一种基于LDPC码的BICM-ID迭代接收方法技术

一种基于LDPC码的BICM

【技术实现步骤摘要】
一种基于LDPC码的BICM
‑
ID迭代接收方法


[0001]本专利技术涉及一种基于LDPC码的BICM
‑
ID迭代接收方法，属于通信信号处理领域。

技术介绍

[0002]信道编码和数字调制技术是无线通信系统中常用的两种数字信号处理技术。目前信道编码技术主要有汉明码、卷积码、级联码、Turbo码和低密度奇偶校验(Low
‑
Density Parity
‑
Check Coded，LDPC)码等。其中LDPC码由于具备接近香农极限的性能和便于并行处理的优点，受到人们的广泛研究与关注。为了充分提高信道的编码增益及便于低复杂度的实现，LDPC码存在多种译码方式，其中包括置信度传播(Belief Propagation,BP)算法、对数似然比表示的BP(Log Likelihood Ratio BP，LLR
‑
BP)算法、最小和译码(Min
‑
Sum，MS)算法、归一化最小和(Normalized MS，NMS)算法、偏移最小和(Offset MS，OMS)算法、改进归一化最小和(Improved NMS，INMS)算法等。然而LDPC编码技术是以牺牲频谱利用率换取信号传输可靠性的，引入信道编码会导致频谱利用率的降低。针对这一不足，可以在编码后引入数字调制技术。基于LDPC编码的比特交织编码调制(Bit
‑
Interleaved Coded Modulation，BICM)，可以明显提升系统的频带利用率，尤其是在高阶调制的情况下，如8PSK，16QAM，64QAM等。该系统可以根据信道条件和应用需求，灵活地选择编码速率、调制方式和迭代次数，以实现不同性能和复杂度之间的最佳平衡。然而，目前已有联合LDPC
‑
BICM算法不能充分利用信道信息，充分发挥LDPC码的编码增益效果，而且在低信噪比区域迭代次数过多，处理时延较高。

技术实现思路

[0003]针对传统BICM系统不能充分发挥LDPC编码增益效果，由于牺牲了一定的欧氏距离使得汉明距离最大化，导致在加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)信道下效果并不理想的问题，本专利技术的主要目的是公开一种基于LDPC码的BICM
‑
ID迭代接收方法，通过引入一条反馈回路，将LDPC译码器的后验概率经交织后重新反馈给解映射器作为先验信息，由解映射器重新更新每比特的概率信息，完成一次迭代过程，提高译码的可靠性；并通过一种迭代译码停止准则优化方法，实时判断译码状态，减少无效迭代过程，降低处理时延，提高系统吞吐量，从而提高通信质量。
[0004]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0005]本专利技术公开的一种基于LDPC码的BICM
‑
ID迭代接收方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一、对原始信息序列分别进行编码、交织、映射、调制处理，并进入AWGN信道进行传输。
[0007]长度为k个比特的原始信息序列M，与LDPC编码的生成矩阵G相乘得到编码结果C＝M
·
G，编码后序列C的长度为n；之后，将编码后的信息比特经过交织器进行交织操作，得到码元序列X＝π(C)，其中，函数π表示具体的交织与解交织的方式。交织器仅改变码元的顺序，不改变码元序列的总长度，因此序列C和序列X具有相同的长度。将编码后的信息比特通
过星座映射函数进行映射，m个编码交织后的信息比特x0,x1,
…
,x
m
‑1映射为1个空间中的星座点。其中Ω代表了映射后符号的完整星座空间，共包含M个星座点，其中，M＝2
m
，，代表向下取整。交织后得到的序列X经过调制映射后得到符号序列能够通过改变函数映射的具体形式，扩展到更高阶的调制方式中。最后将符号序列Y经过AWGN信道进行传输。
[0008]步骤二、解调器接收来自AWGN信道的输出符号进行解映射，利用信道信息和先验概率信息计算出传输符号和对应比特的概率信息。
[0009]信道输出符号序列用Z＝{z1,z2,
…
,z
t
}表示，利用接收信道的初始符号信息推导软比特信息时，信源能够看作等概率分布，因此各比特节点初始为0或1的概率相等，即：
[0010][0011]其中，x
i
表示传输序列中第i个比特的值。星座映射空间中各映射符号的概率也相同，即：
[0012][0013]各传输符号的概率信息为：
[0014][0015]其中，y
t
表示传输符号序列中第t个符号，z
t
表示接收符号序列中第t个符号。中“^”表示其估计值。
[0016]基于加性高斯白噪声信道，概率密度函数为：
[0017][0018]而对于复高斯信道，概率密度函数为：
[0019][0020]其中，σ2表示该高斯信道的方差。y
I
和y
Q
分别表示信道发送符号y的实部和虚部，z
I
和z
Q
分别表示信道接收符号z的实部和虚部。
[0021]代入上式并化简，得各传输符号的初始概率信息为：
[0022][0023]其中，和分别表示星座映射空间中第k个星座映射点的实部和虚部，z
re
和z
im
分别表示信道接收符号z的实部和虚部。
[0024]由符号概率信息推导出各比特的概率信息得：
[0025][0026]其中表示星座映射图χ第i个位置上比特为b的星座点的集合。
[0027]上式在对数域上表示为：
[0028][0029]步骤三、将解映射后的比特概率信息经过解交织器π
‑1，针对LDPC
‑
BICM
‑
ID系统接收机建立全局详细因子图模型。
[0030]解交织仅改变比特顺序，对概率信息没有影响，因此对和不做区分。
[0031]根据LDPC码的校验矩阵构建具有校验约束关系的因子图模型G＝(VNs∪CNs,Ξ)，其中VNs代表变量节点集合，CNs代表校验节点集合，Ξ代表变量节点和校验节点的边集合，对应校验矩阵H中1所在的位置。
[0032]信道接收符号序列Z＝{Z1,Z2,
…
,Z
t
}经过接映射模块φ得到比特流序列X＝{X1,X2,
…
,X
n
}，经过解交织模块π得到序列C＝{C1,C2,
…
,C
n
},对应于G＝(VNs∪CNs,Ξ)模型中的变量节点集合VNs,前k个变量节点对应输出译码最终结果序列M＝{M1,M2,
…
,M
k
}。
[0033]在此基础上，添加校验节点满足概率检测节点G＝{g1,g2,
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LDPC码的BICM
‑
ID迭代接收方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、对原始信息序列分别进行编码、交织、映射、调制处理，并进入AWGN信道进行传输；步骤二、解调器接收来自AWGN信道的输出符号进行解映射，利用信道信息和先验概率信息计算出传输符号和对应比特的概率信息；步骤三、将解映射后的比特概率信息经过解交织器π
‑1，针对LDPC
‑
BICM
‑
ID系统接收机建立全局详细因子图模型；步骤四、在LDPC译码器内完成置信度传播算法的迭代译码；步骤五、译码后的软比特信息经交织器反馈给解调器，作为下一次解调的先验信息；步骤六、解调器利用来自信道符号信息和接收的先验软比特信息对每比特进行更新；步骤七、利用校验节点满足概率检测节点的概率信息作为迭代过程中置信度参数，用于迭代停止准则判断；步骤八、比特判决输出，得到接收机译码后的码字序列，完成数字通信过程。2.如权利要求1所述的一种基于LDPC码的BICM
‑
ID迭代接收方法，其特征在于：步骤一的实现方法为，长度为k个比特的原始信息序列M，与LDPC编码的生成矩阵G相乘得到编码结果C＝M
·
G，编码后序列C的长度为n；之后，将编码后的信息比特经过交织器进行交织操作，得到码元序列X＝π(C)，其中，函数π表示具体的交织与解交织的方式；交织器仅改变码元的顺序，不改变码元序列的总长度，因此序列C和序列X具有相同的长度；将编码后的信息比特通过星座映射函数{0,1}
n
→
Ω
t
进行映射，m个编码交织后的信息比特x0,x1,
…
,x
m
‑1映射为1个空间中的星座点；其中Ω代表了映射后符号的完整星座空间，共包含M个星座点，其中，M＝2
m
，，代表向下取整；交织后得到的序列X经过调制映射后得到符号序列能够通过改变函数映射的具体形式，扩展到更高阶的调制方式中；最后将符号序列Y经过AWGN信道进行传输。3.如权利要求2所述的一种基于LDPC码的BICM
‑
ID迭代接收方法，其特征在于：步骤二的实现方法为，信道输出符号序列用Z＝{z1,z2,
…
,z
t
}表示，利用接收信道的初始符号信息推导软比特信息时，信源能够看作等概率分布，因此各比特节点初始为0或1的概率相等，即：其中，x
i
表示传输序列中第i个比特的值；星座映射空间中各映射符号的概率也相同，即：各传输符号的概率信息为：
其中，y
t
表示传输符号序列中第t个符号，z
t
表示接收符号序列中第t个符号；中“^”表示其估计值；基于加性高斯白噪声信道，概率密度函数为：而对于复高斯信道，概率密度函数为：其中，σ2表示该高斯信道的方差；y
I
和y
Q
分别表示信道发送符号y的实部和虚部，z
I
和z
Q
分别表示信道接收符号z的实部和虚部；代入上式并化简，得各传输符号的初始概率信息为：其中，和分别表示星座映射空间中第k个星座映射点的实部和虚部，z
re
和z
im
分别表示信道接收符号z的实部和虚部；由符号概率信息推导出各比特的概率信息得：其中表示星座映射图χ第i个位置上比特为b的星座点的集合；上式在对数域上表示为：
4.如权利要求3所述的一种基于LDPC码的BICM
‑
ID迭代接收方法，其特征在于：步骤三的实现方法为，解交织仅改变比特顺序，对概率信息没有影响，因此对和不做区分；根据LDPC码的校验矩阵构建具有校验约束关系的因子图模型G＝(VNs∪CNs,Ξ)，其中VNs代表变量节点集合，CNs代表校验节点集合，Ξ代表变量节点和校验节点的边集合，对应校验矩阵H中1所在的位置；信道接收符号序列Z＝{Z1,Z2,
…
,Z
t
}经过接映射模块φ得到比特流序列X＝{X1,X2,
…
,X
n
}，经过解交织模块π得到序列C＝{C1,C2,
…
,C
n
},对应于G＝(VNs∪CNs,Ξ)模型中的变量节点集合VNs,前k个变量节点对应输出译码最终结果序列M＝{M1,M2,
…
,M
k
}；在此基础上，添加校验节点满足概率检测节点G＝{g1,g2,
…
,g
n
‑
k
}以及校验节点归一化满足概率统计节点G
sum
；校验节点CNs＝{h1,h2,
…
,h
n
‑
k
}向与其相连的校验节点满足概率检查节点G＝{g1,g2,
…
,g
n
‑
k
}单向传递信息，其中h
i
代表第i个校验节点，g
i
代表第i个检测节点，两者一一对应。5.如权利要求4所述的一种基于LDPC码的BICM
‑
ID迭代接收方法，其特征在于：步骤四的实现方法为，用r
ji
(x
i
)表示第j个校验节点C
j
向第i个变量节点传递的对应比特为“0”或为“1”的概率密度函数；用q
ij
(x
i
)表示第i个变量节点V
i
向第j个校验节点传递的对应比特为“0”或为“1”的概率密度函数；校验节点更新过程表示为：的概率密度函数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁旭辉，徐雨晨，鲜云竹，金涌家，卢琦，杨凯，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：