CN102891688B - 一种随机映射码的构造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种随机映射码的构造方法，该方法包括：1)通过多层随机循环方法或多层随机排列方法构造大小为N×N的随机映射矩阵G；2)根据步骤1)中获得的随机映射矩阵G对一组基带信号b＝{b_i，i＝1，2，...，N}进行编码，得到u；3)将两个相邻的编码符号调制成一个IQ符号，最后发送信号。与现有技术相比，本发明具有性能稳定、易于硬件实现、能够避免内存访问冲突等优点。

Description

一种随机映射码的构造方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信的物理层编码调制方法，尤其是涉及一种随机映射码的构造方法。

背景技术

随机映射码是一种在接收端进行链路自适应的快速解调机制，将信道编码和调制组合到一起，分为发送端和接收端。随机映射码与LDPC码(低密度奇偶校验码)有类似的地方，也有不同地方。它们的共同点：随机映射码的映射矩阵和LDPC的校验矩阵都是稀疏的，可以用特奈图来表示，表达了位节点和校验节点或符号节点的关系。它们的不同点有以下几点：(1)随机映射码的映射矩阵就是生成矩阵，而LDPC校验矩阵必须转换成生成矩阵；(2)随机映射矩阵的元素是包含正负对称的权重，表达的物理含义是对应信息位为编码符号贡献多少能量，而LDPC校验矩阵的元素是0至2^p-1的整数；(3)LDPC只是信道编码，而随机映射码将信道编码和调制集成在一起。(4)在译码端都采用置信传播(BP)算法框架，随机映射码在水平迭代中使用概率卷积操作，而LDPC采用log(tanh)操作。

随机映射矩阵的构造是一个关键步骤，构造方法的不同直接影响到算法译码性能。虽然LDPC校验矩阵的构造方法有随机生成、几何构造、准循环码等比较成熟构造方法，由于随机映射码在算法原理与LDPC不同，不能完全套用LDPC校验矩阵的构造方法。而原来的随机映射矩阵的构造方法没有考虑硬件实现的需求，而且传统接收端进行链路自适应的基础矩阵在行方向上存在两个元素，在硬件实现时容易产生内存访问冲突。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种性能稳定、易于硬件实现的随机映射码的构造方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种随机映射码的构造方法，该方法包括：

1)通过多层随机循环方法或多层随机排列方法构造大小为N×N的随机映射矩阵G；

2)根据步骤1)中获得的随机映射矩阵G对一组基带信号b＝{b_i，i＝1，2，...，N}进行编码，得到u，u＝G·b；

3)将两个相邻的符号按公式u_2k-1+j·u_2k(k＝1，...，N/2)组成一个调制符号，最后发送信号。

所述的多层随机循环方法具体为：

11)设长度为L的权重集合w＝{a₁，a₂，...，a_L-1，a_L}，满足a_i＝-a_L-i+1，i＝1，2，...，L/2；

12)构造基础矩阵，令i＝a_i，生成大小为N/L×N/L的两个对角阵A_i1和A_i2，如公式(1)所示：

13)分别对A_i1和A_i2进行随机循环移位操作，具体操作步骤如下：

131)产生随机循环移位序列：产生第一个随机数p₁，p₁∈(0，N/L)，如果P₁大于N/(2L)，则产生另一个随机数p₂，若p₂小于p₁且大于0，则得到循环移位序列seq＝[p₁：N/L，p₂：p₁-1，1：p₂-1]；

如果p₁小于N/(2L)，则产生另一个随机数p₂，若p₂大于p₁且小于N/L，则得到循环移位序列seq＝[p₂：N/L，p₁：p₂-1，1：p₁-1]；

132)循环移位排列：根据循环移位序列对A_i1和A_i2按列进行排列，得到A′_i1和A′_i2；

133)合并A′_i1和A′_i2，形成A′_i＝[A′_i1A′_i2]，针对A′_i每一行，随机选择+1或-1，并与A′_i中的非零元素相乘，得到π(A_i)；

14)对步骤13)中随机循环移位过的矩阵进行堆叠操作，得到大小为N×N的随机映射矩阵G。

所述的多层随机排列方法具体为：

21)构造基础矩阵，令i＝a_i，生成大小为N/L×N/L的两个对角阵A_i1和A_i2，如公式(1)所示；

22)分别对A_i1和A_i2进行随机排列操作，具体操作步骤如下：

221)随机列排列：分别对A_i1和A_i2进行随机列排列操作，得到A′_i1和A′_i2；

222)合并A′_i1和A′_i2，形成A′_i＝[A′_i1A′_i2]，针对A′_i每一行，随机选择+1或-1，并与A′_i中的非零元素相乘，得到π(A_i)；

23)对步骤22)中随机排列过的矩阵进行堆叠操作，得到大小为N×N的随机映射矩阵G。

与现有技术相比，通过本发明方法生成的低密度随机映射矩阵在不降低算法性能的条件下，能够避免内存访问冲突，同时又易于硬件实现。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为本发明的多层随机循环移位后的基础矩阵的示意图；

图3为本发明的多层随机循环移位方法生成的随机映射矩阵示意图；

图4为本发明的多层随机排列后的基础矩阵示意图；

图5为本发明的多层随机排列方法生成的随机映射矩阵示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

图1为本实施例随机映射码的构造方法的流程示意图，本方法采用的权重集合w＝{a₁，a₂，...，a_L-1，a_L｝，满足a_i＝-a_L-i+1，i＝1，2，...，L/2。本实施例中的权重集合为w＝{4，4，2，1，-1，-2，-4，-4}，L＝8，随机映射矩阵的大小为N×N，N＝400。本实施例方法包括以下步骤：

步骤(1)，通过多层随机循环方法或多层随机排列方法构造大小为N×N的随机映射矩阵G；

所述的多层随机循环方法具体为：

步骤(11)，构造基础矩阵，令i＝a_i，生成大小为N/L×N/L的两个对角阵A_i1和A_i2，如公式(1)所示：

步骤(12)，分别对A_i1和A_i2进行随机循环移位操作，具体操作步骤如下：

步骤(121)，产生随机循环移位序列：产生第一个随机数p₁，p₁∈(0，N/L)，如果p₁大于N/(2L)，则产生另一个随机数p₂，若p₂小于p₁且大于0，则得到循环移位序列seq＝[p₁：N/L，p₂：p₁-1，1：p₂-1]；

如果p₁小于N/(2L)，则产生另一个随机数p₂，若p₂大于p₁且小于N/L，则得到循环移位序列seq＝[p₂：N/L，p₁：p₂-1，1：p₁-1]；

步骤(122)，循环移位排列：根据循环移位序列对A_i1和A_i2按列进行排列，得到A′_i1和A′_i2；

步骤(123)，合并A′_i1和A′_i2，形成A′_i＝[A′_i1A′_i2]，针对A′_i每一行，随机选择+1或-1，并与A′_i中的非零元素相乘，得到如图2所示的π(A_i)；

步骤(13)，对步骤(12)中随机循环移位过的矩阵按式(2)进行堆叠操作，得到大小为N×N的如图3所示的随机映射矩阵G：

$G=\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{\π}\left(A_4\right)& \mathrm{\π}\left(A_4\right)& \mathrm{\π}\left(A_2\right)& \mathrm{\π}\left(A_1\right)\\ \mathrm{\π}\left(A_1\right)& \mathrm{\π}\left(A_4\right)& \mathrm{\π}\left(A_4\right)& \mathrm{\π}\left(A_2\right)\\ \mathrm{\π}\left(A_2\right)& \mathrm{\π}\left(A_1\right)& \mathrm{\π}\left(A_4\right)& \mathrm{\π}\left(A_4\right)\\ \mathrm{\π}\left(A_4\right)& \mathrm{\π}\left(A_2\right)& \mathrm{\π}\left(A_1\right)& \mathrm{\π}\left(A_4\right)\\ \mathrm{\π}\left(A_4\right)& \mathrm{\π}\left(A_4\right)& \mathrm{\π}\left(A_2\right)& \mathrm{\π}\left(A_1\right)\\ \mathrm{\π}\left(A_1\right)& \mathrm{\π}\left(A_4\right)& \mathrm{\π}\left(A_4\right)& \mathrm{\π}\left(A_2\right)\\ \mathrm{\π}\left(A_2\right)& \mathrm{\π}\left(A_1\right)& \mathrm{\π}\left(A_4\right)& \mathrm{\π}\left(A_4\right)\\ \mathrm{\π}\left(A_4\right)& \mathrm{\π}\left(A_2\right)& \mathrm{\π}\left(A_1\right)& \mathrm{\π}\left(A_4\right)\end{array}\right]---\left(2\right)$

所述的多层随机排列方法具体为：

步骤(21)，构造基础矩阵，与步骤(11)类似，令i＝a_i，生成大小为N/L×N/L的两个对角阵A_i1和A_i2，如公式(1)所示；

步骤(22)，分别对A_i1和A_i2进行随机排列操作，具体操作步骤如下：

步骤(221)，随机列排列：分别对A_i1和A_i2进行随机列排列操作，得到A′_i1和A′_i2；

步骤(222)，合并A′_i1和A′_i2，形成A′_i＝[A′_i1A′_i2]，针对A′_i每一行，随机选择+1或-1，并与A′_i中的非零元素相乘，得到如图4所示的π(A_i)；

步骤(23)，对步骤(22)中随机排列过的矩阵进行堆叠操作，得到大小为N×N的如图5所示的随机映射矩阵G。

2)根据步骤1)中获得的随机映射矩阵G对一组基带信号b＝{b_i，i＝1，2，...，N}进行编码，得到u，u＝G·b；

3)3)将两个相邻的符号按公式u_2k-1+j·u_2k(k＝1，...，N/2)组成一个调制符号(IQ符号)，最后发送信号。

以上所述，仅是本发明的较佳实例，本发明所主张的权利范围并不局限于此。本发明还有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种随机映射码的构造方法，其特征在于，该方法包括：

1)通过多层随机循环方法或多层随机排列方法构造大小为N×N的随机映射矩阵G；

2)根据步骤1)中获得的随机映射矩阵G对一组基带信号b＝{b_i,i＝1,2,...,N}进行编码，得到u，u＝G·b；

3)将两个相邻的符号按公式u_2k-1+j·u_2k(k＝1,...,N/2)组成一个调制符号，最后发送信号。

2.根据权利要求1所述的一种随机映射码的构造方法，其特征在于，所述的多层随机循环方法具体为：

11)设长度为L的权重集合w＝{a₁,a₂,...,a_L-1,a_L}，满足a_i＝-a_L-i+1,i＝1,2,...,L/2；

12)构造基础矩阵，令i＝a_i，生成大小为N/L×N/L的两个对角阵A_i1和A_i2，如公式(1)所示：

13)分别对A_i1和A_i2进行随机循环移位操作，具体操作步骤如下：

131)产生随机循环移位序列：产生第一个随机数p₁，p₁∈(0,N/L)，如果p₁大于N/(2L)，则产生另一个随机数p₂，若p₂小于p₁且大于0，则得到循环移位序列seq＝[p₁:N/L,p₂:p₁-1,1:p₂-1]；

如果p₁小于N/(2L)，则产生另一个随机数p₂，若p₂大于p₁且小于N/L，则得到循环移位序列seq＝[p₂:N/L,p₁:p₂-1,1:p₁-1]；

132)循环移位排列：根据循环移位序列对A_i1和A_i2按列进行排列，得到A′_i1和A′_i2；

133)合并A′_i1和A′_i2，形成A′_i＝[A′_i1A′_i2]，针对A′_i每一行，随机选择+1或-1，并与A′_i中的非零元素相乘，得到随机循环移位后的基础矩阵π₁(A_i)；

14)对步骤13)中随机循环移位过的矩阵进行堆叠操作，得到大小为N×N的随机映射矩阵G。

3.根据权利要求2所述的一种随机映射码的构造方法，其特征在于，所述的多层随机排列方法具体为：

21)构造基础矩阵，令i＝a_i，生成大小为N/L×N/L的两个对角阵A_i1和A_i2，如公式(1)所示；

22)分别对A_i1和A_i2进行随机排列操作，具体操作步骤如下：

221)随机列排列：分别对A_i1和A_i2进行随机列排列操作，得到A′_i1和A′_i2；

222)合并A′_i1和A′_i2，形成A′_i＝[A′_i1A′_i2]，针对A′_i每一行，随机选择+1或-1，并与A′_i中的非零元素相乘，得到随机排列后的基础矩阵π₂(A_i)；

23)对步骤22)中随机排列过的矩阵进行堆叠操作，得到大小为N×N的随机映射矩阵G。