明实施例中基于高性能LDPC码打孔的数据传输系统的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明实施例涉及一种基于高性能LDPC码打孔的数据传输方法，应用于图1所示的应用环境中。其中，地面站100和地面站200的发送端向卫星播发通信信号，地面站100和地面站200的接收端接收卫星转发的其他地面站的通信信号。
参考图2为本实施例中基于高性能LDPC码打孔的数据传输方法的详细步骤：
S100、地面站100的发送端对待发送的第一信息序列进行CRC编码；
具体地，CRC编码是一种循环冗余校验码。参考图3，本实施例中将12260比特的第一信息序列等分为10段，每一个信息段为1226bit，采用CRC-24方案，校验码生成的多项式为
f＝x24+x23+x18+x17+x14+x11+x10+x7+x6+x5+x4+x3+x+1
当然，本发明也可以选择其他类型的CRC编码，生成的校验比特和第一信息序列一起进入LDPC编码器。
S200、地面站100的发送端对CRC编码后的序列进行固定码率的LDPC编码；
具体地，LDPC编码可以采取常用的码率，如1/2,1/3等。参考图3，本实施例采用1/2码率的LDPC编码，编码后每一个符号段有2500个符号。
S300、地面站100的发送端根据实际所需码率对LDPC编码后的第一信息序列进行打孔，保留序列的高位，剔除序列的低位，形成打孔后的第一信息序列；
具体地，根据LDPC原来的码率和所需码率计算打孔节点数。参考图3，系统实际所需码率为0.537，而原来的码率为0.5，因此，需要打孔的节点数为172个，即每个符号段保留高位2328syms，剔除低位172syms，共同形成23280syms的符号段。
S400、地面站100的发送端对打孔后的第一信息序列进行调制，形成站间通信信号，并通过射频播发给卫星；
S500、地面站200的接收端接收卫星转发的地面站100播发的站间通信信号，并解调站间通信信号；
S600、地面站200的接收端恢复解调后的站间通信信号的打孔节点，在被剔除的序列低位补零；
具体地，将解调后的站间通信信号进行分组，每2328syms为一组符号段，在每一组符号段的低位补上170个0。
S700、地面站200的接收端对打孔恢复后的第二信息序列进行LDPC译码；
S800、地面站200的接收端对LDPC译码后的第二信息序列进行CRC校验，恢复出原始的第一信息序列。
参考图4，本发明还涉及一种基于高性能LDPC码打孔的数据传输装置，包括:CRC编码模块110、LDPC编码模块120、打孔模块130、信号发送模块140、信号接收模块210、打孔恢复模块220、LDPC译码模块230和CRC校验模块240。
其中，CRC编码模块110用于对待发送的第一信息序列进行CRC编码；LDPC编码模块120与CRC编码模块110相连以用于对CRC编码后的第一信息序列进行固定码率的LDPC编码；打孔模块130与LDPC编码模块120相连以用于根据实际所需码率对LDPC编码后的第一信息序列进行打孔；信号发送模块140与打孔模块130相连用于对打孔后的第一信息序列进行调制形成站间通信信号，并通过射频播发给卫星；信号接收模块210用于接收并解调卫星转发的站间通信信号；打孔恢复模块220与信号接收模块210相连以用于恢复解调后的站间通信信号的打孔节点；LDPC译码模块230与打孔恢复模块220相连以用于对打孔恢复后的第二信息序列进行LDPC译码；CRC校验模块240与LDPC译码模块230相连以用于对LDPC译码后的第二信息序列进行CRC校验，恢复出原始的第一信息序列。
参考图5，本发明还涉及一种基于高性能LDPC码打孔的数据传输系统，包括:2个地面站和卫星，地面站100的发射端包括图4中的CRC编码模块110、LDPC编码模块120、打孔模块130和信号发送模块140；卫星在地面站之间转发的站间通信信号，地面站200的接收端包括图4的信号接收模块210、打孔恢复模块220、LDPC译码模块230和CRC校验模块240。
本发明还涉及一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，其特征在于，处理器用于执行计算机程序时实现图2的基于高性能LDPC码打孔的数据传输方法。
综上所述，本发明实施例通过对LDPC编码后的序列进行打孔实现LDPC码的码率兼容；并且打孔的方式是根据码率保留编码后序列的高位，剔除序列的低位，打孔方式简单，在保证译码性能的同时可以降低打孔复杂度，能有效提高卫星导航系统地面运控系统中站间通信的性能和效率。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。