基于SWIPT的Polar編碼協(xié)作碼的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)性能研究

夏子寒 張順外，2

（1.南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，江蘇南京 210003；2.南京郵電大學(xué)寬帶無(wú)線通信與傳感網(wǎng)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210003）

1 引言

協(xié)作通信技術(shù)最早由Sendonaris 等人提出［1-2］，利用不同用戶(hù)之間的天線獲得類(lèi)似于多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）系統(tǒng)的性能增益。文獻(xiàn)［3］研究了瑞利信道下各協(xié)作通信協(xié)議。編碼協(xié)作［4］結(jié)合信道編碼和協(xié)作通信，可以兼得編碼增益和協(xié)作的好處，使得協(xié)作性能進(jìn)一步提升?；诘兔芏绕媾夹ｒ?yàn)（Low Density Parity Check，LDPC）［5］，文獻(xiàn)［6］研究了網(wǎng)絡(luò)編碼的LDPC編碼協(xié)作系統(tǒng)，并采用了多信源多中繼的系統(tǒng)模型。文獻(xiàn)［7］結(jié)合Turbo 碼與協(xié)作技術(shù)，提出了只選擇較可靠中繼參與協(xié)作的編碼協(xié)作系統(tǒng)。極化（Polar）碼是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一類(lèi)在理論上能夠到達(dá)香農(nóng)限的編碼方法，其遞歸的編譯碼結(jié)構(gòu)降低了硬件資源在共享和控制上的復(fù)雜度，信道極化是Polar 碼的關(guān)鍵［8-9］，即利用極化出來(lái)的無(wú)噪信道傳輸有用信息，全噪信道用來(lái)傳輸凍結(jié)信息或不傳信息。文獻(xiàn)［10］研究Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)，使用兩個(gè)短碼構(gòu)造一個(gè)長(zhǎng)碼，在目的節(jié)點(diǎn)通過(guò)劃分協(xié)作方式構(gòu)建Polar碼并對(duì)其進(jìn)行聯(lián)合譯碼，驗(yàn)證了其誤碼性能優(yōu)于（Reed-Muller，RM）碼的編碼協(xié)作方案。

由于中繼節(jié)點(diǎn)的能量供給可能會(huì)受到限制，影響整個(gè)通信系統(tǒng)的可靠性，從而能量收集（Energy Harvesting，EH）技術(shù)［11-13］受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。正是因?yàn)镋H 技術(shù)利用射頻（Radio Frequency，RF）信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與能量的收集，故又稱(chēng)為無(wú)線信息與能量同傳（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer，SWIPT）技術(shù)［14-16］。與傳統(tǒng)的EH 技術(shù)不同的是，SWIPT 技術(shù)設(shè)計(jì)面臨一個(gè)十分重要的問(wèn)題，即如何平衡EH 和信息譯碼，從而獲得最大收益。文獻(xiàn)［17］提出了時(shí)間切換（Time Switching，TS）接收機(jī)和功率分割（Power Splitting，PS）接收機(jī)，中繼節(jié)點(diǎn)分別參照TS 協(xié)議和PS 協(xié)議來(lái)平衡能量收集和信息處理。隨著5G 技術(shù)的發(fā)展，“綠色通信”已經(jīng)成為了未來(lái)信息通信技術(shù)發(fā)展的方向之一，SWIPT 技術(shù)和各種前沿技術(shù)逐漸相結(jié)合。文獻(xiàn)［18］將SWIPT 技術(shù)與非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）技術(shù)結(jié)合，提出一種節(jié)能網(wǎng)絡(luò)模型，其中基站采用自適應(yīng)定向天線，信號(hào)通過(guò)NOMA 傳輸，節(jié)點(diǎn)使用SWIPT和PS 獲取數(shù)據(jù)和能量。文獻(xiàn)［19］研究了SWIPT 條件下MIMO 系統(tǒng)能效和算法優(yōu)化問(wèn)題。在將SWIPT技術(shù)與協(xié)作技術(shù)結(jié)合的道路上，不少學(xué)者取得的十分有價(jià)值的成果。文獻(xiàn)［20］研究了放大轉(zhuǎn)發(fā)方式下，基于TS 協(xié)議和PS 協(xié)議的協(xié)作系統(tǒng)吞吐量性能，分別推導(dǎo)了時(shí)延受限和時(shí)延容忍傳輸模式下系統(tǒng)中斷概率的解析表達(dá)式。文獻(xiàn)［21］研究了基于SWIPT的譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼協(xié)作的中斷概率，在中繼節(jié)點(diǎn)受到同信道干擾下，推導(dǎo)出基于PS協(xié)議的中斷概率的閉合漸近式，并得到最優(yōu)功率分割因子。文獻(xiàn)［22］將SWIPT 與編碼協(xié)作結(jié)合，研究了面向能量收集的重復(fù)累積（Repeat-Accumulate，RA）編碼協(xié)作，推導(dǎo)出信源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)采用的聯(lián)合校驗(yàn)矩陣，并消除該矩陣中所有g(shù)irth-4 環(huán)。目前，尚未有文獻(xiàn)針對(duì)基于SWIPT技術(shù)的Polar編碼協(xié)作系統(tǒng)展開(kāi)研究。

鑒于Polar 編碼協(xié)作的優(yōu)點(diǎn)，本文結(jié)合SWIPT技術(shù)與Polar 編碼協(xié)作，提出基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)，并通過(guò)理論分析與數(shù)值仿真對(duì)其中斷概率和誤碼率（Bit Error Rate）性能展開(kāi)研究。本文主要貢獻(xiàn)如下：（1）首先建立基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)模型，在實(shí)現(xiàn)可靠通信的同時(shí)，解決了中繼節(jié)點(diǎn)能量受限問(wèn)題。（2）采用Plotkin 構(gòu)造方法在信源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)聯(lián)合設(shè)計(jì)Polar碼，并在目的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合譯碼。（3）推導(dǎo)出系統(tǒng)中斷概率表達(dá)式并分析其BER 性能，并進(jìn)一步通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證了所提系統(tǒng)的優(yōu)越性。

2 基于SWIPT的Polar編碼協(xié)作系統(tǒng)模型

圖1 為基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)模型。信源節(jié)點(diǎn)S 和中繼節(jié)點(diǎn)R 向目的節(jié)點(diǎn)D 傳輸信息。其中S 和D 由不受限的外部電源供電，R 由有限能量的電池供電，為了發(fā)送信息至D，R 需要從S 發(fā)送過(guò)來(lái)的射頻信號(hào)中額外地收集能量。

在S 處，信息比特經(jīng)過(guò)Polar 碼編碼器生成碼字，調(diào)制后發(fā)送給R 和D。R 將接收到的一部分信號(hào)用來(lái)譯碼，將另一部分信號(hào)能量收集起來(lái)，用于傳輸信息至D。

在R 處，R 利用接收到的信號(hào)能量一部分用于譯碼，另一部分用于給D 發(fā)送信息。恢復(fù)后的原始信息通過(guò)比特篩選器，做比特篩選后進(jìn)行Polar 編碼，編碼后的碼字與R 譯碼恢復(fù)的原始信息進(jìn)行模2加，R 最后利用收集到的能量將模2加后的碼字經(jīng)R-D信道發(fā)送至D。

在D 處，通過(guò)多天線接收來(lái)自S 和R 的信息，并通過(guò)最大比合并（Maximal Ratio Combining，MRC）方法將接收到的來(lái)自S 處和R 處的信息分別合并，再將合并后的兩段碼字級(jí)聯(lián)進(jìn)行聯(lián)合SC譯碼。

3 編碼協(xié)作系統(tǒng)基于Plotkin 構(gòu)造方法聯(lián)合設(shè)計(jì)Polar碼

基于Plotkin 構(gòu)造方法聯(lián)合設(shè)計(jì)Polar 碼示意圖如圖2 所示。本節(jié)先簡(jiǎn)要介紹Polar 碼的Plotkin 構(gòu)造，然后重點(diǎn)研究基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)碼的設(shè)計(jì)。

3.1 基于Plotkin構(gòu)造Polar碼

本小節(jié)介紹Plotkin構(gòu)造方法構(gòu)造Polar碼。

文獻(xiàn)［23］所采用的傳統(tǒng)Plotkin構(gòu)造方法如下：

給定兩個(gè)線性分組碼C1(N1，K1，d1)和C2(N2，K2，d2)，其碼長(zhǎng)N1=N2，信息位長(zhǎng)度分別為K1和K2，最小距離分別為d1和d2。Plotkin 構(gòu)造方法將這兩個(gè)線性分組碼聯(lián)合設(shè)計(jì)成一個(gè)長(zhǎng)度為N=2N1的新線性分組碼C。數(shù)學(xué)上表示為：

其中求和為模2加。

Polar 碼的Plotkin 構(gòu)造不同于傳統(tǒng)的Plotkin 構(gòu)造。在傳統(tǒng)Plotkin 構(gòu)造中，兩個(gè)短碼構(gòu)造成一個(gè)長(zhǎng)碼，而在Plotkin 構(gòu)造Polar碼中，一個(gè)長(zhǎng)Polar碼產(chǎn)生兩個(gè)短Polar 碼，它們?cè)谀康墓?jié)點(diǎn)重構(gòu)長(zhǎng)Polar 碼。Polar碼的Plotkin構(gòu)造矩陣如下：

下面是非系統(tǒng)Polar碼Plotkin構(gòu)造步驟：

1）設(shè)置系統(tǒng)整體碼長(zhǎng)N=2m與整體碼率R。

2）生成Polar碼編碼矩陣G′=F?m。

3）通過(guò)對(duì)稱(chēng)容量或巴氏參數(shù)得到該碼字的信息位和凍結(jié)位，進(jìn)一步確定G′中D和DC所對(duì)應(yīng)的行。

4）刪除G′中除D之外的所有行，以獲得矩陣G。

5）找出G中從N/2+1 列到N列全零的行并堆疊在G的頂部，這些行的數(shù)量計(jì)為K2。

6）按照式（2）所示構(gòu)造矩陣從矩陣G中提取矩陣G1和G2，其中G1大小為K1×N1，G2大小為K2×N2。

3.2 基于Plotkin構(gòu)造方法聯(lián)合設(shè)計(jì)Polar碼

假設(shè)hSR、hSD、hRD分別對(duì)應(yīng)S-R、S-D、R-D 信道，信源節(jié)點(diǎn)S 發(fā)送功率為P，中繼節(jié)點(diǎn)R 功率分配因子為α，故用于譯碼的功率為αP，用于信息發(fā)送的功率則為(1 -α)P。分別表示S-D、R-D距離導(dǎo)致的功率衰減。

3.2.1 信源節(jié)點(diǎn)Polar碼設(shè)計(jì)

信源節(jié)點(diǎn)S 生成信息m1，并通過(guò)參數(shù)為(N1，K1，d1)的Polar碼C1對(duì)m1進(jìn)行編碼以獲得的長(zhǎng)度為N1的u。

3.2.2 中繼節(jié)點(diǎn)Polar碼設(shè)計(jì)

中繼節(jié)點(diǎn)R 的結(jié)構(gòu)如圖2 中繼節(jié)點(diǎn)R 所示，假定S發(fā)送信號(hào)為xS，R接收到的信號(hào)ySR為：

其中是信源節(jié)點(diǎn)S 處二進(jìn)制相移鍵控（Binary Phase Shift Keying，BPSK）調(diào)制后得到的信號(hào)，nR是R處的加性噪聲，服從復(fù)高斯分布nR～CN(0，)。

R收集到的功率為：

R 的能量利用率為η，則R 用來(lái)將再次編碼得到的信息傳輸至D的功率為：

R 處對(duì)來(lái)自S 處的碼字譯碼，得到u，其信息位長(zhǎng)度為K1。m2為m1比特篩選后得到的碼字，其信息位K2需要保證只能從K1中選擇，因?yàn)樵贙1中被選擇的信息位對(duì)稱(chēng)容量值較低，巴氏參數(shù)值較高。需要注意的是，任何小于K2的信息比特的選擇將導(dǎo)致目的節(jié)點(diǎn)D處SC譯碼已知的凍結(jié)比特增加，進(jìn)一步導(dǎo)致BER 性能改善。當(dāng)K2=0 時(shí)，由于m2為全0的全凍結(jié)位碼字，故R 處可以簡(jiǎn)化為只處理并得到m1，此時(shí)x=m1，再將x發(fā)送至D，此時(shí)的誤碼率性能最優(yōu)。

然后，通過(guò)參數(shù)為(N2，K2，d2)的Polar碼C2對(duì)m2進(jìn)行編碼以獲得的長(zhǎng)度為N2的碼字v。接著，將v和u直接求和，即v+u。

3.2.3 目的節(jié)點(diǎn)聯(lián)合處理

S-D 信道和R-D 信道為相互獨(dú)立的瑞利衰落信道，目的節(jié)點(diǎn)D 配置L根天線，D 處第i根天線接收到來(lái)自信源節(jié)點(diǎn)S的信號(hào)表示為：

接收到來(lái)自中繼節(jié)點(diǎn)R的信號(hào)表示為：

其中i∈(1，2，…，L)，其中xR是R 處BPSK 調(diào)制后得到的信號(hào)，nD是D 處的加性噪聲，服從復(fù)高斯分布nD～CN(0，)。D 處采用MRC 合并各天線接收信號(hào)時(shí)，得到：

用yRD表示D 接收來(lái)自R 的對(duì)應(yīng)于碼字v+的信號(hào)，ySD表示D接收來(lái)自S的對(duì)應(yīng)于碼字u的信號(hào)，級(jí)聯(lián)yRD與ySD后輸入SC譯碼器的碼字為[yRD，ySD]。級(jí)聯(lián)后輸入SC譯碼器的碼字為[yRD，ySD]。

D 處采用聯(lián)合串行相消（Successive Cancella?tion，SC）譯碼器會(huì)對(duì)[yRD，ySD]進(jìn)行聯(lián)合SC 譯碼，通過(guò)計(jì)算對(duì)數(shù)似然比（Log Likelihood Ratio，LLR）生成對(duì)信源處信息的估計(jì)：

其中為序號(hào)為j的極化信道的轉(zhuǎn)移概率，j∈{1，2，…，N}。聯(lián)合譯碼完成后，我們通過(guò)提取后N1位得到信源節(jié)點(diǎn)信息位的估計(jì)。

4 系統(tǒng)性能分析

本節(jié)分析基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)中斷概率和誤碼性能。首先，我們對(duì)比分析非協(xié)作系統(tǒng)和文章所提系統(tǒng)的中斷概率。

非協(xié)作系統(tǒng)瞬時(shí)信道容量為：

L為D 處接收天線數(shù)，所有天線具有相同的每比特平均接收信噪比（Signal-Noise Ratio，SNR）γ。則其中斷概率為

在所提方案中，由于S-D 和R-D 是相互獨(dú)立的衰落信道，且從式（17）也可以看出，本文提出的基于SWIPT 的編碼協(xié)作系統(tǒng)能獲得分集增益，使得系統(tǒng)可靠性提高。同時(shí)，D 處采用的多天線接收進(jìn)一步提高空間分集增益。

能量效率指消耗單位能量成功傳輸?shù)男畔⒈忍財(cái)?shù)，定義為：

其中，β∈[1，∞)為功率放大器效率的倒數(shù)，Pc指恒定的硬件電路功耗，與信息傳輸無(wú)關(guān)。由式（12）可以推出非協(xié)作系統(tǒng)能量效率為：

由式（16）可以推出本文所提系統(tǒng)能量效率為：

在5.1 節(jié)中仿真驗(yàn)證在相同條件下，本文所提協(xié)作系統(tǒng)中斷概率小于非協(xié)作系統(tǒng)，即協(xié)作系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)CCoop大于CNoncoop。協(xié)作系統(tǒng)中，中繼節(jié)點(diǎn)R 僅利用收集到的能量發(fā)送信號(hào)，無(wú)需消耗額外的發(fā)送功率，協(xié)作與非協(xié)作系統(tǒng)消耗總功率相等，故本文所提協(xié)作系統(tǒng)能量效率高于非協(xié)作系統(tǒng)。

5 仿真結(jié)果

本節(jié)通過(guò)仿真分析基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)性能。S-R、S-D、R-D為相互獨(dú)立的瑞利衰落信道。目的節(jié)點(diǎn)D 對(duì)來(lái)自信源節(jié)點(diǎn)S 和中繼節(jié)點(diǎn)R的碼字采用聯(lián)合SC 譯碼。信源節(jié)點(diǎn)S 與中繼節(jié)點(diǎn)R采用的Polar碼見(jiàn)表1。

表1 系統(tǒng)采用Plotkin構(gòu)造的Polar碼Tab.1 The system uses Polar codes constructed by Plotkin

5.1 基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)中斷概率性能

我們比較基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)和非協(xié)作系統(tǒng)的中斷概率性能。系統(tǒng)信息傳輸速率r=1/4，dSD=2dRD=2。

圖3比較了本文所提系統(tǒng)與非協(xié)作系統(tǒng)在目的節(jié)點(diǎn)配置L=2，3，4 根天線時(shí)的中斷概率性能，其中功率分配因子α=0.5，能量利用率η=1，編碼協(xié)作與非協(xié)作系統(tǒng)的信息傳輸速率都保持r=1/4。仿真圖顯示天線數(shù)相同時(shí)，基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)的中斷概率較非協(xié)作系統(tǒng)降低。如天線數(shù)為2，SNR 為10 dB 時(shí)，非協(xié)作系統(tǒng)的中斷概率約為3 × 10-3，但本文所提方案系統(tǒng)的中斷概率降至約3 × 10-4。

5.2 不同α 條件下基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)中斷概率性能

圖4 比較系統(tǒng)天線數(shù)為3，信息傳輸速率r=1/4，dSD=2dRD=2，不同功率分配因子α下基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)中斷概率性能?？梢钥闯?，相同條件下功率分配因子α和系統(tǒng)中斷概率成正比關(guān)系。如當(dāng)α=0.8 時(shí)系統(tǒng)的中斷概率大于α=0.5 時(shí)的中斷概率，α=0.2 時(shí)的中斷概率小于α=0.5 時(shí)的中斷概率。這是因?yàn)橹欣^用于譯碼消耗的功率隨著α變大而增加，從而收集到的能量減少，導(dǎo)致中繼節(jié)點(diǎn)R發(fā)送信號(hào)功率減小，目的節(jié)點(diǎn)D中斷概率升高。

5.3 基于SWIPT的Polar編碼協(xié)作系統(tǒng)BER性能

圖5 比較了系統(tǒng)功率分配因子α=0.5，能量利用率η=1，dSD=2dRD=2，目的節(jié)點(diǎn)D配置L=2，3，4 根天線情況下基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)和傳統(tǒng)非協(xié)作點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)的BER 性能。圖中可以看出，相比于非協(xié)作系統(tǒng)，本文所提出的系統(tǒng)在相同天線數(shù)情況下BER 性能較優(yōu)。例如天線數(shù)為4 時(shí)，在SNR=5 dB 時(shí)，非協(xié)作系統(tǒng)的誤碼率約為10-1，而本文所提系統(tǒng)的誤碼率約為10-3。這主要是由于D 處采用了聯(lián)合SC 譯碼且S-D 和R-D 衰落信道相互獨(dú)立，使得本文所提系統(tǒng)獲得更高的分集增益。

5.4 不同碼長(zhǎng)、碼率條件下基于SWIPT 的Polar編碼協(xié)作系統(tǒng)BER性能

圖6 比較了基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)在瑞利衰落信道條件下，信源節(jié)點(diǎn)不同碼長(zhǎng)、碼率對(duì)BER 影響。系統(tǒng)天線數(shù)為3，功率分配因子α=0.5，dSD=2dRD=2。從圖中分析可知，在相同碼率下，隨著碼長(zhǎng)增加，BER 性能也會(huì)提升。如當(dāng)誤碼率在10-3時(shí)，碼長(zhǎng)為256比碼長(zhǎng)為128可獲得0.8 dB左右的增益。這是由于隨著碼長(zhǎng)增加，信道極化現(xiàn)象會(huì)愈發(fā)明顯，故其譯碼性能也會(huì)提升。在相同碼長(zhǎng)情況下，碼率越小，BER 越小。當(dāng)誤碼率在10-3時(shí)，碼率為1/4 比碼率為1/2 可獲得2 dB 左右的增益。這是因?yàn)榇a率越低，信息比特受到更好的保護(hù)，譯碼錯(cuò)誤比特也會(huì)減少，從而譯碼性能提升。

5.5 不同η 條件下基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)BER性能

研究基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)在瑞利衰落信道條件下能量利用率η對(duì)BER的影響，其中系統(tǒng)天線數(shù)為3，功率分配因子α=0.5，dSD=2dRD=2。從圖7 可以看出，當(dāng)η=0.8 時(shí)系統(tǒng)的BER 最??；當(dāng)η=0.5時(shí)，由于中繼節(jié)點(diǎn)R的能量利用率只有50%，其誤碼率性能較η=0.8時(shí)差；而當(dāng)η=0.2時(shí)，即R只將RF信號(hào)收集能量的20%用于發(fā)送信息，此時(shí)誤碼性能最差，系統(tǒng)的BER 最高。故R 的信息譯碼能量利用率越高，則本文所提系統(tǒng)BER性能越好。

5.6 基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)與基于SWIPT 的隨機(jī)LDPC 編碼協(xié)作系統(tǒng)的BER性能對(duì)比

圖8 對(duì)比了基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)與基于SWIPT的隨機(jī)LDPC編碼協(xié)作系統(tǒng)的BER性能，其中用到的Polar 碼見(jiàn)表1，LDPC 碼見(jiàn)表2。由于基于SWIPT 的隨機(jī)LDPC 編碼協(xié)作系統(tǒng)中繼節(jié)點(diǎn)處只發(fā)送校驗(yàn)比特至目的節(jié)點(diǎn)D，為了使兩系統(tǒng)D處接收相同比特?cái)?shù)信息，基于SWIPT 的隨機(jī)LDPC編碼協(xié)作系統(tǒng)中繼節(jié)點(diǎn)處碼長(zhǎng)采用256 比特，碼率為1/2。系統(tǒng)天線數(shù)為3，功率分配因子α=0.5，能量利用率η=1，dSD=2dRD=2。從圖8 可以看出，系統(tǒng)采用的Polar 碼性能優(yōu)于迭代次數(shù)為1 時(shí)的隨機(jī)LDPC 碼，在BER=10-2時(shí)，Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)相比隨機(jī)LDPC編碼協(xié)作系統(tǒng)有0.5 dB的增益。當(dāng)?shù)螖?shù)增大到5，基于SWIPT的隨機(jī)LDPC編碼協(xié)作系統(tǒng)BER 性能則優(yōu)于基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)，因?yàn)镻olar 碼的SC 譯碼實(shí)際上相當(dāng)于只迭代一次的譯碼算法。

表2 隨機(jī)LDPC編碼協(xié)作系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)采用的LDPC碼Tab.2 Random LDPC code encoding LDPC code adopted by each node of the cooperative system

6 結(jié)論

本文研究了基于SWIPT 的Polar 編碼協(xié)作系統(tǒng)，中繼節(jié)點(diǎn)R 從信源節(jié)點(diǎn)S發(fā)出的RF 信號(hào)中收集能量，不需要外部供給，故可以突破能量制約，提升系統(tǒng)能量利用率和生存時(shí)間?；赑lotkin 構(gòu)造方法對(duì)S 與R 的Polar 碼進(jìn)行了聯(lián)合設(shè)計(jì)，提高了S 與R 的編碼效率。并提出了相應(yīng)聯(lián)合SC 譯碼，降低了譯碼復(fù)雜度。通過(guò)理論分析與仿真結(jié)果表明，與非能量收集點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)相比，本文所提系統(tǒng)中斷概率大大降低。數(shù)值仿真表明，當(dāng)采用譯碼復(fù)雜度較低的SC 譯碼時(shí)，基于SWIPT 的Polar 碼編碼協(xié)作系統(tǒng)誤碼率性能優(yōu)于采用迭代1 次Min-Sum 譯碼的隨機(jī)LDPC 碼，差于采用迭代5 次Min-Sum 譯碼的隨機(jī)LDPC碼。仿真結(jié)果也表明，R處用于譯碼的功率越少、能量利用率越高，則系統(tǒng)的性能越好。