一种用于M元扩频水声通信的多元LDPC码构造方法与流程

一种用于m元扩频水声通信的多元ldpc码构造方法
技术领域：
1.本发明属于水声通信技术领域，具体涉及一种用于m元扩频水声通信的多元ldpc码构造方法。


背景技术：

2.随着时代的进步，人们对于海洋探索的能力日益增强，对水下通信的需求也日益增加，然而，水下声信道十分复杂，有着严重的多径效应、多普勒效应以及噪声影响，这些因素导致了水声通信技术发展缓慢。m元扩频通信能有效克服多径效应带来的码间串扰，多元ldpc码与二元ldpc码不同，是基于符号概率进行编译码操作，具有更强的抗突发性错误能力，有更多的编码增益。因此，如何在水声通信中联合使用m元扩频和多元ldpc码，以提高通信质量是有待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于m元扩频水声通信的多元ldpc码构造方法，实现了在水声通信中联合使用m元扩频和多元ldpc码来提高通信质量。
4.本发明的技术解决方案是，提供一种用于m元扩频水声通信的多元ldpc码构造方法,该方法包括，
5.步骤一：根据目标码率r和码长n确定变量节点度数n和校验节点度数m，同时选取和优化度分布对；
6.步骤二：按照步骤一中变量节点度数n，校验节点度数m和变量节点度分布采用渐进边增长算法构造出多元ldpc码基矩阵hb；
7.步骤三：按照设定好的扩展系数z进行qc扩展，同时消除4环和6环，生成目标校验矩阵h
qc
和循环移位系数矩阵s；
8.步骤四：设置生成的矩阵个数num，统计4环和6环路径数量，选择无4环且6环路径数最少的校验矩阵保存；
9.步骤五：将多元ldpc码校验矩阵用于m元扩频水声通信仿真中验证性能。
10.优选的，多元ldpc码为m元，并与m元扩频水声通信相匹配。
11.作为优选，步骤三具体包括如下操作，循环移位系数矩阵s与基矩阵hb大小相同，非零元素的位置相同；在矩阵s中对hb中零元素位置赋值s
ij
＝-1，对hb中非零元素位置在[0,m-1]赋值，使其满足hb中的零元素由z
×
z的零矩阵替换，非零元素由循环移位后的z
×
z的单位阵乘以[1,m-1]任意元素替换生成h
qc
。
[0012]
步骤四采用邻接矩阵统计环路径数，令邻接矩阵统计4环数量时，统计矩阵a2中除对角线元素以外的数值大于等于2的元素个数即为4环路径数，统计6环数量时，在矩阵中满足a
i,j
＝0条件下统计a3中大于等于2的元素个数，统计的元素个数即为6
环路径数。
[0013]
进一步的，步骤五中，m元扩频水声通信仿真采用浅海水声多径时变衰落信道模型。
[0014]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0015]
本发明方法步骤简单，便于实现，创造性地在水声通信中联合使用m元扩频和多元ldpc码来有效提高通信质量，特别是能有效缩短多元ldpc码校验矩阵筛选时间且有较好的编码增益。
附图说明：
[0016]
图1是本发明流程图。
具体实施方式：
[0017]
下面结合附图就具体实施方式对本发明作进一步说明：
[0018]
一种用于m元扩频水声通信的多元ldpc码构造方法,其实现流程图如图1所示，该方法具体实施过程如下，
[0019]
步骤一：根据目标码率r和码长n确定变量节点度数n和校验节点度数m，同时选取和优化度分布对；
[0020]
步骤二：按照步骤一中变量节点度数n，校验节点度数m和变量节点度分布采用渐进边增长算法构造出多元ldpc码基矩阵hb；
[0021]
步骤三：按照设定好的扩展系数z进行qc扩展，同时消除4环和6环，生成目标校验矩阵h
qc
和循环移位系数矩阵s；
[0022]
步骤四：设置生成的矩阵个数num，统计4环和6环路径数量，选择无4环且6环路径数最少的校验矩阵保存；
[0023]
步骤五：将多元ldpc码校验矩阵用于m元扩频水声通信仿真中验证性能。
[0024]
作为本实施例的一种优选方式，多元ldpc码为m元，并与m元扩频通信相匹配。
[0025]
另外，步骤三具体操作如下，循环移位系数矩阵s与基矩阵hb大小相同，非零元素的位置相同。在矩阵s中对hb中零元素位置赋值s
ij
＝-1，对hb中非零元素位置在[0,m-1]赋值，使其满足hb中的零元素由z
×
z的零矩阵替换，非零元素由循环移位后的z
×
z的单位阵乘以[1,m-1]任意元素替换生成h
qc
。
[0026]
承上述，步骤四具体采用邻接矩阵统计环路径数，令邻接矩阵统计4环数量时，统计矩阵a2中除对角线元素以外的数值大于等于2的元素个数即为4环路径数。统计6环数量时，在矩阵中满足a
i,j
＝0条件下统计a3中大于等于2的元素个数即为6环路径数。
[0027]
并且，中，m元扩频水声通信仿真采用浅海水声多径时变衰落信道模型。
[0028]
本实施例以构造码率0.5，码长6的基矩阵为例，选取的变量节点个数为6，校验节点个数为3，变量节点度都为2，采用peg算法构造的基矩阵，元素都取于gf(23)结果如下：
[0029][0030]
设置扩展系数z为2，在矩阵s中对hb中零元素位置赋值s
ij
＝-1，对hb中非零元素位置在[0,7]赋值，使其满足生成的循环移位系数矩阵如下：
[0031][0032]
hb中的零元素由z
×
z的零矩阵替换，非零元素由循环移位后的z
×
z的单位阵替换生成h
qc
。生成的目标校验矩阵如下：
[0033][0034]
最后选择无4环且6环数最少的矩阵并在浅海水声多径时变衰落信道仿真验证性能。
[0035]
本发明通过在水声通信中联合使用m元扩频和多元ldpc码，能够有效提高通信质量，特别是能有效缩短多元ldpc码校验矩阵筛选时间且有较好的编码增益。
[0036]
以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。凡是利用本发明说明书所做的等效流程变换，均包括在本发明的专利保护范围之内。


技术特征：
1.一种用于m元扩频水声通信的多元ldpc码构造方法,其特征在于：该方法包括，步骤一：根据目标码率r和码长n确定变量节点度数n和校验节点度数m，同时选取和优化度分布对；步骤二：按照步骤一中变量节点度数n，校验节点度数m和变量节点度分布采用渐进边增长算法构造出多元ldpc码基矩阵h
b
；步骤三：按照设定好的扩展系数z进行qc扩展，同时消除4环和6环，生成目标校验矩阵h
qc
和循环移位系数矩阵s；步骤四：设置生成的矩阵个数num，统计4环和6环路径数量，选择无4环且6环路径数最少的校验矩阵保存；步骤五：将多元ldpc码校验矩阵用于m元扩频水声通信仿真中验证性能。2.根据权利要求1所述的用于m元扩频水声通信的多元ldpc码构造方法，其特征在于：多元ldpc码为m元，并与m元扩频水声通信相匹配。3.根据权利要求1所述的用于m元扩频水声通信的多元ldpc码构造方法，其特征在于：步骤三具体包括如下操作，循环移位系数矩阵s与基矩阵h
b
大小相同，非零元素的位置相同；在矩阵s中对h
b
中零元素位置赋值s
ij
＝-1，对h
b
中非零元素位置在[0,m-1]赋值，使其满足h
b
中的零元素由z
×
z的零矩阵替换，非零元素由循环移位后的z
×
z的单位阵乘以[1,m-1]任意元素替换生成h
qc
。4.根据权利要求1所述的用于m元扩频水声通信的多元ldpc码构造方法，其特征在于：步骤四采用邻接矩阵统计环路径数，令邻接矩阵统计4环数量时，统计矩阵a2中除对角线元素以外的数值大于等于2的元素个数即为4环路径数，统计6环数量时，在矩阵中满足a
i,j
＝0条件下统计a3中大于等于2的元素个数。5.根据权利要求1所述的用于m元扩频水声通信的多元ldpc码构造方法，其特征在于：步骤五中，m元扩频水声通信仿真采用浅海水声多径时变衰落信道模型。

技术总结
本发明公开了一种用于M元扩频水声通信的多元LDPC码构造方法,该方法包括，步骤一：根据目标码率R和码长N确定变量节点度数n和校验节点度数m，同时选取和优化度分布对；步骤二：按照步骤一中变量节点度数n，校验节点度数m和变量节点度分布采用渐进边增长算法构造出多元LDPC码基矩阵H


技术研发人员：时相一 江新麒 熊省军 朱小辉 吴梦行
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一五研究所
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/8/14