[发明专利]基于双层延长LDPC码的中继传输方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信技术领域中的基于双层延长低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check，LDPC)码的中继传输方法。本发明可以用于单源单中继网络，实现了一种基于双层延长低密度奇偶校验码的中继节点译码转发校验消息的传输方法。

背景技术

低密度奇偶校验码，是由Gallager于1962年提出的一类基于稀疏校验矩阵的特殊线性分组码。低密度奇偶校验码不仅有逼近香农限的良好性能，而且译码复杂度较低，吞吐能力高，结构灵活，是近几年来信道编码领域的研究热点，目前已广泛应用于深空通信、光纤通信、地面及卫星数字多媒体广播等领域。Razaghi以逼近中继信道容量限的构码思想为基础，针对单源单中继网络构造了两种双层低密度奇偶校验码，分为删余型和延长型两种。相比于双层删余低密度奇偶校验码，双层延长低密度奇偶校验在中继与目的节点码率相差较大时具有更好的性能，且译码复杂度低。

对于全双工中继信道，在中继节点上进行协作传输，可获得空间分集增益，改善接收端的误比特性能。在协作分集的基础上采用编码技术，可在充分利用空间分集增益的基础上，获取额外的编码增益，进一步提高系统的性能。一般地，中继节点通过译码并转发源节点发来的消息给目的节点，帮助目的节点进行译码，进而提高中继节点的转发效率。

北京理工大学提出的专利申请“一种基于编码协作通信的LDPC码构造方法”(申请日：2009年09月24日，申请号：200910093255.6，公开号：CN101800618A)中公开了一种基于编码协作通信的LDPC码构造方法，采用具有嵌套结构的LDPC校验矩阵，解决因校验矩阵中存在短环而影响目的端接收性能的问题。该方法的实现步骤为：第一，选择基于有限域乘法逆元的基矩阵W(1)；第二，将基矩阵中的某一个元素的乘法逆元与基矩阵的每一行相乘，使得基矩阵中出现乘法单位元；第三，将基矩阵扩展，得到包含对角线的扩展矩阵；第四，将对角线上方的子矩阵全部用零矩阵替换，即得到下三角形式的具有嵌套结构的准循环矩阵。该方法所存在的不足是：在由部分码字对应的校验矩阵扩展到完整码字对应的校验矩阵的过程中，由于该方法采用简单的行列分解，并没有实现两部分矩阵的最优组合，在实际的通信系统中，无法达到信息传输错误概率最低。

Razaghi等人在文章“Bilayer low-density parity check codes for decode and forward in relay channels.”(IEEE Trans.Inform.Theory，vol.53，no.10，pp.3723-3739，Oct.2007.)中针对单源单中继网络，公开了一种关于双层延长低密度奇偶校验码的构造方法。该方法采用的是先固定下层码的度分布是在SNR_-处逼近容量限的常规低密度奇偶校验码，然后搜索上层码的度分布以保证整个双层延长码在SNR₊处逼近容量限。该方法所存在的不足是：首先，该方法所采用的密度进化算法实现起来很复杂，在实际通信系统中难以实现；其次，该方法所采用的优化算法仅对信源到中继和中继到目的端两条链路分别进行优化，并没有考虑对双层延长低密度奇偶校验码的整体优化，无法在全双工信道中实现两条链路的传输速率同时最大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，针对一个信源节点、一个中继节点和一个目的节点组成的中继网络，提出一种基于双层延长LDPC码的中继传输方法。本发明利用双层高斯近似密度进化算法整体优化双层延长低密度奇偶校验码，以实现双层延长低密度奇偶校验码在全双工中继信道两条链路中的传输速率同时最大。

为实现上述目的，本发明方法的思路是：首先，利用双层高斯近似密度进化算法整体优化设计双层延长低密度奇偶校验码，源节点采用整体优化设计的双层延长型结构，对自己的原始数据进行低密度奇偶校验编码，并向中继和目的节点广播；其次，中继节点对接收的源节点信号，进行低密度奇偶校验译码并转发校验消息；最后，目的节点对接收到的中继节点转发的校验消息，进行低密度奇偶校验译码，获得上层变量节点和下层变量节点。

本发明方法的具体步骤如下：

(1)源节点广播消息：

1a)源节点对自己的原始数据，采用整体优化方法设计的双层延长型结构进行低密度奇偶校验编码，得到长度为n₁的下层编码序列和长度为n₂的上层编码序列，其中n₁和n₂分别表示下层和上层子图中的变量节点数；