[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

本發明針對現有磁感應通信中信號傳輸的抗干擾能力差，無線通信時的差錯傳播較為嚴重的技術缺陷，提出了基于準循環LDPC碼的磁感應通信系統設計方法及通信系統，本發明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，基于該設計方法設計的磁感應通信系統可有效改善地下復雜信道環境下磁感應通信系統的性能。

技術領域

本發明涉及磁感應通信技術領域，尤其是一種基于準循環LDPC碼的磁感應通信系統設計方法及通信系統。

背景技術

在地下復雜環境下，磁感應通信技術與傳統的電磁波通信相比有著較為顯著的優勢。其原因是電磁波通信在各種地下介質如不同種類的巖石、不同含水量的土壤等因素影響下，衰減較大，嚴重影響信號傳播的質量，不適合用于地下復雜環境的信號傳輸；而磁感應通信技術，其信號傳輸受地下環境中的介質影響很小，有著較為明顯的優勢。

磁感應通信利用線圈之間的耦合進行信號的無線傳輸，按照線圈的部署方式可以分為直接磁感應通信和磁感應波導通信。信道編碼在無線通信中占有重要地位，通過對傳輸信號進行信道編碼，可有效提高信號無線傳輸的可靠性，降低無線通信系統的誤比特率(BER：Bit error rate)。

LDPC(Low Density Parity Check，低密度奇偶校驗碼)碼作為信道編碼中的重要一員，越來越受到重視，近期LDPC碼作為信道編碼方案之一入選5G移動通信標準，準循環LDPC碼(QC-LDPC碼)采用循環移位矩陣以及零矩陣作為子矩陣，能夠方便采用移位寄存器實現，是最為重要的一種LDPC碼，目前已經被用于IEEE 802.16e以及IEEE 802.11n和DVB-S2等國際標準?，F有的磁感應通信研究中涉及信道編碼的研究很少，且尚未發現在磁感應通信中LDPC碼的應用研究。而現有的磁感應通信研究中，未發現專門用于磁感應通信的信道編碼優化設計研究，這是由于傳統的LDPC碼編碼需要從H矩陣轉化為生成矩陣G，再進行編碼，編碼復雜度相對較大是LDPC碼應用的一個瓶頸。

發明內容

發明目的：為彌補現有技術的空白，且針對地下復雜環境中的磁感應通信需求，本發明利用準循環LDPC碼的碼結構相對簡單、矩陣存儲空間相對較小、很適合地下無線傳感網應用對于傳感節點的低能耗要求的特點，針對地下復雜環境提出了一種基于準循環LDPC碼的磁感應通信系統及其設計方法，可有效改善地下復雜信道環境下磁感應通信系統的性能。

技術方案：為實現上述技術效果，本發明提出以下技術方案：

一種基于準循環LDPC碼的磁感應通信系統設計方法，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為一個很小的值；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；