原创《基于MMSE-SIC迭代译码算法的编码多中继协作》
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唐 蕾 刘伟伟 刘婷婷 王天宇
摘 要：论文研究编码多中继协作通信,系统中信道编码采用RA编码.首先推导出与目的节点接收码字所对应的等效校验矩阵表达式.然后,以等效校验矩阵为基础,结合MMSE-SIC算法给出了一种迭代译码新算法,完成目的点的信号检测.理论分析和数值模拟表明,论文所提出的新方法能够充分实现编码多中继协作所具有的潜在分集和编码增益,随着迭代次数和接收天线数目的增加,误比特率迅速降低.
关键词：编码多中继协作；信道编码；MMSE-SIC算法；迭代译码；误比特率
一、前言
编码协作（Coded?Cooperation,CC）[1-5] 技术是一种提升无线通信系统性能的重要手段,其基本思想是将协作分集技术与信道编码技术相结合,编码码字的不同部分通过相互独立的协作信道发送给目的点,从而使整个协作系统同时获取协作分集和编码增益.
重复累积（repeat?accumulate,RA）码[6]基于生成矩阵的低密度奇偶校验码（Generator-matrix-based?low-density?parity-checkcode,G-LDPC）是一种线性时间编码的非正规低密度奇偶校验码（low-density?parity-check?code,LDPC）,具有码字是系统的、编码复杂度低、存储空间需求小等特点,可以在较低的编译码复杂度条件下获得很好的纠错性能.本文研究 RA 编码多中继协作系统,源节点和各协作中继均采用 RA 码作为信道编码,目的点采用串行检测新算法,该算法基于 MMSE-SIC 算法和目的点等效校验矩阵,以此实现对多路接收信号的联合译码.
二、编码多中继协作系统
本文研究的编码多中继协作系统模型如图 1 所示,该系统包括 1 个信源,多个协作中继和 1 个目的端,信源节点通过广播信道向目的节点和所有协作中继传送信号,目的节点能接收到来自信源节点和所有协作中继的信号.
根据编码协作的特点,我们采用 RA 码作为信道编码.RA码是 LDPC 码的一个子类,其校验矩阵具有以下形式：
三、目的点接收信号的译码
（一）?基于 MMSE-SIC 算法的迭代译码器模型
为了降低误码率,协作系统的最佳检测是最大似然译码.然而,最大似然译码由于其复杂度与发射天线数目和调制方式成指数关系,难以实现.为了避免复杂的运算,基于 MMSE 准则的串行干扰抵消（MMSE-SIC）算法常常作为次最优的检测方案被采用.本文提出一种基于 MMSE-SIC 算法的迭代译码算法,其系统模型如图 2 所示.目的点接收信号的检测译码过程如下：首先,分别用 MMSE-SIC 译码器“MMSE-SIC-I”和“MMSE-SIC-II” 对来自源节点和中继节点的信号分别进行检测,再将检测输出的软信息经多路复用器合并后送入联合迭代译码器进行译码.
当联合迭代译码器完成初始化之后,目的节点的译码器依据式（5）给出的检验矩阵进行联合迭代译码,其迭代译码过程可参考文献[4]?, 直到达到预先设定的最大迭代次数时译码结束.
四、模拟结果及分析
图 3 是系统的仿真结果,其中,目的点分别配置 2 和 3 根接收天线,联合迭代译码的迭代次数分别为 1、2 和 5.模拟结果表明：当接收天线数目固定时,系统的误码率随着译码迭代次数的增加迅速降低.例如：在目的点配置 2 根接收天线且系统误码率为 10-3时,串行检测译码在迭代 5 次时比迭代 2 次约有 2.5dB 的性能增益.除此之外,随着接收天线数目的增多,编码协作系统的分集增益显著增加,例如：在联合迭代译码的迭代次数固定为 5 次,目的点采用 2 根接收天线时,编码协作系统在 SNR等于8dB 时误码率达到 10-4 ；而当目的点采用 3 根接收天线时,系统在 SNR等于2dB 时就可以达到相同的误码率性能.这种性能的提升源于接收机的合理设计.
五、结语
本文提出了一种 RA 编码多中继协作通信方式,求出了对应于整个编码协作系统的校验矩阵,进而提出了一种基于MMSE-SIC 的迭代译码新算法.理论分析和数值模拟表明采用高效联合迭代检测译码新算法的 RA 编码多中继协作系统能够获得很好的分集增益和编码增益.
编码论文参考资料：
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