CN106209305B - 一种多址信道下的喷泉码译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多址信道下的喷泉码译码方法，发送端采用增量编码方式的数字喷泉码，接收端计算每个用户的初始似然比，送入BP译码器得到译码后的似然比，根据译码前后似然比计算出外信息，进而计算出当前用户发送信息0和信息1的概率，并将其作为先验概率传递给其他用户更新初始似然比，按此方法进行似然比的迭代更新，直到正确译码或达到最大迭代次数为止。本发明将BP算法与似然比迭代更新相结合，改善了存在多址干扰时多用户译码的比特误码率性能和吞吐率。

Description

一种多址信道下的喷泉码译码方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，特别涉及了一种多址信道下的喷泉码译码方法。

背景技术

数字喷泉码是针对大规模网络数据分发和可靠传输而提出的一种新的纠删编码方法。与传统的纠删码不同，数字喷泉码可以按照某种概率分布独立地产生任意数量的码字，具有码率不受限或无码率(rateless)特性。接收者不必关心具体的编码分组及分组的顺序，只要接收到足够多的编码分组，就能实现正确的译码。目前研究喷泉码常用的码型为LT码和Raptor码。2002年Luby提出了第一种实用的数字喷泉码——LT码，并设计了实用的度分布(鲁棒孤波分布)，能够在任意删除信道中逼近信道容量，但其译码复杂度是非线性的。2006年Shokrollahi等人将高效的预编码与LT码级联，提出了性能更好的Raptor码，具有线性编译码复杂度。

LT(Luby Transform)码是第一种具有实用意义的数字喷泉码。这类码的主要参数是输出度分布，即对应不同度数{1,2,...d_max}的不同概率值{1,2,...d_max}。常用生成函数的形式来表达假设原始数据包长度为K，LT码的编码方案如下：

(1)在输出度分布Ω(x)中随机选取一个度数i；

(2)再从K个原始数据包符号中均匀随机选取出i个不同的符号，将这i

个符号进行异或得到一个编码符号；

(3)重复上面的操作，即可完成LT编码。

Raptor码采用级联编码的形式，将高效的线性分组码作为外码，LT码作为内码。记线性分组码(n,k)为(n,k)，LT码的度分布为Ω(x)，则Raptor码可以记为(k,C,Ω(x))。线性分组码C称为Raptor码的预编码，一般采用高码率的汉明码或者LDPC码等。预编码将k个原始信息符号编码成长度为n的码字，作为中间编码符号，再进行LT编码。Raptor码的编码方案如下：

(1)预编码：对输入矢量x＝(x₁,x₂,...,x_k)进行线性分组码编码，得到长度为n的码字z＝(z₁,z₂,...,z_n)；

(2)LT编码：将z＝(z₁,z₂,...,z_n)作为LT码的输入符号，采用度分布函数Ω(x)，按上述算法进行LT编码，得到输出编码符号y₁,y₂,...,y_j,...。

在无线信道中，由于噪声的干扰，需要采用可靠的软判决译码。喷泉码常用的软判决译码算法为BP算法。

BP译码通过在输入节点和输出节点之间不断地来回传递对数似然比信息来提高判决时的可靠度。令M(i)表示与输入节点i相邻的所有输出节点构成的集合，M(i)\o表示M(i)中除输出节点o外的所有其他输出节点构成的集合。令N(o)表示与输出节点o相邻的所有输入节点构成的集合，N(o)\i表示N(o)中除输入节点i外的所有其他输入节点构成的集合。记第l次迭代时输入节点i传递给输出节点o的LLR为输出节点o传给输入节点i的LLR为信道的LLR为Z_o，则BIAWGN信道中LT码的BP译码迭代更新公式如下^[36]

多址接入信道是有多个信道输入信号，但只有一个信道输出信号的信道，移动通信是典型的多址通信，基站端接收到的信号是来自多个信道中信号的叠加，接收端对某个用户的信息进行处理必然会受到其他用户的干扰，这种干扰成为多址干扰。研究喷泉码子在无线信道中的应用，多址传输问题是不可避免的。在存在多址干扰的情况下，直接对多用户进行译码会导致较低的译码正确概率，影响系统的整体性能。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种多址信道下的喷泉码译码方法，将BP算法与似然比迭代更新相结合，改善了存在多址干扰时多用户译码的比特误码率性能和吞吐率。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种多址信道下的喷泉码译码方法，包括以下步骤：

(1)多个用户在发送端均采用增量编码方法进行编码，再经过调制将信息发送出去；

(2)接收端接收到多个信道叠加后的数据信息；

(3)在等概率假设下计算每个用户的初始似然比；

(4)将各用户的初始似然比送入对应的BP译码器中进行译码，并在BP译码器的输出端得到各用户的输出似然比；

(5)通过各用户的初始似然比和输出似然比计算各用户发送信息0和信息1的概率，将每个用户发送信息0和信息1的概率作为先验信息传递到其他用户BP译码器的输入端，更新其他用户的初始似然比；

(6)返回步骤(4)进行循环迭代，直至正确译码或达到预设的迭代次数；若达到迭代次数时仍未正确译码，则向发送端发送反馈信号，重新进入步骤(1)。

进一步地，在步骤(3)中，每个用户的初始似然比的计算公式如下：

上式中，为第i个用户每个调制符号中第j个比特的似然比，y为接收端接收到的信号，h_i为第i个用户的信道冲击响应，p_i为第i个用户信号发射功率，s_i为第i个用户的星座点信息，χ¹,χ²,···,χ^i-1,χⁱ⁺¹,···χ^M表示除了第i个用户外每个用户所有星座点的集合，为第i个用户星座点中第j个比特为0的所有星座点的集合，为第i个用户接收符号中第j个比特信息，δ²为噪声功率，M为用户总数。

进一步地，在步骤(5)中，用户发送信息0和信息1的概率的计算公式如下：

上式中， 为第i个用户每个调制符号中第j个比特的输出似然比，x_i为第i个用户的发送信号。

进一步地，在步骤(5)中，根据先验信息更新用户初始似然比的计算公式如下：

上式中，p(s_n)表示第n个用户接收到星座点s_n的概率，p(x_i)为星座点s_n中第i个比特信息的先验概率，k为星座点中比特位数。

进一步地，当调制的阶数为m时，星座点中比特位数k＝2^m。

进一步地，在步骤(2)中，多个信道叠加后的数据信息的表达式如下：

上式中，y为接收端接收到的信号，h_i为第i个用户的信道冲击响应，p_i为第i个用户信号发射功率，x_i为第i个用户发送信号，M为用户总数，n₀是高斯白噪声。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本发明采用BP译码和似然比迭代更新算法联合译码方法，可以减小喷泉码多址传输时存在的多址干扰，提升系统吞吐率。

附图说明

图1是本发明的总体流程图。

图2是本发明联合译码方法系统吞吐率和单一BP译码系统吞吐率对比图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

以两用户BPSK调制(比特0映射为1，比特1映射为-1)为例，两用户时接收信号可表示为：

y＝h₁p₁x₁+h₂p₂x₂+n₀

其中，h₁是用户1的信道冲击响应，p₁是用户1的发射功率，x₁是用户1的发送信号，h₂为用户2的信道冲击响应，p₂是用户2的发射功率，x₂是用户2的发送信号，n₀是高斯白噪声。

本发明的整体流程如图1所示，具体过程如下。

计算每个用户的初始似然比为：

BP译码后得到两用户输出似然比分别为LLR₁、LLR₂，此时可以计算出外信息vllr₁＝LLR₁-llr₁、vllr₂＝LLR₂-llr₂，则先验概率为：

由此，可以获得更新后初始似然比为：

将更新后的两用户的初始似然比送入译码器重新译码，直到译出或达到最大迭代次数。

本实施例仿真采用系统LT码，码长为k＝1000，度分布为d＝[1 2 3 4 5 8 14 3033 200]，Ω＝[0.006 0.492 0.0339 0.2403 0.006 0.095 0.049 0.018 0.0356 0.033]，d表示度数，Ω表示度数对应的概率。归一化后两用户的功率为0.5和0.5，迭代次数为20次。从图2可以看出，本发明可以使两用户的吞吐率性能获得较大的提升，提升了喷泉码的传输效率。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多址信道下的喷泉码译码方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)多个用户在发送端均采用增量编码方法进行编码，再经过调制将信息发送出去；

(2)接收端接收到多个信道叠加后的数据信息；

(3)在等概率假设下计算每个用户的初始似然比；

(4)将各用户的初始似然比送入对应的BP译码器中进行译码，并在BP译码器的输出端得到各用户的输出似然比；

(5)通过各用户的初始似然比和输出似然比计算各用户发送信息0和信息1的概率，将每个用户发送信息0和信息1的概率作为先验信息传递到其他用户BP译码器的输入端，更新其他用户的初始似然比；

(6)返回步骤(4)进行循环迭代，直至正确译码或达到预设的迭代次数；若达到迭代次数时仍未正确译码，则向发送端发送反馈信号，重新进入步骤(1)。

2.根据权利要求1所述一种多址信道下的喷泉码译码方法，其特征在于：在步骤(3)中，每个用户的初始似然比的计算公式如下：

上式中，为第i个用户每个调制符号中第j个比特的似然比，y为接收端接收到的信号，h_i为第i个用户的信道冲击响应，p_i为第i个用户信号发射功率，s_i为第i个用户的星座点信息，χ¹,χ²,…,χ^i-1,χⁱ⁺¹,…χ^M表示除了第i个用户外每个用户所有星座点的集合，为第i个用户星座点中第j个比特为0的所有星座点的集合，为第i个用户接收符号中第j个比特信息，δ²为噪声功率，M为用户总数。

3.根据权利要求2所述一种多址信道下的喷泉码译码方法，其特征在于：在步骤(5)中，用户发送信息0和信息1的概率的计算公式如下：

上式中， 为第i个用户每个调制符号中第j个比特的输出似然比，x_i为第i个用户的发送信号。

4.根据权利要求3所述一种多址信道下的喷泉码译码方法，其特征在于：在步骤(5)中，根据先验信息更新用户初始似然比的计算公式如下：

上式中，p(s_n)表示第n个用户接收到星座点s_n的概率，p(x_i)为星座点s_n中第i个比特信息的先验概率，k为星座点中比特位数。

5.根据权利要求4所述一种多址信道下的喷泉码译码方法，其特征在于：当调制的阶数为m时，星座点中比特位数k＝2^m。

6.根据权利要求1所述一种多址信道下的喷泉码译码方法，其特征在于：在步骤(2)中，多个信道叠加后的数据信息的表达式如下：

上式中，y为接收端接收到的信号，h_i为第i个用户的信道冲击响应，p_i为第i个用户信号发射功率，x_i为第i个用户发送信号，M为用户总数，n₀是高斯白噪声。