一种基于最大似然迭代的Turbo重叠X域复用编译码方法技术

本发明专利技术公开了一种基于最大似然迭代的Turbo重叠X域复用编译码方法，其利用最大似然迭代实现Turbo重叠X域复用编码的快速译码，应用于重叠X域复用编码的高频谱效率传输。本发明专利技术优化了重叠X域复用编码的编码结构，增加了编码结构的抗干扰能力；构造了Turbo重叠X域复用编码的最大似然过程，采用全新的译码迭代过程，实现Turbo重叠X域复用编码的高频谱效率性能，相比于传统的译码方法，具有实现复杂度低和更快收敛性的优点。

Turbo overlapping x-domain multiplexing codec method based on maximum likelihood iteration

The invention discloses a turbo overlapped x-domain multiplexing coding and decoding method based on the maximum likelihood iteration, which uses the maximum likelihood iteration to realize the fast decoding of Turbo overlapped x-domain multiplexing coding, and is applied to the high-frequency spectral efficiency transmission of overlapped x-domain multiplexing coding. The invention optimizes the coding structure of the overlapping x-domain multiplexing code and increases the anti-interference ability of the coding structure; constructs the maximum likelihood process of the turbo overlapping x-domain multiplexing code, adopts a new decoding iteration process to realize the high-frequency spectral efficiency performance of the turbo overlapping x-domain multiplexing code, which has the advantages of low complexity and faster convergence compared with the traditional decoding method.

【技术实现步骤摘要】
一种基于最大似然迭代的Turbo重叠X域复用编译码方法
本专利技术属于无线通信编码领域，涉及重叠复用编码系统，具体涉及一种Turbo重叠X域复用编码的快速译码方法。
技术介绍
随着无线通信的持续发展导致移动数据业务量的爆炸性增长，迫使人们努力探索高频谱效率的无线通信新方法，极高传输速率和极高频谱效率已经成为当前无线通信系统设计的主流。为了达到高速率和高频谱效率的传输，人们进行了不懈地努力和探索。据此李道本教授建立起来了一种崭新的重叠X域复用编码传输理论，通过数据加权复用波形在X域(时域、频域或混合域等)的移位重叠，形成了一种高频谱效率，无编码剩余，高编码增益的新型编码理论。OVXDM理论界分析和十余年大量仿真验证都证明了其所需传输功率只随频谱效率呈代数率增长。然而，在重叠X域复用编码中，频谱效率随着重叠重数的增加呈线性增加，若采用MLSD或者MAP等最优译码算法进行译码，将面临着重叠重数与译码复杂度呈指数上升的困扰，很难实现高频谱效率的编码传输需求。因此，迫切需要找出新的解决方法实现重叠X域复用编码的低复杂度的高频谱效率传输。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，利用全新的最大似然迭代过程实现Turbo重叠X域复用编码的快速译码，提出了一种基于最大似然迭代的Turbo-重叠X域复用编码译码方法(MLID-TurboOVXDM，MaximumLikelihoodbasedIterativeDecodingschemeinTurboOverlappingXDomainMultiplexing)，应用于重叠X域复用编码的高频谱效率传输。本专利技术优化了重叠X域复用编码的编码结构，增加了编码结构的抗干扰能力；构造了Turbo重叠X域复用编码的最大似然过程，并采用全新的译码迭代过程，实现重叠X域复用编码的高频谱效率性能。本专利技术所提的一种基于最大似然迭代的Turbo重叠X域复用编码译码方法，具体包括：重叠X域复用编码结合Turbo码结构特点，实现一种TurboOVXDM编码结构，同时建立TurboOVXDM编码结构表达式；构建基于最大似然的TurboOVXDM编码优化模型，以最大化接收概率为目标，以两路接收信号交织关系为约束条件；通过Turbo编码结构得到的两路接收信号和两路信号的交织关系状态，计算信号最优接收状态；简化基于最大似然迭代的Turbo重叠X域复用编码译码优化模型，根据拉格朗日乘子法，求解发送信号状态表达式。本专利技术的优点在于：(1)优化了重叠X域复用编码结构，增加了编码结构的抗干扰能力；(2)采用全新的译码迭代过程，实现Turbo重叠X域复用编码的高频谱效率性能，相比于传统的迭代译码方法，具有实现复杂度低和性能收敛快的优点。附图说明图1：本专利技术实施例的Turbo重叠X域复用编码模型示意图；图2：本专利技术实施例提供的方法流程图；图3：本专利技术译码方法译码性能与传统交替上升乘子法(AlternatingDirectionMethodofMultipliers，ADMM)的性能对比图；图4：本专利技术方法与传统迭代译码算法包括ADMM和BCJR的频谱效率性能对比图。具体实施方式为了使本领域的技术人员更加清楚地理解和实施本专利技术，下面结合附图以具体实施例的方式，详细阐述本专利技术实施例的技术方案。参考图1，示出了本专利技术的Turbo重叠X域复用编码模型，该模型包括：一个随机交织器和两个相同重叠重数的OVXDM编码器组成，原始输入信号为s，交织器输出为u，符号间移位间隔为ΔX；Turbo重叠X域复用编码输出信号c(x)由上部编码器输出c1(x)的和下部编码器输出c2(x)两个部分正交叠加组成；两个编码器中的输出信号具有I/Q相位正交的特点。参考图2，示出了本专利技术的一种基于最大似然迭代的Turbo重叠X域复用编码译码方法，其流程包括：S01，构建基于最大似然的Turbo重叠X域复用编码优化模型，具体包括以下步骤：S100，建立Turbo重叠X域复用编码模型表达式：假设发送信号s的长度为N，OVXDM编码中采用复用波形g(x)进行移位和叠加，重叠重数为K，那么Turbo重叠X域复用编码后的信号经过AWGN信道后的接收信号可以表示为Turbo重叠X域复用编码模型过程同样也能用矩阵的形式表示，具体表示形式为其中，编码矩阵为G(x)，交织器矩阵为Q，IN×N为N维单位矩阵。S110Turbo重叠X域复用编码的接收信号是由两路正交信号叠加得到，因此Turbo重叠X域复用编码模型的最大似然过程可以表示为maxP(Re(y(x))|s)P(Im(y(x))|u)P(s)P(u)。S120建立优化模型：以两路发送信号交织关系为约束条件，构建基于最大似然的Turbo重叠X域复用编码优化模型为S02根据拉格朗日乘子法，构造拉格朗日函数，其中：λ是具有维度N的拉格朗日因子向量，为惩罚函数，ρ＞0表示惩罚函数因子。S03对拉格朗日函数中向量s、u和λ分别进行求导，得其中：l＞0表示迭代次数。已知在Turbo码中的交织器具有如下关系：QTQ＝IN×N。同时令C(x)为变化逆矩阵，具体表示为C(x)＝(G(x)TG(x)+ρI)-1。参考图3，图示了本专利技术的译码方法的使用效果示意图。MLID表示本专利技术的译码方法，ADMM表示交替上升乘子法译码方法，l＞0代表迭代次数。随l＞0的增加，采用MLID的译码不断得到改善，且性能始终高于ADMM译码方法。并且l＝10时，MLID的译码性能得到快速收敛。与ADMM相比，MLID的译码性能明显优于ADMM算法，并且性能只需要少量迭代就能快速收敛。参考图4，图示了本专利技术的译码方法的使用效果示意图。MLID表示本专利技术的译码方法，ADMM表示交替上升乘子法译码方法，BCJR表示Turbo编码中的最优译码方法。首先，Turbo重叠X域复用编码结构在BCJR算法下，频谱效率明显优于传统OVXDM误码率性能上界，因此Turbo-Like重叠X域复用编码结构结合最优译码算法能进一步改善OVXDM编码系统的频谱效率。同时，随信噪比的增加，MLID的频谱效率不断得到提升，并且性能始终高于ADMM译码方法。并与OVXDM误码率性能上界之间仅有3dB的差距，同时计算复杂度也不会随重叠重数的增加而指数增加。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本专利技术可借助软件加必需的硬件设施的方式来实现。基于这样的理解，本专利技术的技术方案对
技术介绍
做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本专利技术各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。综上所述，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于最大似然迭代的Turbo重叠X域复用编译码方法，其流程包括：/nS01，构建基于最大似然的Turbo重叠X域复用编码优化模型，具体包括以下步骤：/nS010，建立Turbo重叠X域复用编码模型表达式：假设发送信号s的长度为N，OVXDM编码中采用复用波形g(x)进行移位和叠加，重叠重数为K，那么Turbo重叠X域复用编码后的信号经过AWGN信道后可以表示为/n

【技术特征摘要】
1.一种基于最大似然迭代的Turbo重叠X域复用编译码方法，其流程包括：
S01，构建基于最大似然的Turbo重叠X域复用编码优化模型，具体包括以下步骤：
S010，建立Turbo重叠X域复用编码模型表达式：假设发送信号s的长度为N，OVXDM编码中采用复用波形g(x)进行移位和叠加，重叠重数为K，那么Turbo重叠X域复用编码后的信号经过AWGN信道后可以表示为



Turbo重叠X域复用编码模型过程同样也能用矩阵的形式表示，具体表示形式为



其中，编码矩阵为G(x)，交织器矩阵为Q，IN×N为N维单位矩阵为；
S011Turbo重叠X域复用编码的接收信号是由两路正交信号叠加得到，因此Turbo重叠X域复用编码接收端译码的最大似然准则可以表示为
maxP(Re(y(x))|s)P(Im(y(x))|u)P(s)P(u)；
S012建立优化模型：以两路发送信号交织关系为约束条件，构建基于最大似然Turbo重叠X域复用编码优...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚峰，林鹏，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11