CN106301691A - 基于变换域的低密度奇偶校验码干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种通信系统的编码技术。首先，根据信道特性，采用信道估计算法，选择优化的变换阶数α；通过蒙特卡罗仿真，根据变换阶数α选择最优码率；α加权分数域数字信号D，利用最优码率的生成矩阵进行LDPC编码。在通信系统的发送端，对LDPC编码后的信号经过数字调制后，经过‑α阶的4‑WFRFT由分数域变换到时域，对变换到时域后的信号依次经过并串转换，加入循环前缀和数/模变换后，经过双选信道将信号发射出去。在通信系统的接收端，对信号依次进行模/数变换，去循环前缀，串并转换后进行FFT，将时域信号变换到频域，在α‑1阶变换下，变换到原始α阶的加权分数域；对数字解调后的α阶的加权分数域信号进行LDPC译码，最终得到原始信号估计值。

Description

基于变换域的低密度奇偶校验码干扰抑制方法

技术领域

本发明是一种通信系统的编码技术，具体的说是基于加权分数傅里叶变换域的低密度奇偶校验码技术。

背景技术

随着现代通信技术的快速发展以及信息传输对于可靠性要求的提高，而由于通信环境的复杂性，信号传输受到的来自信道的干扰是不可避免的，并且严重影响了通信质量。这时纠错编码技术可以成为行之有效的抑制干扰的方法，对于纠错编码的研究也成为通信领域专家关注的热点。

低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Code,LDPC)是性能较好的纠错编码技术，并且已经应用到了诸如深空通信、卫星通信等领域，并且不仅应用于军事通信领域，民用以及各种信息交换技术中也经常会用到这种性能优良的编码技术，特别是LDPC编码的简化算法以及硬件实现后，在各个领域应用越来越广泛。而现在研究成果中，多数是在时域或者频域进行LDPC的编码研究，目前的研究中并没有将这种编码技术应用到基于加权分数傅里叶变换域。

另外一个研究的背景是在时频双选信道下的抗干扰，由于信号在传输过程中，不仅会受到由于相对移动引起的多普勒效应，另外也会受到由于多径传输引起的多径效应的影响，而实际中往往这两种信道衰落形式同时存在，也称为双选信道。为了进一步抑制信道干扰的影响，本发明提出一种基于变换域的LDPC编码技术，对于抑制衰落信道，特别是双选信道衰落具有很好的效果。

本发明利用到的数学工具是四项加权分数傅里叶变换(4-WFRFT)的离散形式，具体定义如下：

对于数字信号s＝(s₁,s₂,...,s_n-1,s_n)，s的四项加权分数傅里叶变换可以表示为：

$F^{\mathrm{\α}}\left(s\right)=W^{\mathrm{\α}}{s}^T\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(1\right)$

其中，F^α(s)表示s的α阶的加权分数傅里叶变换(α∈[0,1])，W^α表示加权矩阵，s^T表示s的转置。W^α可以表示为

$\begin{array}{cc}{W}^{\mathrm{\α}}=\underset{l=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{A}_l{F}^l& \backslash *MERGEFORMAT\end{array}---\left(2\right)$

这里，A_l表示加权系数：

$\begin{array}{cc}{A}_l=\frac{1}{4}\frac{1-e^{-j2\mathrm{\π}(\mathrm{\α}-l)}}{1-e^{-j2\mathrm{\π}(\mathrm{\α}-l)/4}}& \backslash *MERGEFORMAT\end{array}---\left(3\right)$

F^l表示l次的傅里叶变换(l＝1,2,3,4)，F表示傅里叶变换矩阵。[F]_m,n＝e^-j2πmn/N，(其中，m,n＝0,1,...,N-1)。

特别地，当α＝0时，加权矩阵W^α退化为单位矩阵，当α＝1时，加权矩阵W^α退化为傅里叶变换矩阵。

由公式(3)可知，加权分数傅里叶变换实际是将原始信号的时域形式和频域形式进行了加权求和，这样可以同时抑制时频双衰落的信道情况。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题提出一种基于变换域的低密度奇偶校验码干扰抑制方法，即利用到了LDPC编码技术的优良的纠错性能，也利用到了加权分数傅里叶变换对双选衰落信道下的抑制效果。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

基于变换域的低密度奇偶校验码干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据双选信道特性，采用信道估计算法，选择变换阶数；

(2)通过蒙特卡洛仿真，根据变换阶数选择码率；

(3)将加权分数域数字信号利用所选码率的生成矩阵进行LDPC编码；其中加权分数域数字信号的阶数与所选变换阶数相同；

(4)对LDPC编码后的加权分数域数字信号依次经过数字调制和-α阶的4-WFRFT变换得到时域数字信号；其中α为所选择的变换阶数；

(5)对时域数字信号依次经过并串转换、加入循环前缀和模数变换形成模拟信号，将模拟信号通过双选信道发射出去；

通信系统的接收端：

(6)通过双选信道接收模拟信号，对模拟信号依次进行数/模变换、去循环前缀和串并转换，将串并转换后的信号依次进行FFT和频域均衡处理得到频域信号；

(7)将频域信号依次经过α-1阶的4-WFRFT变换和数字解调得到原始的α阶的加权分数域数字信号；

(8)对原始的α阶的加权分数域数字信号进行LDPC译码，得到原始信号；

完成基于变换域的低密度奇偶校验码干扰抑制。

本发明相比背景技术具有以下优点：

1、本发明首先在变换阶数的条件下，通过蒙特卡洛仿真得到最优码率，进而达到了编码性能和开销的平衡。

2、本发明基于加权分数傅里叶变换域的LDPC编码技术，即利用到了LDPC编码技术的优良的纠错性能，也利用到了加权分数傅里叶变换对双选衰落信道下的抑制效果，将会进一步对信道干扰的抑制以及系统性能的提升有很大的帮助。

附图说明

图1是本发明基于变换域的LDPC编码基带传输原理框图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

基于变换域的低密度奇偶校验码干扰抑制方法，包括以下步骤：

通信系统的发送端：

(1)根据双选信道特性，采用信道估计算法，选择优化的变换阶数α；

(2)通过蒙特卡洛仿真，根据变换阶数α选择最优码率；

(3)将α阶的加权分数域数字信号D，利用最优码率的生成矩阵进行LDPC编码；(C表示变换域编码后的信号，G表示编码生成矩阵)：

C＝GD^T；

(4)对LDPC编码后的加权分数域数字信号依次经过数字调制和-α阶的4-WFRFT变换得到时域数字信号；

(5)对时域数字信号依次经过并串转换、加入循环前缀和模数变换形成模拟信号，将模拟信号通过双选信道发射出去；假设信号这时经历的是双选信道(X表示编码后的信号时域表示形式)，

X＝W^-αC；

通信系统的接收端：

(6)通过双选信道接收模拟信号，对模拟信号依次进行数/模变换、去循环前缀和串并转换，将串并转换后的信号依次进行FFT和频域均衡处理得到频域信号；假设信道矩阵为H，则接收端信号可以表示为：(Y表示接收信号)

Y＝HX；

(7)将频域信号依次经过α-1阶的4-WFRFT变换和数字解调得到原始的α阶的加权分数域数字信号；

(8)对原始的α阶的加权分数域数字信号进行LDPC译码，得到原始信号D'；

完成基于变换域的低密度奇偶校验码干扰抑制。

Claims (1)

1.基于变换域的低密度奇偶校验码干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通信系统的发送端：

(1)根据双选信道特性，采用信道估计算法，选择变换阶数；

(2)通过蒙特卡洛仿真，根据变换阶数选择码率；

(3)将加权分数域数字信号利用所选码率的生成矩阵进行LDPC编码；其中加权分数域数字信号的阶数与所选变换阶数相同；

(4)对LDPC编码后的加权分数域数字信号依次经过数字调制和-α阶的4-WFRFT变换得到时域数字信号；其中α为所选择的变换阶数；

(5)对时域数字信号依次经过并串转换、加入循环前缀和模数变换形成模拟信号，将模拟信号通过双选信道发射出去；

通信系统的接收端：

(6)通过双选信道接收模拟信号，对模拟信号依次进行数/模变换、去循环前缀和串并转换，将串并转换后的信号依次进行FFT和频域均衡处理得到频域信号；

(7)将频域信号依次经过α-1阶的4-WFRFT变换和数字解调得到原始的α阶的加权分数域数字信号；

(8)对原始的α阶的加权分数域数字信号进行LDPC译码，得到原始信号；

完成基于变换域的低密度奇偶校验码干扰抑制。