[发明专利]一种基于准循环LDPC码的磁感应通信系统设计方法及通信系统

摘要

本发明针对现有磁感应通信中信号传输的抗干扰能力差，无线通信时的差错传播较为严重的技术缺陷，提出了基于准循环LDPC码的磁感应通信系统设计方法及通信系统，本发明采用离散粒子群优化算法和PEXIT算法生成准循环LDPC码的基矩阵并计算出磁感应通信系统中发射线圈和接收线圈的设置距离，基于该设计方法设计的磁感应通信系统可有效改善地下复杂信道环境下磁感应通信系统的性能。

主权项

1.一种基于准循环LDPC码的磁感应通信系统设计方法，其特征在于，该方法采用离散粒子群优化算法和PEXIT算法生成准循环LDPC码的基矩阵并计算出磁感应通信系统中发射线圈和接收线圈的设置距离，包括步骤：(1)设置迭代次数为r，初始化r＝1，初始化此时的局部最优值pbest^r为一个很小的值；设置最大迭代次数I_max和粒子个数P_num；(2)随机生成P_num个维度为M×K的二元矢量每个二元矢量对应基矩阵B的信息部分，即B(H_I)，B(H_I)大小为M×K，B(H_I)与大小为K×K的基矩阵的校验部分B(H_p)组合生成大小为M×N的二元基矩阵：B(H)＝[B(H_I)|B(H_P)]，其中，N＝M+K；B(H_p)如下式所示：其中，第一列和最后两列的“1”的位置固定，第一列列重为3，其余列列重为2，右上对角线为“1”，除第一列和最后两列外，其余每列的另一个“1”的位置随机，但是要保证列重为2；P_num个二元矢量共构建P_num个基矩阵，得到每个基矩阵后，再构造其对应的H矩阵，即有P_num个H矩阵；以P_num个二元矢量为P_num个粒子，初始化粒子群；记为第p个粒子对应的二元矢量的第t个比特；(3)对每个准循环LDPC码的H矩阵，通过PEXIT算法计算所述磁感应通信系统中发射、接收线圈之间的距离，具体步骤包括：(31)初始化发射、接收线圈之间的距离d＝d₀；初始化第j个变量点v_j与第i个校验点c_i关联的每条边传递给v_j的似然信息与v_j之前的先验互信息I_Av(i，j)为0；计算v_j的初始似然信息为：其中，σ^*＝1.6363a_J，1＝‑0.0421061，b_J，1＝0.209252c_J，1＝‑0.00640081，a_J，2＝0.00181491，b_J，2＝‑0.142675c_J，2＝‑0.0822054，d_J，2＝0.0549608其中，R表示准循环LDPC码的码率，f(d)＝P_t‑L_MI‑P_n，P_t为发射功率，P_n为噪声功率，L_MI为磁感应通信的路径损耗，L_MI的表达式为：N_t、N_r分别为发射线圈和接收线圈的匝数，a_t、a_r分别为发射线圈和接收线圈的半径；(32)更新：更新变量点v_j传递给校验点c_i的似然信息与v_j之间的相关互信息I_Ev(i，j)：σ_Ev(i，j)的表达式为：I^*＝0.3646a_σ，1＝1.09542，b_σ，1＝0.214217，c_σ，1＝2.33727a_σ，2＝0.706692，b_σ，2＝0.386013，c_σ，2＝‑1.75017其中，b_i，j为准循环LDPC码的H矩阵对应的二分图中，连接变量节点v_j和校验节点c_i之间的边，当H矩阵中位置为(i，j)的元素为1，表明v_j和c_i之间有边相连，则其对应的b_i，j＝1，否则b_i，j＝0，更新校验点c_i与变量点v_j关联的每条边传递给c_i的似然信息与v_j之间的先验互信息：I_Ac(i，j)＝I_Ev(i，j)；更新校验点c_i传递给变量点v_j的似然信息与v_j之间的外部互信息：σ_Ec(i，j)的表达式为：更新变量点v_j与校验点c_i关联的每条边传递给v_j的似然信息与v_j之前的先验互信息I_Av(i，j)：I_Av(i，j)＝I_Ec(i，j)更新变量点v_j的后验似然信息与变量点v_j之间的后验互信息：其中，(33)判断是否满足迭代停止准则：若满足，则结束步骤(3)，输出d，然后将d作为相应原模图当前轮次的距离阈值若不满足，则更新d＝d+Δd，Δd为预设的增量步长，然后返回步骤(32)；(4)对步骤(2)得到P_num个H矩阵分别执行步骤(3)后，共计得到P_num个距离阈值从这P_num个距离阈值中找出本轮迭代的全局最优值(5)二元矢量更新：更新粒子速度：其中，其中，λ、c₁、c₂、η₁、η₂为系数，其中，λ＝1，c₁＝c₂＝2，η₁、η₂均为在区间(0，1)均匀分布的随机数；为(0，1)之间均匀分布的随机数；(6)更新迭代次数r＝r+1，判断迭代次数是否满足r＞I_max；若满足，则停止迭代，根据当前的粒子对应的二元矢量构建最优的QC‑LDPC码矩阵，并将得到的全局最优值赋值给d；否则，根据步骤(5)更新后的粒子重新生成P_num个H矩阵，返回第(3)步。