LDPC碼的設(shè)計以及在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
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一般而言，檢驗矩陣采用隨機(jī)的方法構(gòu)造。通過高斯消元法后，得到：
1．2 LDPC的解碼
LDPC碼的解碼算法可以分為硬判決譯碼和軟判決譯碼兩大類。幾乎所有的LDPC碼譯碼算法都是迭代算法。一般而言，實(shí)現(xiàn)LDPC碼譯碼器，主要需要考慮以下的三個問題：
(1)碼字的糾錯性能；
(2)碼字實(shí)現(xiàn)所需的硬件資源；
(3)系統(tǒng)所要求達(dá)到的吞吐率與信息傳輸速率。
此三個條件相互制約，在實(shí)際應(yīng)用的過程當(dāng)中，要找到一個比較理想的折中方案。
2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下設(shè)計方案
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是低功耗低價格微型嵌入式設(shè)備，其能量供應(yīng)和無線通信帶寬十分受限。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由數(shù)量龐大的節(jié)點(diǎn)以自組織方式構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)的體積微小，存儲和處理數(shù)據(jù)的能力低下，且大部分節(jié)點(diǎn)由電池供電，能量受到極大的限制。對計算量和存儲量的要求很高，由此對運(yùn)算的種類要求也很高，例如，盡量不使用乘除這類運(yùn)算，而運(yùn)算過程中盡量少出現(xiàn)實(shí)數(shù)，盡量使用整數(shù)。結(jié)合這些特點(diǎn)，所以采用硬解碼，選擇合適的判決門限，對硬解碼諸算法仿真，當(dāng)然相應(yīng)地帶來解碼效率下降，而且解碼迭代次數(shù)也不能太多，設(shè)定為兩次，這也降低了硬解碼效率(對次數(shù)的仿真)，可以有效地降低重傳率，減少由多個節(jié)點(diǎn)傳輸帶來的累積錯誤，使系統(tǒng)具有一定的糾錯能力和抗干擾能力，可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，內(nèi)置芯片CC1000。在NESC環(huán)境下，包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層并為一層，而物理層和數(shù)據(jù)鏈路層并為一層，所以把LDPC編解碼加入到底層模塊中。
在無線傳感器環(huán)境下實(shí)現(xiàn)LDPC編譯碼，首先需要考慮的是錯誤校正能力和處理能力的權(quán)衡。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中，通常采用基帶信號處理的低功耗微控制器單元(MCU)。LDPC解碼算法可以分為兩類：軟解碼算法和硬解碼算法。軟解碼算法需要的浮點(diǎn)計算能力通常由功耗很高的MCU支持，而LDPC碼的硬解碼算法具有較低的糾錯能力。這是人所共知的，LDPC碼譯碼算法可以在一個并行方式下執(zhí)行這樣的解碼且速度快。然而，實(shí)現(xiàn)并行解碼算法需要的FPGA器件功率消耗比較高。因此，選擇串行解碼算法更合適。目前，用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗微控制器的處理速度比較低。因此，需要盡可能提高解碼速度。如果增加碼長度，解碼時延也會相應(yīng)增加。此外，解碼算法需要校驗的信息矩陣也會變得更大更復(fù)雜，而且校驗矩陣的增加是代碼長度呈指數(shù)的增加。一般來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有相對較小的內(nèi)存。因此，如何保存校驗矩陣是一個問題。另一方面，如果代碼長度過小，相對較低的LDPC碼糾錯能力也是不容忽視的問題。
在編碼過程中，只有生成矩陣G需要事先保存在節(jié)點(diǎn)內(nèi)存中。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存大小相對較小，它需要的內(nèi)存也應(yīng)該盡可能少。因此，在內(nèi)存中只存儲無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)矩陣P，此外，需要轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制8B字符進(jìn)行保存。
3 Matlab下的仿真結(jié)果
利用Matlab進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖3所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/162216.htm
由圖3可知，LDPC硬解碼方案可以大幅改善信號抗噪聲性能，而通過解碼迭代次數(shù)的對比，發(fā)現(xiàn)迭代3次效果已經(jīng)相當(dāng)理想，而迭代50次并不能大幅提高解碼效果。
4 結(jié)語
討論了在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下LDPC編解碼的設(shè)計問題，并提出了降低解碼復(fù)雜度和節(jié)省內(nèi)存的方案。證實(shí)短碼長的LDPC碼應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上可以提高系統(tǒng)的誤碼率性能。
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