[发明专利]一种基于喷泉码的遥测数据帧同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于喷泉码的数据帧同步方法，尤其涉及一种物理层信道应用喷泉码技术的遥测系统对遥测数据进行帧同步的方法，属于通信技术领域。

背景技术

在火箭、卫星等飞行器飞行过程中，受到自身姿态改变或外部干扰的影响，可能会导致遥测数据接收出现衰减，甚至可能出现不同程度的闪断和中断。为了弥补信道增益的不足，可以提高发射功率或者增加天线口径(增益)，而最为经济有效的方法之一是采用信道编译码技术。

喷泉码是一种针对数据散乱时的数据恢复技术，这类编码一般应用于网络层等上层协议，以解决单播、组播等网络中的数据传输。然而，在链路性能不稳定、存在信号闪断的遥测或通信链路中，也可以在物理层上利用喷泉码的优良特性来恢复离散信号，从而提高数据传输效率和可靠性。喷泉码的特点在于恢复离散数据而非获取编码增益，仅使用喷泉码并不能满足链路的传输要求，因此喷泉码并不能在物理层单独使用，需要将喷泉码与性能良好的纠错码进行级联。级联码以喷泉码作为外码，传统纠错码作为内码，可以达到同时获取增益和恢复数据的目的。

喷泉码从本质上说也是一种分组码，也有自身特定的数据帧结构，因此接收机中在对喷泉码译码前需要采取某种措施恢复其帧结构。对一般的遥测系统而言，往往采用加入帧同步码组的方法来完成对分组码的结构重组；但是采用喷泉码的遥测系统主要针对闪断信道的数据传输，如果信道闪断恰恰发生在帧同步码组的位置，则可能会导致整个数据帧的丢失。因此，这种传统的帧同步方法并不适合于对喷泉码的帧结构重组。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足之处，提供一种基于喷泉码的数据帧同步方法，该方法可以在任意闪断情况下保证数据帧的有效接收和解码，提高遥测系统抵抗突发错误或闪断的能力。

本发明的技术解决方案是：一种基于喷泉码的遥测数据帧同步方法，包括遥测数据帧同步编码步骤和遥测数据帧同步解码步骤，具体步骤如下：

遥测数据帧同步编码步骤如下：

(1)星上或箭上计算机对每一帧遥测数据进行缓存并控制输出，使每一帧遥测数据输出长度匹配事先设置的外码信息长度，外码信息由k个信息符号组成；

(2)外码编码器对星上或箭上计算机输出的外码信息进行喷泉码编码，生成由n个喷泉码符号组成的喷泉码码块，外码同步标志控制器为每个喷泉码符号插入同步标志，每个喷泉码符号与插入的同步标志共同组成一个内码信息块，n个内码信息块组成一个内码信息块序列，其中n＞k；

(4)内码编码器对内码信息块序列进行内码编码，在每个内码信息块之后生成校验位，然后由内码同步码生成器在每个内码信息块校验位之后生成内码同步码，一个内码信息块、校验位和内码同步码共同组成一个内码码块，n个内码码块形成一个级联码结构从而完成一帧遥测数据帧同步编码；

(5)星上或箭上遥测系统将完成同步编码的遥测数据帧进行调制后向地面发送。

遥测数据帧同步解码步骤如下：

(1)地面遥测系统对星上或箭上发送的遥测帧进行解调，将解调后的遥测数据帧进行内码帧同步得到一帧完整的内码码块；

(2)内码译码器对每个内码码块进行内码译码得到带有校验位的内码信息块，然后由内码译码器对带有校验位的内码信息块进行内码检错来判断译出的内码信息块是否正确，若内码信息块正确则进行步骤(3)的操作，否则进行下一帧内码码块的处理；

(3)内码译码器提取内码信息块中的外码同步标志，对外码同步标志进行检错从而判断内码信息块是否有效，若内码信息块有效则进行步骤(4)的操作，否则进行下一帧内码码块的处理；

(4)内码译码器根据提取出的外码同步标志得到当前处理的内码信息块在喷泉码码块中的位置，当获得所有内码信息块在喷泉码码块的位置则重组喷泉码码块结构从而形成一个完整的喷泉码码块，最后对完整的喷泉码码块进行外码译码，输出一帧原始遥测数据。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明针对喷泉码数据恢复特性，采用在码组中加入若干同步标志的方法进行数据帧同步，即使在闪断信道环境下丢失了部分同步标志，也可以根据保留下来的同步标志符号恢复出接收信息在原有数据帧中的正确位置，并且喷泉码的特性就是可以恢复发生在一定比例范围内丢包的数据，从而解决了任意闪断情况下的数据帧同步问题，大大提高数据恢复率。利用本发明的方法，当信道闪断概率为10％的情况下，可以将数据恢复总量从90％提高到99％左右。

附图说明

图1是本发明喷泉码编码及同步结构示意图；

图2是本发明喷泉级联码的码型结构随编码过程变化示意图；