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OFDM系统中LDPC编码调制的对数似然比译码.doc

OFDM系统中LDPC编码调制的对数似然比译码

郭水善
2017-11-16 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《OFDM系统中LDPC编码调制的对数似然比译码doc》,可适用于综合领域

OFDM系统中LDPC编码调制的对数似然比译码第卷第期()山东大学学报工学版年月VolNo()OctJOURNALOFSHANDONGUNIVERSITYENGINEERINGSCIENCE()文章编号:OFDM系统中LDPC编码调制的对数似然比译码马丕明,袁东风,杨秀梅,吴大雷()山东大学信息科学与工程学院,山东济南摘要:根据IEEEa无线局域网标准,构造了低密度校验码LDPC编码的正交频分复用OFDM无线通信系统针对LDPC编码调制的对数似然比译码,提出了一种基于距离的简化初始化算法,此算法不需估计信道噪声功率,译码速度快,最大迭代次数为时即可获得满意的效果关键词:IEEEa低密度校验码OFDM中图分类号:TN文献标识码:ALoglikelihoodratiodecodingofLDPCcodedmodulationinOFDMSystemMAPiming,YUANDongfeng,YANGXiumei,leiWuDa()SchoolofInformationScienceandEngineering,ShandongUniv,Jinan,China()(Abstract:AccordingtoIEEEastandard,aLDPCLowDensityParityCheckcodedOFDMOrthog)onalFrequencyDivisionMultiplexingwirelesscommunicationsystemisconstructedAsimplifiedinitializationalgorithmbasedondistanceisproposedfortheloglikelihoodratiodecodingofLDPCcodedmodulationWithouttheestimationofchannelnoisepower,thisalgorithmcanachieverapiddecodingandthedecodingperformancewithonlyiterationsissatisfactoryKeywords:IEEEaLDPCcodesOFDM根据IEEEa无线局域网标准,在各种数据传输速率下研究了LDPC码编码的OFDM系统,并提引言出一种简化的LDPC编码调制对数似然比译码初始化算法,仿真结果说明此方法在OFDM系统中能够正交频分复用OFDM技术用于多径环境和频率体现出较好的性能选择性衰落信道中的高速数据传输时,可以大大降()低传输中的符号间干扰ISI,具有抗多径衰落能力【】强、频带利用率高的特点,在无线局域网标准中被【,】LDPC编码的OFDM系统广泛采用低密度校验码LDPC是一种基于稀疏校验矩阵和迭代概率译码的信道编码方法,在【】【,】在IEEEa无线局域网标准中,物理层AWGN信道中具有接近香农极限的性能笔者采用OFDM技术,同时利用卷积码和交织器提高可收稿日期:()(())基金项目:国家自然科学基金项目国家留学回国基金项目教外司留山东省自然科学基金项目ZG()作者简介:马丕明,女,讲师,博士研究生研究方向是低密度校验码的理论和应用T每秒传送的OFDM符号数靠性当采用不同的调制方式和不同的编码码率时,S表OFDM的参数在总带宽MHz内可以传送速率为,MbitssTabParametersofOFDM的数据,频带利用率的范围为,bitssHz参数取值有关OFDM的参数如表所示,与数据速率有关的μOFDM符号间隔TsS调制方式、码率的设置和参数如表所示,其中,数()μIFFTFFT间隔有效OFDM符号长度TsFFT据速率的计算公式为()μ保护间隔循环前缀TsG()R=lbM×r×N×TbSDSIFFTFFT点数N子载波频式中:lbM每个调制符号包含的比特数率间隔MHz系统总带宽r编码码率MHz有效数据子载波数NSDNOFDM有效数据子载波数SD表与数据速率有关的设置和参数TabConfigurationsandparametersrelatedtodatarate数据速率总的频带利用编码每个子载波上M进制每个OFDM符号每个OFDM符号上()Mbitss率bitssHz码率的编码比特数上的编码比特数的有效数据比特数调制方式BPSK,M=BPSK,M=QPSK,M=QPSK,M=QAM,M=QAM,M=QAM,M=QAM,M=对LDPC码来说,校验矩阵可随机构造,码的本,对OFDM无线通信系统的性能进行码和交织器身具有内在的交织特性,可以省略交织器,因而降低研究,系统框图如图所示【】了系统的复杂程度笔者用LDPC编码代替卷积图LDPC编码的OFDM系统框图FigLDPCcodedOFDMsystemdiagramLDPC码的译码可采用一种概率迭代译码方法对数似然比译码表示为双向图上位节点和校验节点之间的消息【】(l)递若用m表示第l次迭代时校验节点传向cv译码过程()l节点的对数似然比消息,m表示第l次迭代时vc第期马丕明,等:OFDM系统中LDPC编码调制的对数似然比译码节点传向校验节点的对数似然比消息,则LDPC码图为系统的位错误概率BER曲线的对数似然比译码过程如下:Pr{b=|y}(),即位节点从信l=时,m=lncvPr{b=|y}道接收的数据中获得初始消息,其中y是从信道接收的数据第l次迭代时校验节点从其相邻的位节点处收集消息,传向相邻的位节点()()llmmcvvc()tanh=tanh,()()ll()=mmvccv然后位节点收集所有可以利用的消息进行判决,得图取不同函数关系时系统的BER曲线FigBERcurveswithdifferentfunctions到译码的码字如果满足校验方程,译码成功,否则继续迭代,或迭代次数达到设定的最大次数因此,()从以上仿真结果可以发现,函数关系为fx在LDPC码的译码过程中,利用校验方程可以判断()时系统的性能最好,同时fx的运算最简单,因此是否成功译码,也就是说成功译码或错误译码是可将LDPC码译码初始化的后验概率计算公式确定为【】测的译码初始化CCP==mmmm)()()(()s|s^ss^|^Xksxxyy由以上LDPC码的译码过程中可以看出,在译码之前首先需要从信道得到有关的初始化消息因()此针对LDPC编码调制的OFDM系统,提出了一种然后,根据调制星座图的符号位置分布,得到某基于距离特性的概率初始化算法,以计算信道提供个位节点b的初始对数似然比消息为)(Pr{b=|X^k}()m=ln=cv)(Pr{b=|X^k}()的每一个位节点的对数似然比消息mcvm()()Pr{Xk=s|^Xk}mm{s,b=}在该系统中,M进制调制的星座图上第m个符ln=n()()Pr{Xk=s|X^k}mmmn号表示为s=sjs,又假设OFDM第k个子载波xyn{s,b=}()上传输的符号为Xk,接收端接收到的符号为mm()()|X^ks|m{s,b=}()()X^k=s^js^译码时,为求符号Xk中每一个位xy()ln()nn()()节点的m,首先要求出在^Xk条件下,Xk为(())|X^ks|cvn{s,b=}mm式中,{s,b=}表示星座图中所有b=的符号集的后验概率在未采用OFDM技术时,此概率可sn【】合{s,b=}表示星座图中所有b=的符号集合以直接根据加入的信道噪声的分布来确定,但在OFDM系统中,时域加入的噪声经FFT后概率分布已经改变,需要重新计算仿真结果和分析()设各符号等概率分布,由贝叶斯公式可得Xkm为s的后验概率:文献,曾研究了LDPC码在CDMA系统中m()()P=Pr{Xk=s|X^k}=m的性能,证明了码长为,位节点的度为的规则LDPC码可以在性能和复杂度之间取得好的折衷,因mm())()()(Xks|CPr{^Xk|Xk=s}=Cf|此笔者构造了三种码率的码长为、位节点的度为的规则码,将其应用到图所示的无线通信系()统中,码参数如表所示仿真的信道是功率相等的()上式中,C表示对所有P都相同的常数|Xkmmm两径Rayleigh衰落信道,假定第二条路径相对于第()s|为Xk与s之间的距离根据符号之间距离μ一条路径的时延是s,满足循环前缀大于时延()越小相似性越大的原则,分别取函数关系fx=【】的要求,可以完全克服符号间干扰,同时LDPC码()()()x,fx=x,fx=x,fx=x,在数()据速率为Mbitss时进行仿真具体条件见下文译码的最大迭代次数设为方式时好,也就是速率为Mbitss时的方案优表LDPC码的参数速率为Mbitss时的方案,此时编码码率的影响TabParametersofLDPCcodes于调制方式的影响例如,在BER为时,速率码长校验方程个数位节点度校验点度码率Mbitss的方案相对于速率为Mbitss的方案有约dB的功率节约在最大迭代次数为时,给出了不同数据速下LDPC码的平均译码迭代次数和译码成功概率SNR的关系,分别如如图和图所示在采用不同数据速率R情况下,分析了系统b的位错误概率BER与输入信噪比SNR的关系,由图(所示实线对应最大迭代次数,虚线对应最大迭)代次数()aR=,Mbitssb()aR=,Mbitssb()bR=,Mbitssb不同数据速率下LDPC码译码平均迭代次数图与SNR的关系MeaniterationnumberversusSNRwithdifferentFigdatarates()bR=,Mbitssb不同数据速率下的BER曲线图FigBERcurvesunderdifferentdatarates可以看出,在各种数据速率下,LDPC编码的OFDM系统都可以获得好的性能一般情况下,随着数据速率或频带利用率的增加,功率的损耗也增大如在速率为Mbitss,频带利用率为bitssHz,SNR约为dB时,位错误率可达到接近而在速率为Mbitss,频带利用率为bitssHz的情况下,直到SNR超过dB时BER才可达到但同时也发现,BER性能在码率为,采用()QPSK调制方式时,比在码率为,采用BPSK调制aR=,Mbitssb第期马丕明,等:OFDM系统中LDPC编码调制的对数似然比译码参考文献:YUNHEEKIM,SONGIICHHOPerformanceanalysisofacodedOFDMsystemintimevaryingmultipathrayleighfadingchannelsJIEEETransonVehicularTechnology,,():IEEEStda,Part:WirelessLANMediumAc()()cessControlMACandPhysicalLayerPHYSpecificationsHighspeedPhysicalLayerintheGHzBandSTMIEEEStda,Amendment:MediumAccessR=,Mbitss()bb图不同数据速率下LDPC码译码成功概率与ControlModificationsandAdditionalPhysicalLayerSpecificaSNR的关系tionsforGHzSFigSuccessfuldecodingprobabilityversusSNRwithdifferentdataratesMACKAYDJGooderrorcorrectingcodesbasedonverysparsematricesJIEEETransonInfoTheory,,从图中可以看出,简化的初始化算法是有效的():对各种数据速率方案,在SNR相对较低时,虽然平SOROKINEVLADISLAV,KSCHISCHANGFRANKR,PASU均译码迭代次数达到最大数值,但译码的成功概率PATHYSUBBARAYANGallagercodesforCDMAapplica依然很低随着SNR的增加,在一定的SNR取值范tionsPartI:Generalizations,constructions,andperformance围内,所需的平均译码迭代次数逐渐下降,成功概率()boundsJIEEETransonCommunications,,:迅速增加如当R=Mbitss,SNR=dB时,平均b译码迭代次数为,成功率约在SNR=dBSOROKINEVLADISLAV,KSCHISCHANGFRANKR,PASU时,平均译码迭代次数已经降到次,译码成功率超过,此时的BER约为对其它数据速率PATHYSUBBARAYANGallagercodesforCDMAapplica的方案进行研究时也得到了类似的结论将最大的tionsPartII:Implementations,complexity,andsystemca(迭代次数设定为,仿真的BER结果如图的虚()pacityJIEEETransonCommunications,,:)线所示与最大迭代次数为时相比,性能略有损失,但译码速度可以大大提高HOUJILEI,SIEGELPAULH,MILSTEINLBPerformanceanalysisandcodeoptimizationoflowdensityparitycheckcodesonrayleighfadingchannelsJIEEEJonSelectedAr()easinCommunications,,:结论()编辑:许力琴()以上研究表明:提出的简化LDPC码译码初始化概率算法是一种有效的方法,可以完全反映信道接收数据的信息,且不需信道噪声的估计,译码速度快,最大迭代次数为时,即可获得满意的性()能码长为,位节点的度为的规则LDPC码在OFDM系统中具有好的性能,可以在性能与复杂度之间取得好的平衡

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