CN108306714A - 一种高阶调制下lt码解调译码方法 - Google Patents

一种高阶调制下lt码解调译码方法 Download PDF

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一种高阶调制下LT码解调译码方法，是采用LT码和高阶调制的无线通信系统中的一种联合解调译码方法。其流程为：对信源比特信息序列进行LT编码和采用高阶调制、调制符号序列无线传输到接收机、接收机解调器采用传统解调方法得到LT码编码比特的信道对数似然比信息、接收机LT译码器采用置信传播译码算法计算编码比特传递给解调器的外部信息、接收机解调器利用外部信息和接收的调制符号序列重新采用置信传播译码算法恢复信源比特信息序列。相比于传统解调译码算法，本发明提供的联合解调译码方法，由于充分利用了译码器传递给解调器的外部信息，从而能进一步降低误码率，达到可靠传输的目的。

Description

一种高阶调制下LT码解调译码方法
技术领域
本发明涉及一种在无线通信系统中高阶调制下的LT码解调译码新方法，属 于通信编码技术领域。
背景技术
喷泉码是一种无速率的新型纠错码技术，其典型应用包括组播和广播业务、 分布式网络存储等。LT(Luby Transform)码和Raptor码是目前最主要的两类喷泉 码，其中，Raptor码是由高码率预编码和LT码级联构成。喷泉码最初应用在删除 信道中用来抵抗丢包，近几年学术界已证明喷泉码在无线噪声信道(如AWGN信 道、衰落信道)中同样具有优异的性能，(见“Fixed-Rate Raptor Codes Over Rician Fading Channels”,IEEETransactions on Vehicular Technology，Vol.56,No.6, November 2008)。
为了改善通信质量，通信系统常采用高阶调制来提高频谱效率，同时结合信 道编码改善比特错误性能。正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)是最常见的一种调制方式，如在4G移动通信系统中就采用了16QAM和 64QAM，在新一代WiFi标准802.11ac中甚至采用了256QAM。在无线通信系统中， 将喷泉码和高阶调制相结合既能提高频谱效率又能提高传输可靠性。
当发射机采用LT码和高阶调制相结合发送信号时，在接收机处如何设计高性 能的解调译码算法是实现可靠接收的关键技术之一。传统的解调译码方法是首先 采用解调器得到LT码编码比特的信道对数似然比(Log-likelihood Ratio，LLR)信 息(见“BitwiseLog-likelihood Ratios For Quadrature Amplitude Modulations”,IEEECommunications Letters，Vol.19,No.6,June 2015)，然后喷泉码译码器采用软译 码算法恢复发射信息。传统的解调译码算法未能在解调器和译码器间充分利用信 息，导致产生译码性能损失，因此，研究性能更为优异的解调译码算法是有必要 的。
发明内容
本发明提出了一种在解调器和译码器间相互传递信息的联合解调译码方法， 相比于传统解调译码方法，本发明方法具有更为优异的译码性能。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的，其具体步骤如下：
步骤一、发射机对长度K的信源比特信息序列进行LT编码和采用高阶调制得 到长度为N的调制符号序列。
步骤二、调制符号序列经过无线信道传输到接收机。
步骤三、接收机解调器采用传统的解调方法得到LT码编码比特的信道LLR信 息。
步骤四、接收机LT译码器采用置信传播译码算法计算编码比特传递给解调器 的外部信息。
步骤五、接收机解调器利用LT码译码器传递的外部信息和接收的调制符号序 列重新计算LT码编码比特的信道LLR信息。
步骤六、重复若干次步骤四和步骤五后，接收机LT码译码器采用BP译码算法 计算信源比特信息序列的LLR信息，恢复信源比特信息序列。
步骤四中的外部信息计算方法为：用m表示在译码器中传递的消息；从第i 个编码比特ci到第j个信源比特dj的LLR消息表示为 表示从信源 比特di到编码比特cj的LLR消息；那么，为
其中，Ni表示与第i个编码比特连接的信源比特的下标集合，L(ci)表示由步骤 三得到的第i个编码比特的信道LLR信息；LLR消息只取决于传递到信源比 特di的信息，因此，表示为
其中，εi表示与第i个信源比特相连接的编码比特的下标集合；最后计算第i编 码比特传递给解调器的外部信息为
步骤五中重新计算LT码编码比特信道LLR信息的具体计算公式如下：
首先由步骤四得到的外部信息计算第i编码比特为0和1的概率 Pr(ci＝0)和Pr(ci＝1)，即
其中exp(g)为指数函数；
其次，计算由log2M个编码比特组成的集合S中的一个符号s的概率Pr(s)， 即
其中ci(i＝1L log2M)取值表示映射到符号s的编码比特取值；最后计算LT 码编码比特新的信道LLR信息，即
本发明提供的在解调器和译码器间相互传递信息的新型联合解调译码方法 比传统的解调译码方法在相同的信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)下具有更低 的误码率(Bit Error Rate,BER)。
附图说明
图1为采用LT编码和8ASK调制过程的一个图示；
图2为K＝3000，调制采用格雷映射的16QAM，发射功率为1，σ2＝0.5时不同 N/K下的仿真结果；
图3为K＝3000，调制采用格雷映射的64QAM，发射功率为1，σ2＝0.5时不同 N/K下的仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种高阶调制下LT码解调译码方法，具体实现步骤如下：
步骤一、发射机对长度K的信源比特信息序列进行码率R的LT编码得到编 码比特序列，编码比特序列采用M阶调制得到长度为N的调制符号序列。
步骤二、调制符号序列经过均值为0方差为σ2的AWGN信道传输到接收机。
步骤三、接收机解调器利用接收序列rj(j＝1…N)计算LT码编码比特的信道 LLR信息，即
其中，S表示M阶调制符号的集合，s表示集合S中的一个符号，bi(i＝1…log2M) 表示构成符号s的第i个比特。
步骤四、接收机LT码译码器采用置信传播(Belief Propagation,BP)译码算 法计算编码比特传递给解调器的外部信息。其具体计算公式如下，
用m表示在译码器中传递的消息。从第i个编码比特ci到第j个信源比特dj的LLR消息表示为 表示从信源比特di到编码比特cj的LLR消息。那 么，为
其中，Ni表示与第i个编码比特连接的信源比特的下标集合，L(ci)表示由步骤 三得到的第i个编码比特的信道LLR信息。LLR消息只取决于传递到信源比 特di的信息。因此，表示为
其中，εi表示与第i个信源比特相连接的编码比特的下标集合。最后计算第i编 码比特传递给解调器的外部信息为
步骤五、接收机解调器利用LT码译码器传递的外部信息和接收的调制符号 序列重新计算LT码编码比特的信道LLR信息。其具体计算公式如下，首先由步 骤四得到的外部信息计算第i编码比特为0和1的概率Pr(ci＝0)和Pr(ci＝1)， 即
其中exp(g)为指数函数。 其次，计算由log2M个编码比特组成的集合S中的一个符号s的概率Pr(s)，即 其中ci(i＝1L log2M)取值表示映射到符号s的编码比特取值。 最后计算LT码编码比特新的信道LLR信息，即
步骤六、重复若干次步骤四和步骤五后，接收机LT码译码器采用BP译码算 法计算信源比特信息序列的LLR信息，恢复信源比特信息序列。其具体计算公式 如下，
下面通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1，一种高阶调制下LT码解调译码方法，具体实现步骤如下：
步骤一、发射机对长度K＝3000的信源比特信息序列进行码率R的LT编码得 到编码比特序列，LT码采用度分布函数
Ω(x)＝0.007969x+0.49357x2+0.16622x3+0.072646x4+0.082558x5
+0.056058x8+0.037229x9+0.05559x19+0.025023x65+0.003135x66， 编码比特序列再采用格雷映射的16QAM得到长度为N＝750/R的调制符号序列。
步骤二、调制符号序列经过均值为0方差为0.5的AWGN信道传输到接收机。
步骤三、接收机解调器利用接收序列rj(j＝1…N)计算LT码编码比特的信道 LLR信息。
步骤四、接收机LT码译码器采用BP译码算法计算编码比特传递给解调器的 外部信息。
步骤五、接收机解调器利用LT码译码器传递的外部信息和接收的调制符号 序列重新计算LT码编码比特的信道LLR信息。
步骤六、重复100次步骤四和步骤五后，接收机LT码译码器采用BP译码算 法计算信源比特信息序列的LLR信息，恢复信源比特信息序列。
按照实施例1的过程我们进行了10000次仿真，图2为仿真结果。当N/K＝3 时，传统解调译码方法的BER为5×10-3，本发明提出联合解调译码方法的BER 为1.5×10-3，具有更低的误码率。
实施例2，一种高阶调制下LT码解调译码方法，具体实现步骤如下：
步骤一、发射机对长度K＝3000的信源比特信息序列进行码率R的LT编码得 到编码比特序列，LT码采用度分布函数
Ω(x)＝0.007969x+0.49357x2+0.16622x3+0.072646x4+0.082558x5
+0.056058x8+0.037229x9+0.05559x19+0.025023x65+0.003135x66， 编码比特序列再采用格雷映射的64QAM得到长度为N＝375/R的调制符号序列。
步骤二、调制符号序列经过均值为0方差为0.5的AWGN信道传输到接收机。
步骤三、接收机解调器利用接收序列rj(j＝1…N)计算LT码编码比特的信道 LLR信息。
步骤四、接收机LT码译码器采用BP译码算法计算编码比特传递给解调器的 外部信息。
步骤五、接收机解调器利用LT码译码器传递的外部信息和接收的调制符号 序列重新计算LT码编码比特的信道LLR信息。
步骤六、重复100次步骤四和步骤五后，接收机LT码译码器采用BP译码算 法计算信源比特信息序列的LLR信息，恢复信源比特信息序列。
按照实施例2的过程我们进行了10000次仿真，图3为仿真结果。当N/K＝4.5 时，传统解调译码方法的BER为7×10-2，本发明提出联合解调译码方法的BER 为1.3×10-2。当N/K＝5时，传统解调译码方法的BER为2.3×10-3，本发明提出 联合解调译码方法的BER为6×10-4。因此，本发明提出联合解调译码方法具有 更低的误码率。

Claims (3)

1.一种高阶调制下LT码解调译码方法，其特征在于：是一种采用LT码和高阶调制的无线通信系统中的联合解调译码方法，实现步骤具体如下：
步骤一、发射机对长度K的信源比特信息序列进行LT编码和采用高阶调制得到长度为N的调制符号序列；
步骤二、调制符号序列经过无线信道传输到接收机；
步骤三、接收机解调器采用传统的解调方法得到LT码编码比特的信道对数似然比信息；
步骤四、接收机LT译码器采用置信传播译码算法计算编码比特传递给解调器的外部信息；
步骤五、接收机解调器利用LT码译码器传递的外部信息和接收的调制符号序列重新计算LT码编码比特的信道对数似然比信息；
步骤六、重复若干次步骤四和步骤五后，接收机LT码译码器采用置信传播译码算法计算信源比特信息序列的对数似然比信息，恢复信源比特信息序列。
2.根据权利要求1所述的一种高阶调制下LT码解调译码方法，其特征在于：步骤四中的外部信息计算方法为：用m表示在译码器中传递的消息；从第i个编码比特ci到第j个信源比特dj的LLR消息表示为表示从信源比特di到编码比特cj的LLR消息；那么，为
其中，Ni表示与第i个编码比特连接的信源比特的下标集合，L(ci)表示由步骤三得到的第i个编码比特的信道LLR信息；LLR消息只取决于传递到信源比特di的信息，因此，表示为
其中，εi表示与第i个信源比特相连接的编码比特的下标集合；最后计算第i编码比特传递给解调器的外部信息为
3.根据权利要求1所述的一种高阶调制下LT码解调译码方法，其特征在于：步骤五中重新计算LT码编码比特信道LLR信息的具体计算公式如下：
首先由步骤四得到的外部信息计算第i编码比特为0和1的概率Pr(ci＝0)和Pr(ci＝1)，即
其中exp(g)为指数函数；
其次，计算由log2M个编码比特组成的集合S中的一个符号s的概率Pr(s)，即
其中ci(i＝1L log2M)取值表示映射到符号s的编码比特取值；最后计算LT码编码比特新的信道LLR信息，即
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