下载
加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 一种LDPC编码高阶调制系统的联合解调解码方法

一种LDPC编码高阶调制系统的联合解调解码方法.pdf

一种LDPC编码高阶调制系统的联合解调解码方法

放心去飞
2010-05-05 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《一种LDPC编码高阶调制系统的联合解调解码方法pdf》,可适用于IT/计算机领域

第卷第期电子与信息学报VolNo年月JournalofElectronicsInformationTechnologyFeb一种LDPC编码高阶调制系统的联合解调解码方法管武董明科项海格(北京大学信息科学技术学院北京)摘要:该文用一种级联码模型描述了LDPC编码高阶调制系统。该级联码模型以LDPC码为外码二十进制转换码为内码再加一个删余模块构成。基于这种级联码模型该文给出了其联合校验方程和二分图并提出了级联码置信度传播算法实现了LDPC编码高阶调制系统的联合解调解码。仿真表明该文提出的联合解调解码算法有效地改进了LDPC编码高阶调制系统的性能。关键词:低密度奇偶校验码高阶调制级联码置信度传播中图分类号:TN文献标识码:A文章编号:()DOI:SPJAJointDemodulationandDecodingAlgorithmforHighOrderLDPCCodedModulationsGuanWuDongMingkeXiangHaige(SchoolofElectronicsEngineeringandComputerScience,PekingUniversity,Beijing,China)Abstract:AconcatenatedcodemodelisproposedforhighorderLowDensityParityCheck(LDPC)codedmodulationschemeThismodeliscomprisedofaserialconcatenationofanouterLDPCencoder,aninnerBinaryDecimalConversion(BDC)encoderandapuncturedeviceAjointparitycheckmatrixisderivedfortheconcatenatedcode,andthecorrespondingjointdemodulationanddecodingalgorithm,namedConcatenatedCodeBeliefPropagation(CCBP),ispresentedSimulationresultsshowthatthisLDPCcodedmodulationschemewiththeCCBPalgorithmprovideseffectiveimprovementsrelativetotheBitInterleavedCodedModulation(BICM)schemeforhighordermodulationsKeywords:LowDensityParityCheck(LDPC)codesHighordermodulationsConcatenatedCodeBeliefPropagation(CCBP)引言LDPC码以其接近香浓极限的性能和低复杂度的并行译码结构得到了广泛的青睐。成为DVBSWiMAX等通信标准的选用信道编码。LDPC码将在通信领域得到广泛的应用。为了实现未来通信系统核心业务的高速率数据的可靠传输实现功率和频谱的高效应用高效LDPC码和高阶调制的联合系统成为一种趋势。各种LDPC码联合高阶调制的方案被提了出来如Lu等提出的分层(Multilayer)方案Tan等提出的差分调制方案Jia等提出的非对称映射方案和Caire等提出的比特交织(BICM)方案等。这些方案中BICM以其低复杂度和小译码延时得到了广泛的青睐但BICM的理论信道容量与调制理论信道容量仍存在差距尤其在高阶调制或短码的情况下。如在QAM、QAM、QAM的格雷调制下BICM可以非常接近高阶调制的理论信道容量但收到改回通信作者:管武gxwupkueducn在QAM、QAM、QAM调制环境下BICM与高阶调制的理论信道容量相差较大如在QAM调制比特符号速率时相差dB、QAM时相差近dB。为了在短码编码时逼近高阶调制的理论信道容量实行高性能的LDPC编码高阶调制系统本文提出了一种新的编码调制模型及其联合解调解码方法:本文将高阶调制视为一种二十进制转换编码而LDPC编码高阶调制系统视为二进制LDPC码与二十进制转换编码的级联接收端以级联码译码方案实现了系统的联合解调解码。与文献相比在短码编码和高阶调制时系统性能得到较大的提高。文章结构上第节给出了LDPC编码高阶调制系统的级联码模型第节给出了级联码系统的联合校验方程第节提出了级联码置信度传播算法第节和第节给出了仿真结果和结论。系统模型如图所示信源S=s,s,",ks−经过LDPC码编码器编码生成系统码C=s,s,",ks−,ck,ck,更多技术文章论文请登录wwwsrveecom内容版权归作者所有第期管武等:一种LDPC编码高阶调制系统的联合解调解码方法图系统模型",nc−=c,c,",kc−,ck,ck,",nc−码字C满足T=HC()其中H为LDPC码的校验阵大小为m×n码率为kn。码长为n的码字C经过二十进制转换编码生成码字C=c,c,",nc−,nc,nc,",npc−=c,c,",nc−,nc,nc,",npc−其中c,c,",nc−为二十进制转换编码的系统码部分即LDPC码的二进制比特序列nc,nc,",npc−为二十进制转换编码的q=L进制校验位符号且,LLLjLjniiLjiLjjjcccip−−−−−−−××====≤<∑∑()其中p=nL为二十进制转换编码的校验位长度。码字C经过删余模块得到序列iC=c�,c�,",pc−�=cn,cn,",npc−为L进制符号。iC的L进制符号经过格雷或准格雷映射为星座图上的复数符号iX=x�,x�,",px−�:()()(),RCiiiiiiRCxxjxfcjfcfcip===≤<������()其中fR(c�)和fC(c�)分别表示将L进制整数c�映射为格雷或准格雷LQAM调制的实部和虚部。复数调制信号iX分成两路信号X()=Rx�,Rx�,",Rpx−�,X()=Cx�,Cx�,",Cpx−�分别作为LQAM的同相和正交路信号通过高斯信道输出信号Y()=Ry�,Ry�,",Rpy−�,Y()=Cy�,Cy�,",Cpy−�:()(),,RRCCiiiiiiyxyxipωω==≤<����()其中()iω和()iω为方差为σ=N的高斯白噪声。Y()和Y()经过实部和虚部的合并变换后合成一路信号iY=y�,y�,",py−�:,RCiiiyyjyip=≤<���()信号iY经由解映射模块得到关于发送符号iC的信道软信息iL=iL,iL,",ip−L,其中iiL=iiL(),iiL(),",iiL(L)为第i个符号处于各种状态的软信息即()()()()()()()()||()()loglog||()()()()()()()()(),,iiiiiiiiiRCiRRiCCRRCCLPycvPyxfvvPycPyxfyfvfyfvffvffvfipvσσ======−−=−−−≤<≤<�����������L()信道软信息iL经过解删余模块得到二十进制转换编码码字C的各个符号的信道软信息L=L,L,",nL−,nL,nL,",np−L=,,",,iL,iL,",ip−L。由于c,c,",nc−在系统中作为删余符号发送的二进制码故这里将其初始化为即()()logiiiPcLPc====,in≤<()码字C的信道软信息L经过联合解调解码模块得到系统对码字C的硬判决D=d,d,",kd−,dk,dk,",nd−,其中d,d,",kd−即为对输入信息S的硬判决完成译码。如果HDT=,则译码成功否则译码失败。级联码的联合校验方程系统中信源S经过了两次编码即LDPC编码和二十进制转换编码。码序列C=c,c,",nc−,nc,nc,",npc−=c,c,",nc−,nc,nc,",npc−其前n个比特为LDPC码的码字故序列C满足TT|mp×⎡⎤==⎣⎦HCHC()其中H=hijm×n为LDPC码的校验方程。同时由于二十进制转换编码码序列C满足T,,,,,,,,,LLiLiLiLLniccccip−−×××−−⎡⎤⎡⎤−⎢⎥⎣⎦⎣⎦=≤<""()式()可写为jT|pp×⎡⎤−=⎢⎥⎣⎦HIC()其中jH=h�ijp×n为二十进制转换编码的校验方程的左边部分其结构如下:j=,,,,,,,,,LLLLLL−−−−−−⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦H""""###""()更多技术文章论文请登录wwwsrveecom内容版权归作者所有电子与信息学报第卷综合式()和式()有jTTmppp××⎡⎤⎢⎥=⎢⎥−⎢⎥⎣⎦HHCCHI�()其中校验阵的第块行的Hm×p表示系统对序列C的LDPC编码校验阵的第块行的jHIp×p表示系统对序列C的二十进制转换编码。故LDPC编码高阶调制系统可视为信源S=s,s,",ks−经过联合校验阵H的编码得到码序列C=s,s,",ks−,kc,kc,",npc−。接收端接收到序列C的信道软信息L,L,",nL−,nL,nL,",np−L=,,",,iL,iL,",ip−L根据校验阵H完成对D=d,d,",kd−,dk,dk,",nd−的译码硬判决。级联码置信度传播算法码序列C满足校验阵H根据校验阵H可得其二分图如图所示:图级联码的二分图在二分图中包含两类变量节点:对应二进制LDPC码字C的变量节点(白色圆圈)和对应二十进制转换编码符号iC的变量节点(黑色圆圈)。相对应的图中也有两类校验节点:对应LDPC编码校验H的节点(白色方圈)和对应二十进制转换编码校验jHIp×p的节点(黑色方圈)。图中的实线表示由H确定的校验关系虚线表示由jHIp×p确定的校验关系而虚线的粗细表示BDC校验的层次。通过变量节点和校验节点间的信息传递可实现BP译码。根据图的级联码二分图可得其级联码置信度传播算法。由于系统中有两类变量节点和两类校验节点故置信度传播算法译码时和算法有两类:LDPC码变量节点传递给LDPC码校验节点信息的和算法LDPC码变量节点传递给二十进制转换编码校验节点信息的和算法积算法也有两类:LDPC码校验节点传递给LDPC码变量节点信息的积算法二十进制转换编码校验节点传递给LDPC码变量节点信息的积算法。这里由于二十进制转换编码的变量节点的维度为故其与二十进制转换编码的校验节点的信息不会被更新。因此级联码置信度传播算法(CCBP)如下:()初始化初始化包含两部分:第部分将输入的信道软信息iL和iiL(v)初始化第部分将外信息Vij和iijV的初态设置为即iL=,in≤<i()()()()()()()()()()()()(),RCiRRiCCiRRCCyfvfyfvfvfvffvfσσ−−==−−−L��ip≤<,Lv≤<ijV=,im≤<,jn≤<()iijV=,ip≤<,jn≤<()其中iL(≤i<n)表示二进制码序列C的各个符号的对数似然比iL(v)(≤i<p,≤v<L)表示调制符号iC处于状态v的对数似然比。iL和iL(v)即为信道软信息。Vij表示LDPC码的第j个变量节点传递给LDPC码的第i个校验节点的外信息iijV表示LDPC码的第j个变量节点传递给二十进制转换编码符号的第i个校验节点的外信息。初始译码时Vij和iijV均初始化为。()校验节点到变量节点的外信息(积运算)积算法有两类:LDPC码校验节点传递给LDPC码变量节点信息的积算法二十进制转换编码校验节点传递给LDPC码变量节点信息的积算法:{}{}()tanhtanh,,CijikkRijUVimjn−∈=⋅≤<≤<∏()ii{}()i{}()()()(),:,,log,logLjiLnikknijkijnikknijkLiLkkkkjiLssssLLkikkiLkkkkjiLPhcccYUPhcccYPcsPcsPcs−−×−−=−−=−×=≠−×=−−−=×=≠−×−===−==⎧⎧⎪⎡⎤⎪⎪⎪⎪⎪⎢⎥==⎨⎨⎢⎥⎪⎪⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎪⎩⎪⎩⎫⎪⎪⋅=⎬⎪⎪⎭=∑∑∑∏∑"���():LjiLLssssLLkikkPcs−−×−=−−−=⎧⎡⎤⎪⎪⎪⎢⎥⎨⎢⎥⎪⎢⎥⎪⎣⎦⎪⎩⎫⎫⎪⎪⎪⎪⎪⋅=⎬⎬⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎭∑∏∑"�更多技术文章论文请登录wwwsrveecom内容版权归作者所有第期管武等:一种LDPC编码高阶调制系统的联合解调解码方法()ii()()ii():,:,logexpexpLjiLLjiLiLLikkiLsssskiLkjLLkikkiLLikkiLsssskiLkjLLkikksVssVs−−×−−××−−×==×≠−−−=×−−×==×≠−−−=⎧⎧⎪⎪⎪⎪⎪=−⎨⎨⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎩⎫⎪⎪⋅⎬⎪⎪⎭⎧⎧⎪⎪⎪⎪⎪−⎨⎨⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎩⎫⎫⎪⎪⎬⎪⎪⎭∑∑∑∑∑∑LL"",,ipjn⎪⎪⎪≤<≤<⎬⎪⎪⎪⎭()其中R(i)={k|hik=,hik∈H},R(i)j={k|hik=,hik∈H,k≠j}。式中Uij表示LDPC码的第i个校验节点传递给LDPC码的第j个变量节点的外信息iijU表示二十进制转换编码的第i个校验节点传递给LDPC码的第j个变量节点的外信息。()变量节点到校验节点的外信息(和运算)和算法有两类:LDPC码变量节点传递给LDPC码校验节点信息的和算法LDPC码变量节点传递给二十进制转换编码校验节点信息的和算法:ii()()||,,ijijjkjijLkCjiijkjijLkCjiVLUUUUimjn′′⎢⎥=∈⎣⎦′′⎢⎥=∈⎣⎦==≤<≤<∑∑()i()(),,ijjkjkjkCjkCjVLUUipjn∈∈==≤<≤<∑∑()其中C(j)={k|hkj=,hkj∈H},C(j)i={k|hkj=,hkj∈H,k≠i}。()译码判决译码判决的软信息来自于LDPC码校验节点传递给LDPC码变量节点的外信息和二十进制转换编码校验节点传递给LDPC码变量节点的外信息即i()|,ijjkjijLkCjZUUjn′′⎢⎥=∈⎣⎦=≤<∑(),,,jjjZdjnZ⎧≥⎪⎪⎪=≤<⎨⎪<⎪⎪⎩()其中Zj(≤j<n)表示序列C的第j个比特cj的后验似然比dj(≤j<n)表示序列C的第j个比特cj的译码判决。D=d,d,",kd−,dk,dk,",nd−,如果HDT=,则译码成功否则译码失败迭代执行步骤()到步骤()的和积运算译码直到HDT=或迭代次数达到上限。与BICM相比本文将LDPC编码和高阶调制有效的结合在一起实现了LDPC码和高阶调制的联合解调解码消除(或减小)了高阶解调的信息损失提高了译码性能。性能仿真本节比较了CCBP算法和BICM的译码性能。所有的LDPC码均为(,)Mackay规则码码长码率。仿真中采用QAM调制在AWGN信道下进行最大迭代次数为次。图显示了CCBP算法和BICM算法在Mackay码级联LQAM调制(L为偶数)时的译码性能图例中的数字分别表示QAM调制阶数均采用格雷映射方式。从仿真中可以看出CCBP在QAMQAMQAM调制下性能稍微优越BICM。仿真证明在LQAM调制(L为偶数)下CCBP译码较BICM算法性能均有所改善。图显示了CCBP算法和BICM算法在Mackay码级联LQAM调制(L为奇数)时的译码性能图例中的数字分别表示QAM调制阶数均采图CCBP和BICM算法在LQAM调制(L为偶数)下的性能比较图CCBP和BICM算法在LQAM调制(L为奇数)时下的性能比较用准格雷映射方式。从仿真中可以看出CCBP在QAMQAMQAM调制下性能分别优于BICM约dBdBdB。仿真证明在LQAM调制(L为奇数)下CCBP译码较BICM算法性能有较大改善。结论本文建立了一种LDPC校验码级联二十进制更多技术文章论文请登录wwwsrveecom内容版权归作者所有电子与信息学报第卷转换码的高阶调制编码模型。基于这种级联码模型的联合检验方程和二分图本文提出了适于LDPC编码高阶调制系统的级联码置信度传播算法实现了调制编码的联合解调解码。与传统的算法相比本文的级联码置信度传播算法有良好的并行性和较低的复杂度。仿真表明本文提出的级联码置信度传播算法有效的改进了高阶调制编码的性能尤其在QAM和QAM调制下性能相对于BICM分别提高了dB和dB。参考文献MacKayDJCandNealRMNearShannonlimitperformanceoflowdensityparitycheckcodesJElectronicsLetters,,():ETSIEN,SecondGenerationFramingStructure,ChannelCodingandModulationSystemforBroadcasting,InteractiveServices,NewsGatheringandOtherBroadbandSatelliteApplicationsS,IEEEStde,IEEEStandardforLocalandmetropolitanareanetworksPart:AirInterfaceforFixedandMobileBroadbandWirelessAccessSystems,Amendment:PhysicalandMediumAccessControlLayerforCombinedFixedandMobileOperationinLicensedBandsS,LuBandWangXDesignofmultilayercodedmodulationfornonergodicblockfadingchannelsJIEEETransactiononCommunications,,():TanY,GuoJ,AiY,LiuW,andFeiYAcodedmodulationschemefordeepspaceopticalcommunicationsJIEEEPhotonicsTechnologyLetters,,():JiaML,HeZW,KuangJ,andFeiZLDPCcodedirregularmodulationbasedondegreedistributionCIEEEWiCOM,Shanghai,CN,Sept,:CaireG,TariccoG,andBiglieriEBitinterleavedcodedmodulationJIEEETransactiononInformationTheory,,():MackayDDavidMacKay'sGallagercoderesourceshttp:wwwinferencephycamacukmackaycodesdatahtml管武:男年生博士生研究方向为信道编码董明科:男年生讲师从事数字通信、软件无线电方向研究项海格:男年生教授主要研究领域为数字通信、无线和卫星通信网、软件无线电以及基于芯片的通信系统(SOC)更多技术文章论文请登录wwwsrveecom内容版权归作者所有

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/5

一种LDPC编码高阶调制系统的联合解调解码方法

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利