[发明专利]多元LDPC码与编码SSD的联合设计方法

说明书

技术领域

本发明属于通信信道编码调制技术领域，特别涉及一种采用类编码冗余方式的SSD(信号空间分集)的G矩阵的设计方法及其解调方法、解调器和LDPC译码器之间的迭代设计方法。

背景技术

随着移动通信向着高速宽带发展，在传输速度的要求下，频率资源变得越来越宝贵，未来的通信系统必须充分利用有限的频谱资源，频带有效性和功率有效性的矛盾日益突出，而编码调制结合方案正是克服这一矛盾的主要方法。编码调制将编码与调制结合考虑，充分利用调制星座点之间的距离，从而在高频带有效性的情况下，尽可能减少功率有效性的损失。LDPC码是目前所有信道编码方案中最逼近Shannon限的好码，并已经应用在DVB-T、WiMax、UWB和LTE等无线通信系统中。多进制LDPC码具有比二进制LDPC码更好的性能，研究多进制LDPC码的理论和应用，并与高阶调制进行联合优化，有望进一步逼近Shannon限。

LDPC(Low-Density Parity Check)码是Gallager于1962年提出的一种性能接近Shannon限的好码，但很长一段时间未受到人们的重视，直到1993年Turbo码的提出，1996年，Mackey和Neal“再发现”了LDPC码，人们经研究发现Turbo码其实就是一种LDPC码，LDPC码又重新引起人们的兴趣。研究表明：基于非规则双向图的LDPC长码的性能可以优于Turbo码，而且这样的码的性能可以非常接近Shannon限。在二进制输入AWGN信道下，设计的码率1/2、码长107的非规则码用置信传播迭代方法译码，在错误概率10-6时，离Shannon限仅0.0045dB[1]，这是目前距Shannon限最近的码。而且，已有研究证明，GF(q＞2)上的多元LDPC码比二元LDPC码有更好的性能，其译码算法可采用基于q元域上的快速傅里叶变换的和积译码算法(FFT-BP)，该算法比q元BP算法更为简单有效。

信号空间分集(SSD)最早由JosephBoutros和Emanuele Viterbo提出，也称为调制分集，通过增加通信系统的分集度来改善衰落信道上的性能。增加信号空间分集的关键点在于对经典信号星座图进行特定的旋转，尽可能地使任意两个星座点之间的距离最大化。信号空间分集(SSD)已经应用在各种各样的编码和未编码的系统中，并获得了进一步的性能改善。在莱斯信道下采用SSD技术后的性能介于高斯信道和瑞利衰落信道之间。信号空间分集(SSD)获得性能改善需要增加接收机的计算复杂度。针对这一问题，目前已经有很多技术被用来降低接收机的复杂度，例如球形译码和软干扰消除等，而且随着大规模集成电路技术的高速发展，复杂度已经不再是一个不可解决的问题。

本发明正是在这些背景下提出了一种编码SSD与多元LDPC码联合编码设计方法，给出了一种编码SSD的G矩阵设计方法，同时也设计了一种SSD解调器与多元LDPC译码器之间进行外信息交换的大迭代方法。通过在发送端和接收端的编码调制的联合设计，进一步提高了通信系统的传输性能。

发明内容

1.系统模型

本发明提出了一种多元LDPC码和编码SSD联合设计的方法，系统框图(如图1所示)，发射机由多元LDPC编码器、符号调制器、SSD旋转矩阵G和分量交织器组成。接收机包括解交织器、SSD解调器和多元LDPC译码器。在这个系统里，本发明通过提高编码码率和对SSD进行编码，在总速率不变的情况下，设计了一种级联编码调制方案。在接收端通过译码器与解调器之间的联合迭代和外信息交换，使通信系统的性能进一步提高。

2.多元LDPC的编码和译码方法

一般情况下，LDPC编码采用的是一个与校验矩阵H对应的生成矩阵G，将要发送的信息m转化成码字c，满足G·m＝c和H·c＝0。如果采用随机LDPC码，通常情况下，稀疏校验矩阵H对应的G往往是高密度的，这就增加了编码器的存储和实现复杂度。特别是这种复杂度与码长呈二次关系。目前，很多文献都研究了简化的LDPC码的编码方式，如QC-LDPC，RA-LDPC，等方法，这些编码方法简单，结合快速译码方法，也能够得到很好的编码增益。