LDPC调制系统的联合迭代接收机线性优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种LDPC调制系统的联合迭代接收机线性优化方法，属于编码调制技术领域。本发明专利技术提出了一种基于UMP-BP算法的简化迭代解调/解码方案并对其进行了优化。发明专利技术首先根据推广互信息最大化原则对解调器输出的初始信道LLR进行优化；并且在迭代过程中，根据匹配LLR信息应满足的连续性条件，对LDPC码的校验节点按照UMP-BP算法输出的LLR值进行优化。该优化方案使得对初始信道信息非常敏感的接收机可获取更可靠的初始迭代信息，并且可提高校验节点输出LLR信息的准确性，从而提高LDPC编码调制系统迭代接收机的性能。该发明专利技术为LDPC编码调制系统提供了一种运算复杂度较低且性能较优的迭代接收优化方案。

【技术实现步骤摘要】
LDPC调制系统的联合迭代接收机线性优化方法
本专利技术涉及一种LDPC调制系统的联合迭代接收机线性优化方法，属于编码调制

技术介绍
各种通信系统中，传输比特受信道随机噪声的影响而产生随机错误。理论和实践证明，通过引入冗余度来提供传输可靠性的纠错编码方法是一类行之有效的手段。而近年来引入的Turbo码和低密度校验(Low-DensityParity-Check,LDPC)码是至今发现的纠错能力最强的编码方案之一。相比于Turbo码而言，LDPC码的设计更为灵活，LDPC码解码算法的全并行结构使得设计高吞吐率的LDPC解码器更容易。因此，未来通信系统中有关信道编码的标准化大都选用LDPC码。由于LDPC码的灵活性和有效性，基于LDPC码的编码调制系统正成为一个重要的研究方向。比特交织编码调制(BICM)通过将纠错编码、比特级的交织器和高阶调制串行级联起来，能够有效增进编码调制的时间分集效果，提高通信系统的带宽和功率效率，是移动通信中的关键技术之一。为了进一步提高BICM系统在AWGN和衰落信道下的性能，文献[LiXiaodong,ChindapolA.,andRitceyJ.A..“Bit-interleavedcodedmodulationwithiterativedecodingand8PSKsignaling”.IEEETrans.onCommu.,Aug.2002,50(8):1250-1257.]提出了BICM系统的迭代解调/解码算法，即将解调器和译码器看作是两个独立的单元，在两个单元之间交换软信息进行迭代解调/解码。针对LDPC编码的BICM系统，Brink进而提出了一种新的联合迭代解调/解码算法[BrinkS.ten,KramerG.,andAshikhminA..“Designoflow-densityparity-checkcodesformodulationanddetection.”IEEETrans.onCommunications,2004,52(4):670-678]，将解调器和LDPC码的变量节点译码器看作一个单元，而把LDPC码的校验节点译码器看作另一个单元，两者之间交换软信息进行迭代解调解码。类似的LDPC-BICM系统的联合迭代接收算法可参见文献[NanaY,SharonE,andLitsynS.“ImproveddecodingofLDPCcodedmodulations.”IEEETrans.onCommunicationsLetters,2006,10(5):375-377]。仿真表明，对于LDPC码编码调制系统，这种联合解调/解码一体化的算法不仅计算复杂度低于传统的解调/解码算法，且性能也优于传统算法。在LDPC编码的BICM系统的迭代解调/解码接收机中，BP迭代对于初始信道信息非常敏感，而实际系统中为了减小计算复杂度多采用次优的解调算法，比如Max-LogMAP解调算法，导致其输出的比特LLR值不能反映出对应比特子信道的真实条件转移概率。文献[A.Martinez,A.G.Fabregas,G.Caire,andF.M.J.Willems,“Bitinterleavedcodedmodulationrevisited:Amismatcheddecodingperspective,”IEEETrans.Inform.Theory,vol.55,pp.2756–2765,Jun.2009]把这种软解调器称之为是不匹配的BICM接收机，即其对应输出的LLR和比特信道转移概率是不匹配的。如果直接将该不匹配的LLR作为信道先验信息传递给下级信道解码器，会造成解码器的解码性能劣化，尤其对于对初始迭代信息异常敏感的BP解码器更是如此。因此有必要对软解调器的不匹配输出LLR值进行优化后再进行联合迭代解调/解码。校验节点的计算是决定BP解码计算复杂度的主要因素。为了降低运算复杂度，文献[M.Fossorier,M.Mihaljevic′,andH.Imai,“Reducedcomplexityiterativedecodingoflowdensityparitycheckcodesbasedonbeliefpropagation,”IEEETrans.Commun.,vol.47,pp.673–680,May1999.]针对LDPC码的解码提出了简化的UMP-BP算法，但性能比起BP算法，有一定的劣化。尤其对于列重较大的LDPC码，性能会差1dB以上。文献[JinghuChen,M.Fossorier，“NearOptimumUniversalBeliefPropagationBasedDecodingofLow-DensityParityCheckCodes”，IEEETrans.Commun.,vol.50,pp.406–414,March2002.]指出，UMP-BP的性能退化，是因为简化后的校验节点计算导致其输出的LLR值的准确性相比于BP算法有所下降，其LLR的幅值因为简化运算被放大了。因此，为了提高UMP-BP的性能，并由此提出了一种优化UMP-BP算法，将校验节点输出的LLR值除以一个大于1的归一化因子，但该因子的计算需要对校验节点分别按照BP算法和UMP-BP算法的输出LLR值进行统计得到各自的均值，二者进行相除得到归一化因子。该方法复杂性较高，且性能有待进一步提高。在LDPC编码的BICM系统中，本专利技术提出在接收端采取的联合迭代解调/解码方案中，校验节点的计算采用UMP-BP算法以减小接收机的运算复杂度，并且为了提高其性能，对校验节点的输出LLR值进行优化。现有BICM接收机的LLR值线性优化方法主要有两种：一种是统计各比特子信道LLR，利用直方图计算出各层比特LLR值的条件概率密度函数(pdf)，根据匹配LLR值应满足的连续性条件(可参考文献[J.Hagenauer,“Theexitchart-introductiontoextrinsicinformationtransferiniterativeprocessing,”inEuropeanSignalProcessingConference,Vienna,Austria,Sep.2004,pp.1541–1548.])计算各层优化因子；另一种是采用推广互信息(GMI)最大化原则进行计算，即匹配的LLR拥有最大的GMI值，(可参考文献[T.T.NguyenandL.Lampe,“Bit-interleavedcodedmodulationwithmismatcheddecodingmetrics,”IEEETrans.Commun.,vol.59,pp.437-447,Feb.2011.])。该方法搜索各层优化因子或分段线性函数，使其对应比特子信道的互信息量达到最大值。该方法可获得逼近BICM容量的最佳优化性能，但和第一种方法一样，仍需要计算各层比特LLR值的条件概率密度函数，因此两种方法的计算复杂度都比较高。在实际系统中，有必要对其进行简化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种LDPC编码调制系统的联合迭代解调/解码接收机的线性优化方法，该方法能够以相对较低的计算复杂度代价本文档来自技高网...

【技术保护点】
LDPC调制系统的联合迭代接收机线性优化方法，所述LDPC调制系统的接收端包括解调器和BP译码器，BP译码器包括变量节点和校验节点，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1，首先，解调器对接收信道符号按照Max‑LogMAP算法计算出各层子信道比特LLR值；其次，采用推广互信息最大化原则计算各层子信道的优化因子，将其分别与对应各层子信道比特LLR值相乘，得到优化后的各层子信道比特LLR值；最后，将优化后的各层子信道比特LLR值作为初始信道信息为变量节点赋迭代初值；步骤2，首先，变量节点将迭代初值传递至校验节点；其次，校验节点根据变量节点传递的迭代初值按照UMP‑BP算法计算输出LLR值；再次，将校验节点输出LLR值乘以按LLR值的连续性条件计算出的优化因子，得到优化后的校验节点输出信息；最后，将优化后的校验节点输出信息作为各层子信道的比特先验信息传递给解调器进行逐符号解调；步骤3，变量节点根据步骤1中的初始信道信息、步骤2中解调器逐符号解调后的输出信息以及优化后的校验节点输出信息，计算并输出后验LLR值以及判决用LLR值；若判决用LLR值的硬判结果满足所有校验式，则将其作为译码结果，否则，若未达到最大迭代次数则返回步骤3，若达到最大迭代次数，则译码失败。...

【技术特征摘要】
1.LDPC调制系统的联合迭代接收机线性优化方法，所述LDPC调制系统的接收端包括解调器和BP译码器，BP译码器包括变量节点和校验节点，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1，首先，解调器对接收信道符号按照Max-LogMAP算法计算出各层子信道比特LLR值；其次，采用推广互信息最大化原则计算各层子信道的优化因子，将其分别与对应各层子信道比特LLR值相乘，得到优化后的各层子信道比特LLR值；最后，将优化后的各层子信道比特LLR值作为初始信道信息为变量节点赋迭代初值；步骤2，首先，变量节点将迭代初值传递至校验节点；其次，校验节点根据变量节点传递的迭代初值按照UMP-BP算法计算输出LLR值；再次，将校验节点输出LLR值乘以按LLR值的连续性条件计算出的优化因子，得到优化后的校验节点输出信息；最后，将优化后的校验节点输出信息作为各层子信道的比特先验信息传递给解调器进行逐符号解调；步骤3，变量节点根据步骤1中的初始信道信息、步骤2中解调器逐符号解调后的输出信息以及优化后的校验节点输出信息，计算并输出后验LLR值以及判决用LLR值；若判决用LLR值的硬判结果满足所有校验式，则将其作为译码结果，否则，若未达到最大迭代次数则返回步骤3，若达到最大迭代次数，则译码失败。2.根据权利要求1所述的LDPC调制系统的联合迭代接收机线性优化方法，其特征在于，步骤1中采用推广互信息最大化原则计算各层子信道的优化因子，具体为：将使各层子信道比特与接收的信道符号之间的推广互信息量达到最大值的搜索因子作为各层子信道的优化因子。3.根据权利要求2所述的LDPC调制系统的联合迭代接收机线性优化方法，其特征在于，各层子信道比特与接收的信道符号之间的推广...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄平，谭国平，李岳衡，居美艳，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32