一种基于OOK调制的非对称信道下的优化LDPC码度分布联合搜寻方法技术

本发明专利技术公开了一种基于OOK调制的非对称信道下的优化LDPC码度分布联合搜寻方法，这种方法根据OOK调制下的光电二极管精确的光电转换模型来计算LDPC码度分布初始变量消息空间的密度分布，进行LDPC码度分布的迭代密度进化，因此能够更准确的评估LDPC码在该信道下的编译码性能；采用联合进化更新方法，同时使用遗传进化、差分进化、粒子群进化、模拟退火算法进行优化搜索，通过考虑了各种算法的权重配比，并定期进行打乱种群和插入优异个体的操作，从种群规模和迭代更新次数两方面调整各种算法的权重，能够发挥联合搜索的全局优势，规避单种算法的局限性，提高搜索效率。增强了搜索算法全局性与稳健性；限制了搜索空间，使得搜索得以有效进行。

A method of joint optimization of LDPC codes based on OOK modulation in asymmetric channel

The invention discloses a joint degree distribution of LDPC code optimization search method of asymmetric channel under OOK modulation based on this method, according to the photoelectric conversion photodiode OOK modulation of the accurate model to calculate the density distribution of LDPC code degree distribution of the initial variable message space, LDPC code degree distribution of iterative density evolution, so it can a more accurate assessment of LDPC code in the channel decoding performance; using a combination of evolutionary update method, and the use of genetic evolution, differential evolution, particle swarm optimization and simulated annealing algorithm to optimize the search, by considering the weights of various algorithms, and regularly disrupted populations and excellent individual insert operation, weight update two times adjustment algorithm from the population size and the iteration, global advantages can play a joint search, avoid single algorithm limitations Improve search efficiency. The global search algorithm is improved, and the search space is limited.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光通信
，具体涉及应用光电二极管(PIN)作为光电探测器OOK(On-OffKeying，二进制启闭键控，简称OOK)调制的自由空间光通信系统中的LDPC码度分布优化方案，具体是一种基于OOK调制的非对称信道下的优化LDPC码度分布联合搜寻方法。
技术介绍
自由空间光(FSO)通信作为新型通信方式，具有高带宽、高速率、灵活、经济的特点。在自由空间光通信系统中，由于大气中各种气体分子和气溶胶粒子的吸收和散射效应造成的光衰减以及大气湍流运动造成的光强度起伏等不利因素的存在，致使信道条件急剧恶化。通过引入差错控制编码技术，可以较好的补偿大气激光通信的信道失真。低密度奇偶校验码(LowDensityParityCheckCode，简称LDPC)是现今的信道纠错编码中性能最优的一种。原本受限于运算复杂度而未能得到广泛应用的LDPC码，随着近年来硬件技术的发展，得到了解放。已有研究人员构造出了仅距离香农限0.0045dB的LDPC码，这是目前已经证明的距离香农限最近的信道纠错编码。近年来，LDPC码在深空通信、光纤通信、卫星数字视频、数字水印、磁/光/全息存储、移动和固定无线通信、电缆调制/解调器和数字用户线(DSL)中得到广泛应用。如802.11a、802.11n、802.3an、802.16e、DVB-S2等标准都采用了LDPC码。LDPC码已成为3G甚至4G通信系统中编码方案的首选。光电二极管是自由空间光通信系统中最常用的一种光电探测器之一，用于完成光信号向电信号的转换。PIN响应接收光场的输出由两部分组成，一部分是单位时间内PIN响应吸收光子产生的电子，其概率分布用泊松分布建模，另一部分是后续电子器件的热噪声，散弹噪声和表面暗电流所产生的电子，其服从Gaussian分布，因此，PIN输出电子数的精确分布是这两个随机变量的卷积，其分布一般用Gaussian模型来进行表述，其统计特征跟器件参数以及信道状态有关。在OOK调制下，当传输不同符号时，信道处于不同的状态，通信的质量也不一样，所以信道是非对称的。光电二极管输出的电子统计模型在低密度奇偶校验码的设计和译码过程中是至关重要的。但是在现有系统中，低密度奇偶校验码的码字生成矩阵都是在二进制对称信道下的白高斯(WhiteGaussian)噪声模型中进行设计，其结果是导致该模型条件下设计的最优LDPC码在OOK调制非二进制对称信道模型下无法达到最优，最终导致通信系统的性能恶化。度分布是构造LDPC码码字生成矩阵的关键参数。为了设计适用于自由空间光通信系统中非对称信道下OOK调制的LDPC码，首先要找出适用于OOK调制非二进制对称信道模型下的最优LDPC码度分布。完成这个工作主要面临两个问题：信道中噪声特征准确建模，以及度分布优化搜索算法。信道噪声特征模型建模准确，使得设计者可以对LDPC码度分布在接近实际的噪声模型中模拟的密度进化分析，从而准确评估其克服实际噪声的能力。合适的优化搜索算法，能够使得搜寻到好的度分布的时间缩短，并获得真正意义上的全局最优度分布。所以有必要建立准确的信道噪声模型以及性能优异的基于全局度分布优化搜索算法来提升LDPC码在此类信道中编译码性能。
技术实现思路
为了有效克服OOK调制自由空间光通信系统中大气湍流的影响，充分发挥LDPC码的优异纠错性能性能，保证通信系统的可靠性，本专利技术提供一种基于OOK调制的非对称信道下的优化LDPC码度分布联合搜寻方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于OOK调制的非对称信道下的优化LDPC码度分布联合搜寻方法，包括如下步骤：第1步：根据信道(实际应用环境与光接收机)参数，依照OOK调制下的PIN光电转换模型计算出符合信道模型的噪声特征参数，再由噪声参数，根据贝叶斯公式计算出发送不同符号(X＝0或X＝1)与光电转换过程后输出电子数(y)的条件概率P(X|y)，并由不同符号的此概率计算得对数似然比值函数LLR(y)，再由其反函数LLR-1(y)＝y(LLR)及其导数dy(LLR)/d(LLR)，代入条件概率P(y|X)中计算出关于对数似然比LLR的条件概率P(LLR|X)作为该信道条件下的初始变量消息空间的密度分布；第2步：将随机生成的或是预先设定的若干种LDPC码度分布按照更新算法分成4组，即4个种群Group1，Group2，Group3和Group4，每个种群中的每个度分布作为个体，分别用第1步得到的初始变量消息空间密度分布P(LLR|X)进行非对称密度进化，并分别评估其性能，如误码率，迭代次数，纠错率等；若有任何一种度分布的性能优于预先设定的一个性能标准，则跳出评估与更新的重复过程，回到第1步，调整信道参数，使信道条件变差；第3步：根据用非对称密度进化评估出来的性能指标，对所有种群中的每一个个体，以各自种群为集群，Group1进行遗传算法更新，Group2进行差分进化更新，Group3进行粒子群进化更新，Group4进行模拟退火更新(此即更新过程)，然后对更新得到的所有个体进行码率检查，若更新得到的度分布个体的编码速率与原先设定编码速率的误差大于设定的误差范围，则在度分布定义域内以更新个体为原点用菱形搜索法搜索到距离此更新个体欧氏距离最近、且与原先设定的编码速率的误差小于设定值的新个体，以这个找到的新个体替换掉这个码率误差不符合设定的更新个体(此即检查过程)，修正完毕后，记录当前4个种群；第4步：回到第2步，重复评估，更新以及检查第三步中得到的新的4个种群Group1’，Group2’，Group3’和Group4’，直至得到性能最优度个体，则以该个体为Sbest,j，j为个体标号，若Sbest,j的性能已经符合用户的期望，则可以停止所有过程，这个Sbest,j即为搜索到的性能优异的LDPC码度分布，反之则进行第5步；第5步：4个种群Group1～Group4按照预先设定，分别重复各自设定的迭代后Lk，其中k为种群标号，随机打乱种群，即重新将度分布分成4组，并随机插入之前记录下的当前性能最优个体Sbest,j，然后回到第4步。本专利技术的优点或有益效果：(1)根据OOK调制下的光电二极管精确的光电转换模型来计算LDPC码度分布初始变量消息空间的密度分布，并在该模型下，进行LDPC码度分布的迭代密度进化，因此能够更准确的评估LDPC码在该信道下的编译码性能；(2)采用联合进化更新方法，同时使用遗传进化、差分进化、粒子群进化、模拟退火算法进行优化搜索，通过考虑了各种算法的权重配比，并定期进行打乱种群和插入优异个体的操作，从种群规模和迭代更新次数两方面调整各种算法的权重，能够发挥联合搜索的全局优势，规避单种算法的局限性，提高搜索效率。增强了搜索算法全局性与稳健性；(3)利用基于欧氏距离的码率误差修正，限制了搜索空间，使得搜索得以有效进行。附图说明图1为实施例中LDPC码优化度分布搜寻方法流程图；图2为实施例中LDPC码优化度分布搜寻方法结构图。具体实施方式下面结合附图1和附图2以及实施例对本
技术实现思路
作详细描述，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于OOK调制的非对称信道下的优化LDPC码度分布联合搜寻方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步：根据信道参数，依照OOK调制下的PIN光电转换模型，计算出符合信道模型的噪声特征参数，再由噪声参数，根据贝叶斯公式计算出发送不同符号(X＝0或X＝1)与光电转换过程后输出电子数(y)的条件概率P(X|y)，并由不同符号的此概率计算得对数似然比值函数LLR(y)，再由其反函数LLR‑1(y)＝y(LLR)及其导数dy(LLR)/d(LLR)，代入条件概率P(y|X)中计算出关于对数似然比LLR的条件概率P(LLR|X)作为该信道条件下的初始变量消息空间的密度分布；第2步：将随机生成的或是预先设定的若干种LDPC码度分布按照更新算法分成4组，即4个种群Group1，Group2，Group3和Group4，每个种群中的每个度分布作为个体，分别用第1步得到的初始变量消息空间密度分布P(LLR|X)进行非对称密度进化，并分别评估其性能；若有任何一种度分布的性能优于预先设定的一个性能标准，则跳出评估与更新的重复过程，回到第1步，调整信道参数，使信道条件变差；第3步：根据用非对称密度进化评估出来的性能指标，对所有种群中的每一个个体，以各自种群为集群，Group1进行遗传算法更新，Group2进行差分进化更新，Group3进行粒子群进化更新，Group4进行模拟退火更新，然后对更新得到的所有个体进行码率检查，若更新得到的度分布个体的编码速率与原先设定编码速率的误差大于设定的误差范围，则在度分布定义域内以更新个体为原点用菱形搜索法搜索到距离此更新个体欧氏距离最近、且与原先设定的编码速率的误差小于设定值的新个体，以这个找到的新个体替换掉这个码率误差不符合设定的更新个体，修正完毕后，记录当前4个种群；第4步：回到第2步，重复评估、更新以及检查第三步中得到的新的4个种群Group1’，Group2’，Group3’和Group4’，直至得到性能最优度个体，则以该个体为Sbest,j，j为个体标号，若Sbest,j的性能已经符合用户的期望，则可以停止所有过程，这个Sbest,j即为搜索到的性能优异的LDPC码度分布，反之则进行第5步；第5步：4个种群Group1～Group4按照预先设定，分别重复各自设定的迭代后Lk，其中k为种群标号，随机打乱种群，即重新将度分布分成4组，并随机插入之前记录下的当前性能最优个体Sbest,j，然后回到第4步。...

【技术特征摘要】
1.一种基于OOK调制的非对称信道下的优化LDPC码度分布联合搜寻方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步：根据信道参数，依照OOK调制下的PIN光电转换模型，计算出符合信道模型的噪声特征参数，再由噪声参数，根据贝叶斯公式计算出发送不同符号(X＝0或X＝1)与光电转换过程后输出电子数(y)的条件概率P(X|y)，并由不同符号的此概率计算得对数似然比值函数LLR(y)，再由其反函数LLR-1(y)＝y(LLR)及其导数dy(LLR)/d(LLR)，代入条件概率P(y|X)中计算出关于对数似然比LLR的条件概率P(LLR|X)作为该信道条件下的初始变量消息空间的密度分布；第2步：将随机生成的或是预先设定的若干种LDPC码度分布按照更新算法分成4组，即4个种群Group1，Group2，Group3和Group4，每个种群中的每个度分布作为个体，分别用第1步得到的初始变量消息空间密度分布P(LLR|X)进行非对称密度进化，并分别评估其性能；若有任何一种度分布的性能优于预先设定的一个性能标准，则跳出评估与更新的重复过程，回到第1步，调整信道参数，使信道条件变差；第3步：根据用非对称密度进化评估出来的性能指标，对所有种群中的每一个个体，以各自种群为集群，Group1进行遗传算法更新，Group2进行差分进化更新，Group3进行粒子群进化更新，Group4进行模拟退火更新，然后对更新得到的所有个体进行码率检查，若更新得到的度分布个体的编码速率与原先设定编码速率的误差大于设定的误差范围，则在度分布定义域内以更新个体为原点用菱形搜索法搜索到距离此更新个体欧氏距离最近、且与原先设定的编码速率的误差小于设定值的新个体，以这个找到的新个体替换掉这个码率误差不符合设定的更新个体，修正完毕后，记录当前4个种群；第4步：回到第2步，重复评估、更新以及检查第三步中得到的新的4个种群Group1’，Group2’，Group3’和Group4’，直至得到性能最优度个体，则以该个体为Sbest,j，j为个体标号，若Sbest,j的性能已经符合用户的期望，则可以停止所有过程，这个Sbest,j即为搜索到的性能优异的LDPC码度分布，反之则进行第5步；第5步：4个种群Group1～Group4按照预先设定，分别重复各自设定的迭代后Lk，其中k为种群标号，随机打乱种群，即重新将度分布分成4组，并随机插入之前记录下的当前性能最优个体Sbest,j，然后回到第4步。2.根据权利要求1所述的基于OOK调制的非对称信道下的优化LDPC码度分布联合搜寻方
\t法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖珺，梁积卫，马春波，曹桂兴，李聪，沈宇飞，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45