CN110380803B - 一种基于ldpc码传输的自适应功率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于LDPC码传输的自适应功率分配方法。LDPC码作为长码在衰落信道传输过程中必然不同码元会经历不同功率的噪声，因此，从该普遍问题出发，本发明在保证发射机平均功率相同的条件下，利用高斯近似理论方法，提出一种自适应功率分配方法使得最终解码后错误率最小，以提高传输效率，节省传输带宽，提高传输可靠性。

Description

一种基于LDPC码传输的自适应功率分配方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于LDPC码传输的自适应功率分配方法。

背景技术

LDPC码诞生于20世纪60年代，R.Gallager博士论文中首次提出了低密度奇偶校验码的概念，Gallager对LDPC码的编码方法、码字距离特征分析、概率迭代译码算法都做了详细的阐述，奠定了LDPC码研究的理论基础(Gallager R.Low-density parity-check codes[J].IRE Transactions on Information Theory,1962,8(1):21-28)。1981年，Tanner用图论的知识重新研究了LDPC码(又称Tanner为图)，形象直观的表达了变量节点与校验节点的关系(Tanner R.A recursive approach to low complexity codes[J].IEEETransactions on Information Theory,2003,27(5):533-547)。之后，Mackay等研究人员通过仿真验证，证实了LDPC码具有逼近香农极限的性能(Mackay DJC,Neal RM.Good codesbased on very sparse matrices[M].Cryptography and Coding.Springer BerlinHeidelberg,1995:100-111.)。Thomas J.Richardson之后对LDPC编码问题进行了研究，提出了密度进化理论(Richardson TJ,Urbanke R L.Efficient encoding of low-densityparity-check codes IEEE Transactions on Information Theory,2001,47(2):638-656)，在LDPC码的构造及分析理论方面做出了巨大贡献。2001年，Sae-Young等提出了高斯近似方法(Chung,Sae-Young,Thomas J.Richardson,and Rüdiger L.Urbanke."Analysisof sum-product decoding of low-density parity-check codes using a Gaussianapproximation."IEEE Transactions on Information theory 47.2(2001):657-670.)，能够通过简单的高斯近似模型来准确分析LDPC码的性能。

传统的信道编码是假定一个编码码字内码元会经历相同的噪声功率，而允许不同的码字经历不同的噪声功率，这种模型下，通过自适应编码调制和注水法可以实现较理想效果。而有些场景，如：5G中使用LDPC码作为移动宽带(eMBB)业务数据信息的长码块编码方案，在该场景下，5G标准为了支持更多的天线，更多的空间复用产生更多的流，一个码字允许跨多个流传输，而不同流将受到不同程度的噪声干扰，也即一个编码码字内码元会经历不同的噪声干扰，这与传统的假定不同，传统的自适应方法不能有效地工作，因此设计一种适用于该场景的有效的自适应功率分配方法具有现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适用于LDPC码传输的自适应功率分配方法，该方法能很好地结合规则LDPC码的特性，针对不同状态的子信道给出最佳的发射功率，使得传输效果优于传统方法。

本发明的基于LDPC码传输的自适应功率分配方法包含下列步骤：

步骤1.对待发送的信息进行规则LDPC码编码，得到对应的待发送码字。编码所采用的规则LDPC码的奇偶校验矩阵有统一的列重d_v和统一的行重d_c。

步骤2.发射机通过导频信息获取信道状态信息，通过分析信道状态信息，可以将信道划分为不同信噪比的子信道。设得到共有p个传输子信道，不同子信道的信噪比用一个信噪比向量表示：[SNR₁，SNR₂，...，SNR_p]；不同的传输子信道传输的码元占比也各不相同，占比用[θ₁，θ₂，...，θ_p]表示，且有

步骤3.计算最优功率即功率自适应分配，计算过程有下列步骤：

①.根据所采用的规则LDPC码参数d_v，d_c，计算函数P(x)在0＜x≤1上的最小值，记为P_m，

P_m＝min{P(x)}，0＜x≤1

其中，β为一常数；

②.根据以下公式计算各个子信道对应的参数x_i：

其中s_i＝2SNR_i。计算x_i的步骤如下：

开始时令集合

每次计算出x_i的值后，若x_i＞θ_i，则令x_i＝θ_i，同时向集合I中添加元素i，然后重新计算余下x_j(0＜j≤p，i≠j)的值，直到所有的x_i≤θ_i为止；

③.通过以下换算公式计算g_i：

其中，α为一常数；

④.设发射机每个信道的发送平均功率为

那么对应的每个信道传输功率为

至此，已算出所有子信道发射功率。

在发射机发射该码字前，需要将码字调制成调制符号序列，若某个调制符号包含的码元对应的子信道信噪比为SNR_i，则发射机采用相应的功率P_i发送该调制符号。接收机接收发射机发射的调制符号，按照功率为P_i的对应调制方式的星座图软解调得到该码字对应的码元序列，对该码元序列采用传统的sum-product算法译码。

LDPC码作为长码在衰落信道传输过程中必然不同码元会经历不同功率的噪声，因此，从该普遍问题出发，本发明在保证发射机平均功率相同的条件下，利用高斯近似理论方法，提出一种自适应功率分配方法使得最终解码后错误率最小，以提高传输效率，节省传输带宽，提高传输可靠性。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

实施例1

步骤1.对待传输的信息比特采用采用参数d_v＝3，d_c＝6的规则LDPC码编码；

步骤2.设传输场景是有4传输信道MIMO信道，通过导频信息获得信道矩阵，分析信道矩阵计算等效信噪比，得到4个传输信道的信噪比为[-6，-1，4，9](dB)，这里的dB值是通信中常用的表示方法，并非真实值，其真实值换算公式为

不同的传输信道占比为[0.25，0.25，0.25，0.25]。

步骤3.计算最优功率值。

①.根据d_v＝3，d_c＝6，计算得P_m＝0.4202；

②.根据P_m值，计算各个传输子信道对应的参数x_i；

第一次计算，开始时

计算得x₁＝0.2902，x₂＝0.0918，x₃＝0.0290，x₄＝0.0092。因为x₁＞θ₁，故I＝{1}，x₁＝θ₁，重新计算其余值；

第二次计算，开始时I＝{1}，x₁＝θ₁，计算得x₂＝0.1202，x₃＝0.0380，x₄＝0.0120。这时所有x_i≤θ_i，停止计算；

③.根据x_i计算得g₁＝0，g₂＝1.0187，g₃＝0.8284，g₄＝0.4220。

④.设发射机每个信道的发送平均功率为1，那么对应的每个信道传输功率为P₁＝0，P₂＝1.7957，P₃＝1.4603，P₄＝0.7440。

步骤4.根据调制符号对应的信噪比，发射机采用相应的功率发送该调制符号，在子信道信噪比为-6(dB)传输的调制符号，发送功率为0(不发送)；在子信道信噪比为-1(dB)传输的调制符号，发射功率为1.7957；在子信道信噪比为4(dB)传输的调制符号，发射功率为1.4603；在子信道信噪比为9(dB)传输的调制符号，发射功率为0.7440。接收机接收发射机发送的调制符号，按照功率为P_i的对应调制方式的星座图软解调得到该码字对应的码元序列，对该码元序列采用传统的sum-product算法译码。

实施例2

步骤1.对待传输的信息比特采用采用参数d_v＝3，d_c＝12的规则LDPC码编码；

步骤2.设传输场景是普通衰落信道，采用导频估计信道状态信息，采用间隔为5的直方统计，得到4个传输信道的信噪比为[-1，4，9，14](dB)，这里的dB值是通信中常用的表示方法，并非真实值，其真实值换算公式为

不同的传输信道占比为[0.22，0.37，0.35，0.06]。

步骤3.计算最优功率值。

①.根据d_v＝3，d_c＝12，计算得P_m＝0.2059；

②.计算各个传输子信道对应的参数x_i；

第一次计算，开始时

计算得x₁＝0.1442，x₂＝0.0450，x₃＝0.0142，x₄＝0.0045。所有x_i≤θ_i，停止计算；

③.根据x_i计算得g₁＝0.6064，g₂＝0.9266，g₃＝0.4454，g₄＝0.1139；

④.设发射机每个信道的发送平均功率为1，那么对应的每个信道传输功率为P₁＝0.9491，P₂＝1.4501，P₃＝0.6970，P₄＝0.1783。

步骤4.根据调制符号对应的信噪比，发射机采用相应的功率发送该调制符号，在子信道信噪比为-1(dB)传输的调制符号，发送功率为0.9491；在子信道信噪比为4(dB)传输的调制符号，发射功率为1.4501；在子信道信噪比为9(dB)传输的调制符号，发射功率为0.6970；在子信道信噪比为14(dB)传输的调制符号，发射功率为0.1783。接收机接收发射机发送的调制符号，按照功率为P_i的对应调制方式的星座图软解调得到该码字对应的码元序列，对该码元序列采用传统的sum-product算法译码。

Claims (1)

1.一种基于LDPC码传输的自适应功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对待发送的信息进行规则LDPC码编码，得到对应的待发送码字；编码所采用的规则LDPC码的奇偶校验矩阵有统一的列重d_v和统一的行重d_c；

S2、发射机通过导频信息获取信道状态信息，将信道划分为不同信噪比的子信道，得到共有p个传输子信道，不同子信道的信噪比用一个信噪比向量表示：[SNR₁,SNR₂,…,SNR_p]；不同的传输子信道传输的码元占比也各不相同，占比用[θ₁,θ₂,…,θ_p]表示，且有

S3、进行自适应功率分配，包括：

S31、根据所采用的规则LDPC码参数d_v,d_c，计算函数P(x)在0<x≤1上的最小值，记为P_m：

P_m＝min{P(x)},0<x≤1

其中，β为常数；

S32、计算各个子信道对应的参数x_i：

其中s_i＝2SNR_i；计算x_i的方法为：

开始时令集合

每次计算出x_i的值后，若x_i＞θ_i，则令x_i＝θ_i，同时向集合I中添加元素i，然后重新计算余下x_j的值，0<j≤p,i≠j，直到所有的x_i≤θ_i为止；

S33、通过以下换算公式计算g_i：

其中，α为常数；

S34、令发射机每个信道的发送平均功率为

对应的每个信道传输功率为

即获得所有子信道的发射功率。

Images