LDPC码的深空通信优化范文

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《计算机仿真杂志》2014年第六期

1深空通信编码原理分析

该编码过程实质是从上到下逐次通过校验矩阵的不同行校验限制规范，对不同的校验限制规范进行控制，对于第l个校验位的求解，应进行k+l－1次加法操作，总的编程需最终的编码具有线性复杂性，只能获取形如图2的校验矩阵中的“1”的数量同相应ldpc码的码长具有正比例关系时，才能确保编码的复杂度是线性的。采用删除塑造法获取既能实现线性编码，又包含最小环长的LD-PC码，确保LDPC码原有的度序列分布，具体的过程为:1)依据其它算法塑造符合给定度序列排列以及环长要求的LDPC码的校验矩阵;2)设置变量row以及col用于描述矩阵中某一个“1”所处的行以及列的序号，设置成0，变量weightrow以及weightcol分别描述第row行以及第col列的重量，分别设置0以及最大的正整数MAX;3)搜索矩阵中全部的列，如果当前列重低于weightcol，则运行步骤⑷，如果当前列重等于weightcol，则运行步骤⑸，否则停止运行;4)将col当成当前列的列好，将weightcol当成第col列的列重，在该列中全部“1”所在的行中搜索重量最大的行，用row描述，将weightrow当成第row行的行重，转向步骤⑶继续搜索下一列;5)搜索当前列中全部的“1”所在的行，如果某一行的行重高于weigthrow，则将row以及col调整成“1”所在的行与列号，同时将weightrow调整成该“1”所在行的行重，转向步骤3)搜索下一列;6)若全部的列都被搜索完，则采用行列置换能够将第row行变换到矩阵的末行，将第col列变换到矩阵的末列，最终过滤末列中除最后一行中的“1”之外的“1”;7)将过滤掉末行以及末列的矩阵当成新矩阵，再次运行步骤2)－6)直到新的矩阵是空。该种算法采用“步步最优”的方案确保总体校验矩阵被过滤的“1”的数量最小化。上述方法最终能够完成深空通信中的LDPC码的快速编码，为后续过滤深空通信信道下LDPC码的成功译码提供可靠的依据。

2基于WBF的LDPC译码算法优化深空通信过程

完成深空通信中LDPC码的快速编码后，应采用合理的方法对深空通信中的LDPC码进行译码分析。传统通常采用BP算法进行LDPC译码分析，该种算法虽然具有一定的译码性能，但是具有较高的分析复杂度，运行效率低，会在临界处产生较大的误码率。而WBF算法可将信道输出幅度的最小只当成加权因子，进而增强LDPC译码算法的纠错性能，降低深空通信误码率。因此基于WBF算法对深空通信中LDPC码的编码进行译码分析，提高深空通信的通信准确率。LDPC码的译码算法运行时，然而当迭代达到一定次数后，节点间不再交换有效信息，纠错性能不再随着迭代次数的增加而改善。因此应设置终止规范来停止译码，停止规范的目标是在各次迭代后分析译码算法的结果是否按照大概率准确，进而分析是否需要进一步迭代。基于WBF的LDPC码译码算法实质上是确定发送的码字，也就是在每次迭代后都进行一次尝试性译码，若译码结果是一个码字，符合校验限制关系cHT=0，则停止迭代，则显示该码字。因此基于WBF的LDPC码译码算法通常将“码字规范”当成迭代终止的规范要求。优秀的LDPC码通常具有较高的码间距，不可预测错误产生的概率较低。因而码字规范能够当成LDPC译码算法终止规范，并且还能够用于检测译码错误。在深空通信中，应将来自深空探测器的数据流在到达译码算法前采用数据缓冲器对数据流进行处理。通过上述方法能够对深空通信中的LDPC进行译码操作，并提高深空通信的效率，确保深空探测仪的顺利进行，增强其运行性能。

3仿真结果分析

为了分析本文方法的有效性，需要进行相关的实验分析。本文在深空通信中融入加性高斯白噪声信道进行实验分析，归一化信噪比用Eb/No=A2/2Rσ2表示，其中Eb用于描述单位比特平均能量，No用于描述噪声功率谱密度，A表示传播信号幅度，R表示码率，σ2表示噪声方差。算法的运行时间是复杂度的衡量指标之一，复杂度越高，算法的运行时间越长。假设传统BP算法以及本文算法的平均运行时间分别是t1和t2，用Ratio=(t1－t2)/t1×100%描述本文算法相对于传统算法下深空通信平均运行时间的降低比例。

3．1不同最大迭代次数情况下的仿真结果图2描述了不同最大迭代次数对本文算法下深空通信误码率的干扰，传统算法的最大迭代次数是20，本文算法的最大迭代次数分别是10、20、30，40分析图2可得，本文算法下的深空通信误码率随着信噪比的增加而降低，并且最大迭代次数逐渐增加时，本文算法下深空通信的误码率明显降低。当本文算法和传统算法的最大迭代次数相同时，本文算法下的深空通信误码性能优于传统算法，并且随着最大迭代次数的增加，本文算法下的深空通信误码性能具有更强的优势。本文算法的最大迭代次数是传统算法的2倍时，本文算法下的深空通信误码率是传统算法的1/4，分析图3可得，随着信噪比的增加，两种算法在不同最大迭代次数下的深空通信平均运行时间不断降低，并且本文算法的下降幅度高于传统算法，当两种算法的最大迭代次数都为20时，本文算法下的深空通信平均运行时间比传统算法减少了65%，本文算法极大提高了算法的迭代收敛效率，减少了深空通信译码算法的运行时间，优化了深空通信的通信效率。

3．2不同码长情况下的仿真结果图4描述了不同码长对本文算法下深空通信误码率的干扰。实验采用的码长分别是512，576，1024。分析图4可得，不同码长条件下，本文算法下深空通信的误码率随着深空通信中信噪比的增加而降低，当信噪比低于1dB时，码长同误码率间的关联性较弱，而信噪比高于1dB时，码长越大，误码率越小，并且相同的码长条件下，本文算法下深空通信的误码率低于传统算法。

3．3不同码率情况下的仿真结果图5表示不同码率对本文算法下深空通信误码率的干扰，码率分别选择1/2，2/3，3/4，分析图5可得，当深空通信的信噪比小于1dB时，本文算法下深空通信的码率同误码率间的关联性较弱，当深空通信的信噪比高于1dB时，码率越小，误码率越低，并且码率相同情况下，本文算法下深空通信的误码率高于传统算法。图6描述了不同码率对本文算法以及传统算法下深空通信平均运行时间的干扰，分析图6可得，随着深空通信信噪比的增加，本文算法相对于传统算法的深空通信平均运行时间减少的比例越大，说明本文算法降低了深空通信过程中LDPC码的运算时间，提高了深空通信的效率，具有重要的应用价值。

4结论

本文一种基于删除塑造法以及WBF算法的LDPC码空通信优化方法，通过实验得出如下结论:1)本文算法采用删除塑造法获取既能实现线性编码，通过WBF算法实现LDPC码的译码，提高算法的纠错性能，误码率降低了12.4%。2)当最大迭代次数都为20时，本文算法下的深空通信平均运行时间比传统算法减少了65%。3)随着码长(512，576，1024)的增加，本文算法下深空通信的误码率随着深空通信中信噪比的增加而降低，性能卓越，具有重要的应用价值。

作者：胡丹单位：贵州大学通信系