基于协作网的RS码分布式软判决译码算法

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Reed-Solomon(RS)码拥有严谨的代数结构和强大的纠错能力,广泛应用于卫星通信、数据存储等诸多领域,其译码算法,特别是软判决译码算法的研究广受关注。但由于译码复杂度和译码功耗比较高,RS码在移动蜂窝网、ad hoc等能量敏感的协作通信系统中应用较少。降低译码复杂度是RS码亟待解决的问题。Jiang和Narayanan提出了一种SSID算法,该算法利用RS码的循环特性将码字随机循环位移后参与置信传播(belief propagation,BP)迭代译码过程,获得了良好的性能。在现有的协作通信系统中,中继节点的转发方式主要有AF和DF两种。实验证明,在系统总迭代次数不变的情况下,合理的分配中继节点和目的节点的迭代次数可以大大改善系统的译码性能。在研究了现有的两种转发方式的特点后,我们提出了一种区别于AF、DF的新的转发模式——部分译码转发(PDF)。PDF下的中继节点部分的完成译码工作,提高了中继节点发送码字的可靠性,同时不需要再编码。这种转发方式采用SSID算法作为基本译码算法,并在中继节点处做了如下修改:中继节点在内、外层迭代达到停止条件时,不宣布译码失败,而是将迭代得到的每bit的对数似然比(LLR)进行判决,LLR绝对值较大的bit判定为0或1,LLR绝对值较小、可靠性较低的节点设为删除,这样形成了包含0、1和删除的三元码。中继节点将三元码转发给目的节点,目的节点将来自源节点的码字和三元码按幅度叠加,对得到的新序列进行译码。仿真结果表明,由于中继节点的分集作用以及删除信息的引入,PDF方式的性能优于相同发送功率、相同译码功率下的无中继方式、AF方式和DF方式。协作通信系统的另一个重要指标是系统的生存时间,生存时间与系统总能量消耗和能量平衡有关。本文在详细讨论了影响SSID算法复杂度的因素后,提出基于RS码的改进的BP算法——能量自适应BP算法(energy adapted BP,EABP)。EABP算法将SSID内、外层迭代停止条件由原来的固定值改为与译码节点能量相关的变量。节点能量较高时,迭代次数较多,译码性能相应提高;反之,节点能量较低时,迭代次数减少,译码性能下降。这种算法在节点能量保持和译码性能之间折中,使得节点的译码复杂度大大降低,同时将译码性能的下降控制在可接受范围内。由于EABP能够根据节点本身能量调整译码负担,保持节点能量,这种算法在协作网中能够动态地控制中继节点的译码功耗,从而使整个网络的能量分配趋于均衡,延长网络生存时间。实验结果证明,PDF模式的译码性能优于无中继系统、AF和DF;采用EABP算法的PDF大幅度降低了译码复杂度和译码功耗,均衡了各节点的能量,延长了网络生存时间。
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