一种三维Turbo乘积码译码结构并优化迭代权重因子的方法技术

本发明专利技术公开了一种三维Turbo乘积码译码结构并优化迭代权重因子的方法，对将要发送的0，lbit码流，用扩展汉明码外加一位奇偶检验位从X、Y和Z三个方向进行三维TPC的编码，然后在AWGN信道下BPSK调制之后进行传输信息；接收信号后，把三维体结构看成二维面结构，用ChaseII译码算法进行行和列ChaseII译码。三维TPC译码分别从X、Y和Z轴三个方向采用软输入软输出迭代译码算法。本发明专利技术通过分析迭代权重因子，在发明专利技术的三维TPC的并行迭代译码结构中，仿真不同的迭代权重因子向量，得出一组使误码率性能最好的迭代权重因子，提高了低信噪比下的译码性能，性能非常接近于香农限，满足移动无线通信的要求。信的要求。信的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种三维Turbo乘积码译码结构并优化迭代权重因子的方法


[0001]本专利技术属于通信系统中信道编码译码领域，公开了一种三维Turbo乘积码译码结构并优化迭代权重因子的方法。

技术介绍

[0002]Turbo乘积码目前包含在各种通信协议标准中，用于固定和移动宽带无线接入系统的IEEE802.16协议，其商业上称为全球微波接入互操作性，TPC还用于局域网和城域网下移动宽带无线接入(MBWA)的IEEE802.20协议，宽带电力线网络下的IEEE
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1901协议也应用到了TPC。此外，TPC在高码率下的高编码增益已被用于光通信系统，以实现可靠的高速传输和提高系统容量。而且，TPC还用于提高卫星通信系统的性能和被用作卫星通信的不等差错保护方案。一个被称为IPSTAR的商业宽带卫星系统在其通信终端中使用TPC来提供高吞吐量的卫星服务。所以，研究TPC对于无线通信系统中信道编码译码具有重大意义。
[0003]由于TPC码最小汉明距离是各子码最小汉明距离的乘积，同时其码块长度也为各子码块长度的乘积，所以由各种子码构成的TPC，码率和码长可变。本文选用扩展汉明码作为TPC子码的码字，其最小汉明距是由各子码的最小汉明距的乘积得到。理论上来说，我们可以通过增加子码的数量来提高码字的维度进而提高码字的性能，同时对译码过程中的迭代权重因子进行优化来提高译码性能。对此，吴晓晓(2007)提出了两种不同类型的迭代译码方案，以提高基于Bose
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Chaudhuri
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Hocquenghem码的三维TPC的性能；权进国(2012)提出一种确定的二维迭代权重因子的方法，在备选的迭代权重因子中找出最优迭代权重因子；瞿海惠(2013)提出与二维TPC相比，三维TPC具有更好的性能；Ha，Sangchul(2018)提出在三维TPC上的最短轴上使用归一化最小和算法，利用基于排序网络的局部排序网络在VHDL上提高其吞吐量。以上算法并没有在三维结构上进行过多改进和三维的TPC迭代权重因子上进行优化，三维TPC在低信噪比下误码率仍然不是很理想。因此本专利技术提出一种基于ChaseII译码算法的三维Turbo乘积码并行迭代译码结构并优化其迭代权重因子的方法，来降低低信噪比下的误码率，提高译码性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决现有技术中的问题而提出了一种三维Turbo乘积码译码结构并优化迭代权重因子的方法，通过分析迭代权重因子，在专利技术的三维TPC的并行迭代译码结构中，仿真不同的迭代权重因子向量，得出一组使误码率性能最好的迭代权重因子，提高了低信噪比下的译码性能，性能非常接近于香农限，满足移动无线通信的要求。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种三维Turbo乘积码译码结构并优化迭代权重因子的方法，包括如下步骤：
[0006]步骤A、对将要发送的0，1bit码流，用扩展汉明码外加一位奇偶检验位从X、Y和Z三个方向进行三维TPC的编码，然后在AWGN信道下BPSK调制之后进行传输信息；
[0007]步骤B、接收信号后，把三维体结构看成二维面结构，用ChaseII译码算法进行行和
列ChaseII译码。三维TPC译码分别从X、Y和Z轴三个方向采用软输入软输出迭代译码算法；
[0008]步骤C、把XSISO、YSISO、ZSISO三个单元译码器进行随意组合，分为串行迭代译码结构、串并混合迭代译码结构和并行迭代译码三种结构，通过比较三种结构译码的误码率曲线找出最优；
[0009]步骤D、在并行迭代译码器的3D
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TPC译码器基础上，引入多组新的迭代权重因子来对外信息进行系数补偿，译出不同信噪比，不同的迭代权重因子下的误码率；
[0010]步骤E、仿真出不同迭代权重因子下误码率曲线，找出最优的。
[0011]优选的，在步骤A中，三维Turbo乘积码是线性分组码在空间维度上的扩展，有三个子码分别为C1(n1，k1，δ1)、C2(n2，k2，δ2)、和C3(n3，k3，δ3)，其中n
i
、k
i
和δ
i
分别代表子码i(i＝1，2，3)的码长、信息位长和最小汉明距离；
[0012]构造出的新的乘积码C(n，k，δ)的参数为：n＝n1×
n2×
n3，k＝k1×
k2×
k3，δ＝δ1×
δ2×
δ3，编码效率为R＝R1×
R2×
R3[0013]其中R
i
分别是C
i
(i＝1，2，3)的码率。
[0014]优选的，步骤B具体包括如下步骤：
[0015]步骤B1、接收到三维TPC的信号后，把三维体结构看成由多个二维面结构组合，分解为每个二维矩阵[R]之后用改进的ChaseII译码算法对乘积码进行行和列ChaseII译码、硬判决码字D的可靠性计算和选出竞争码字C；
[0016]步骤B2、计算行、列ChaseII译码器的软输出信息值和外部信息本征值；
[0017]步骤B3、将外部信息送入到下一个译码器作为先验信息输入继续行、列ChaseII迭代译码，完成行和列的SISO译码；
[0018]步骤B4、把三维TPC信号分别沿X轴、Y轴和Z轴三个方向采用步骤B1、B2和B3进行软输入软输出迭代译码算法，完成每个单元译码器译码。
[0019]优选的，在步骤B1中具体包括如下：
[0020]步骤B11、分解的二维矩阵[R]进行行ChaseII译码，根据[R]中每一行找到其硬判决码字Y＝(y1，y2…
y
n
)中P＝[δ/2]中最低可信值的比特位：
[0021][0022]每一比特的可信度通过考察|r
j
|得到，绝对值越小可信度越低。
[0023]步骤B12、产生q＝2
p
个试探错误图样T
q
；
[0024]步骤B13、构造试探序列：将Y与错误样本E
q
进行模2加运算形成试探序列Z
q
；
[0025]步骤B14、代数译码：用代数译码器(对试探序列Z
q
进行译码，得到的输出码字C
q
，加入到码字子集Ω中；
[0026]步骤B15、译码判决：分别求集合Ω中的码字C
q
与接收信号R之间的欧氏距离，最小即为硬判决码字D。
[0027]步骤B16、硬判决码字D的可靠性计算：得到每行或者每列的硬判决码字D之后，其元素d
j
的可靠度定义为对数似然比：
[0028][0029][0030]是元素的码字{C
i
}的集合，是元素的码字{C
i
}的集合，经过计算推导化简：
[0031][0032][0033][0034]其中，σ2为噪声方差，A(d
j
)为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维Turbo乘积码译码结构并优化迭代权重因子的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A、对将要发送的0，1bit码流，用扩展汉明码外加一位奇偶检验位从X、Y和Z三个方向进行三维TPC的编码，然后在AWGN信道下BPSK调制之后进行传输信息；步骤B、接收信号后，把三维体结构看成二维面结构，用ChaseII译码算法进行行和列ChaseII译码。三维TPC译码分别从X、Y和Z轴三个方向采用软输入软输出迭代译码算法；步骤C、把XSISO、YSISO、ZSISO三个单元译码器进行随意组合，分为串行迭代译码结构、串并混合迭代译码结构和并行迭代译码三种结构，通过比较三种结构译码的误码率曲线找出最优；步骤D、在并行迭代译码器的3D
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TPC译码器基础上，引入多组新的迭代权重因子来对外信息进行系数补偿，译出不同信噪比，不同的迭代权重因子下的误码率；步骤E、仿真出不同迭代权重因子下误码率曲线，找出最优的。2.根据权利要求1所述的一种三维Turbo乘积码译码结构并优化迭代权重因子的方法，其特征在于，在步骤A中，三维Turbo乘积码是线性分组码在空间维度上的扩展，有三个子码分别为C1(n1，k1，δ1)、C2(n2，k2，δ2)、和C3(n3，k3，δ3)，其中n
i
、k
i
和δ
i
分别代表子码i(i＝1，2，3)的码长、信息位长和最小汉明距离；构造出的新的乘积码C(n，k，δ)的参数为：n＝n1×
n2×
n3，k＝k1×
k2×
k3，δ＝δ1×
δ2×
δ3，编码效率为R＝R1×
R2×
R3其中R
i
分别是C
i
(i＝1，2，3)的码率。3.根据权利要求1所述的一种三维Turbo乘积码译码结构并优化迭代权重因子的方法，其特征在于，步骤B具体包括如下步骤：步骤B1、接收到三维TPC的信号后，把三维体结构看成由多个二维面结构组合，分解为每个二维矩阵[R]之后用改进的ChaseII译码算法对乘积码进行行和列ChaseII译码、硬判决码字D的可靠性计算和选出竞争码字C；步骤B2、计算行、列ChaseII译码器的软输出信息值和外部信息本征值；步骤B3、将外部信息送入到下一个译码器作为先验信息输入继续行、列ChaseII迭代译码，完成行和列的SISO译码；步骤B4、把三维TPC信号分别沿X轴、Y轴和Z轴三个方向采用步骤B1、B2和B3进行软输入软输出迭代译码算法，完成每个单元译码器译码。4.根据权利要求3所述的一种三维Turbo乘积码译码结构并优化迭代权重因子的方法，其特征在于，在步骤B1中具体包括如下：步骤B11、分解的二维矩阵[R]进行行ChaseII译码，根据[R]中每一行找到其硬判决码字Y＝(y1，y2…
y
n
)中P＝[δ/2]中最低可信值的比特位：每一比特的可信度通过考察|r
j
|得到，绝对值越小可信度越低。步骤B12、产生q＝2
p
个试探错误图样T
q
；步骤B13、构造试探序列：将Y与错误样本E
q
进行模2加运算形成试探序列Z
q
；
步骤B14、代数译码：用代数译码器(对试探序列Z
q
进行译码，得到的输出码字C
q
，加入到码字子集Ω中；步骤B15、译码判决：分别求集合Ω中的码字C
q
与接收信号R之间的欧氏距离，最小即为硬判决码字D。步骤B16、硬判决码字D的可靠性计算：得到每行或者每列的硬判决码字D之后，其元素d
j
的可靠度定义为对数似然比：的可靠度定义为对数似然比：的可靠度定义为对数似然比：是元素的码字{C
i
}的集合，是元素的码字{C
i
}的集合，经过计算推导化简：计算推导化简：计算推导化简：其中，σ2为噪声方差，Λ(d
j
)为硬判决d
j
的对数似然比，R为接收信号的码字矩阵，C
i
属于对R进行ChaseII译码算法得到的码字子集，和是元素和的码字{C
i
}的集合，C
+1(j)
和C
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1(j)
是集合和中与R之间欧氏距离最小的码字。5.根据权利要求3所述的一种三维Turbo乘积码译码结构并优化迭代权重因子的方法，其特征在于，在步骤B2中具体包括如下：根据接收信号每个码元的可靠度推导，用ChaseII译码算法得到输出的码字集合Ω，找出最佳的硬判决码字D，进行译码器的软输出值的计算：其中，C是在码字集合Ω中与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠勇，赵宁，张佳利，江桦，巩克现，应文威，孙鹏，
申请(专利权)人：河南聚讯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：