CN101442314A - 适用分布协同系统变元自适应多元ldpc码的编译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合分布协同多天线系统的自适应变元LDPC码编译码方法。该方法的校验矩阵采用分块结构，各子矩阵定义在不同的有限域上，中继节点对应的LDPC码相对而言是较短的码，但由于其对应的校验矩阵定义在更高元上，有更好的性能，弥补了短码的不足。因此该自适应变元LDPC码即能适应中继节点高的译码性能要求，又能有效地在基站实现短编码传输后的合并长码译码，相互借用信息进行联合译码，使整个系统的误码率性能得到改善。

Description

适用分布协同系统变元自适应多元LDPC码的编译码方法

技术领域

本发明属于电子技术领域，如无线通信、移动通信等，特别涉及采用纠错编码技术提高通信可靠性的无线移动通信系统。

背景技术

尽管MIMO系统中的发射分集技术在无线通信系统中具有明显优势，但在某些特定的应用场合中，由于用户终端设备受到尺寸、硬件等各方面的制约，不适合配备多天线系统。但是多个用户可以通过合作来构成虚拟的天线阵列，从而实现分布式MIMO系统，图1为两用户的分布协同多天线系统原理示意图。

最近提出了一种采用网络编码的分布协同多天线系统，考虑带有单个或两个中继节点的分布式通信系统，图2为原理示意图。当然，这种方案也可以拓展到带有更多中继节点的分布式通信系统当中去。对于译码前向(DF)模式，系统模型如图3所示。该系统的关键技术是编码的设计和译码实现，本发明提出一种适合该系统的自适应变元LDPC码编译码方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合图3所示系统的自适应变元LDPC码的编译码方法，按照本发明方法设计的自适应变元LDPC码，即能适应中继节点高的译码性能要求，又能有效地在基站3实现短编码传输后的合并长码译码，相互借用信息进行联合译码，实现高的译码性能等特点。

本发明提供的一种自适应变元LDPC码编码器，该编码器的生成矩阵G为：

$G=\left[\begin{array}{ccc}{G}_1& 0& G_{14}\\ 0& G_2& G_{24}\end{array}\right]---\left(1\right)$

相应地校验矩阵为：

$H=\left[\begin{array}{ccc}{H}_1& 0& 0\\ 0& H_2& 0\\ H_{14}& H_{24}& H_4\end{array}\right]---\left(2\right)$

式(1)和(2)中的子矩阵满足下面条件：

$H_1\·G_1^T=0---\left(3a\right)$

$H_2\·G_2^T=0---\left(3b\right)$

$H_{14}\·G_1^T+H_4\·G_{14}^T=0---\left(3c\right)$

$H_{24}\·G_2^T+H_4\·G_{24}^T=0---\left(3d\right)$

本发明的编译码操作包括下面的步骤：

步骤1 源节点1编码步骤信道编码器1按下式对K长向量信源u₁进行编码：

X₁＝u₁·G₁                            (4)

G₁为式(1)中定义子矩阵，X₁为源节点1编码发送信号。

步骤2 源节点2编码步骤信道编码器2按下式对K长向量信源u₂进行编码：

X₂＝u₂·G₂                            (5)

G₂为式(1)中定义子矩阵，X₂为源节点2编码发送信号。

步骤3 中继节点4译码步骤信道译码器1按下面校验等式对信道接收向量y₁₄进行译码：

$H_1\·y_{14}^T=0---\left(6a\right)$

信道译码器2按下面校验等式对信道接收向量y₂₄进行译码：

$H_2\·y_{24}^T=0---\left(6b\right)$

上两式中H₁和H₂为式(2)中定义子矩阵。若正确译码，

和

分别为中继节点4的信道译码器1和信道译码器2的译码输出。

步骤4 中继节点4编码步骤若步骤3译码不能实现正确译码，放弃该步骤直接转入步骤5，若步骤3译码正确，满足 ${\hat{u}}_{14}=u_1$ 和 ${\hat{u}}_{24}=u_2,$ 按下式进行编码：

$X_4={\hat{u}}_{14}\·G_{14}+{\hat{u}}_{24}\·G_{24}---\left(7\right)$

G₁₄和G₂₄为式(1)中定义子矩阵，X₄为中继节点4编码发送信号。

步骤5 基站节点3译码步骤若步骤3译码不能实现正确译码，联合译码器3按下式进行联合译码：

$\left[\begin{array}{cc}{H}_1& 0\\ 0& H_2\end{array}\right]\·{\left[\begin{array}{cc}{y}_{13}& y_{23}\end{array}\right]}^T=0---\left(8\right)$

H₁和H₂为式(2)中定义子矩阵；

若步骤3译码正确，按下式进行译码：联合译码器3按下面校验等式进行联合译码：

H·[y₁₃ y₂₃ y₄₃]^T＝0                        (9)

H为式(2)定义矩阵。

需要说明的是：

由于LDPC码是由校验矩阵定义的，所以首先设计式(2)的校验矩阵H，校验矩阵H的设计按下述方法进行：校验矩阵H中的子矩阵H₁、H₂、H₁₄、H₂₄和H₄可用随机方法构造，也可用结构方法构造；各子矩阵可以是规则稀疏矩阵，也可以非规则稀疏矩阵。式(2)中子矩阵H₁和H₂的元素定义在上，H₁₄、H₂₄和H₄的元素定义在

上，满足：p₁≥p₂，p₁和p₂为正整数。校验矩阵H中的双向示意图如图4。信道译码器1和信道译码器2对应的LDPC码相对而言是较短的码，但由于其对应的校验矩阵H₁和H₂定义在更高元上，有更好的性能，弥补了短码的不足。

式(2)的校验矩阵H按上述方法设计好后，由式(3a)到式(3d)求解生成矩阵G。

附图及附图说明

图1是两用户的分布协同多天线系统原理示意图，该图考虑带有单个或两个中继节点的分布式协同多天线系统通信系统，这种方案也可以拓展到带有更多中继节点的分布式通信系统当中去。

图2是一种采用网络编码的分布协同多天线系统，原理示意图，同样地该图考虑带有单个或两个中继节点的分布式协同多天线系统通信系统，这种方案也可以拓展到带有更多中继节点的分布式通信系统当中去。

图3是采用网络编码的分布协同多天线系统模型。

其中，u₁和u₂分别是源节点1和源节点2的输入信息，X₁和X₂是信息符号u₁和u₂经过信道编码器1和2后的输出码符号，y₁₄和y₂₄是符号X₁和X₂过噪声信道后中继节点4的接收符号，

和是中继节点4的接收符号y₁₄和y₂₄经过信道编码器1和2后的恢复信息符号，若 ${\hat{u}}_{14}=u_1$ 和 ${\hat{u}}_{24}=u_2,$ 则译码成功，X₄是中继节点4的恢复信息符号和经过编码器4后的输出码符号。y₁₃、y₄₃和y₂₃分别为源节点1、中继节点4和源节点2的编码符号X₁、X₄和X₂过噪声信道后基站3的接收符号，

和

是接收符号y₁₃、y₄₃和y₂₃经过基站3的联合译码器3后的恢复信息符号，若 ${\hat{u}}_{13}=u_1$ 和 ${\hat{u}}_{23}=u_2,$ 则基站3实现成功译码。

图4是本发明的LDPC码双向图示意。

其中，小圆圈表示信息节点，小方块表示校验节点，图可分为不能完全分离的三个部份，最上面部份对应子校验矩阵H₁，中间部份对应子校验矩阵H₂，红色部份对应子校验矩阵[H₁₄ H₂₄ H₄]。

按照本发明提供的编译码方法，可以降低现有系统的复杂度，更充分利用中继节点的译码恢复转发效果，使整个系统的误码率性能得到改善。

Claims (2)

1、本发明提供的一种自适应变元LDPC码编译码器，该编码器的生成矩阵G为：

$G=\left[\begin{array}{ccc}{G}_1& 0& G_{14}\\ 0& G_2& G_{24}\end{array}\right]---\left(1\right)$

相应地校验矩阵为：

$H=\left[\begin{array}{ccc}{H}_1& 0& 0\\ 0& H_2& 0\\ H_{14}& H_{24}& H_4\end{array}\right]---\left(2\right)$

式(1)和(2)中的子矩阵满足下面条件：

$H_1\·G_1^T=0---\left(3a\right)$

$H_2\·G_2^T=0---\left(3b\right)$

$H_{14}\·G_1^T+H_4\·G_{14}^T=0---\left(3c\right)$

$H_{24}\·G_2^T+H_4\·G_{24}^T=0---\left(3d\right)$

本发明的编译码操作包括下面的步骤：

步骤1源节点1编码步骤信道编码器1按下式对K长向量信源u₁进行编码：

X₁＝u₁·G₁                      (4)

G₁为式(1)中定义子矩阵，X₁为源节点1编码发送信号。

步骤2源节点2编码步骤信道编码器2按下式对K长向量信源u₂进行编码：

X₂＝u₂·G₂               (5)

G₂为式(1)中定义子矩阵，X₂为源节点2编码发送信号。

步骤3中继节点4译码步骤信道译码器1按下面校验等式对信道接收向量y₁₄进行译码：

$H_1\·y_{14}^T=0---\left(6a\right)$

信道译码器2按下面校验等式对信道接收向量y₂₄进行译码：

$H_2\·y_{24}^T=0---\left(6b\right)$

上两式中H₁和H₂为式(2)中定义子矩阵。若正确译码，

和

分别为中继节点4的信道译码器1和信道译码器2的译码输出。

步骤4中继节点4编码步骤若步骤3译码不能实现正确译码，放弃该步骤直接转入步骤5，若步骤3译码正确，满足 ${\hat{u}}_{14}=u_1$ 和 ${\hat{u}}_{24}=u_2,$ 按下式进行编码：

$X_4={\hat{u}}_{14}\·G_{14}+{\hat{u}}_{24}\·G_{24}---\left(7\right)$

G₁₄和G₂₄为式(1)中定义子矩阵，X₄为中继节点4编码发送信号。

步骤5基站节点3译码步骤若步骤3译码不能实现正确译码，联合译码器3按下式进行联合译码：

$\left[\begin{array}{cc}{H}_1& 0\\ 0& H_2\end{array}\right]\·{\left[\begin{array}{cc}{y}_{13}& y_{23}\end{array}\right]}^T=0---\left(8\right)$

H₁和H₂为式(2)中定义子矩阵；

若步骤3译码正确，按下式进行译码：联合译码器3按下面校验等式进行联合译码：

H·[y₁₃y₂₃y₄₃]^T＝0      (9)

H为式(2)定义矩阵。

2、根据权利要求1所述的一种自适应变元LDPC码编译码器，其特征是校验矩阵H的设计按下述方法进行：校验矩阵H中的子矩阵H₁、H₂、H₁₄、H₂₄和H₄可用随机方法构造，也可用结构方法构造；各子矩阵可以是规则稀疏矩阵，也可以非规则稀疏矩阵。式(2)中子矩阵H₁和H₂的元素定义在

上，H₁₄、H₂₄和H₄的元素定义在

上，满足：p₁≥p₂，p₁和p₂为正整数。

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