[發明專利]一種基于準循環LDPC碼的磁感應通信系統設計方法及通信系統

有效

• 申請號: 201910709725.0
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110311759B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 徐華;孫彥景;施文娟
• 申請（專利權）人: 鹽城師范學院
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04B5/00
• 代理公司: 南京睿之博知識產權代理有限公司 32296
• 代理人: 楊曉玲

1.一種基于準循環LDPC碼的磁感應通信系統設計方法，其特征在于，該方法采用離散粒子群優化算法和PEXIT算法生成準循環LDPC碼的基矩陣并計算出磁感應通信系統中發射線圈和接收線圈的設置距離，包括步驟：

(1)設置迭代次數為r，初始化r＝1，初始化此時的局部最優值pbest^r為一個常數值；設置最大迭代次數I_max和粒子個數P_num；

(2)隨機生成P_num個維度為M×K的二元矢量每個二元矢量對應基矩陣B的信息部分，即B(H_I)，B(H_I)大小為M×K，B(H_I)與大小為K×K的基矩陣的校驗部分B(H_p)組合生成大小為M×N的二元基矩陣：B(H)＝[B(H_I)|B(H_P)]，其中，N＝M+K；B(H_p)如下式所示：

其中，第一列和最后兩列的“1”的位置固定，第一列列重為3，其余列列重為2，右上對角線為“1”，除第一列和最后兩列外，其余每列的另一個“1”的位置隨機，但是要保證列重為2；

P_num個二元矢量共構建P_num個基矩陣，得到每個基矩陣后，再構造其對應的H矩陣，即有P_num個H矩陣；

以P_num個二元矢量為P_num個粒子，初始化粒子群；記為第p個粒子對應的二元矢量的第t個比特；

(3)對每個準循環LDPC碼的H矩陣，通過PEXIT算法計算所述磁感應通信系統中發射、接收線圈之間的距離，具體步驟包括：

(31)初始化發射、接收線圈之間的距離d＝d₀；初始化第j個變量點v_j與第i個校驗點c_i關聯的每條邊傳遞給v_j的似然信息與v_j之前的先驗互信息I_Av(i，j)為0；計算v_j的初始似然信息為：

其中，

σ^*＝1.6363

a_J，1＝-0.0421061，b_J，1＝0.209252

c_J，1＝-0.00640081，

a_J，2＝0.00181491，b_J，2＝-0.142675

c_J，2＝-0.0822054，d_J，2＝0.0549608

其中，R表示準循環LDPC碼的碼率，f(d)＝P_t-L_MI-P_n，P_t為發射功率，P_n為噪聲功率，L_MI為磁感應通信的路徑損耗，L_MI的表達式為：

N_t、N_r分別為發射線圈和接收線圈的匝數，a_t、a_r分別為發射線圈和接收線圈的半徑；

(32)更新：

更新變量點v_j傳遞給校驗點c_i的似然信息與v_j之間的相關互信息I_Ev(i，j)：σ_Ev(i，j)的表達式為：

I^*＝0.3646

a_σ，1＝1.09542，b_σ，1＝0.214217，c_σ，1＝2.33727

a_σ，2＝0.706692，b_σ，2＝0.386013，c_σ，2＝-1.75017

其中b_i，j為準循環LDPC碼的H矩陣對應的二分圖中，連接變量節點v_j和校驗節點c_i之間的邊，當H矩陣中位置為(i，j)的元素為1，表明v_j和c_i之間有邊相連，則其對應的b_i，j＝1，否則b_i，j＝0，

更新校驗點c_i與變量點v_j關聯的每條邊傳遞給c_i的似然信息與v_j之間的先驗互信息：I_Ac(i，j)＝I_Ev(i，j)；

更新校驗點c_i傳遞給變量點v_j的似然信息與v_j之間的外部互信息：σ_Ec(i，j)的表達式為：

更新變量點v_j與校驗點c_i關聯的每條邊傳遞給v_j的似然信息與v_j之前的先驗互信息I_Av(i，j)：I_Av(i，j)＝I_Ec(i，j)

更新變量點v_j的后驗似然信息與變量點v_j之間的后驗互信息：

其中，

(33)判斷是否滿足迭代停止準則：

若滿足，則結束步驟(3)，輸出d，然后將d作為相應原模圖當前輪次的距離閾值p^r_best；若不滿足，則更新d＝d+Δd，Δd為預設的增量步長，然后返回步驟(32)；

(4)對步驟(2)得到P_num個H矩陣分別執行步驟(3)后，共計得到P_num個距離閾值從這P_num個距離閾值中找出本輪迭代的全局最優值

(5)二元矢量更新：

更新粒子速度：

其中，

其中，λ、c₁、c₂、η₁、η₂為系數，其中，λ＝1，c₁＝c₂＝2，η₁、η₂均為在區間(0，1)均勻分布的隨機數；為(0，1)之間均勻分布的隨機數；

(6)更新迭代次數r＝r+1，判斷迭代次數是否滿足r＞I_max；若滿足，則停止迭代，根據當前的粒子對應的二元矢量構建最優的QC-LDPC碼矩陣，并將得到的全局最優值賦值給d；否則，根據步驟(5)更新后的粒子重新生成P_num個H矩陣，返回第(3)步。

2.一種采用權利要求1所述設計方法設計的磁感應通信系統，其特征在于，包括：

發送端和接收端；發送端包括編碼器、調制器和發射線圈；接收端包括接收線圈、解調器和譯碼器；發射線圈和接收線圈之間的距離d通過權利要求1所述設計方法得到；

發送端執行以下步驟：編碼器利用權利要求1構建的準循環LDPC碼的H矩陣對源數據進行編碼，編碼后的數據送到調制器調制后，再到發射線圈，發射線圈產生感應電流；

接收端執行以下步驟：激勵接收線圈產生感應電流，再將相關數據送到解調器解調，解調后再將數據串送到譯碼器，譯碼器譯碼后得到重建后的數據。