m基于PSO粒子群优化的LDPC码NMS译码算法最优归一化参数计算和误码率matlab仿真

1.算法仿真效果

matlab2022a仿真结果如下：

 

 

 

 

 

2.算法涉及理论知识概要

       低密度奇偶校验码(Low-Density Parity-Check Code, LDPC码)因其优越的纠错性能和近似香农极限的潜力，在现代通信系统中扮演着重要角色。归一化最小和(Normalized Min-Sum, NMS)译码算法作为LDPC码的一种高效软译码方法，通过调整归一化因子来改善其性能。而基于遗传优化的NMS译码算法最优归一化参数计算，旨在通过进化计算策略自动寻找最佳的归一化参数，进一步提升译码性能。

 

       LDPC码是由稀疏校验矩阵定义的一类线性分组码。其校验矩阵H具有较低的行和列权重，这使得使用迭代算法进行译码成为可能。NMS算法是基于最小和(Min-Sum, MS)算法的改进版本，旨在减小最小和算法的过估计问题。

 

在NMS算法中，每个消息更新规则可以表示为：

 

 

 

       PSO算法由粒子群、个体最优解（pBest）和全局最优解（gBest）三部分组成。每个粒子代表一个可能的解（在这里是归一化参数），通过迭代更新自己的位置（即解码参数）来逼近全局最优解。粒子的位置xi​和速度vi​在每一代（迭代）中按如下公式更新：

 

 

 

应用PSO计算NMS译码最优归一化参数

 

初始化：随机生成一组粒子，每个粒子代表一个不同的归一化参数β的初始值。

 

评估：对每个粒子（归一化参数）下的NMS译码性能进行仿真，通常通过误码率（BER）作为性能指标。

 

更新：根据粒子的个人最优解和全局最优解更新粒子的位置和速度，通过上述PSO更新公式进行。

 

迭代：重复步骤2和3，直到达到预设的迭代次数或性能收敛。

 

3.MATLAB核心程序

for i=1:Iter
    i
    for j=1:Npeop
        if func_obj(x1(j,:))<pbest1(j)
           p1(j,:)   = x1(j,:);%变量
           pbest1(j) = func_obj(x1(j,:));
        end
        if pbest1(j)<gbest1
           g1     = p1(j,:);%变量
           gbest1 = pbest1(j);
        end
        
        v1(j,:) = Wmax*v1(j,:)+c1*rand*(p1(j,:)-x1(j,:))+c2*rand*(g1-x1(j,:));
        x1(j,:) = x1(j,:)+v1(j,:); 
         
        for k=1:dims
            if x1(j,k) >= Xmax
               x1(j,k) = Xmax;
            end
            if x1(j,k) <= Xmin
               x1(j,k) = Xmin;
            end
        end
 
        for k=1:dims
            if v1(j,k) >= Vmax
               v1(j,k) =  Vmax;
            end
            if v1(j,k) <= Vmin
               v1(j,k) =  Vmin;
            end
        end
 
    end
    Error2(i)=gbest1 
end
figure
plot(Error2,'linewidth',2);
grid on
xlabel('迭代次数');
ylabel('遗传算法优化过程');
legend('Average fitness');
 
.......................................................
fitness=mean(Ber);
 
figure
semilogy(SNR, Ber,'-b^',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.2,0.9,0.5]);
 
xlabel('Eb/N0(dB)'); 
ylabel('Ber');
title(['归一化最小和NMS,GA优化后的alpha = ',num2str(aa)])
grid on;
save NMS4.mat SNR Ber Error2 aa
0X_057m