一种用于CPM通信系统的联合迭代译码方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于CPM通信系统的联合迭代译码方法，该方法的具体步骤为：发送端从信源获取用户原始二进制序列，用户原始二进制序列经过LDPC编码生成具有校验码的二进制序列，将具有校验码的二进制序列经比特‑符号转换后得到符号序列，而后经过CPM进行连续相位调制，即为基带信号；接收端通过对基带信号进行信号采样，得到采样符号，通过联合迭代译码算法对采样符号进行内外联合译码，还原出用户原始二进制序列。本发明专利技术将现代编译码与CPM相结合，在解调器与译码器之间进行信息交换，降低CPM通信系统的误码率，提高译码的可靠性和有效性。

A joint iterative decoding method for CPM communication system

【技术实现步骤摘要】
一种用于CPM通信系统的联合迭代译码方法
本专利技术属于CPM通信
，尤其涉及一种一种用于CPM通信系统的联合迭代译码方法。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，日益增长的通信业务需求与频谱资源之间的矛盾逐渐显现。为了解决这一问题，一种解决途径是采用高频段进行通信，然而这样会对发射机与接收机的射频模块提出较高的要求，使得具有一定实现难度；另一种解决方案是在通信系统中采用高效的连续相位调制(Continuous-PhaseModulation，CPM)方式。一方面，CPM具有较高的频谱效率；较低的带外功率；信号恒包络特性等等，能够有效地克服频谱资源日益紧缺这一问题。另一方面随着现代编译码技术在通信领域中大面积的应用，将CPM调制技术与现代编译码技术相结合，不但能够提高系统的可靠性而且还能够提升频谱利用率。CPM解调可分为硬解调和软解调，硬解调算法采用的信息度量是经量化处理后的判决序列(例如由0、1组成的符号序列)。这类算法的复杂度相当低，如维特比(Viterbi)算法。然而其整体性能远远不及软解调算法。软解调算法是基于概率或对数似然比(loglikelihoodratio，LLR)具有最优的解调性能。这是因为解调器处理的信息是直接由信道接收值导出，且没有经过任何处理的实数软信息，这种实数软信息无失真地刻画了信道的真实状况。同时软解调算法能够与现代纠错码相结合，如低密度奇偶校验码(Low-DensityParityCheck，LDPC)码。低密度奇偶校验码(Low-densityparity-checkcode，LDPC)码最早由Gallager于1963年在他的博士论文中提出，然而由于当时的硬件条件限制，使得LDPC码在提出的30多年里未得到学者的重视。1993年，Turbo码的发现引发了众多学者对LDPC码的研究兴趣。将CPM调制技术与现代编译码技术相结合，不但能够提高系统的可靠性而且还能够提升频谱利用率，非常适用于带宽受限、可靠性要求较高的通信系统。然而由于CPM软解调算法(BCJR算法)与LDPC的SPA译码算法涉及了大量的指数、乘法和归一化运算，导致这类算法的复杂度非常高，不利于硬件实现。为了降低复杂度，经过对BCJR算法以及SPA算法中信息度量进行改进，又出现了基于对数的最大后验概率(LogMaximumaPosteriori，Log-MAP)算法、Max-Log-MAP算法和最小和算法。这些改进的算法虽然降低了计算复杂度，但是解调和译码两模块对信息度量有着各自的定义，导致两者在联合迭代译码时采用改进算法的性能高相比于概率域下的算法有一定损失。现有的技术方案中，CPM解调通常采用维特比(viterbi)算法，这种算法具有计算复杂度低，易于硬件实现等优点，在基于trellis的网格码领域(如卷积码译码、CPM解调等)得到了广泛应用。但是其输出信息为硬判决信息，不能与现代纠错码相结合，导致整体系统性能较差。Viterbi算法与BCJR算法的区别在于viterbi算法仅存在单一方向的运算且输出的是硬信息，而BCJR算法具有前向和后向两个方向的运算，同时输出软信息。综合来讲，现有CPM解调技术方案中的主要问题为：1)计算复杂度高，涉及大量乘法，不利于工程实现；2)CPM解调时需要知道信道噪声方差的数值，因此解调前端需要有信道估计模块来估计噪声方差，估计的精度将直接影响解调的性能；3)多数的解调算法是基于序列最优的一种算法，不能与现代编码相结合。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提出一种用于CPM通信系统的联合迭代译码方法，将现代编译码与CPM相结合，在解调器与译码器之间进行信息交换，降低CPM通信系统的误码率，提高译码的可靠性和有效性。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以解决。一种用于CPM通信系统的联合迭代译码方法，包括以下步骤：步骤1，发送端从信源获取用户原始二进制序列，用户原始二进制序列经过LDPC编码生成具有校验码的二进制序列，将具有校验码的二进制序列经比特-符号转换后得到符号序列，符号序列经过CPM进行连续相位调制，得到基带信号；步骤2，接收端通过对基带信号进行信号采样，得到采样符号，通过联合迭代译码算法对采样符号进行内外联合译码，还原出用户原始二进制序列。进一步地，所述基带信号s(t)的表达式为：其中，为虚数单位，T为CPM符号时间时长，xn为符号序列中的第n个符号，t为时间，q(t)为相位脉冲响应，g(t)表示频率脉冲响应，其表达式为其中，L表示CPM信号的记忆长度，其为正整数，当L＝1时，CPM为全响应CPM；当L≥1时，CPM为部分响应CPM；表示携带信息的时变相位，h为调制指数，X＝{X0，X1，…，Xn，…XN-1}表示长度为N的信息序列，Xn为独立同分布的随机变量，0≤n＜N，Xn的取值集合为{x|x＝2(i-M)+1，(i＝0，1，…，M-1)}，其中，M表示CPM的进制数。令为与符号x相对应的整数i的二进制序列。这样符号x与B(x)之间建立了一一对应的关系，信源产生的二进制序列可以转换为对应的信息序列。进一步地，所述通过联合迭代译码算法对采样符号进行内外联合译码，其具体步骤为：2.1)初始化：计算初始时刻修正后的第n节Trellis各条边的可靠度其中0≤n＜N；设置其中0≤j＜log2M-1，联合迭代译码的迭代次数l＝0；2.2)迭代：设置内译码器与外译码器之间的最大迭代次数为J，当l＜J时，执行以下步骤：2.2a)计算内译码器的外信息：2.2b)比特-符号信息转换：计算符号可靠度2.2c)更新Trellis边的可靠度：其中ξ为边可靠度的修正系数；2.2d)内译码器译码：对更新后的Trellis边的可靠度，分别进行前向递归和后向递归，再提取符号可靠度2.2e)符号-比特信息转换：计算比特可靠度2.2.f)计算外译码器的外信息：2.2g)外译码器译码：基于外译码的外信息进行LDPC译码，输出比特可靠度其中，为第l次迭代时，内译码器输出的第n个符号为x的可靠度；为第l次迭代时，符号-比特信息转换单元输出的第n个符号中第j比特的可靠度；为第l次迭代时，输入外译码器的第n个符号中第j比特的可靠度；为第l次迭代时，外译码器输出的第n个符号中第j比特的可靠度；为第l次迭代时，输入比特-符号信息转换单元的第n个符号中第j比特的可靠度；为第l次迭代时，输入内译码器的第n个符号为x的可靠度；2.3)硬判决：若则令l＝J，输出估计码字即为用户原始二进制序列；否则，迭代次数l加1，重复步骤2.2和2.3。其中，H为LDPC码的校验矩阵，为联合迭代译码结果，即估计码字。进一步地，所述计算第n节Trellis各条边的可靠度其具体步骤为：2.1a)建立对应关系：CPM信号是在Trellis上定义的，每节Trellis有条边，每条边记为其中，上标x表示CPM信号的输入符号，下标p，q表示从相位状态p变化至q；每条边对应一段CPM信号的调制波形从而建立所述Trellis上的边与所述CPM信号的调制波形的一一对应关系；2.1b)建立第n节Trellis各条边的后验概率γn(p，q)：基于概率域下的CPM解调算法：设每段CPM波形采样K点，第n个符号对应的调制信号波形为sn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于CPM通信系统的联合迭代译码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，发送端从信源获取用户原始二进制序列，用户原始二进制序列经过LDPC编码生成具有校验码的二进制序列，将具有校验码的二进制序列经比特‑符号转换后得到符号序列，符号序列经过CPM进行连续相位调制，得到基带信号；步骤2，接收端通过对基带信号进行信号采样，得到采样符号，通过联合迭代译码算法对采样符号进行内外联合译码，还原出用户原始二进制序列。

【技术特征摘要】
1.一种用于CPM通信系统的联合迭代译码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，发送端从信源获取用户原始二进制序列，用户原始二进制序列经过LDPC编码生成具有校验码的二进制序列，将具有校验码的二进制序列经比特-符号转换后得到符号序列，符号序列经过CPM进行连续相位调制，得到基带信号；步骤2，接收端通过对基带信号进行信号采样，得到采样符号，通过联合迭代译码算法对采样符号进行内外联合译码，还原出用户原始二进制序列。2.根据权利要求1所述的用于CPM通信系统的联合迭代译码方法，其特征在于，步骤1中，所述通过联合迭代译码算法对采样符号进行内外联合译码，其具体步骤为：2.1)初始化：计算初始时刻修正后的第n节Trellis各条边的可靠度其中0≤n＜N；设置其中0≤j＜log2M-1，联合迭代译码的迭代次数l＝0；2.2)迭代：设置内译码器与外译码器之间的最大迭代次数为J，当l＜J时，执行以下步骤：2.2a)计算内译码器的外信息：2.2b)比特-符号信息转换：计算符号可靠度2.2c)更新Trellis边的可靠度：其中ξ为边可靠度的修正系数；2.2d)内译码器译码：对更新后的Trellis边的可靠度，分别进行前向递归和后向递归，再提取符号可靠度2.2e)符号-比特信息转换：计算比特可靠度2.2.f)计算外译码器的外信息：2.2g)外译码器译码：基于外译码的外信息进行LDPC译码，输出比特可靠度其中，为第l次迭代时，内译码器输出的第n个符号为x的可靠度；为第l次迭代时，符号-比特信息转换单元输出的第n个符号中第j比特的可靠度；为第l次迭代时，输入外译码器的第n个符号中第j比特的可靠度；为第l次迭代时，外译码器输出的第n个符号中第j比特的可靠度；为第l次迭代时，输入比特-符号信息转换单元的第n个符号中第j比特的可靠度；为第l次迭代时，输入内译码器的第n个符号为x的可靠度；2.3)硬判决：若则令l＝J，输出估计码字即为用户原始二进制序列；否则，迭代次数l加1，重复步骤2.2和2.3；其中，H为LDPC码的校验矩阵，为联合迭代译码结果，即估计码字。3.根据权利要求1所述的用于CPM通信系统的联合迭代译码方法，其特征在于，所述计算第n节Trellis各条边的可靠度其具体步骤为：2.1a)建立对应关系：CPM信号是在Trellis上定义的，每节Trellis有条边，每条边记为其中，上标x表示CPM信号的输入符号，下标p，q表示从相位状态p变化至q；每条边对应一段CPM信号的调制波形从而建立所述Trellis上的边与所述CPM信号的调制波形的一一对应关系；2.1b)建立第n节Trellis各条边的后验概率γn(p，q)：基于概...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，朱广法，张青松，王小军，仇妙月，
申请(专利权)人：西安烽火电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61