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《計算機仿真雜志》2014年第六期

1深空通信編碼原理分析

該編碼過程實質是從上到下逐次通過校驗矩陣的不同行校驗限制規范，對不同的校驗限制規范進行控制，對于第l個校驗位的求解，應進行k+l－1次加法操作，總的編程需最終的編碼具有線性復雜性，只能獲取形如圖2的校驗矩陣中的“1”的數量同相應ldpc碼的碼長具有正比例關系時，才能確保編碼的復雜度是線性的。采用刪除塑造法獲取既能實現線性編碼，又包含最小環長的LD-PC碼，確保LDPC碼原有的度序列分布，具體的過程為:1)依據其它算法塑造符合給定度序列排列以及環長要求的LDPC碼的校驗矩陣;2)設置變量row以及col用于描述矩陣中某一個“1”所處的行以及列的序號，設置成0，變量weightrow以及weightcol分別描述第row行以及第col列的重量，分別設置0以及最大的正整數MAX;3)搜索矩陣中全部的列，如果當前列重低于weightcol，則運行步驟⑷，如果當前列重等于weightcol，則運行步驟⑸，否則停止運行;4)將col當成當前列的列好，將weightcol當成第col列的列重，在該列中全部“1”所在的行中搜索重量最大的行，用row描述，將weightrow當成第row行的行重，轉向步驟⑶繼續搜索下一列;5)搜索當前列中全部的“1”所在的行，如果某一行的行重高于weigthrow，則將row以及col調整成“1”所在的行與列號，同時將weightrow調整成該“1”所在行的行重，轉向步驟3)搜索下一列;6)若全部的列都被搜索完，則采用行列置換能夠將第row行變換到矩陣的末行，將第col列變換到矩陣的末列，最終過濾末列中除最后一行中的“1”之外的“1”;7)將過濾掉末行以及末列的矩陣當成新矩陣，再次運行步驟2)－6)直到新的矩陣是空。該種算法采用“步步最優”的方案確?？傮w校驗矩陣被過濾的“1”的數量最小化。上述方法最終能夠完成深空通信中的LDPC碼的快速編碼，為后續過濾深空通信信道下LDPC碼的成功譯碼提供可靠的依據。

2基于WBF的LDPC譯碼算法優化深空通信過程

完成深空通信中LDPC碼的快速編碼后，應采用合理的方法對深空通信中的LDPC碼進行譯碼分析。傳統通常采用BP算法進行LDPC譯碼分析，該種算法雖然具有一定的譯碼性能，但是具有較高的分析復雜度，運行效率低，會在臨界處產生較大的誤碼率。而WBF算法可將信道輸出幅度的最小只當成加權因子，進而增強LDPC譯碼算法的糾錯性能，降低深空通信誤碼率。因此基于WBF算法對深空通信中LDPC碼的編碼進行譯碼分析，提高深空通信的通信準確率。LDPC碼的譯碼算法運行時，然而當迭代達到一定次數后，節點間不再交換有效信息，糾錯性能不再隨著迭代次數的增加而改善。因此應設置終止規范來停止譯碼，停止規范的目標是在各次迭代后分析譯碼算法的結果是否按照大概率準確，進而分析是否需要進一步迭代。基于WBF的LDPC碼譯碼算法實質上是確定發送的碼字，也就是在每次迭代后都進行一次嘗試性譯碼，若譯碼結果是一個碼字，符合校驗限制關系cHT=0，則停止迭代，則顯示該碼字。因此基于WBF的LDPC碼譯碼算法通常將“碼字規范”當成迭代終止的規范要求。優秀的LDPC碼通常具有較高的碼間距，不可預測錯誤產生的概率較低。因而碼字規范能夠當成LDPC譯碼算法終止規范，并且還能夠用于檢測譯碼錯誤。在深空通信中，應將來自深空探測器的數據流在到達譯碼算法前采用數據緩沖器對數據流進行處理。通過上述方法能夠對深空通信中的LDPC進行譯碼操作，并提高深空通信的效率，確保深空探測儀的順利進行，增強其運行性能。

3仿真結果分析

為了分析本文方法的有效性，需要進行相關的實驗分析。本文在深空通信中融入加性高斯白噪聲信道進行實驗分析，歸一化信噪比用Eb/No=A2/2Rσ2表示，其中Eb用于描述單位比特平均能量，No用于描述噪聲功率譜密度，A表示傳播信號幅度，R表示碼率，σ2表示噪聲方差。算法的運行時間是復雜度的衡量指標之一，復雜度越高，算法的運行時間越長。假設傳統BP算法以及本文算法的平均運行時間分別是t1和t2，用Ratio=(t1－t2)/t1×100%描述本文算法相對于傳統算法下深空通信平均運行時間的降低比例。

3．1不同最大迭代次數情況下的仿真結果圖2描述了不同最大迭代次數對本文算法下深空通信誤碼率的干擾，傳統算法的最大迭代次數是20，本文算法的最大迭代次數分別是10、20、30，40分析圖2可得，本文算法下的深空通信誤碼率隨著信噪比的增加而降低，并且最大迭代次數逐漸增加時，本文算法下深空通信的誤碼率明顯降低。當本文算法和傳統算法的最大迭代次數相同時，本文算法下的深空通信誤碼性能優于傳統算法，并且隨著最大迭代次數的增加，本文算法下的深空通信誤碼性能具有更強的優勢。本文算法的最大迭代次數是傳統算法的2倍時，本文算法下的深空通信誤碼率是傳統算法的1/4，分析圖3可得，隨著信噪比的增加，兩種算法在不同最大迭代次數下的深空通信平均運行時間不斷降低，并且本文算法的下降幅度高于傳統算法，當兩種算法的最大迭代次數都為20時，本文算法下的深空通信平均運行時間比傳統算法減少了65%，本文算法極大提高了算法的迭代收斂效率，減少了深空通信譯碼算法的運行時間，優化了深空通信的通信效率。

3．2不同碼長情況下的仿真結果圖4描述了不同碼長對本文算法下深空通信誤碼率的干擾。實驗采用的碼長分別是512，576，1024。分析圖4可得，不同碼長條件下，本文算法下深空通信的誤碼率隨著深空通信中信噪比的增加而降低，當信噪比低于1dB時，碼長同誤碼率間的關聯性較弱，而信噪比高于1dB時，碼長越大，誤碼率越小，并且相同的碼長條件下，本文算法下深空通信的誤碼率低于傳統算法。

3．3不同碼率情況下的仿真結果圖5表示不同碼率對本文算法下深空通信誤碼率的干擾，碼率分別選擇1/2，2/3，3/4，分析圖5可得，當深空通信的信噪比小于1dB時，本文算法下深空通信的碼率同誤碼率間的關聯性較弱，當深空通信的信噪比高于1dB時，碼率越小，誤碼率越低，并且碼率相同情況下，本文算法下深空通信的誤碼率高于傳統算法。圖6描述了不同碼率對本文算法以及傳統算法下深空通信平均運行時間的干擾，分析圖6可得，隨著深空通信信噪比的增加，本文算法相對于傳統算法的深空通信平均運行時間減少的比例越大，說明本文算法降低了深空通信過程中LDPC碼的運算時間，提高了深空通信的效率，具有重要的應用價值。

4結論

本文一種基于刪除塑造法以及WBF算法的LDPC碼空通信優化方法，通過實驗得出如下結論:1)本文算法采用刪除塑造法獲取既能實現線性編碼，通過WBF算法實現LDPC碼的譯碼，提高算法的糾錯性能，誤碼率降低了12.4%。2)當最大迭代次數都為20時，本文算法下的深空通信平均運行時間比傳統算法減少了65%。3)隨著碼長(512，576，1024)的增加，本文算法下深空通信的誤碼率隨著深空通信中信噪比的增加而降低，性能卓越，具有重要的應用價值。

作者：胡丹單位：貴州大學通信系