Ldpc編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)器輸出軟信息的優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)器輸出軟信息的線性優(yōu)化方法，屬于編碼調(diào)制【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明根據(jù)解調(diào)器輸出各層比特的LLR值應(yīng)和其對(duì)應(yīng)的比特信道轉(zhuǎn)移概率相匹配的原則，對(duì)現(xiàn)有較復(fù)雜的優(yōu)化方法進(jìn)行改進(jìn)，將解調(diào)器輸出的各層比特LLR值分別乘以對(duì)應(yīng)比特子信道采用高斯近似方法計(jì)算出的優(yōu)化因子，使之滿足匹配LLR值的一致性條件，再將其作為信道的先驗(yàn)信息傳遞給下級(jí)解碼器。該方法使得對(duì)初始信道信息非常敏感的BP解碼器可獲取更可靠的初始迭代信息，從而可提高LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解碼性能。該發(fā)明有效解決了現(xiàn)有解調(diào)器輸出LLR優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)所存在的計(jì)算復(fù)雜度較高的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)器輸出軟信息的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)器輸出軟信息的線性優(yōu)化方法，屬于編碼調(diào)制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]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。
[0003]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，是移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0004]當(dāng)發(fā)送端采用無(wú)限長(zhǎng)的交織器和Gray映射調(diào)制時(shí)，構(gòu)成同一信道符號(hào)的各比特可看作是彼此統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，且各自通過(guò)獨(dú)立的二進(jìn)制比特子信道傳輸。在BICM的接收端，軟解調(diào)器根據(jù)接收的信道符號(hào)恢復(fù)各層比特的軟信息。如果交織長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)且軟解調(diào)器采用最優(yōu)算法，恢復(fù)的各層比特軟信息就是對(duì)應(yīng)比特子信道的條件轉(zhuǎn)移概率的充分統(tǒng)計(jì)量。但在實(shí)際系統(tǒng)中，上述最優(yōu)條件通常不能滿足，因此軟解調(diào)器的輸出比特的LLR值不能反映出對(duì)應(yīng)比特子信道的真實(shí)條件轉(zhuǎn)移概率。文獻(xiàn)[A.Martinez, A.G.Fabregas, G.Caire, andF.M.J.Willems, “Bit interleaved coded modulation revisited:A mismatcheddecoding perspective, ” IEEE Trans.1nform.Theory, vol.55, pp.2756 - 2765, Jun.2009]把這種軟解調(diào)器稱之為是不匹配的BICM接收機(jī)，其對(duì)應(yīng)輸出的LLR和比特信道轉(zhuǎn)移概率是不匹配的。如果直接將該不匹配的LLR作為信道先驗(yàn)信息傳遞給下級(jí)信道解碼器，會(huì)造成解碼器的解碼性能劣化，尤其對(duì)于對(duì)初始迭代信息異常敏感的BP解碼器更是如此。因此有必要對(duì)軟解調(diào)器的不匹配輸出LLR值進(jìn)行優(yōu)化后再交給解碼器。
[0005]現(xiàn)有線性優(yōu)化方法主要有兩種:一種是統(tǒng)計(jì)各比特子信道LLR，利用直方圖計(jì)算出各層比特LLR值的條件概率密度函數(shù)(pdf )，根據(jù)匹配LLR值應(yīng)滿足的一致性條件(可參考文獻(xiàn)[J.Hagenauer, “The exit chart-1ntroduction to extrinsic informationtransfer in iterative processing, ” in European Signal Processing Conference,Vienna, Austria, Sep.2004, pp.1541 - 1548.])計(jì)算各層優(yōu)化因子；另一種是采用推廣互信息(GMI)原則進(jìn)行計(jì)算，即匹配的LLR擁有最大的GMI值，(可參考文獻(xiàn)[T.T.Nguyenand L.Lampe, “Bit-1nterleaved coded modulation with mismatched decodingmetrics, ” IEEE Trans.Commun., vol.59, pp.437-447，F(xiàn)eb.2011.])。該方法搜索各層優(yōu)化因子或分段線性函數(shù)，使其對(duì)應(yīng)比特子信道的互信息量達(dá)到最大值。該方法可獲得逼近BICM容量的最佳優(yōu)化性能，但和第一種方法一樣，仍需要計(jì)算各層比特LLR值的條件概率密度函數(shù)。因此兩種方法的計(jì)算復(fù)雜度都比較高。在實(shí)際系統(tǒng)中，有必要對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)器輸出軟信息的優(yōu)化方法，能夠以相對(duì)較低的計(jì)算復(fù)雜度代價(jià)，提高解調(diào)器輸出LLR值的可靠性，從而改善BICM系統(tǒng)解碼性能。
[0007]當(dāng)發(fā)送端采用足夠長(zhǎng)的交織器和Gray映射時(shí)，構(gòu)成同一信道符號(hào)的各比特可看作是彼此統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，且各自通過(guò)并行的二進(jìn)制比特子信道傳輸。為了計(jì)算的簡(jiǎn)化，我們采用文獻(xiàn)([J.Houj P.H.Siegel，L B.Milsteinj and H.D.Pfisterj “Capacity approachingbandwidth-efficient coded modulation schemes based on low-density parity-checkcodes, "IEEE Trans.1nf.Theory, vol.49，n0.9，pp.2141-2155，Sep.2003.])所提供的信道適配器，使各比特子信道輸出LLR值的條件概率密度函數(shù)滿足對(duì)稱性條件，即
【權(quán)利要求】
1.一種LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)器輸出軟信息的優(yōu)化方法，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，其特征在于，解調(diào)器對(duì)接收的信道符號(hào)按照最大對(duì)數(shù)后驗(yàn)概率算法計(jì)算出各層比特LLR值；優(yōu)化單元將解調(diào)器輸出的各層比特LLR值分別乘以各層子信道采用高斯近似方法計(jì)算出的優(yōu)化因子，使之滿足匹配LLR值的一致性條件；BP譯碼器將優(yōu)化后的LLR值作為其初始信道信息進(jìn)行對(duì)數(shù)域BP迭代譯碼；如所有校驗(yàn)式得到滿足，則停止迭代，輸出其硬判值作為最終譯碼結(jié)果； 所述優(yōu)化后的LLR值/^1按照以下公式生成:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)器輸出軟信息的優(yōu)化方法，其特征在于，所述采用高斯近似方法計(jì)算出的優(yōu)化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O和I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2m階調(diào)制后，形成長(zhǎng)度為N/m的發(fā)送符號(hào)并經(jīng) 信道傳輸至接收端；接收端對(duì)N/m個(gè)接收符號(hào)進(jìn)行解調(diào)形成N個(gè)編碼比特LLR值，優(yōu)化單元按層統(tǒng)計(jì)到目前為止的解調(diào)器輸出的LLR值，并根據(jù)下式分別計(jì)算各層LLR值的期望μ i和方_ σ值，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)器輸出軟信息的優(yōu)化方法，其特征在于，所述預(yù)先設(shè)定的閾值Λ α_，其取值范圍為0〈Λ α_ < 0.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種LDPC編碼調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)器輸出軟信息的優(yōu)化方法，其特征在于，所述預(yù)先設(shè)定 的閾值Λ a max的最優(yōu)取值為0.05。
【文檔編號(hào)】H04L1/00GK103746772SQ201310739947
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】黃平, 李岳衡, 居美艷 申請(qǐng)人:河海大學(xué)