專利名稱：一種ldpc編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)譯碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)譯碼方法，屬于編碼調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
各種通信系統(tǒng)中，傳輸比特受信道隨機(jī)噪聲的影響而產(chǎn)生隨機(jī)錯(cuò)誤。理論和實(shí)踐 證明，通過(guò)引入冗余度來(lái)提供傳輸可靠性的糾錯(cuò)編碼方法是一類行之有效的手段。而近年 來(lái)引入的Turbo碼和低密度校驗(yàn)(Low-Density Parity-Check,簡(jiǎn)稱LDPC)碼是至今發(fā)現(xiàn) 的糾錯(cuò)能力最強(qiáng)的編碼方案之一。相比于Turbo碼而言，LDPC碼的設(shè)計(jì)更為靈活，LDPC碼 解碼算法的全并行結(jié)構(gòu)使得設(shè)計(jì)高吞吐率的LDPC解碼器更容易。因此，未來(lái)通信系統(tǒng)中有 關(guān)信道編碼的標(biāo)準(zhǔn)化大都選用LDPC碼。由于LDPC碼的靈活性和有效性，基于LDPC碼的編碼調(diào)制系統(tǒng)正成為一個(gè)重要的 研究方向。比特交織編碼調(diào)制(BICM)通過(guò)將糾錯(cuò)編碼、比特級(jí)的交織器和高階調(diào)制串行 級(jí)聯(lián)起來(lái)，能夠有效增進(jìn)編碼調(diào)制的時(shí)間分集效果，提高通信系統(tǒng)的帶寬和功率效率，是未 來(lái)通信中的關(guān)鍵技術(shù)之一。在高斯白噪聲(AWGN)信道下，由于隨機(jī)交織器會(huì)造成歐氏距 減小，從而使得BICM系統(tǒng)誤碼性能下降，為了克服這個(gè)問(wèn)題，Li提出利用調(diào)制信息和譯碼 信息聯(lián)合進(jìn)行迭代的BICM迭代(BICM-ID)譯碼方案(具體可參見(jiàn)文獻(xiàn)[Xiaodong Li, Chindapolj and Ritcej “Bit-interleaved coded modulation with iterative decoding and 8 PSK signaling, ”· IEEE Trans, on Communications, 50( 8):1250 - 1257，Aug. 2002.])該方法在解調(diào)譯碼時(shí)，解調(diào)器根據(jù)接收的信道符號(hào)和譯碼器反饋的先驗(yàn)信息計(jì)算 輸出給譯碼器的外信息；譯碼器將該外信息作為其初始信道信息進(jìn)行譯碼，如果沒(méi)有正確 的譯碼結(jié)果，則譯碼器直接將譯碼得到的外信息作為先驗(yàn)信息反饋給解調(diào)器繼續(xù)下一步解 調(diào)譯碼的外迭代。該方法在卷積碼編碼的BICM系統(tǒng)中獲得了較大的迭代增益。值得注意 的是，在上述解調(diào)譯碼方法中，直接將譯碼器輸出的外信息作為先驗(yàn)信息反饋給解調(diào)器的 做法是可行的，這是因?yàn)閷?duì)于交織器長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)的卷積碼編碼BICM-ID系統(tǒng)，其譯碼器輸 出的各比特的外信息之間可看作是彼此統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，因此可以直接將其作為先驗(yàn)信息傳遞 給解調(diào)器。類似的，該方法也可用于較長(zhǎng)碼長(zhǎng)的LDPC解調(diào)譯碼。但對(duì)于實(shí)際中采用的中短 碼長(zhǎng)LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)，情況則有所不同。我們知道，在串行級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的迭代譯碼中，各分 量碼之間傳遞的外信息的計(jì)算對(duì)于迭代譯碼性能至關(guān)重要。對(duì)于中短碼長(zhǎng)LPDC碼，由于其 二分圖中短圈的存在導(dǎo)致BP譯碼器輸出的各變量節(jié)點(diǎn)的外信息之間具有一定的相關(guān)性， 若直接將其作為先驗(yàn)信息傳遞給解調(diào)器，會(huì)導(dǎo)致同一信道符號(hào)的映射比特之間的先驗(yàn)信息 不再統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，造成在軟解調(diào)時(shí)出現(xiàn)各比特信息之間的錯(cuò)誤傳播，從而使得迭代系統(tǒng)的誤 碼性能下降。因此對(duì)于中短碼長(zhǎng)LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)，有必要對(duì)傳統(tǒng)的迭代解調(diào)譯碼方法進(jìn) 行改進(jìn)。即需要對(duì)置信傳播(BP)譯碼器輸出的外信息做類似去相關(guān)的處理后，再將其結(jié)果 作為映射比特的先驗(yàn)信息反饋給解調(diào)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有解調(diào)譯碼方法應(yīng)用于中短碼長(zhǎng)LDPC碼編 碼調(diào)制系統(tǒng)時(shí)所產(chǎn)生的軟解調(diào)器的錯(cuò)誤傳播問(wèn)題，提供一種LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)譯 碼方法，該方法能夠提高譯碼器輸出外信息的可靠性，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)迭代譯碼性能。在Turbo碼的軟維特比(Viterbi)迭代譯碼中，Colavolpe通過(guò)給分量碼輸出的 外LLR信息乘上一個(gè)小于1的乘性因子從而大大提高了級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的譯碼性能。而乘性因 子是在分量碼輸出的外信息服從高斯分布的基礎(chǔ)上推出來(lái)的(參見(jiàn)文獻(xiàn)[Colavolpe. G., Ferrari. G., Raheli. R. "Extrinsic information in iterative decoding: a unified view", IEEE Trans, on Communications, Dec. 2001，49(12) : 2088 - 2094]),我們 稱之為基于高斯近似的外信息處理方法。由于文獻(xiàn)和我們的仿真實(shí)驗(yàn)都已證明BP譯碼器 輸出的外LLR信息也近似服從高斯分布(參見(jiàn)文獻(xiàn)[Sae-Young Chung, Richardson Τ. J.， Urbanke R. L. “Analysis of sum-product decoding of low-density parity-check codes using a Gaussi an approximation，，， IEEE Trans, on information Theory, Feb 2001，47(2) : 657 - 670])，因此可以采用和Colavolpe文獻(xiàn)類似的基于高斯近似方法來(lái) 對(duì)BP譯碼器輸出的外信息進(jìn)行去相關(guān)的處理后，再將其作為先驗(yàn)信息反饋給軟解調(diào)器開(kāi) 始新一輪的迭代解調(diào)譯碼。由此可得到本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
一種LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)譯碼方法，所述LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的接收端包括解調(diào) 器和BP譯碼器；進(jìn)行解調(diào)譯碼時(shí)，解調(diào)器根據(jù)接收的信道符號(hào)和前次BP譯碼器反饋的先驗(yàn) 信息計(jì)算外信息并將其輸出給BP譯碼器；BP譯碼器將該外信息作為其初始信道信息進(jìn)行 LLR域BP迭代譯碼，如果達(dá)到預(yù)先設(shè)定的最大BP迭代次數(shù)且校驗(yàn)式仍不能完全滿足，則BP 譯碼器生成先驗(yàn)信息并將其反饋給解調(diào)器繼續(xù)下一步解調(diào)譯碼的外迭代；如所有校驗(yàn)式得 到滿足，則停止外迭代，輸出其硬判值作為最終譯碼結(jié)果；
所述先驗(yàn)信息4按照以下公
式生成
L1 = w χ α ,
U
式中W為本次BP譯碼器內(nèi)迭代得到的外信息，α = 2μψ I σ；為高斯估計(jì)因子，μ、和
σ；分別為外信息的期望和方差，對(duì)于確定的LDPC碼，在工作信噪比范圍內(nèi)，其高斯估 計(jì)因子唯一確定。本發(fā)明在現(xiàn)有解調(diào)譯碼方法的基礎(chǔ)上，將BP譯碼器輸出的外信息先乘以一個(gè)采 用高斯近似的方法計(jì)算出的高斯估計(jì)因子，即對(duì)外信息先進(jìn)行減小比特信息相關(guān)性的處理 后，再將其作為先驗(yàn)信息傳遞給解調(diào)器。從而有效解決了現(xiàn)有技術(shù)所存在的軟解調(diào)器的錯(cuò) 誤傳播問(wèn)題，提高了 LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的迭代譯碼性能。


圖1是采用傳統(tǒng)BICM迭代解調(diào)譯碼方法的編碼調(diào)制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是采用本發(fā)明解調(diào)譯碼方法的編碼調(diào)制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3是本發(fā)明解調(diào)譯碼方法的流程圖；其中，C表示編碼比特；％表示調(diào)制符號(hào)； 表示AWGN信道噪聲信號(hào)；Λ表示信道的 輸出符號(hào)；zi表示第^個(gè)比特為e {0,1})的星座圖符號(hào)集的子集 ’P (ΛK)表示信道轉(zhuǎn)移 概率密度函數(shù)；LJfi)是除第,個(gè)比特外組成調(diào)制符號(hào)Sk的其他映射比特的先驗(yàn)信息，定義 Lll(Ci)=IogiP^i = WP(4 = 0)),可由前次解調(diào)譯碼外迭代時(shí)譯碼器輸出的外信息w計(jì)算 得到，初次迭代時(shí),設(shè)定4(4) = 0。 在該方法中，每次外迭代時(shí)，譯碼器譯碼得到的外信息直接作為先驗(yàn)信息傳遞給 解調(diào)器。對(duì)于較長(zhǎng)碼長(zhǎng)的LDPC碼，該方法可以使用，但對(duì)于實(shí)際中采用的中短碼長(zhǎng)LDPC碼， 采用該方法則會(huì)產(chǎn)生軟解調(diào)器的錯(cuò)誤傳播問(wèn)題。
圖4是(504，252)碼率為1/2的LDPC碼譯碼器輸出的LLR信息累積概率分布曲線，其 中(a)是為“1”的發(fā)送比特所對(duì)應(yīng)的譯碼器輸出外信息的累積概率分布曲線，(b)是為“0” 的發(fā)送比特所對(duì)應(yīng)的譯碼器輸出外信息的累積概率分布曲線；
圖5是不同信噪比下，高斯估計(jì)因子隨著統(tǒng)計(jì)幀數(shù)的增加的變化情況示意圖； 圖6是高斯估計(jì)因子計(jì)算方法的流程圖7是SP映射8PSK調(diào)制的(504，252) LDPC碼編碼的BICM迭代(LDPC-BICM-ID) 系統(tǒng)中，三種解調(diào)譯碼方法的誤比特率曲線；
圖8是SP映射8PSK調(diào)制的(1056，528) LDPC-BICM-ID系統(tǒng)中，三種解調(diào)譯碼方 法的誤比特率曲線；
圖9是SP映射16QAM調(diào)制的(504，252) LDPC-BICM-ID系統(tǒng)中，三種解調(diào)譯碼方法的 誤比特率曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
傳統(tǒng)的BICM編碼調(diào)制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖1所示，在進(jìn)行解調(diào)譯碼時(shí)，解調(diào)器根據(jù)接收的 信道符號(hào)和前次BP譯碼器反饋的先驗(yàn)信息計(jì)算外信息并將其輸出給BP譯碼器(在初次迭 代解調(diào)/譯碼時(shí)，由于無(wú)譯碼器反饋的外信息，假設(shè)組成調(diào)制符號(hào)的各比特為1和0的先驗(yàn) 概率相等，即LLR值為0);ΒΡ譯碼器將該外信息作為其初始信道信息進(jìn)行LLR域BP迭代譯 碼，如果達(dá)到預(yù)先設(shè)定的最大BP迭代次數(shù)且校驗(yàn)式仍不能完全滿足，則BP譯碼器生成先驗(yàn) 信息并將其反饋給解調(diào)器繼續(xù)下一步解調(diào)譯碼的外迭代；如所有校驗(yàn)式得到滿足，則停止 外迭代，輸出其硬判值作為最終譯碼結(jié)果。其中，第<次外迭代解調(diào)器輸出給譯碼器的調(diào)制
符號(hào)s的第}個(gè)比特的外信息運(yùn)I (4 )由以下公式得到
權(quán)利要求
1. 一種LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)譯碼方法，所述LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的接收端包括解 調(diào)器和BP譯碼器；進(jìn)行解調(diào)譯碼時(shí)，解調(diào)器根據(jù)接收的信道符號(hào)和前次BP譯碼器反饋的 先驗(yàn)信息計(jì)算外信息并將其輸出給BP譯碼器；BP譯碼器將該外信息作為其初始信道信息 進(jìn)行LLR域BP迭代譯碼，如果達(dá)到預(yù)先設(shè)定的最大BP迭代次數(shù)且校驗(yàn)式仍不能完全滿足， 則BP譯碼器生成先驗(yàn)信息并將其反饋給解調(diào)器繼續(xù)下一步解調(diào)譯碼的外迭代；如所有校 驗(yàn)式得到滿足，則停止外迭代，輸出其硬判值作為最終譯碼結(jié)果；其特征在于，所述先驗(yàn)信息
2.如權(quán)利要求1所述LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)譯碼方法，其特征在于，所述高斯估計(jì) 因子《采用以下方法離線計(jì)算得到在編碼調(diào)制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)中，發(fā)送端發(fā)送試驗(yàn)序列，該試驗(yàn)序列的信息比特 為0和1的概率相同，長(zhǎng)度為K，對(duì)其進(jìn)行特定的(N，K) LDPC碼編碼和f階調(diào)制后，形成 長(zhǎng)度為F/i的發(fā)送符號(hào)并經(jīng)信道傳輸至接收端；接收端對(duì)JV/I個(gè)接收符號(hào)進(jìn)行解調(diào)形 成A「?jìng)€(gè)編碼比特的外信息并傳遞給BP譯碼器，在BP迭代譯碼后，統(tǒng)計(jì)到目前為止的譯碼器輸出的外信息值W，并根據(jù)下式分別計(jì)算其期望和方差的值， 1 N1-IN-I
3.如權(quán)利要求2所述LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)譯碼方法，其特征在于，所述閾值 Δ 的取值范圍為O < Δα— <0.1
4.如權(quán)利要求3所述LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)譯碼方法，其特征在于，所述閾值 A^W的值為0. 05。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)譯碼方法，屬于編碼調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明根據(jù)譯碼器輸出的LLR信息符合高斯分布的規(guī)律，對(duì)現(xiàn)有解調(diào)譯碼方法進(jìn)行改進(jìn)，將BP譯碼器輸出的外信息先乘以一個(gè)采用高斯近似的方法計(jì)算出的高斯估計(jì)因子，即對(duì)外信息先進(jìn)行減小比特信息相關(guān)性的處理后，再將其作為先驗(yàn)信息傳遞給解調(diào)器。從而有效解決了現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用于中短碼長(zhǎng)LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)所存在的軟解調(diào)器的錯(cuò)誤傳播問(wèn)題，提高了LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的迭代譯碼性能。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102064917SQ20111000419
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者褚福濤, 黃平 申請(qǐng)人:河海大學(xué)