LDPC编码调制系统的解调器输出软信息的优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种LDPC编码调制系统的解调器输出软信息的线性优化方法，属于编码调制技术领域。本发明专利技术根据解调器输出各层比特的LLR值应和其对应的比特信道转移概率相匹配的原则，对现有较复杂的优化方法进行改进，将解调器输出的各层比特LLR值分别乘以对应比特子信道采用高斯近似方法计算出的优化因子，使之满足匹配LLR值的一致性条件，再将其作为信道的先验信息传递给下级解码器。该方法使得对初始信道信息非常敏感的BP解码器可获取更可靠的初始迭代信息，从而可提高LDPC编码调制系统的解码性能。该发明专利技术有效解决了现有解调器输出LLR优化技术应用于LDPC编码调制系统所存在的计算复杂度较高的问题。

【技术实现步骤摘要】
LDPC编码调制系统的解调器输出软信息的优化方法
本专利技术涉及一种LDPC编码调制系统的解调器输出软信息的线性优化方法，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,简称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。当发送端采用无限长的交织器和Gray映射调制时，构成同一信道符号的各比特可看作是彼此统计独立的，且各自通过独立的二进制比特子信道传输。在BICM的接收端，软解调器根据接收的信道符号恢复各层比特的软信息。如果交织长度足够长且软解调器采用最优算法，恢复的各层比特软信息就是对应比特子信道的条件转移概率的充分统计量。但在实际系统中，上述最优条件通常不能满足，因此软解调器的输出比特的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，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值进行优化后再交给解码器。现有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值应满足的一致性条件（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）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编码调制系统的解调器输出软信息的优化方法，能够以相对较低的计算复杂度代价，提高解调器输出LLR值的可靠性，从而改善BICM系统解码性能。当发送端采用足够长的交织器和Gray映射时，构成同一信道符号的各比特可看作是彼此统计独立的，且各自通过并行的二进制比特子信道传输。为了计算的简化，我们采用文献（[J.Hou,P.H.Siegel,L.B.Milstein,andH.D.Pfister,“Capacityapproachingbandwidth-efficientcodedmodulationschemesbasedonlow-densityparity-checkcodes,"IEEETrans.Inf.Theory,vol.49,no.9,pp.2141-2155,Sep.2003.]）所提供的信道适配器，使各比特子信道输出LLR值的条件概率密度函数满足对称性条件，即在AWGN信道和信道状态信息（CSI）已知的平坦衰落信道下，各比特子信道输出LLR值近似服从高斯分布，这样大大简化了现有优化方法的比特子信道LLR值的pdf的直方图统计计算。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种LDPC编码调制系统的解调器输出软信息的优化方法，所述LDPC编码调制系统的接收端包括解调器和BP译码器。解调器对接收的信道符号按照最大对数后验概率算法计算出各层比特LLR值；优化单元将解调器输出的各层比特LLR值分别乘以各层子信道采用高斯近似方法计算出的优化因子，使之满足匹配LLR值的一致性条件；BP译码器将优化后的LLR值作为其初始信道信息进行对数域BP迭代译码；如所有校验式得到满足，则停止迭代，输出其硬判值作为最终译码结果。所述解调器输出的优化后LLR值按照以下公式生成：式中，为解调器对接收的信道符号按照最大对数后验概率计算得到的各层比特LLR值；为第i层比特子信道对应的高斯优化因子；μi和分别为第i层比特LLR值的期望和方差，对于确定的LDPC码，在工作信噪比范围内，其各层高斯优化因子唯一确定；所述采用高斯近似方法计算出的优化因子采用以下方法离线计算得到：在编码调制系统的计算机模拟系统中，发送端发送试验序列，该试验序列的信息比特为0和1的概率相同，长度为K，对其进行特定的（N，K）LDPC码编码和2m阶调制后，形成长度为N/m的发送符号并经信道传输至接收端；接收端对N/m个接收符号进行解调形成N个编码比特LLR值，优化单元按层统计到目前为止的解调器输出的LLR值并根据下式分别计算各层LLR值的期望μi和方差值，式中，N为LDPC码长；m为调制阶数；Nt为累计到目前的帧数；NL为统计的各层比特数目，NL＝Nt(N/m)；为解调器输出第i层比特的对数似然比；根据下式得到第Nt次统计后高斯优化因子的值，如果其中Δαmax为预先设定的阈值，则终止试验并输出的值作为该层比特的优化因子值αi；否则重复上述步骤。作为本专利技术的进一步优化方案，所述预先设定的阈值Δαmax，其取值范围为0＜Δαmax≤0.1。作为本专利技术的进一步优化方案，所述预先设定的阈值Δαmax的最优取值为0.05。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术在现有解调器输出LLR值优化方法的基础上，将解调器输出的各层比特的LLR值分别乘以采用高斯近似的方法计算出的高斯优化因子，再将其作为信道的先验信息传递给信道解码器。从而有效解决了软解调器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LDPC编码调制系统的解调器输出软信息的优化方法，所述LDPC编码调制系统的接收端包括解调器和BP译码器，其特征在于，解调器对接收的信道符号按照最大对数后验概率算法计算出各层比特LLR值；优化单元将解调器输出的各层比特LLR值分别乘以各层子信道采用高斯近似方法计算出的优化因子，使之满足匹配LLR值的一致性条件；BP译码器将优化后的LLR值作为其初始信道信息进行对数域BP迭代译码；如所有校验式得到满足，则停止迭代，输出其硬判值作为最终译码结果；所述优化后的LLR值按照以下公式生成：式中，为解调器对接收的信道符号按照最大对数后验概率计算得到的各层比特LLR值；αi为第i层比特子信道对应的高斯优化因子，μi和分别为第i层比特LLR值的期望和方差，对于确定的LDPC码，在工作信噪比范围内，其各层高斯优化因子唯一确定；所述满足匹配LLR值的一致性条件，是指如果LLR值与子信道转移概率匹配，则LLR应满足以下的一致性条件：其中，l是第i层比特的LLR值；是对应第i层子信道条件转移概率密度的充分统计量。2.根据权利要求1所述的一种LDPC编码调制系统的解调器输出软信息的优化方法，其特征在于，所述采用高斯近似方法计算出的优化因子采用以下方法离线计算得到：在编码调制系统的计算机模拟系统中，发送...

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