专利名称：加性白高斯噪声信道下适用于Raptor Codes的功率控制方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种加性白高斯噪声信道下适用于Raptor Codes的功率控制方法。
背景技术：
传统的信道编码通常采用固定速率的线性分组码，如LDPC码、RA码等。首先需要通过信道状态信息(CSI)估计信道参数，并依此设计一个码率固定为R = N/M的(N，M)分组码。由于所估计的信道参数和实际的信道参数存在误差，当估计值大于实际值时，按估计值设计的分组码虽然可以实现传输的可靠性，却造成资源的浪费，因为可以使用码率更高的线性分组码；当估计值小于实际值时，传输的可靠性不能保证，需要使用码率更低的线性分组码。因此，为了保证信息传输的可靠性和有效性，发送端需要ARQ来确定信道的状态。 无速率码(Rateless Codes)实现了在无需反馈的情况下自适应地选择和信道匹配的码率进行传输。与传统的固定码率的分组码不同，Rateless Codes具有自适应链路适配特性。在发送端它不需要设定固定的码率，只是以某种度分布源源不断地产生编码包并发送。接收端在接收到了一定数量的编码包后开始尝试译码，若不成功则继续接收编码包，直到译码成功，这时接收端发送一个简单的反馈信号给发送端，告知其停止发送，这样就完成了整个传输过程。可见实际传输的码率和实际发送的编码包的数量有关，这也取决于当前的信道状态。Rateless Codes的度分布是和可以任意的码率相匹配的，而固定速率的码，如 LDPC Codes的度分布通常是针对特定码率设计的，无法确保在任意码率下都具备良好的性能。在AWGN信道下，对于要发送的相同长度的消息数据包，在发送总能量保持恒定的前提下，若能减小发送功率，增加发送码长，则理论上可以扩大信道容量C和发送码率R之间的距离，从而提高码的性能，这同时也造成了码率的减小。由于LDPC Codes等固定速率的码的度分布无法和任意码率相匹配，若对其进行功率控制，当码率减小到一定程度时，性能会恶化。RatelessCodes的度分布由于和各种码率都是匹配的，所以当减小其发送功率、增加码长时，它的性能会得到显著的提高。Rateless Codes的这一特性也可以理解成，对于要传输的相同长度的消息数据包，若降低发送功率，则在统计意义上可以用更少的能量完成传输过程。利用这一特性可以对Rateless Codes进行发送功率控制，对于传输时效性要求很高的点对点通信，可以通过增大发送功率，使每帧的平均能量玄尽可能接近最大平均发送能量Emax，以减小发送的平均时间；对于传输能耗性要求很高的点对点通信，可以通过减小发送功率，使传输每帧的平均时间f尽可能接近最大平均发送时间Tmax，以减小发送的平均能耗。Rateless Codes最初因其在除删信道上的优异性能引起高度关注(见 “LTCodes”， Proceedings of the 43rd Annual IEEE Symposium on foundation ofComputer Science)，但它并不适合于AWGN信道。将通过LDPC Codes作为外码和LT Codes 级联得到的码称为 Raptor Codes (见“Raptor Codes", IEEETransactions on Information Theory, Vol. 52，No. 6，June 2006)，它在除删信道和AWGN信道下都具备优异的性能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种加性白高斯噪声信道下适用于 Raptor Codes的功率控制方法。加性白高斯噪声信道下适用于Raptor Codes的功率控制方法，包括结合功率控制的编码方法和译码方法；结合功率控制的编码方法的步骤如下1)设编码发送端要发送K帧数据，每帧数据含有m个消息数据包，每个消息数据包内含有若干个数据比特，并包括一个循环冗余校验码用来作为译码器判断译码是否成功的依据，用Sj表示消息数据包，下标j为消息数据包的编号，j = 1，2，. . .，m，编码发送端采用Raptor Codes进行编码，Raptor Codes由高码率的LDPC Codes作为外码，并级联LT Codes组成，用A表示消息数据包经过LDPC编码后生成的预编码包，1 = 1，2，. . .，n，用、 表示经过LT Codes编码后生成的编码包，i = 1,2,...；2)假设加性白高斯噪声信道是一个慢衰落信道，在传输K帧数据时信道状态变化很小，设定每帧数据传输的平均能量需满足条件E<E-，传输的平均时间需满足条件 T < Tmax，假设每发送一个消息数据包所需要的时间为1，则对传输的平均时间的限制条件即是正确传输一帧消息数据包的平均码长的限制条件，为及< ^vmax，其中Nmax = Tmax，发送端根据满足传输时效性的要求设计发送功率或是根据满足传输能耗性的要求设计发送功率，发送功率定义为每发送一个编码包所需的能量，记为h2，对于每一帧，发送的每个编码包的功率都是一定的； 3)按照Linear-Time PEG算法生成外码LDPC的Tanner图，m个消息数据包经过 LDPC预编码得到η个预编码包，外码LDPC的Tarmer图所对应的LDPC码的校验矩阵H(n_m) Xn 为一个上三角矩阵；4)采用度分布Ω (χ)为编码包选择度数屯，其中i为编码包的编号，i = 1,2,..., 然后用LT码结合LDPC码按校验节点PEG加边的选择方式生成η维二元域向量{、}，η维二元域向量中元素“1”的个数为Cli ；5)n维二元域向量{Gu}中的元素Gli的取值为“0”或者“ 1”，元素Glk为“ 1”表示对应的编号为1的LDPC Codes的预编码包&被选中，将这些被选中的预编码包按比特采用如下公式运算后得到的值即为LT Codes的编码包、的值
权利要求
1. 一种加性白高斯噪声信道下适用于Raptor Codes的功率控制方法，其特征在于包括结合功率控制的编码方法和译码方法；结合功率控制的编码方法的步骤如下1)设编码发送端要发送K帧数据，每帧数据含有m个消息数据包，每个消息数据包内含有若干个数据比特，并包括一个循环冗余校验码用来作为译码器判断译码是否成功的依据，用S」表示消息数据包，下标j为消息数据包的编号，j = 1，2，. . .，m，编码发送端采用 Raptor Codes进行编码，Raptor Codes由高码率的LDPC Codes作为外码，并级联LT Codes 组成，用&表示消息数据包经过LDPC编码后生成的预编码包，1 = 1，2，. . .，11，用、表示经过LT Codes编码后生成的编码包，i = 1,2,...；2)假设加性白高斯噪声信道是一个慢衰落信道，在传输K帧数据时信道状态变化很小，设定每帧数据传输的平均能量需满足条件Eg^max，传输的平均时间需满足条件 T < Tmax，假设每发送一个消息数据包所需要的时间为1，则对传输的平均时间的限制条件即是正确传输一帧消息数据包的平均码长的限制条件，为W^iVmax，其中Nmax = Tmax，发送端根据满足传输时效性的要求设计发送功率或是根据满足传输能耗性的要求设计发送功率，发送功率定义为每发送一个编码包所需的能量，记为h2，对于每一帧，发送的每个编码包的功率都是一定的；3)按照Linear-TimePEG算法生成外码LDPC的Tanner图，m个消息数据包经过LDPC 预编码得到η个预编码包，外码LDPC的Tarmer图所对应的LDPC码的校验矩阵H(n_m)Xn为一个上三角矩阵；4)采用度分布Ω(χ)为编码包选择度数屯，其中i为编码包的编号，i = 1，2，...，然后用LT码结合LDPC码按校验节点PEG加边的选择方式生成η维二元域向量{、}，η维二元域向量中元素“1”的个数为Cli ；5)n维二元域向量(G1J中的元素Gli的取值为“0”或者“1”，元素Glk为“1”表示对应的编号为1的LDPC Codes的预编码包&被选中，将这些被选中的预编码包按比特采用如下公式运算后得到的值即为LT Codes的编码包、的值
2.根据权利要求1所述的一种加性白高斯噪声信道下适用于RaptorCodes的功率控制方法，其特征在于所述的发送端根据满足传输时效性的要求设计发送功率步骤为1)取发送功率h2= ^iaiZNmax，传输ΔΚ = 100帧消息数据包，记录每一帧传输成功所需要的码长Ni以及传输能量Ei;2)采用如下公式计算传输△K帧消息数据包所需的平均码长及和平均能量
3.根据权利要求1所述的一种加性白高斯噪声信道下适用于RaptorCodes的功率控制方法，其特征在于所述的发送端根据满足传输能耗性的要求设计发送功率步骤为1)取发送功率h2= ^iaiZNmax，传输ΔΚ = 100帧消息数据包，记录每一帧传输成功所需要的码长Ni以及传输能量Ei;2)采用如下公式计算传输△K帧消息数据包所需的平均码长及和平均能量_ ι 100_ ι 100N = —YNi ,E = —YEiμ 台 1 AKj^l 13)对于传输能量要求较高的模型，对传输时间的要求通常比较低，当取h2= Emax/Nmax4)为了进一步减小传输能耗，用如下公式对发送功率进行微调 h2 = (h-Ah)2用调整后的发送功率继续传输ΔΚ= 100帧消息数据包，记录每一帧传输成功所需要的码长队以及传输能量Ei ；5)采用如下公式计算传输△K帧消息数据包所需的平均码长及和平均能量
全文摘要
本发明公开了一种加性白高斯噪声信道下适用于Raptor Codes的功率控制方法。利用Raptor Codes的自适应链路配适特性，在发送总能量一定的前提下，发送端若减小发送功率、增加码长，信道容量C和码率R之间的差值就会扩大，从而使Raptor Codes的性能得到显著提高。利用Raptor Codes的这一特性，可以通过在发送端对发送功率进行控制，以满足当前信道的要求。对于对传输时间要求较高的信道，可以通过在满足发送总能量的前提下尽可能地增大发送功率以减小传输时间；对于对传输能耗性要求较高的信道，可以通过在满足最大传输时间的前提下尽可能地减小发送功率以降低传输总能量。
文档编号H04L1/00GK102244922SQ20111022546
公开日2011年11月16日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者张朝阳, 彭瑶 申请人:浙江大学