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重复累积(Repeat-Accumulate,RA)码是一类接近Shannon限的纠错编码,凭借其优异的性能和低编译码复杂度,吸引了许多研究人员的注意。
目前,RA码主要采用置信传播(Belief Propagation,BP)算法进行译码,可得到优越且稳定的性能。但是,BP算法在每次迭代中都要用到双曲正切函数及其反函数,因此运算复杂度还是较高的。最小和算法被引入RA码之后,以性能降低为代价换取复杂度的降低,但只适用于误码率要求不高的场合。故研究适用于RA码的既能保证性能又能降低复杂度的译码算法具有重要的意义。
本文提出一种基于WBF策略的改进BP译码算法。该算法的基本思想是:在经典BP算法的基础上利用每次BP迭代的中间结果,在这一次BP迭代之后按照一定策略对硬判决结果翻转其中的一个或多个最不可靠位,以期得到合法码字。该算法不破坏BP迭代的基本结构,而是通过减少迭代次数来降低译码复杂度。理论分析表明,在满足校验矩阵无完全相同的两列或多列的条件下,该算法有很大的概率能正确处理硬判决结果出现一个不合法码位的情况,从而提前结束迭代。复杂度分析表明,经典BP算法单次迭代的运算复杂度与信息序列长度k成线性关系,可表示为O(d);而本文所提出的算法附加在单次BP迭代之后的复杂度远低于经典BP算法单次迭代的运算复杂度。仿真实验结果表明,该算法能有效降低系统码的运算复杂度,且不会降低译码性能,但应用于非系统码时仅适用于码长很短的情况。在RA码的应用方面,本文提出了一种将RA码应用于单跳无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)的方案。此方案利用了RA码编译码复杂度的非对称性,即把简单的RA码编码器嵌入到传感器节点之中,而把较复杂的译码过程放在能量充足的基站上。仿真实验表明,本文提出的应用RA码的单跳WSN方案比相应的应用卷积码的方案能节省更多的能量。与应用卷积码的方案相比,应用码长为1000比特、码率为0.5的RA码可以带来24.1%的功耗降低,同时能把单跳有效距离延长10米。