[发明专利]LDPC编码联合16DAPSK调制解调的方法

权利要求书

1.一种基于OFDM系统LDPC信道编码联合16DAPSK时域差分调制解调的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)生成数据：生成的数据包括256个符号，每个符号包括48个子载波，将生成的数据当做信息比特，数学表示为一个[48,256]的矩阵，矩阵[48,256]为全零矩阵，解调出来也必为全零；

2)生成(512,256)LDPC信道编码矩阵：依据公式(1)生成矩阵由单位矩阵I和循环子矩阵β两大部分组成，其中循环子矩阵的循环行向量种子为β的上标表示第几个循环子矩阵的种子、下标表示循环行向量所在的行数，如表1所示，每一个种子由64个16进制表示，将16进制转换为4比特二进制表示，变为256个二进制表示，将此256二进制表示的数据，循环右移一位产生新的一行，依次循环右移63次产生63行256个二进制数据，加上种子一行，总共组成64行256个二进制数据，数学表示为[64,256]的子矩阵，总共有4个种子β即那么生成矩的阵数学表示为[256,256]的矩阵，依据公式(1)产生信道编码矩阵，其中I_64×64代表一个64阶单位矩阵，0表示全零矩阵，最后的编码矩阵数学表示为[512,256]：

表1：生成矩阵子矩阵的循环行向量种子

3)校验矩阵的生成：校验矩阵如公式(2)所示，其中I代表大小为P的单位矩阵，P＝64，0代表大小为P的全零矩阵，Φ代表由单位矩阵I_64×64循环右移得到的矩阵，代表模2运算，将公式(2)转换为向量的种子，如表2所示，表2中总共有32个种子，每个种子都是长度为64的行向量，表中的坐标表示元素“1”所在行向量的位置，每个通过1的位置产生每个子矩阵第一行的行向量，每个子矩阵都是64x64的大小，所以循环右移63次，产生63个新的行向量与原来的行向量组成一个校验子矩阵，故校验矩阵的数学表示为[256,512]的矩阵：表2：校验矩阵的循环行向量种子

，

4)对数据进行信道编码：将步骤1)中生成的数据作为数据源，令数据源为X，表示为如公式(3)所示，假定编码后的数据用Y表示，依据信道编码公式(4)，对数据源进行编码，编码得到的数据可表示为如公式(5)所示，其中y₁ y₂ ... y₂₅₆代表的是有效信息，c₁ c₂ ...c₂₅₆代表的是校验位，编码后的数据表示为[48,512]的矩阵：

X＝[x₁ x₂ x₃ x₄ ... x₂₅₄ x₂₅₅ x₂₅₆]   (3)，

Y＝X*G   (4)，

Y＝[y₁ y₂ ... y₂₅₆ c₁ c₂ ... c₂₅₆]    (5)，

5)16DAPSK数字调制：将步骤3)中[48,512]的数据矩阵转化成适合16DAPSK调制的格式即转化为[4,6144]的矩阵，然后每一列当做是一个4比特的所表示二进制数，假定为[b3b2b1b0]，最高位的b3作为幅度进行幅度差分编码，再将编码后的数据0映射为0.5,1映射为1，输入的低3位b2b1b0按照公式(6)和公式(7)映射产生差分相位Δθ_i，其中I_i，Q_i代表映射的横、纵坐标，Δθ_i代表当前数据与上一个数据的相位差，具体映射关系将一个圆8等分，即取{π/8,3π/8,5π/8,7π/8,9π/8,11π/8,13π/8,15π/8}中一个，调制后的16DAPSK星座图中16个坐标点为“o”，另外16个坐标为“*”，信号只能在“*”和“o”之间交替跳变，避免180°相位跳变：

I_i＝I_i-1cos(Δθ_i)-Q_i-1sin(Δθ_i)   (6)，

Q_i＝I_i-1sin(Δθ_i)+Q_i-1cos(Δθ_i)   (7)；

6)OFDM即正交频分复用：OFDM的系统子载波间隔是312.5KHz，标准采用48个并行子载进行数据传输，步骤4)调制后变为128+1个符号，每个符号48个子载波，加入16个空载波，每个符号变为64个子载波，然后经过64点的IFFT进行时域变化，接着加入16个子载波的循环前缀，最后进行串转并，从OFDM出来的数据格式为[1,10320]的复信号；

7)加噪声过信道：加噪声过信道包括：

7-1)高斯加性白噪声信道，其中噪声方差为σ²、每个SNR点100个数据帧；

7-2)COST207信道中的丘陵地区信道传播时延迟Delay＝[0 1 2 3 4 5]，路径功率分贝值PowerdB＝[0 -4 -8 -12 -16 -20]，噪声方差同样为σ²，每个SNR点100个数据帧；

8)解OFDM：将经过信道后的10320个复信号，先进行串转并，转换成[80,129]的矩阵，接着去除16个子载波的循环前缀转换为[64,129]的矩阵，然后经过FFT变化，再去除16个空载波，数据格式变换为[48,129]的矩阵；

9)DIFTIME_16DAPSK联合LDPC信道译码解调：将步骤7)解调出来的第i个数据设为G_i，令然后依据公式(8)进行归一化：

归一化后相当于只提取出了组成的b₂b₁b₀相位信息，单个比特的对数似然比即软信息LLR的定义如公式(9)所示，其中k取0,1,2，表示是相位调制中的第k个比特，S代表π/8-8DPSK调制后的数据点，Gdn_i代表归一化后的信息：

依据归一化后星座图的分布特点，将公式(9)简化公式为(10)，其中E_s代表的是比特信号能量，N₀表示均值为1且方差为σ²的噪声功率，因为LDPC译码采用的是不受输入信息同比例因子影响的最小和译码算法，故公式(10)可简化为公式(11)，软信息对应相位调制中第i个数据的(b₂b₁b₀)：

两个相邻信号的比值Gd_i分布在半径为0.5,1和2的圆的附近，如果Gd_i小于1，那么b₃对应的幅度软信息为公式(12)所示：

如果Gd_i小于1，那么b₃对应的幅度软信息为公式(13)所示：

其中，α为幅度调制的高电平与低电平的比值，在16DAPSK中α＝2，一个数据的软比特信息(b₃b₂b₁b₀)，故16DAPSK如解调出的数据格式为[48,512]；

10)LDPC最小和译码输出数据信息：将步骤8)中的16DAPSK如解调出的数据[48,512]利用步骤2)生成的校验矩阵通过最小和译码算法进行译码输出，输出的每个符号去除其256个校验位，最终输出的数据格式为[48,256]即为最终解调输出。