[发明专利]一种水声信道下原模图LDPC码的优化方法

说明书

本发明公开了一种水声信道下原模图LDPC码的优化方法。传统水声信道下原模图LDPC码没有考虑错误平层区域的性能。本发明方法首先确定原模图LDPC码码长、基础原模图、目标译码门限、门限值调整因子和ACE检测参数等参数，优化基础原模图后，采用基于水声信道的PEG/ACE混合构造算法构造校验矩阵，并对校验矩阵进行ACE检测，对符合检测的矩阵再计算其译码门限，如果译码门限在门标译码门限范围内，则该校验矩阵即为最终优化的结果，否则继续优化原模图直到得到符合检测的校验矩阵。本发明方法解决了传统水声信道下原模图LDPC码出现错误平层的问题，能够保证误码率随着信噪比的提高而迅速下降。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种水声信道下原模图LDPC码的优化方法，具体是对水声信道下的原模图LDPC码进行优化，提高信道编码的性能。

背景技术

海洋资源已经成为最重要的国家战略资源之一，水下通信技术是开发海洋资源的关键技术之一。但是，无线电传输在水下衰减严重；光通信存在严重的散射现象。因此，声波通常作为水下信息传输的载体，采用水声技术进行水下远距离通信。水声信道时变快、多径效应严重、带宽受限、信号衰减严重，这些都给水声通信系统的设计带来了极大的困难。

信道编码技术是保证水声通信可靠性的关键。早期的水声通信中常采用BCH码、RS码、卷积码等传统信道编码方法。但是，这些码都不是信道容量可达码。直到2011年，中国科学院声学研究所的朱敏等人在蛟龙号载人潜水器的水声通信机的信道编码采用了Turbo码，成功实现水下视频传输的可靠传输。2013年，中国科学院声学研究所的武岩波等人在水声通信机中采用非二进制的低密度奇偶校验(Low-DensityParity-Check，LDPC)码，实现了水下可靠通信。

现有的基于水声信道的LDPC码多是在无线信道中好码的基础上进行优化，但在优化时只考虑了低信噪比区域的性能，即降低LDPC码的译码门限，并没有考虑高信噪比可能会出现的错误平层问题。而随着对水声通信要求的逐渐提高，错误平层区域的性能也应该得到重视。

原模图LDPC码是一种存储量低、编码简单的信道编码方法，码长灵活，适用于各种场景。针对水声通信场景，如果能优化设计原模图LDPC码，可以提升信道编码的性能，增强通信的可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对水声通信场景，对基于原模图的LDPC码进行优化，提出一种水声信道下基于原模图LDPC码的优化方法，以提高水声通信的可靠性。

本发明方法具体是：

步骤(1).基于本征声线模型，建立水声信道传输函数：信道通过线性时不变有限冲激响应滤波器表示，其有限冲激响应的z变换为：其中L为多径的数量，A_l为第l条多径信号的强度，τ_l为第l条多径信号的相对时延，l＝1,2,…,L；

根据基础原模图B和LDPC码长N确定原模图第一次扩展次数T₁和第二次扩展次数T₂；

基础原模图B为m×n矩阵，矩阵的每一行对应一个检测节点，共有m个检测节点；每一列对应一个变量节点，共有n个变量节点；元素B_i,j表示第i个检测节点与第j个变量节点之间的边的数量，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n；

T₁取值方法：大于等于基础原模图B矩阵中元素最大值，且取为整数中的最小值；

所述的本征声线模型将声波的传播看作是一束无数条垂直于等相位面的射线传播，每一条射线与等相位面相垂直，射线即为本征声线；假定声速度和折射率不随水平方面变化，仅是海水深度的函数；海面海底界面假设为平整的界面；声源和接收点的位置是静止不变的；声场由本征声线决定；整个水声信道看作是一个网络系统。

步骤(2).选择第一次优化的两个变量节点：