CN107070841A - 一种适用于ldpc编码通信系统的相位噪声迭代补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于LDPC编码通信系统的相位噪声迭代补偿方法，属于通信技术领域。本发明针对LDPC编码系统设计，充分考虑了LDPC编译码环节对相位噪声迭代补偿的辅助作用，从相位噪声表现出的低通特性出发，对比接收端符号与LDPC译码后的符号得到差异信息，将其通过低通滤波器，得到相位噪声的信息，反馈至接收端对受到相位噪声影响的符号进行补偿，从而减小相位噪声的影响，提高系统的误码性能。本发明的相位噪声迭代补偿方法，无需设计辅助序列，不会降低信息传输的效率。本发明的相位噪声迭代补偿方法，计算复杂度低，且对通信系统的误码性能有显著的提升。

Description

一种适用于LDPC编码通信系统的相位噪声迭代补偿方法

技术领域

本发明涉及一种适用于LDPC编码通信系统的相位噪声迭代补偿方法，属于通信技术领域。

背景技术

相位噪声主要来源是系统中的频率处理模块。由于振荡器等元器件本身非理想，频率源所产生的载波信号会发生随机相位抖动。从频域看，其频谱并非一条完美的无线窄的谱线，而是带有一定的宽度，也即频谱不纯净，存在着相位噪声。相位噪声通常定义为偏移中心频率的某一频率处的噪声强度，以dBc/Hz为单位，表示该频率处的功率与总功率的比值。

随着通信系统数据速率要求的不断提升，高通信频点和高阶调制方式被采用，以便支持更高的数据速率。一方面，通信频点越高，载波越易于出现更大的频率范围抖动；另一方面，高阶调制方式的星座点更密集，在同样地发射机功率下星座点的距离更小，相位噪声对星座点的影响更为显著。

通信系统中引入相位噪声影响的模块如图1所示。对低密度奇偶校验码(以下简称LDPC)编码通信系统而言，相位噪声在收发端进行上下变频时引入，使信号的相位出现随机的抖动，从而导致星座点发生旋转和分散，进而导致译码后的信号误码率升高，影响系统的性能。

对于相位噪声的处理，已有的技术采多用最大似然估计的方法进行载波相位估计，减弱相位噪声的影响，或者通过改善LDPC译码的结构提高系统的误码性能。但是这些方法未考虑到相位噪声本身的特性，且复杂度较高。

因此，有必要寻找一种低复杂度的补偿方法，利用相位噪声的低通特性进行提取，并对接收端符号进行相位补偿，使得系统误码性能得到提升。已有的相位噪声补偿方法中，一类是仅适用于CO-OFDM系统，如发明专利“一种适用于CO-OFDM系统的无迭代盲相位噪声补偿方法”申请号为：CN201510611860.3，以及发明专利“适用于CO-OFDM系统的判决辅助时域平均近似ICI相位噪声补偿方法”，申请号为CN201510611121.4，并没有考虑到LDPC编译码环节对相位噪声迭代补偿的辅助作用；另一类是通用的迭代补偿方法，如发明专利“一种相位噪声补偿抑制改进方法”，申请号为CN201410007166.6，通过设计信道估计序列的方法对相位噪声进行估计,但是这种方法一方面需要信道冲激相应估计、插值等操作，数学计算较为复杂，另一方面辅助序列的存在会造成一定的开销，造成信号传输效率的降低。

发明目的

本发明的目的是提出一种适用于LDPC编码通信系统的相位噪声迭代补偿方法，从相位噪声表现出的低通特性出发，对比接收端符号与LDPC译码后的符号得到差异信息，将其通过低通滤波器，得到相位噪声的信息，反馈至接收端对受到相位噪声影响的符号进行补偿，从而减小相位噪声的影响，提高系统的误码性能。

本发明提出的适用于LDPC编码通信系统的相位噪声迭代补偿方法，包括以下各步骤：

(1)建立一个通信系统中相位噪声模型，相位噪声模型表达式为：r＝se^jθ(t)+n(t)，

其中，r为通信系统接收端接收的经过下变频之后的信号，s为通信系统发送端的上变频之前的信号，e为自然对数，j为虚数单位，n(t)为高斯白噪声，θ(t)为相位噪声，t为表示时间变量。

(2)对接收端的信号r进行初始化，使r⁽⁰⁾＝r；

(3)对r⁽ⁿ⁾，n为迭代次数，n＝0,1,2,...，进行16ASPK解调和LDPC译码，得到译码后的序列y⁽ⁿ⁾；

(4)以上述步骤(3)的序列y⁽ⁿ⁾为信源，对序列y⁽ⁿ⁾进行LDPC编码和16APSK调制，得到译码后的信号

(5)根据上述步骤(3)中的接收端信号r_k ⁽ⁿ⁾和上述步骤(4)的译码后信号利用下式，计算得到差异信息

(6)利用相位噪声的频谱的窄带低通特性，对上述差异信息进行低通滤波，将其中的高频分量滤掉，只留下低频分量，即得到相位噪声信息p⁽ⁿ⁾；

(7)将上述相位噪声信息p⁽ⁿ⁾反馈至上述步骤(2)的接收端信号r⁽ⁿ⁾处，利用下式：r⁽ⁿ⁺¹⁾＝r⁽ⁿ⁾/p⁽ⁿ⁾，对r⁽ⁿ⁾进行补偿，得到补偿后的信号r⁽ⁿ⁺¹⁾；

(8)步骤(3)-步骤(7)为对信号r的1次相位噪声补偿，重复步骤(3)-步骤(7)，完成对信号r的多次迭代补偿。

本发明提出的一种适用于LDPC编码通信系统的相位噪声迭代补偿方法，其优点是：

1、本发明适用于LDPC编码通信系统的相位噪声进行迭代补偿，LDPC编译码可以极大削弱高斯白噪声的影响，利于相位噪声信息的有效提取，进而取得更好的补偿效果。

2、本发明的相位噪声迭代补偿方法，无需设计辅助序列，不会降低信息传输的效率。

3、本发明的相位噪声迭代补偿方法，计算复杂度低，且对通信系统的误码性能有显著的提升。

附图说明

图1是已有技术中引入相位噪声影响的模块示意图。

图2本发明方法建立的通信系统中的相位噪声模型示意图。

图3是本发明提出的适用于LDPC编码通信系统的相位噪声迭代补偿方法流程框图。

图4是本发明方法仿真效果示意图。

具体实施方式

本发明提出的适用于LDPC编码通信系统的相位噪声迭代补偿方法，包括以下各步骤：

(1)建立一个通信系统中相位噪声模型，如图2所示，相位噪声模型表达式为：

r＝se^jθ(t)+n(t)，

其中，r为通信系统接收端接收的经过下变频之后的信号，s为通信系统发送端的上变频之前的信号，e为自然对数，j为虚数单位，n(t)为高斯白噪声，θ(t)为相位噪声，t为表示时间变量。在本实施实例中，信号s由通信系统发送端的信源序列x经过5/6码率的LDPC码编码后，通过16APSK的调制方式生成，如图3所示；相位噪声的强度参数如表1所示。

(2)对接收端的信号r进行初始化，使r⁽⁰⁾＝r；

(3)对r⁽ⁿ⁾，n为迭代次数，n＝0,1,2,...，进行16ASPK解调和LDPC译码，得到译码后的序列y⁽ⁿ⁾；

(4)以上述步骤(3)的序列y⁽ⁿ⁾为信源，对序列y⁽ⁿ⁾进行LDPC编码和16APSK调制，得到译码后的信号

(5)根据上述步骤(3)中的接收端信号r_k ⁽ⁿ⁾和上述步骤(4)的译码后信号利用下式，计算得到差异信息

(6)利用相位噪声的频谱的窄带低通特性，对上述差异信息进行低通滤波，将其中的高频分量滤掉，只留下低频分量，即得到相位噪声信息p⁽ⁿ⁾；

(7)将上述相位噪声信息p⁽ⁿ⁾反馈至上述步骤(2)的接收端信号r⁽ⁿ⁾处，利用下式：r⁽ⁿ⁺¹⁾＝r⁽ⁿ⁾/p⁽ⁿ⁾，对r⁽ⁿ⁾进行补偿，得到补偿后的信号r⁽ⁿ⁺¹⁾；

(8)步骤(3)-步骤(7)为对信号r的1次相位噪声补偿。重复步骤(3)-步骤(7)，即可完成对信号r的多次迭代补偿，如图3所示。完成对接收端信号r的相位噪声补偿后，得到的r⁽ⁿ⁺¹⁾即为补偿完毕的信号，将补偿完毕后的信号r⁽ⁿ⁺¹⁾作为接收端信号，进行16APSK解调和LDPC译码，得到最终的接收端序列y。在本实施实例中，符号速率为1.76GHz，相位噪声参数如以下表1，仿真得到的误比特率曲线如图4所示，在10^-5数量级处，未补偿时的误比特率曲线与没有相位噪声影响的误比特率曲线相差约2.5dB，而使用本方法迭代补偿3次的误比特率曲线与没有相位噪声影响的误比特率曲线非常接近，仅相差约0.5dB，本发明方法对相位噪声的补偿效果显著。

表1

频偏/Hz	10K	100K	1M	10M	100M	1G
							强度/(dBc/Hz)	-80	-82	-85	-100	-120	-120

Claims (1)

1.一种适用于LDPC编码通信系统的相位噪声迭代补偿方法，其特征在于该补偿方法包括以下各步骤：

(1)建立一个通信系统中相位噪声模型，相位噪声模型表达式为：r＝se^jθ(t)+n(t)，其中，r为通信系统接收端接收的经过下变频之后的信号，s为通信系统发送端的上变频之前的信号，e为自然对数，j为虚数单位，n(t)为高斯白噪声，θ(t)为相位噪声，t为表示时间变量。

(2)对接收端的信号r进行初始化，使r⁽⁰⁾＝r；

(3)对r⁽ⁿ⁾，n为迭代次数，n＝0,1,2,...，进行16ASPK解调和LDPC译码，得到译码后的序列y⁽ⁿ⁾；

(4)以上述步骤(3)的序列y⁽ⁿ⁾为信源，对序列y⁽ⁿ⁾进行LDPC编码和16APSK调制，得到译码后的信号

(5)根据上述步骤(3)中的接收端信号r_k ⁽ⁿ⁾和上述步骤(4)的译码后信号利用下式，计算得到差异信息

(6)利用相位噪声的频谱的窄带低通特性，对上述差异信息进行低通滤波，将其中的高频分量滤掉，只留下低频分量，即得到相位噪声信息p⁽ⁿ⁾；

(7)将上述相位噪声信息p⁽ⁿ⁾反馈至上述步骤(2)的接收端信号r⁽ⁿ⁾处，利用下式：r⁽ⁿ⁺¹⁾＝r⁽ⁿ⁾/p⁽ⁿ⁾，对r⁽ⁿ⁾进行补偿，得到补偿后的信号r⁽ⁿ⁺¹⁾；

(8)步骤(3)-步骤(7)为对信号r的1次相位噪声补偿。重复步骤(3)-步骤(7)，即可完成对信号r的多次迭代补偿。