一种适用于导频通信系统的LDPC码信息位替换方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于导频通信系统的LDPC码信息位替换方法，本发明专利技术提出在使用LDPC码作为信道编码的通信系统中，一种确定各信息节点所在不同长度的环的个数的方法，并在此基础上，进一步提出寻找LDPC码中较小环分布较广的由信息位生成的信息节点，以确定的初始值进行替换，并把这些信息节点作为导频进行传输的方法。实验表明，选定的(1000，500)的LDPC码在50个信息位改作导频，从而码率降低的代价下，设定最大迭代次数为10，在信噪比为3.1dB时误码率能提高大约两个数量级。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于导频通信系统的LDPC码信息位替换方法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及的是一种适用于导频通信系统的LDPC码信息位替换方法。
技术介绍
无论是单载波还是多载波通信系统，导频都是一种很常用的符号同步、信道估计方式。其在信道编码外传递已知信息，收端可根据收到的此已知信息进行相关同步和对信道进行估计。因为导频的引入，不可避免地降低了信道的带宽利用率。另一方面，LDPC码因为其优异的性能，逐渐在通信系统中开始得以应用，如中国数字地面电视标准和DVB-S2[8]。LDPC码译码一般采用BP算法或最小和算法等BP算法的简化算法。本质上，该算法是一个信息传递迭代的过程，其获得最优性能的前提是LDPC码中没有环的存在，迭代的信息不会发生自相关。但因为实际应用的LDPC码长度有限，特别是适合实时通信的中短长的LDPC码，具有较小长度的环分布广泛，从而迭代过程中信息相关不可避免。如此，这些环的大小和分布对该LDPC码的性能有着直接的影响。因此，LDPC码研究的一个方向即是构造无小环分布的LDPC码。在信息相关发生时，如果涉及的相关信息节点因为噪声的加入而造成错误，则该错误的信息难以得到更新；而如果涉及的相关信息节点判决正确，则此正确的信息因为译码的“波浪效应”而传递给其它相邻的信息节点，从而有助于其他信息节点的译码迭代正确。因此，本专利技术提出一种寻找具有广泛小环分布的由信息位生成的信息节点，以其为通信系统的导频，从而在不增加冗余的情况下提高信道译码性能的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种适用于导频通信系统的LDPC码信息位替换方法。本专利技术的技术方案如下：一种适用于导频通信系统的LDPC码信息位替换方法，首先计算任意信息节点所在长度为2l的环的个数，包括以下步骤：计算M×N的LDPC码中环的算法：A1以LDPC码对应二分图的任意信息节点vi作为树的根，得到树的第0层，其中0≤i≤N-1；A2以vi的相邻的校验节点集合M(vi)作为vi的子节点，得到树的第1层，此时，vi为M(vi)中各元素的父节点；A3对每个元素cj，cj∈M(vi)，以集合L(cj)\vi作为cj的子节点，得到树的第2层，此时，cj为L(cj)\vi中各元素的父节点；其中，L(cj)\vi表示cj的除vi外所有的相邻的信息节点；A4对每个元素vk，vk∈L(cj)，以集合M(vk)\cj作为vk的子节点，得到树的第3层，此时，vk为M(vk)\cj中各元素的父节点；其中，M(vk)\cj表示vk的除cj外所有的相邻的信息节点；A5跳到步骤c循环，直到构建完成第n层，此时得到以vi为根的树T，在树T中，以每个元素cj为根，cj∈M(vi)，令t＝|M(vi)|，可得到树T的子树T0、T1……T1-1，其中算子|X|表示集合X中元素的个数；A6在树T的第l层，1＜l≤n，当l为奇数，若有某节点cp出现两次，0＜p≤M，cp分别属于子树Tx和Ty，其中0≤x，y≤t-1且x≠y，则信息节点vi包含于某长度为2l的环中；同理，当l为偶数，若有某节点vq出现两次，0＜q≤N，vq属于不同的子树，信息节点vi包含于某长度为2l的环中；如此，查找第l层所有出现多次的节点，可得到信息节点vi所在的长度为2l的环的个数；然后选择用于导频的信息节点编译码，具体步骤如下：B1由生成矩阵确定用于信道编码的LDPC码中由信息位构成的信息节点集合M＝(m1，m2...mk)，其中k为此LDPC码的信息位个数；B2查找mi所在的长度为n的环的个数cn，其中，i∈(0，1，...k)，n∈(4，6，...2s)；B3计算mi所在环的加权和：其中，i∈(0，1，...k)；B4对wi按从大到小的顺序排序，i∈(0，1，...k)；B5若每帧中导频的位数为u，每帧包含v个LDPC码字，选择wi最大的前u/v个信息节点mi，构成集合N；B6根据集合N，确定其对应的待编码的信息矢量中的各信息位的集合L，其中，|N|＝|L|＝u/v；B7在发端，把集合L中的各元素作为导频信息，其值为已知定值，信道编码后，这些元素形成信息节点集合N，从而N中元素也为已知信息；B8在收端，把N中各元素代以已知导频信息进行译码。在通信系统中，导频是一种很常用的符号同步、信道估计方式，其不可避免的降低信道带宽利用率。低密度校验码(LDPC码)的译码算法基于消息传递，其中环的存在使各信息节点和校验节点间传递信息不能完全独立，在环较小时可能造成译码失败。由此，本专利技术提出在使用LDPC码作为信道编码的通信系统中，一种确定各信息节点所在不同长度的环的个数的方法，并在此基础上，进一步提出寻找LDPC码中较小环分布较广的由信息位生成的信息节点，以确定的初始值进行替换，并把这些信息节点作为导频进行传输的方法。实验表明，选定的(1000，500)的LDPC码在50个信息位改作导频，从而码率降低的代价下，设定最大迭代次数为10，在信噪比为3.1dB时误码率能提高大约两个数量级。附图说明图1.计算任意信息节点所在长度为2l的环的个数；图2.树T示例；图3.选择用于导频的信息节点及传输；图4.性能曲线对比。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细说明。1信息节点环的确定要对较小环分布广泛的信息节点进行已知初值替换，以其作为导频，需首先确定各信息节点所在的不同长度的环的分布情况。文献[文红，符初生，周亮.LDPC码原理与应用[M].成都：电子科技大学出版社，2006.]给出了一种计算环的树图方法，其基本思想是以某信息节点为根，其相邻的校验节点作为分枝，与这些校验节点相邻的信息节点作为这些校验节点各节点的分枝……如此，校验矩阵可构成树。从而，查找树中各相同节点，根据相同节点间路径的长度得出各节点所在的环。但是，该方法存在两个问题：首先，校验矩阵中的各节点不一定连通，从而必须遍历整棵树，确认树中是否包括全部节点，否则，用森林来完整的表示该校验矩阵；更重要的是，节点可能通过完全相同的路径返回本身，从而造成病态路径。基于此，本专利技术提出一种改进方法，以每个信息节点为根构造树，能准确的计算该信息节点所在不同长度的环的个数。计算M×N的LDPC码中环的算法如图1所示：A1以LDPC码对应二分图的任意信息节点vi作为树的根，得到树的第0层，其中0≤i≤N-1；A2以vi的相邻的校验节点集合M(vi)作为vi的子节点，得到树的第1层，此时，vi为M(vi)中各元素的父节点；A3对每个元素cj(cj∈M(vi))，以集合L(cj)\vi作为cj的子节点，得到树的第2层，此时，cj为L(cj)\vi中各元素的父节点。其中，L(cj)\vi表示cj的除vi外所有的相邻的信息节点；A4对每个元素vk(vk∈L(cj))，以集合M(vk)\cj作为vk的子节点，得到树的第3层，此时，vk为M(vk)\cj中各元素的父节点。其中，M(vk)\cj表示vk的除cj外所有的相邻的信息节点；A5跳到步骤c循环，直到构建完成第n层，此时得到以vi为根的树T，如图2所示。在树T中，以每个元素cj(cj∈M(vi))为根，令t＝|M(vi)|，可得到树T的子树T0、T1……Tt-1，其中算子|X|表示集合X中元素的个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于导频通信系统的LDPC码信息位替换方法，其特征在于，首先计算任意信息节点所在长度为2l的环的个数，包括以下步骤：计算M×N的LDPC码中环的算法：A1以LDPC码对应二分图的任意信息节点vi作为树的根，得到树的第0层，其中0≤i≤N‑1；A2以vi的相邻的校验节点集合M(vi)作为vi的子节点，得到树的第1层，此时，vi为M(vi)中各元素的父节点；A3对每个元素cj，cj∈M(Vj)，以集合L(Cj)\Vi作为cj的子节点，得到树的第2层，此时，cj为L(cj)\Vi中各元素的父节点；其中，L(Cj)\Vi表示cj的除vi外所有的相邻的信息节点；A4对每个元素vk，vk∈L(cj)，以集合M(vk)＼cj作为vk的子节点，得到树的第3层，此时，vk为M(vk)＼cj中各元素的父节点；其中，M(vk)＼cj表示vk的除cj外所有的相邻的信息节点；A5跳到步骤c循环，直到构建完成第n层，此时得到以vi为根的树T，在树T中，以每个元素cj为根，cj∈M(vi)，令t=|M(vi)|，可得到树T的子树T0、T1……Tt‑1，其中算子|X|表示集合X中元素的个数；A6在树T的第l层，1<l≤n，当l为奇数，若有某节点cp出现两次，0<p≤M，cp分别属于子树Tx和Ty，其中0≤x，y≤t‑1且x≠y，则信息节点vi包含于某长度为2l的环中；同理，当l为偶数，若有某节点vq出现两次，0<q≤N，vq属于不同的子树，信息节点vi包含于某长度为2l的环中；如此，查找第l层所有出现多次的节点，可得到信息节点vi所在的长度为2l的环的个数；然后选择用于导频的信息节点编译码，具体步骤如下：B1由生成矩阵确定用于信道编码的LDPC码中由信息位构成的信息节点集合M=(m1，m2...mk)，其中k为此LDPC码的信息位个数；B2查找mi所在的长度为n的环的个数cn，其中，i∈(0，1，...k)，n∈(4，6，...2s)；B3计算mi所在环的加权和：wi=Σm=0s-2Int[cm*2+4/(m+2)]]]>其中，i∈(0，1，...k)；B4对wi按从大到小的顺序排序，i∈(0，1，...k)；B5若每帧中导频的位数为u，每帧包含v个LDPC码字，选择wi最大的前u／v个信息节点mi，构成集合N；B6根据集合N，确定其对应的待编码的信息矢量中的各信息位的集合L，其中，|N|＝|L|=u／v；B7在发端，把集合L中的各元素作为导频信息，其值为已知定值，信道编码后，这些元素形成信息节点集合N，从而N中元素也为已知信息；B8在收端，把N中各元素代以已知导频信息进行译码。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于导频通信系统的LDPC码信息位替换方法，其特征在于，首先计算任意信息节点所在长度为2l的环的个数，包括以下步骤：计算M×N的LDPC码中环的算法：A1以LDPC码对应二分图的任意信息节点vi作为树的根，得到树的第0层，其中0≤i≤N-1；A2以vi的相邻的校验节点集合M(vi)作为vi的子节点，得到树的第1层，此时，vi为M(vi)中各元素的父节点；A3对每个元素cj，cj∈M(vi)，以集合L(cj)\vi作为cj的子节点，得到树的第2层，此时，cj为L(cj)\vi中各元素的父节点；其中，L(cj)\vi表示cj的除vi外所有的相邻的信息节点；A4对每个元素vk，vk∈L(cj)，以集合M(vk)\cj作为vk的子节点，得到树的第3层，此时，vk为M(vk)\cj中各元素的父节点；其中，M(vk)\cj表示vk的除cj外所有的相邻的信息节点；A5跳到步骤A3循环，直到构建完成第n层，此时得到以vi为根的树T，在树T中，以每个元素cj为根，cj∈M(vi)，令t＝|M(vi)|，可得到树T的子树T0、T1……Tt-1，其中算子|X|表示集合X中元素的个数；A6在树T的第l层，1＜l≤n，当l为奇数，若有某节点cp出现两次，0＜p≤M，c...

【专利技术属性】
技术研发人员：林竞力，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川;51