CN101604976A - 比特可靠性映射的校验矩阵预处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种无线通信技术领域的用于LDPC编码调制系统的比特可靠性映射的校验矩阵预处理的方法，包括生成校验矩阵；根据校验矩阵中的每个比特节点的列重排序；将校验矩阵分为L块列数相等的子矩阵；对分块后的校验矩阵进行重排；得到经过预处理的用于比特可靠性映射的校验矩阵。本发明去除了LDPC编码调制系统中进行比特可靠性映射所需的交织器，编码后序列按照自然顺序映射即可，降低了实现复杂度，大大减少了系统时延，并且由于校验矩阵列交换完全不影响码字性能，系统性能与传统比特可靠性映射实现方法相比完全一样。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种无线通信技术领域方法，具体是一种用于LDPC编码调制系统的比特可靠性映射的校验矩阵预处理的方法。
背景技术
在无线通信领域内，不等错误保护(Unequal Error Protection，UEP)一直是一个具有较高实用价值的研究课题，这是因为，对于数字电视、卫星广播等应用来说，一部分数据比较重要，或对噪声较为敏感，需要给予较强保护，另一部分数据相对次要，或对噪声不太敏感，只需提供较弱保护，在这种情况下，对全部数据采用相等保护是一种资源浪费，而采用不等错误保护，将重点放在那些重要信息上，可以有效节省资源，同时不影响系统性能。在信道编码环节，非规则的低密度奇偶校验码(LDPC)具有天生的不等错误保护特性，度数较高的比特节点纠错能力较强，度数较低的比特节点纠错能力较弱；在调制环节，调制符号的不同比特位也具有不同的抗干扰能力。从编码调制的角度出发，将无线通信系统中的信道编码环节和调制环节的UEP特性联合考虑，人们提出了一种称为比特可靠性映射的编码调制技术，在一定程度上提高了无线通信系统的性能。
经过对现有技术的检索发现Yan Li和William E.Ryan在IEEECOMMUNICATIONS LETTERS，VOL.9，NO.1，JANUARY 2005上发表了Bit-Reliability Mapping in LDPC-Coded Modulation Systems(2005年1月IEEE通信快报，第9卷1号，LDPC编码调制系统中的比特可靠性映射)，Chen Luo，Keke Liu，Zesong Fei，Jingming Kuang在2008 11th IEEE InternationalConference on Communication Technology Proceedings上发表了A NovelMapping Scheme in Non-binary LDPC Coded Modulation System(2008年第11次IEEE通信技术进展国际会议，多维LDPC编码调制系统中一种新的映射方法)。前者将LDPC码字中度数较高的比特节点映射到调制符号中抗干扰能力较强的比特位上，后者将LDPC码字中度数较低的比特节点映射到调制符号中抗干扰能力较强的比特位上，两种编码调制策略虽然在一定程度上改善了无线通信系统的BER性能，然而，在实现方法上却引入了交织器，从而一方面增加了实现复杂度，另一方面增加了系统延时。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种可靠性映射的校验矩阵预处理方法，有效降低了实现复杂度，减少了系统延时，具有较高的实用价值。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：
第一步、根据调制方式确定调制符号中不同比特位的抗干扰能力，将其分为L个抗干扰能力等级，所述的抗干扰能力等级个数L为大于等于1，小于等于调制符号比特位个数的整数。
第二步、检测校验矩阵中的每个比特节点的列重，并选择排序方法，具体为以下两种之一：
a)将各个比特节点按列重降序排列，得到列重降序排列的校验矩阵；
b)将各个比特节点按列重升序排列，得到列重升序排列的校验矩阵。
第三步、记LDPC校验矩阵共有N列，按照抗干扰能力等级将排序后的校验矩阵划分为L块列数相等的子矩阵，每块列数相等，记为C，然后进行比特映射，具体为以下两种之一：
a)对于Yan Li和William E.Ryan的策略，将采用列重降序排列的校验矩阵，第m(m＝1，2，…，L)个子矩阵中的比特将被映射到调制符号中第m(m＝1，2，…，L)个抗干扰能力等级所在的比特位；
b)对于Chen Luo，Keke Liu，Zesong Fei，Jingming Kuang的策略，将采用列重升序排列的校验矩阵，第n(n＝1，2，…，L)个子矩阵中的比特将被映射到调制符号中第n(n＝1，2，…，L)个抗干扰能力等级所在的比特位。
第四步、对分块后的校验矩阵进行重排，重排时的列号变换方法为：
j′＝j％C×L+[j/C]，
其中：j为重排前C矩阵的列号，j＝0，1，L，N，j′为重排后C矩阵的列号，j′＝0，1，L，N；符号％表示取余，符号[]表示取整。
与现有技术相比，本发明去除了LDPC编码调制系统中进行比特可靠性映射所需的交织器，编码后序列按照自然顺序映射即可，降低了实现复杂度，大大减少了系统时延，并且由于校验矩阵列交换完全不影响码字性能，系统性能与传统比特可靠性映射实现方法相比完全一样。
附图说明
图1为本发明步骤示意图；
图2为16QAM格雷映射星座图；
图3为校验矩阵预处理过程示例；
图4为进行比特可靠性映射的传统LDPC编码调制系统框图；
图5为进行比特可靠性映射的预处理LDPC编码调制系统框图；
图6为LDPC编码调制系统仿真比较。
具体实施方法
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
本实施例采用16QAM调制，格雷映射，星座图如图2所示，码字校验矩阵如图3(1)所示。
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
(1)每个调制符号有4个比特位，表示为b0b1b2b3，抗干扰能力强弱关系为b0＝b2＞b1＝b3，因此可以将4个比特位分为2个强弱等级；
(2)计划采用Yan Li和William E.Ryan的策略，即将LDPC码字中度数较高的比特节点映射到调制符号中抗干扰能力较强的比特位上，所以降序排列，排列后如图3(2)所示；
(3)将校验矩阵划分为2块，每块6列；
(4)按照函数关系j′＝j％C×L+[j/C](j＝0，1，L，N；j′＝0，1，L，N)对降序后的LDPC校验矩阵列号进行一一变换，其中％表示取余，[]表示取整，变换结果如图3(3)所示，可以看到，从左往右各个比特节点度数依次为6、3、6、3、5、3、5、2、4、2、4、2，采用该预处理后校验矩阵进行编码，编码结果按照自然顺序即可进行比特可靠性映射。
如图4所示，现有技术采用比特可靠性映射的传统LDPC编码调制系统需要引入交织器模块，LDPC码具有自交织性，本来可以利用自交织性在编码调制系统中去除交织器模块，但是为了采用比特可靠性映射，传统实现方法不得不引入交织器，增加了实现复杂度和系统延时。
如图5所示，采用本实施例所述的校验矩阵预处理方法，LDPC编码调制系统去除了交织器，编码后序列按照自然顺序映射即可，降低了实现复杂度，大大减少了系统时延，并且由于校验矩阵列交换完全不影响码字性能，系统性能与传统比特可靠性映射实现方法相比完全一样。
实施例2：
采用16QAM调制，格雷映射，星座图如图2所示，码字度分布对如表1所示，码长4096，码率0.5，仿真信道为AWGN，采用Yan Li和William E.Ryan的策略，即将LDPC码字中度数较高的比特节点映射到调制符号中抗干扰能力较强的比特位上。
表1 仿真码字度分布对
如图6所示，UEP_CM_Interleaver表示Yan Li和William E.Ryan所提出的策略的传统实现方法，UEP_CM_PreProcessor表示Yan Li和William E.Ryan所提出的策略的预处理实现方法，NO_UEP_CM表示未采用编码调制的方法。可以看到，本实施例所述预处理方法与传统实现方法性能完全重合，且均优于未采用编码调制的方法，这说明本实施例相比于传统的比特可靠性映射的实现方法，没有任何性能上的劣势，然而，由于本实施例所述实现方法无需引入交织器，因此编系统延迟大大降低，实现复杂度也相应减少。
Claims (4)
1、一种可靠性映射的校验矩阵预处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、根据调制方式确定调制符号中不同比特位的抗干扰能力，将抗干扰能力降序排列后分为L个抗干扰能力等级；
第二步、检测校验矩阵中的每个比特节点的列重，并选择排序方法；
第三步、按照抗干扰能力等级将排序后的校验矩阵划分为L块列数相等的子矩阵，每块列数相等，记为C，然后进行比特映射；
第四步、对分块后的校验矩阵进行重排，重排后的C矩阵列号分别为：
j′＝j％C×L+[j/C]，
其中：j为重排前C矩阵的列号，j＝0，1，L，N，j′为重排后C矩阵的列号，j′＝0，1，L，N；符号％表示取余，符号[]表示取整。
2、根据权利要求1所述的可靠性映射的校验矩阵预处理的方法，其特征是，所述的抗干扰能力等级个数L为大于等于1，小于等于调制符号比特位个数的整数。
3、根据权利要求1所述的可靠性映射的校验矩阵预处理的方法，其特征是，所述的两种排列顺序是指：
a)将各个比特节点按列重降序排列，得到列重降序排列的校验矩阵；
b)将各个比特节点按列重升序排列，得到列重升序排列的校验矩阵。
4、根据权利要求3所述的可靠性映射的校验矩阵预处理的方法，其特征是，所述的比特映射，具体为以下两种之一：
a)对于Yan Li和William E.Ryan的策略，将采用列重降序排列的校验矩阵，第m个子矩阵中的比特将被映射到调制符号中第m个抗干扰能力等级所在的比特位，其中：m＝1，2，…，L；
b)对于Chen Luo，Keke Liu，Zesong Fei，Jingming Kuang的策略，将采用列重升序排列的校验矩阵，第n个子矩阵中的比特将被映射到调制符号中第n个抗干扰能力等级所在的比特位，其中：n＝1，2，…，L。
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