申请/专利权人：长春理工大学

申请日：2023-11-21

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN117896013A

主分类号：H04B13/02

分类号：H04B13/02;H04B10/25;H04B10/116;H04L1/00

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.05.03#实质审查的生效;2024.04.16#公开

摘要：本发明公开了一种基于LDPC码的水下光通信方法及系统，所述方法包括建立可见光通信系统模型以及编码和译码，本发明提出的译码算法在保证系统误码性能不受到较大损失的情况下很大程度上的降低了算法的复杂度，在算法复杂度和系统误码性能方面实现了良好的平衡，综合性能较为优秀。

主权项：1.一种基于LDPC码的水下光通信方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、建立可见光通信系统模型，公式如下：rt＝yt·n1t+n0t其中t为时间，rt为光通信接收到的信号，yt为发射信号，n1t是大气湍流引起的乘性噪声，n0t是包括热噪声、放大噪声在内的加性高斯噪声，n0t均值为0、方差为σ2；步骤2、编码：步骤2.1；首先构造基校验矩阵：系统基于IEEE802.16标准下的LDPC构建基校验矩阵包括：构造基校验矩阵Hb，基校验矩阵Hb被分解为Hb＝[Hb1Hb2]的形式，假设Hb的尺寸为mb×nb，Hb1则是一个mb×nb-mb的矩阵，Hb2的尺寸为mb×mb；其中，Hb1中的元素是非负整数或者-1，若其中一个位置的元素为-1，则该位置扩展为一个全零矩阵；若该位置的元素为非负整数，则在该位置扩展的是由单位矩阵E右移本位置元素值位所得的方阵；Hb2的元素构成为Hb2除去第一列,其余矩阵呈现出一个准双对角线的结构,对角线上的位置取值为0，代表该位置扩展的是一个大小为q×q的单位矩阵,非对角线取值为-1，代表着扩展为大小为q×q的全零矩阵；Hb2的第一列由-1、h1、hr、hmb、M元素组成,其中r的取值范围为2≤r≤mb-1,当该位置元素为-1时,得到校验矩阵时扩展为单位矩阵,h1、hr、hmb均为非负整数,这些位置均被扩展为单位矩阵右移这个非负整数位的方阵,同时规定了h1＝hmb；步骤2.2；基于IEEE802.16标准下的快速编码，编码过程包括：设信息向量为s＝[s1s2...sK]，校验向量为p＝[p1p2...pM]，编码后的码字向量为c＝[sp]，其长度为N＝K+M；根据校验等式H·cT＝0得到码字向量方程组，求得p1T；由递归得到p2T，p3T，直到pMT；得到pi后，校验向量p就能够确定，实现快速编码；步骤3、译码：具体步骤如下：首先，定义对数似然比形式消息如下:初始信道消息:校验节点传递给变量节点的信息变量节点传递给校验节点的消息变量节点采集的所有信息LLRBP译码过程为:1初始化计算经过信道后每个变量节点的初始概率似然比消息LPi,则每个变量节点传递给校验节点的信息为：L0qij＝LPi2迭代处理；S1：校验节点处的收集到的信息； S2:变量节点处收集到的信息； S3：译码判决； 3终止译码；若译码序列满足或迭代次数达到上限值时停止计算,否则继续迭代；步骤4、对译码方式进行改进；为了进一步简化算法的复杂度,在LLRBP算法的基础上提出了一种更简洁实用的算法,就是最小和算法,这种算法的特点是对LLRBP算法中校验节点处消息的处理进行简化,采用下式代替步骤一式进行计算，其余不变； 式中sgn为符号函数；此时校验节点处的迭代只有比较运算和加法运算，极大减少了运算量，便于硬件的实现，但因此也造成了一定的编码增益损失；步骤5、PPM调制下的译码初始化；假设经过LDPC编码后的码字序列以m位为一组,记为A＝a0,a1,…,an,将其进行PPM调制后变为X＝x0,x1,…,xM,M＝2m,Y＝y0,y1,…,yM是接收端的输出信息；弱湍流情况下M进制的脉冲位置调制下的海水信道模型可表示为：yi＝Iixi+ni,1≤i≤M式中xi表示PPM帧中第i个时隙的信号,其值为“1”或“0”,代表有无信号,yi为接收到的光信号,ni是均值为0,方差为N02的高斯白噪声,Ii是收到海洋湍流影响的光强Ii≥0,与ni相互独立,服从对数正态分布；时隙内有无光脉冲的输出分别为yd与yk,写成：yd＝Id+nd,yk＝nkk≠d,1≤k≤M，1≤d≤M由此看出,PPM帧无光脉冲时的信道输出软信息只来自于加性高斯白噪声AWGN,故其条件概率密度函数是均值为0,方差为N02的高斯分布,写成： 而有光脉冲输出的时隙,其信道软输出yd取决于该时隙内的高斯白噪声和光强Ii,经计算其条件概率密度函数依然是高斯分布,写成： 将pSyi和pMyi相比得到第i个时隙的似然率,写成： 将Li进一步计算出每个比特的对数似然率，也就是BP译码初始化需要的软信息。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 长春理工大学 一种基于LDPC码的水下光通信方法及系统

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