一種奇偶校驗碼擴頻連續(xù)相位調(diào)制系統(tǒng)的迭代檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于信號檢測領域，具體涉及一種基于擴頻的低密度奇偶校驗碼連續(xù)相位調(diào)制系統(tǒng)的低密度奇偶校驗碼擴頻連續(xù)相位調(diào)制系統(tǒng)的迭代檢測裝置。一種奇偶校驗碼擴頻連續(xù)相位調(diào)制系統(tǒng)的迭代檢測裝置，包括接收天線、CPM解調(diào)器、CPM軟輸入軟輸出模塊、解擴映射器、解隨機交織器、加權處理模塊、LDPC碼軟輸入軟輸出模塊、隨機交織器、擴頻映射器、輔助硬判決模塊、開關電路和比特判決器。本發(fā)明將擴頻技術引入到LDPC-CPM系統(tǒng)中，可以進一步提高該系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力；有效提高基于擴頻的系統(tǒng)的性能；引入輔助硬判決模塊可以使迭代過程在較小的迭代次數(shù)下及時停止，減少平均迭代次數(shù)，提高系統(tǒng)的實時性。
【專利說明】一種奇偶校驗碼擴頻連續(xù)相位調(diào)制系統(tǒng)的迭代檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于信號檢測領域，具體涉及一種基于擴頻的低密度奇偶校驗(LowDensity Parity Check Code, LDPC)碼連續(xù)相位調(diào)制(Continuous Phase Modulation, CPM)系統(tǒng)的低密度奇偶校驗碼擴頻連續(xù)相位調(diào)制系統(tǒng)的迭代檢測裝置。
【背景技術】
[0002]可靠性和有效性是通信系統(tǒng)必須考慮的兩個主要因素，無線通信系統(tǒng)必須考慮頻譜效率和功率效率，采用先進的編碼技術和高效的調(diào)制技術相結合能夠使功率利用率和頻譜利用率達到較好的平衡點。傳統(tǒng)的通信編碼和調(diào)制的相互獨立設計的傳統(tǒng)方法具有致命缺陷:即以增加冗余度為主要設計思想的信道編碼隨糾錯性能的提高，冗余度大幅度增加，降低了有效信息傳輸速率。
[0003]非規(guī)則的低密度奇偶校驗(Low-Density Parity-Check, LDPC)碼是迄今所發(fā)現(xiàn)的最接近Shannon限的信道編碼,優(yōu)于最優(yōu)的Turbo碼，性能距Shannon限只差0.0045dB。非規(guī)則準循環(huán)結構的LDPC (QC-LDPC)碼，其校驗矩陣同時具有準循環(huán)和下三角結構，克服了隨機LDPC碼復雜度高的缺點。連續(xù)相位調(diào)制(Continuous Phase Modulation, CPM)是一類包絡恒定的調(diào)制技術，具有高效的頻帶與功率利用率，尤其適合于需要使用非線性功率放大器的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，被認為是未來多媒體衛(wèi)星通信的主要候選調(diào)制方案。LDPC-CPM聯(lián)合編碼調(diào)制體制可以使系統(tǒng)在頻譜利用率和功率利用率之間達到一個最佳的結合點。
[0004]Turbo的解碼概念近年來在無線通信領域得到快速發(fā)展，Turbo真正突破性的發(fā)現(xiàn)不是它的編碼形式，而是基于軟輸入軟輸出SISO (Soft Input Soft Output)分量碼解碼算法的迭代解碼方法。隨著通信事業(yè)的迅速發(fā)展，各類通信網(wǎng)的建立，使得有限的頻率資源更加擁擠，相互之間的干擾更為嚴重，擴展頻譜通信系統(tǒng)具有很強的抗干擾性能，其多址能力、保密、抗多徑等功能也倍受人們的關注，被廣泛應用于軍事通信和民用通信中。若在擴頻系統(tǒng)中應用Turbo迭代檢測的思想，則可以明顯改善系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能。
[0005]《電子學報》發(fā)表的《一種應用CPM擴頻調(diào)制的TurboCDMA系統(tǒng)》中，該系統(tǒng)中避免了傳統(tǒng)接收機設計中解調(diào)、譯碼單獨設計丟失信息量的缺點，該體制可以進一步提高系統(tǒng)的可靠性，但是在對解擴解調(diào)器機制如何實現(xiàn)方面未有詳細講解，并且系統(tǒng)的實時性較差?！渡钲诖髮W學報》發(fā)表的《基于Turbo迭代算法LDPCC-CPM系統(tǒng)接收機設計》一文提出了采用CPM解調(diào)器和LDPC譯碼采用聯(lián)合迭代檢測技術，使CPM解調(diào)器和LDPC譯碼器構成一個軟輸入軟輸出模塊，可以有效提高系統(tǒng)的可靠性，但是該種體制沒有在抗干擾性能方面的研究。若將LDPC-CPM系統(tǒng)應用于擴頻通信系統(tǒng)中，并且在系統(tǒng)中應用Turbo迭代檢測的思想，這樣在大幅度提升可靠性和抗干擾性的同時，能夠具有較好的頻譜利用率。
[0006]本發(fā)明將LDPC編碼與CPM調(diào)制應用在擴頻系統(tǒng)中，采用Turbo迭代機制將解調(diào)、解擴和譯碼有機的結合，并且系統(tǒng)中采用動態(tài)的停止準則減少平均迭代次數(shù)，提高系統(tǒng)的實時性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出一種可以提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，而且可以減少平均迭代次數(shù)，提高系統(tǒng)的實時性的一種奇偶校驗碼擴頻連續(xù)相位調(diào)制系統(tǒng)的迭代檢測裝置。
[0008]本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的:
[0009]一種奇偶校驗碼擴頻連續(xù)相位調(diào)制系統(tǒng)的迭代檢測裝置，包括接收天線、CPM解調(diào)器、CPM軟輸入軟輸出模塊、解擴映射器、解隨機交織器、加權處理模塊、LDPC碼軟輸入軟輸出模塊、隨機交織器、擴頻映射器、輔助硬判決模塊、開關電路和比特判決器，接收天線接收受高斯信道污染的CPM調(diào)制信號，將其送至CPM解調(diào)器進行解調(diào)，CPM解調(diào)器輸出內(nèi)碼字的逐比特先驗概率信息序列送至CPM軟輸入軟輸出模塊并作為一個輸入，CPM軟輸入軟輸出模塊同時將LDPC碼軟輸入軟輸出模塊輸出的外碼字逐比特概率信息序列經(jīng)加權處理模塊、隨機交織器和擴頻映射器后作為另一個輸入，CPM軟輸入軟輸出模塊輸出更新后的內(nèi)信息字逐比特概率信息序列，內(nèi)信息字逐比特概率信息序列順次經(jīng)過解擴映射器、解隨機交織器和加權處理模塊后作為外碼字的逐比特先驗概率信息序列送至LDPC碼軟輸入軟輸出模塊，LDPC碼軟輸入軟輸出模塊輸出的外信息字逐比特概率信息序列送至輔助硬判決模塊，輔助硬判決模塊從第二次迭代開始，對相鄰兩次迭代中外信息字的逐比特率概率信息序列的硬判決進行比較，如果第n次與第n-1次的硬判決一致，則停止迭代檢測全過程并觸發(fā)開關電路，同時將第n次迭代的外信息字逐比特概率信息序列送至比特判決器進行硬判決并輸出。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:
[0011]1.將擴頻技術引入到LDPC-CPM系統(tǒng)中，可以進一步提高該系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力；
[0012]2.引入擴頻/解擴映射器可建立基于外信息交換的迭代檢測機制，有效提高基于擴頻的LDPC-CPM系統(tǒng)的性能；
[0013]3.引入輔助硬判決模塊可以使迭代過程在較小的迭代次數(shù)下及時停止，減少平均迭代次數(shù)，提高系統(tǒng)的實時性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為與本發(fā)明所對應的發(fā)射機原理圖；
[0015]圖2為與本發(fā)明所對應的LDPC-CPM擴頻迭代檢測機制框圖；
[0016]圖3為有擴頻和無擴頻的LDPC-CPM迭代系統(tǒng)BER比較，迭代次數(shù)為第8次。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實例對本發(fā)明作進一步說明:
[0018]與本發(fā)明相對應的發(fā)射機由LDPC編碼器(I)、隨機交織器(2)、直接序列擴頻(3)、CPM調(diào)制器(4)、發(fā)射天線(7)組成，如附圖1所示。信息序列經(jīng)LDPC編碼器(I)、隨機交織器
(2)、直接序列擴頻(3)后輸入到CPM調(diào)制器(4)，其中，CPM調(diào)制器(4)分解為連續(xù)相位編碼器(Continuous Phase Encoder, CPE) (5)和無記憶調(diào)制器 MM (Memoryless Modulator, MM)
(6)。CPE (5)對輸入信息進行連續(xù)相位編碼后作為MM (6)的輸入，MM (6)選擇一個合適波形由天線(7)發(fā)送至高斯信道。該發(fā)射機的主要特征如下:[0019]1.0^(:編碼器(1)采用0(:-0^(:(0皿81-07(31化LDPC)碼，其校驗矩陣采用下三角結構，編碼采用迭代編碼算法；
[0020]2.隨機交織器(2)采用偽隨機交織圖案；
[0021]3.直接序列擴頻(3)中采用擴頻碼字長度為16的walsh碼。
[0022]4.CPM調(diào)制器(4)采用二進制，調(diào)制指數(shù)h為1/2，基帶脈沖波形g(t)采用矩形脈沖成形函數(shù)(REC)，其記憶長度L為I個碼元周期，此時CPM為最小頻移鍵控(MSK)。
[0023]本發(fā)明由接收天線(8)、CPM解調(diào)器(9)、CPM軟輸入軟輸出模塊(CPM-SISO) (10)、解擴映射器(11)、解隨機交織器(12)、加權處理模塊(13)、LDPC碼軟輸入軟輸出模塊(LDPC-SISO) (14 )、隨機交織器(2 )、擴頻映射器(15 )、輔助硬判決模塊(16 )、開關電路(17 )和比特判決器(18 )組成，如附圖2所示。
[0024]接收天線(8)接收受高斯信道污染的CPM調(diào)制信號，并將其送至CPM解調(diào)器(9)進行解調(diào)，解調(diào)器(9)輸出內(nèi)碼字的逐比特先驗概率信息序列送至CPM-SISO模塊(10)并作為其中的一個輸入，模塊(10)同時將LDPC-SIS0模塊(14)輸出的外碼字逐比特概率信息序列經(jīng)加權處理模塊(13)、隨機交織器(2)和擴頻映射器(15)后作為其另一個輸入，模塊
(10)輸出更新后的內(nèi)信息字逐比特概率信息序列，該序列經(jīng)過解擴映射器(11)、解隨機交織器(12)和加權處理模塊(13)后作為外碼字的逐比特先驗概率信息序列送至LDPC-SIS0模塊(14)，該模塊輸出的外信息字逐比特概率信息序列送至輔助硬判決模塊(16)，該模塊從第二次迭代開始，對相鄰兩次迭代中外信息字的逐比特率概率信息序列的硬判決進行比較，如果第n次與第n-1次的硬判決一致，則停止迭代檢測全過程并觸發(fā)開關電路(17)，同時將該次迭代的外信息字逐比特概率信息序列送至比特判決器(18)進行硬判決并輸出。
[0025]該檢測裝置的主要特征如下:
[0026]1.CPM-SISO模塊(10)輸出的擴頻內(nèi)信息字逐比特概率信息序列首先送至解擴映射器(11)，解擴映射器(11)輸出的解擴內(nèi)信息字逐比特概率信息序列經(jīng)過解隨機交織器
(12)和加權處理模塊(13)送至LDPC-SIS0模塊(14)，作為輸入的外碼字逐比特概率信息序列。LDPC-SIS0模塊(14)輸出的外碼字逐比特概率信息序列經(jīng)過加權處理模塊(13)、隨機交織器(2)和擴頻映射器(15)送至CPM-SISO模塊(10)，作為輸入的內(nèi)信息字逐比特概率信息序列。
[0027]2.從第二次迭代檢測開始，LDPC-SIS0模塊(14)輸出的外信息字逐比特概率信息序列送至輔助硬判決模塊(16)，該模塊對相鄰兩次迭代中外信息字的逐比特率概率信息序列的硬判決進行比較，如果第n次與第n-1次的硬判決一致，則停止迭代檢測全過程并進行硬判決譯碼；如果第n次與第n-1次的硬判決不一致，則進行下一次迭代檢測。
[0028]圖1為與本發(fā)明相對應的發(fā)射機原理圖，由CPM調(diào)制器(4)由連續(xù)相位編碼器(5)和無記憶調(diào)制器(6)組成。圖1中的各符號的定義如下:
[0029]U0:待發(fā)送的信息序列；
[0030]C0 =LDPC編碼器I輸出的碼字序列；
[0031]A°:擴頻碼字序列；
[0032]U1:經(jīng)過擴頻后的輸出序列；
[0033]Xn:連續(xù)相位編碼器CPE5的輸出序列；
[0034]C1:無記憶調(diào)制器6的輸出序列。[0035]圖2為本發(fā)明在高斯信道中的的一個實施例，基于本發(fā)明的接收機由接收天線(8 )、CPM解調(diào)器(9 )、CPM軟輸入軟輸出模塊(CPM-SISO) (10 )、解擴映射器(11)、解隨機交織器(12 )、加權處理模塊(13)、LDPC碼軟輸入軟輸出模塊(LDPC-SISO) (14 )、隨機交織器(2 )、擴頻映射器(15)、輔助硬判決模塊(16 )、開關電路(17 )和比特判決器(18 )構成。與典型的基于外信息交換的迭代接收機不同的是，本發(fā)明引入與應用解擴映射器(11)、擴頻映射器(15)和輔助硬判決模塊(16)。圖2中的各符號的定義如下:
[0036]r(t):接收天線(8)上接收到的受高斯信道污染的CPM調(diào)制信號；
[0037]P1(C1Iin):CPM解調(diào)器(9)輸出內(nèi)碼字的逐比特先驗概率信息序列；
[0038]P1(U1Iin):LDPC-SIS0模塊(14)經(jīng)加權處理模塊(13)、隨機交織器(2)、擴頻映射器(15)后的輸出序列；
[0039]P1(U1iOUt) =CPM-SISO模塊(10)輸出更新后的內(nèi)信息字逐比特概率信息序列；
[0040]P1(C11ut) =CPM-SISO模塊(10)輸出更新后的內(nèi)碼字逐比特概率信息序列，在迭代過程中沒有使用；
[0041]P0(C°;in):LDPC-SIS0模塊(14)的輸入外碼字逐比特先驗概率信息序列；
[0042]P0(U°;in):LDPC-SIS0模塊(14)的輸入外信息字逐比特先驗概率信息序列，該序列滿足均勻概率分布特點；
[0043]P0(C01ut):LDPC-SIS0模塊(14)輸出更新后的外碼字逐比特概率信息序列；
[0044]P0(U0iOUt):LDPC-SIS0模塊(14)輸出更新后的外信息字逐比特概率信息序列；
[0045]d:比特判決器的輸出序列。
[0046]假設待發(fā)送的信息序列長度為N，LDPC碼的碼率為Rd，擴頻碼字的長度為L。，則經(jīng)過LDPC編碼器和直接序列擴頻后的輸出序列Lsp= (NXLc)/Rdo在接收端，CPM-SISO模塊(10)輸出的擴頻內(nèi)信息字逐比特概率序列PJU1; in)，假定該序列中所有比特為
“I”的概率序列為P={圩,6,…打…,，該序列中所有比特為“-1”的概率序列為
P1 =If1,片1V^T1…，<1，將序列P1(Kin)送至解擴映射器(11)完成相應的解擴與概
率映射。
[0047]假設信息序列U。為IU1, U2,...!!,..., UJ，其中Ui G [0，I]，經(jīng)過LDPC編碼器
(I)后的輸出碼字序列為c°，c° = d C，其中Ci e [n擴頻序列
I={為，為，~4…，<}，若隨機交織器(2)輸出比特為“I”時，則經(jīng)過擴頻后的碼字序列
= {七為，…為…，^};若隨機交織器(2)輸出比特為“-1”時，則經(jīng)過擴頻后的碼字序列E 1 -[-Av-A2,----為…，—A !。定義爲1 =為，Ef1 =—為。
[0048]解擴映射器(11)的信號處理過程如下:
[0049]解擴映射的目的是將長度為Lsp的P1 (U1; in)序列映射還原為長度為N/Rd的碼字概率序列…,認,U，其中Qi為比特“I”的概率定義為a1,同理％為比特“―1”
的概率定義為
【權利要求】
1.一種奇偶校驗碼擴頻連續(xù)相位調(diào)制系統(tǒng)的迭代檢測裝置，包括接收天線、CPM解調(diào)器、CPM軟輸入軟輸出模塊、解擴映射器、解隨機交織器、加權處理模塊、LDPC碼軟輸入軟輸出模塊、隨機交織器、擴頻映射器、輔助硬判決模塊、開關電路和比特判決器，其特征是:接收天線接收受高斯信道污染的CPM調(diào)制信號，將其送至CPM解調(diào)器進行解調(diào)，CPM解調(diào)器輸出內(nèi)碼字的逐比特先驗概率信息序列送至CPM軟輸入軟輸出模塊并作為一個輸入，CPM軟輸入軟輸出模塊同時將LDPC碼軟輸入軟輸出模塊輸出的外碼字逐比特概率信息序列經(jīng)加權處理模塊、隨機交織器和擴頻映射器后作為另一個輸入，CPM軟輸入軟輸出模塊輸出更新后的內(nèi)信息字逐比特概率信息序列，內(nèi)信息字逐比特概率信息序列順次經(jīng)過解擴映射器、解隨機交織器和加權處理模塊后作為外碼字的逐比特先驗概率信息序列送至LDPC碼軟輸入軟輸出模塊，LDPC碼軟輸入軟輸出模塊輸出的外信息字逐比特概率信息序列送至輔助硬判決模塊，輔助硬判決模塊從第二次迭代開始，對相鄰兩次迭代中外信息字的逐比特率概率信息序列的硬判決進行比較，如果第n次與第n-1次的硬判決一致，則停止迭代檢測全過程并觸發(fā)開關電路，同時將第n次迭代的外信息字逐比特概率信息序列送至比特判決器進行硬判決并輸出。
【文檔編號】H04L27/18GK103812613SQ201410061828
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權日:2014年2月24日
【發(fā)明者】薛睿, 徐錫超, 邢代玉, 魏強 申請人:哈爾濱工程大學