CN104506199A - 一种模拟喷泉码的低复杂度译码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信领域中的一种联合编码调制技术,尤其涉及一种模拟喷泉码(Analog Fountain Code,AFC)的低复杂度译码方法。本发明在译码过程中,独立进行水平迭代和垂直迭代,设置迭代终止次数,避免迭代不收敛或者过度迭代的情况,降低译码的复杂度。本发明与现有技术相比,水平迭代的复杂度降低,即对于生成矩阵G中的每一行都少求了(L-2)·4+4=4·L-4次线性卷积。如果有m个符号进行传输,则将减少m·(4·L-4)次线性卷积的计算。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域中的一种联合编码调制技术,尤其涉及一种模拟喷泉码(Analog Fountain Code,AFC)的低复杂度译码方法。
背景技术
现有的通信系统大多采用速率兼容的编码RCC和相对固定的调制方式来组合出若干种编码调制方式。在信道条件好的时候,使用高阶调制方式。在信道条件差的时候,使用低阶调制方式。例如,在信道条件差的时候,为了保证传输数据的准确性,降低误码率,往往采用低码率(比如1/2码率)的LDPC码进行编码,再用低阶调制方式(比如QPSK)调制以后进行传输,这时传输的速率低。然而,信道的情况是变化的,如果信道情况变好,就需要将信道情况变好这一信息反馈给发射机,发射机接收到反馈的信息以后,选择一个高码率(比如5/6码率)的LDPC码进行编码,然后选择一种高阶调制方式进行调制(比如128QAM,1024QAM),最后再进行传输,因为这时信道条件好,误码率也很低,传输的速率高。也就是说,发射机要适应当前的信道条件,这就需要信道反馈信息来选择适当的编码调制方式。所以,传统的编码调制方式可以提供的调整的码率是有限个,在现有技术的情况下,不能平滑地进行码率调整,因为可选的码率和调制方式只有预先设定的几种。
学术界提出了速率兼容调制的方法(RCM)。RCM是一种特殊的AFC,该技术不需要信道信息反馈,同时还可以实现平滑的速率自适应。由于良好的联合编码调制的设计理念,该技术表现出了良好的性能,与802.11a中的自适应编码调制技术相比,获得了80%的吞吐量增益,比采用Turbo码和Raptor码的HARQ系统分别获得了28.8%和43.8%的性能增益。
但是,对于AFC的译码,目前仅仅只有文献“Seamless Rate Adaptation for WirelessNetworking”给出了一种BP译码算法。然而,这种BP译码算法存在一些问题:没有迭代停止,这样很可能会出现收敛以后,继续迭代译码的情况,这样会大大增加译码时间;另外,由于AFC编码后的符号是实数,使用原BP算法译码的复杂度相对较高,在一些场景使用的时候,有必要对译码算法进行改进,以降低译码复杂度。
发明内容
本发明针对现有现有技术的不足,提出了一种模拟喷泉码的低复杂度译码方法。该方法使水平迭代的复杂度降低了大约一半。同时,加入了迭代停止准则,使得在速率损失不大的情况下,大大降低了译码的复杂度。译码器使用足够多的符号数就能成功译码。
一种模拟喷泉码的低复杂度译码方法,具体步骤如下:
S1、初始化信息:令二进制信息序列I={I1,I2,.....,IN}中每个元素为1或-1的概率为0.5,经过BPSK调制后,则有p(bj=-1)=p(bj=1)=0.5, 所述p(bj=-1)=p(bj=1)=0.5表示第j个信息符号bj初始时为1或-1的概率均为0.5,所述表示初始时,除了第i个校验节点以外,其它校验节点判定该信息符号bj为1或-1的概率,表示第t次迭代以后,除了第i个校验节点以外,其它校验节点判定bj为1或-1的概率。其中,j=1,2,3,...,N,N为码长,即生成矩阵G的列数;
S2、初始化迭代次数Tc,令Tc=0,其中,Tc≤Tmax,Tmax为最大迭代次数;
S3、进行迭代,所述迭代包括水平迭代和垂直迭代,其中,
水平迭代具体如下:
Ⅰ、接收端接收实数符号向量u'=(u'1,u'2,.....,u'M),其中M是传输的符号数。对于第i个符号ui'(1≤i≤M),计算与ui'相邻的bj等于-1的后验概率为计算与ui'相邻的bj等于1的后验概率为其中,1≤j≤L,L为检验节点的度;
Ⅱ、表示第t次迭代以后,除了第i个校验节点以外,其它校验节点判定bj为-1或1的概率。
Ⅲ、利用Ⅱ所述和更新节点k1和k2的后验信息和
Ⅳ、令 取 计算后验概率:
其中,为,为生成矩阵G的第i行中任意两个绝对值不相等的权重,即任意两个不相等的非零元素的大小;
Ⅴ、得到:
以同样的方式计算所有的后验信息。
Ⅵ、计算U的分布 其中,是卷积运算,P(ei)~N(0,σ2);
垂直迭代具体如下:
计算 和 其中,Cji是标准化因子,Tj是生成矩阵G中校验节点连接变量节点j的索引集合,所述Cji用以确保 成立;
S4、若迭代次数Tc<Tmax,则令Tc=Tc+1,返回步骤S3;
S5、当迭代次数Tc>T0时,计算 其中, 所述Cj用以确保成立,
若num(t+1)-num(t)≤qp·N则认为迭代收敛,终止迭代,
若num(t+1)-num(t)>qp·N,则令Tc=Tc+1,返回步骤S3,
其中,T0为经验常数,qp为停止因子,qp为经验常数,t和t+1表示当前迭代和后一次迭代;
S6、如果bj=-1;否则bj=1,得到译出的序列b;
S7、将S6所述序列b经过解映射,即BPSK解调,完成译码。
进一步地,S2所述Tmax≥T0。
进一步地,S5所述T0=8。
进一步地,S5所述停止因子qp=0.0005。
本发明的有益效果是:
本发明与现有技术相比,水平迭代的复杂度降低,即对于生成矩阵G中的每一行都少求了(L-2)·4+4=4·L-4次线性卷积。如果有m个符号进行传输,则将减少m·(4·L-4)次线性卷积的计算。
现有技术在译码过程中迭代不能停止,需要在while循环结束以后才能计算判决信息进行判决。本发明设置迭代终止次数,能避免迭代不收敛或者过度迭代的情况,降低译码的复杂度。
附图说明
图1为本发明比特到符号映射的加权二分图。
图2为本发明的系统框图。
图3为本发明与现有BP译码方法的仿真对比曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图,详细说明本发明的技术方案。
实施例1、
设置码长N=3448,生成矩阵G为随机矩阵:
如图1所示,二进制比特序列I经过BPSK调制,得到序列其中,b∈(-1,1),N为生成矩阵G的码长。
于是,基于生成矩阵G,得到用于传输的符号所述符号u直接用于调制信号幅度,其中,M为传输的符号数,即生成矩阵G的行数,1≤m≤M。
符号u通过标准的AWGN信道模型后得到u'=G·b+e,其中,高斯白噪声e(m)服从高斯分布N(0,δ2)。
为了充分利用星座图的平面(即同向相位和正交相位),提高传输效率,每两个连续的符号组成一个调制信号。所述调制信号表示为其中,k=0,1,…M/2-1。
调制信号s(k)通过AWGN信道,得到调制信号向量s'。
接收端将收到的调制信号向量s'还原为实数符号向量u',进行译码,即寻找 的最优解。
译码过程具体如下:
S1、初始化信息:令二进制信息序列I={I1,I2,.....,IN}中每个元素为1或-1的概率为0.5,经过BPSK调制后,则有p(bj=-1)=p(bj=1)=0.5,表示第j个信息符号bj初始时为1或-1的概率均为表示初始时,除了第i个校验节点以外,其它校验节点判定该信息符号bj为1或-1的概率,就表示第t次迭代以后,除了第i个校验节点以外,其它校验节点判定bj为1或-1的概率。其中,j=1,2,3,...,N,N为码长,即生成矩阵G的列数;
S2、初始化迭代次数Tc,令Tc=0,其中,Tc≤Tmax,Tmax为最大迭代次数,Tmax≥T0。
S3、进行迭代,所述迭代包括水平迭代和垂直迭代,其中,
水平迭代具体如下:
Ⅰ、接收端接收实数符号向量u'=(u'1,u'2,.....,u'M),其中M是传输的符号数。对于第i个符号ui'(1≤i≤M),计算与ui'相邻的bj等于-1的后验概率为计算与ui'相邻的bj等于1的后验概率为其中,1≤j≤L,L为检验节点的度;
Ⅱ、表示第t次迭代以后,除了第i个校验节点以外,其它校验节点判定bj为-1或1的概率。
Ⅲ、利用Ⅱ所述和更新节点k1和k2的后验信息和
Ⅳ、令 取 计算后验概率:
其中,为,为生成矩阵G的第i行中任意两个绝对值不相等的权重,即任意两个不相等的非零元素的大小,例如可以取
Ⅴ、得到:
以同样的方式计算所有的后验信息。
Ⅵ、计算U的分布 其中,是卷积运算,P(ei)~N(0,σ2)。
垂直迭代具体如下:
计算 和 其中,Cji是标准化因子,Tj是生成矩阵G中校验节点连接变量节点j的索引集合,所述Cji用以确保 成立。
S4、若迭代次数Tc<Tmax,则令Tc=Tc+1,返回步骤S3。
S5、当迭代次数Tc>T0时,计算
所述Cj用以确保成立;
进一步计算
若num(t+1)-num(t)≤qp·N则认为迭代收敛,终止迭代,
若num(t+1)-num(t)>qp·N,则令Tc=Tc+1,返回步骤S3,
其中,T0为经验常数,T0=8,qp为停止因子,qp为经验常数,qp=0.0005,t和t+1表示当前迭代和后一次迭代。
S6、如果bj=-1;否则bj=1,得到译出的序列b。
S7、将S6所述序列b经过解映射,即BPSK解调,完成译码。
实施例2、
设置码长N=3448,构造生成矩阵G:
如图1所示,二进制比特序列I经过BPSK调制,得到序列其中,b∈(-1,1),N为生成矩阵G的码长。
于是,基于生成矩阵G,得到用于传输的符号所述符号u直接用于调制信号幅度,其中,M为传输的符号数,即生成矩阵G的行数,1≤m≤M。
符号u通过标准的AWGN信道模型后得到u'=G·b+e,其中,高斯白噪声e(m)服从高斯分布N(0,δ2)。
为了充分利用星座图的平面(即同向相位和正交相位),提高传输效率,每两个连续的符号组成一个调制信号。所述调制信号表示为其中,k=0,1,…M/2-1。
调制信号s(k)通过AWGN信道,得到调制信号向量s'。
接收端将收到的调制信号向量s'还原为实数符号向量u',进行译码,即寻找 的最优解。
译码过程具体如下:
S1、初始化信息:令二进制信息序列I={I1,I2,.....,IN}中每个元素为1或-1的概率为0.5,经过BPSK调制后,则有p(bj=-1)=p(bj=1)=0.5,表示第j个信息符号bj初始时为1或-1的概率均为表示初始时,除了第i个校验节点以外,其它校验节点判定该信息符号bj为1或-1的概率,就表示第t次迭代以后,除了第i个校验节点以外,其它校验节点判定bj为1或-1的概率。其中,j=1,2,3,...,N,N为码长,即生成矩阵G的列数;
S2、初始化迭代次数Tc,令Tc=0,其中,Tc≤Tmax,Tmax为最大迭代次数,Tmax≥T0。
S3、进行迭代,所述迭代包括水平迭代和垂直迭代,其中,
水平迭代具体如下:
Ⅰ、接收端接收实数符号向量u'=(u'1,u'2,.....,u'M),其中M是传输的符号数。对于第i个符号ui'(1≤i≤M),计算与ui'相邻的bj等于-1的后验概率为计算与ui'相邻的bj等于1的后验概率为其中,1≤j≤L,L为检验节点的度;
Ⅱ、表示第t次迭代以后,除了第i个校验节点以外,其它校验节点判定bj为-1或1的概率。
Ⅲ、利用Ⅱ所述和更新节点k1和k2的后验信息和其中1≤k1,k2≤L;
Ⅳ、令 取 计算后验概率:
其中,为,为生成矩阵G的第i行中任意两个绝对值不相等的权重,即任意两个不相等的非零元素的大小,例如可以取
Ⅴ、得到:
以同样的方式计算所有的后验信息。
Ⅵ、计算U的分布 其中,是卷积运算,P(ei)~N(0,σ2)。
垂直迭代具体如下:
计算 和 其中,Cji是标准化因子,Tj是生成矩阵G中校验节点连接变量节点j的索引集合,所述Cji用以确保 成立。
S4、若迭代次数Tc<Tmax,则令Tc=Tc+1,返回步骤S3。
S5、当迭代次数Tc>T0时,计算
进一步计算
若num(t+1)-num(t)≤qp·N则认为迭代收敛,终止迭代,
若num(t+1)-num(t)>qp·N,则令Tc=Tc+1,返回步骤S3,
其中,T0为经验常数,T0=8,qp为停止因子,qp为经验常数,qp=0.0005,t和t+1表示当前迭代和后一次迭代。
S6、如果bj=-1;否则bj=1,得到译出的序列b。
S7、将S6所述序列b经过解映射,即BPSK解调,完成译码。
如图3所示,本发明方法与现有BP译码方法相比,速率的的损失仅仅为0.3—0.5bit/s/HZ,但是复杂度却大大降低了。现有BP译码方法是利用L-1个节点的消息来更新另一个节点的后验信息和本发明方法利用L-2个节点的消息来更新另外两个节点的后验信息。这样,水平迭代的复杂度降低了大约一半。即对于G中的每一行,少求了(L-2)·4+4=4·L-4次线性卷积,如果用m个符号进行译码,那么将减少m·(4·L-4)次线性卷积。
对于实施例2所述生成矩阵G来说,生成矩阵G中1/8的校验节点度为12,7/8的校验节点度为8。假设我们用1000个符号进行译码,且这1000个符号对应的校验节点度均为8,即m=1000,L=8。此时,译码的一次迭代将减少1000×(4×8-4)=28000次线性卷积的计算。现有技术在译码过程中迭代不能停止,需要在while循环结束以后才能计算判决信息进行判决。本发明设置迭代终止次数,能避免迭代不收敛或者过度迭代的情况,降低译码的复杂度。
Claims (4)
1.一种模拟喷泉码的低复杂度译码方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、初始化信息:令二进制信息序列I={I1,I2,.....,IN}中每个元素为1或-1的概率为0.5,经过BPSK调制后,则有 所述p(bj=-1)=p(bj=1)=0.5表示第j个信息符号bj初始时为1或-1的概率均为0.5,所述表示初始时,除了第i个校验节点以外,其它校验节点判定该信息符号bj为1或-1的概率,表示第t次迭代以后,除了第i个校验节点以外,其它校验节点判定bj为1或-1的概率,其中,j=1,2,3,...,N,N为码长,即生成矩阵G的列数;
S2、初始化迭代次数Tc,令Tc=0,其中,Tc≤Tmax,Tmax为最大迭代次数;
S3、进行迭代,所述迭代包括水平迭代和垂直迭代,其中,
水平迭代具体如下:
Ⅰ、接收端接收实数符号向量u'=(u'1,u'2,.....,u'M),其中M是传输的符号数,对于第i个符号u′i,计算与u′i相邻的bj等于-1的后验概率为计算与u′i相邻的bj等于1的后验概率为其中,1≤j≤L,L为检验节点的度,1≤i≤M;
Ⅱ、表示第t次迭代以后,除了第i个校验节点以外,其它校验节点判定bj为-1或1的概率;
Ⅲ、利用Ⅱ所述和更新节点k1和k2的后验信息和
Ⅳ、令 取 计算后验概率:
其中,为,为生成矩阵G的第i行中任意两个绝对值不相等的权重,即任意两个不相等的非零元素的大小;
Ⅴ、得到:
Ⅵ、计算U的分布 其中,是卷积运算,P(ei)~N(0,σ2);
垂直迭代具体如下:
计算 和 其中,Cji是标准化因子,Tj是生成矩阵G中校验节点连接变量节点j的索引集合,所述Cji用以确保 成立;
S4、若迭代次数Tc<Tmax,则令Tc=Tc+1,返回步骤S3;
S5、当迭代次数Tc>T0时,计算 其中, 所述Cj用以确保成立,
若num(t+1)-num(t)≤qp·N则认为迭代收敛,终止迭代,
若num(t+1)-num(t)>qp·N,则令Tc=Tc+1,返回步骤S3,
其中,T0为经验常数,qp为停止因子,qp为经验常数,t和t+1表示当前迭代和后一次迭代;
S6、如果bj=-1;否则bj=1,得到译出的序列b;
S7、将S6所述序列b经过解映射,即BPSK解调,完成译码。
2.根据权利要求1所述的一种模拟喷泉码的低复杂度译码方法,其特征在于:S2所述Tmax≥T0。
3.根据权利要求1所述的一种模拟喷泉码的低复杂度译码方法,其特征在于:S5所述T0=8。
4.根据权利要求1所述的一种模拟喷泉码的低复杂度译码方法,其特征在于:S5所述停止因子qp=0.0005。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106506113A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-03-15 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种面向Ka频段通信的自适应模拟喷泉码的实现方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101510783A (zh) * | 2009-03-26 | 2009-08-19 | 北京理工大学 | 一种基于有限域的多进制喷泉编码和译码方法 |
CN101582744A (zh) * | 2009-06-19 | 2009-11-18 | 重庆邮电大学 | 一种基于迭代方法的rs喷泉码的编译码方法 |
CN103001739A (zh) * | 2012-11-27 | 2013-03-27 | 上海交通大学 | 适用于无线广播系统的喷泉码译码方法 |
CN103793197A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-05-14 | 天津航天中为数据系统科技有限公司 | 一种喷泉码编译码方法及装置 |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101510783A (zh) * | 2009-03-26 | 2009-08-19 | 北京理工大学 | 一种基于有限域的多进制喷泉编码和译码方法 |
CN101582744A (zh) * | 2009-06-19 | 2009-11-18 | 重庆邮电大学 | 一种基于迭代方法的rs喷泉码的编译码方法 |
CN103001739A (zh) * | 2012-11-27 | 2013-03-27 | 上海交通大学 | 适用于无线广播系统的喷泉码译码方法 |
CN103793197A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-05-14 | 天津航天中为数据系统科技有限公司 | 一种喷泉码编译码方法及装置 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
何秀慧 等: "一种改进的LT码置信传播译码", 《计算机工程与应用》 * |
余国华 等: "Raptor码译码算法的改进方案", 《通信技术》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106506113A (zh) * | 2016-10-11 | 2017-03-15 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种面向Ka频段通信的自适应模拟喷泉码的实现方法 |
CN106506113B (zh) * | 2016-10-11 | 2019-08-09 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种面向Ka频段通信的自适应模拟喷泉码的实现方法 |
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