星座點映射方式的搜索方法

2023-06-26 06:14:51

專利名稱：星座點映射方式的搜索方法
技術領域：
本發明涉及迭代解映射解碼技術領域，尤其涉及一種星座點映射方式的搜索方法。
背景技術：
編碼調製技術是數字通信系統的核心技術之一，自從aiarmon創立資訊理論為數字通信系統提供了最為基礎的指導以來，如何設計逼近aiarmon極限的編碼調製系統一直是信息和通信領域的研究與工程人員夢寐以求的目標。最為典型的編碼調製系統包括由G. Ungerboeck提出網格編碼調製(Trellis Coded Modulation，TCM)，參見文獻 G. Ungerboeck,"Channel coding with multilevel phase signals. "IEEE Trans. Inform. Theory, no. 28，pp55_67，1982，以及 Ε. Zehavi 提出的比特交織編碼調製(Bit-Interleaved Coded Modulation，BICM)，參見文獻 Ε· Zehavi，「8PSK trellis codes for a Rayleigh channel, 」 IEEE Trans. Commun. ,vol. 40, no. 5,pp. 873-884, May 1992。TCM 通過最大化歐氏距離，使得其在加性白高斯噪聲(Additive White Gaussian Noise，AWGN)信道下性能表現優異，但是在衰落信道下並不理想；而BICM則剛好相反，其在AWGN信道下較TCM有所損失， 但在衰落信道下有不俗的表現。這是因為BICM通過比特交織，增加了衰落信道下的分集增益，但並沒有增大歐氏距離。接收端迭代解映射和解碼的BICM系統，即BICM-ID系統(BICM with Iterative Demapping and Decoding, BICM-ID)由 Xiaodong Li 等人禾口 ten Brink 等人獨立提出，參見文獻 Χ. Li and J. A. Ritcey，「Bit-interleaved coded modulaion with iterativedecoding using soft feedback,，，Electronics Letters,vol. 34,no. 10, pp. 942-943,May 1998 禾口 S.ten Brink,J. Speidel, and R. -H. Yan, "Iterative demapping and decoding for multilevel modulation,"inGlobecom'98,1998,pp. 579-584。BICM-ID 系統通過將解碼輸出的外信息反饋回來作為解映射的先驗信息，進行迭代解映射解碼，從而在AWGN信道下獲得了與TCM同樣優秀的誤碼性能。傳統BICM-ID的總體框架圖如

圖1所示，在發射端，信源經過信道編碼、比特交織、 再進行星座映射之後發送給信道；在接收端，BICM-ID的最大特徵在於將信道解碼的輸出外信息再交織然後反饋回解映射模塊。傳統BICM-ID系統存在較高誤碼平臺，這是因為，即便解映射模塊獲得了理想的先驗信息，解映射也不能輸出理想的外信息；而通常來講，BICM-ID系統所採用的信道編碼碼字為差錯控制能力較弱的碼字，而較少選擇差錯控制能力強大的Turbo或者低密度奇偶校驗(LowDensity Parity Check, LDPC)碼，其結果是，解映射不能輸出理想外信息，而信道碼字的差錯控制能力有限，從而存在較高誤碼平臺。為了消除這一誤碼平臺，有人提出了 Doping 技術，參見文獻 S. Pfletschinger and F. Sanzi, "Error floor removal for bit-interleaved codedmodulation with iterative detection,，，IEEE Trans. Wireless Commun.，vol. 5，no. 11，Nov. 2006。採用 Doping 技術的 BICM-ID 系統框圖如圖 2 所示。相比傳統BICM-ID系統，採用Doping技術的BICM-ID系統在發射端星座點映射之前加入了一個Doping編碼。出於複雜度的考慮，所採用的Doping碼字通常採用2狀態的遞歸卷積碼， 其編碼器如圖3所示，每P個信息比特中有一個比特被編碼比特取代，其中P稱為Doping率。外信息傳遞(Extrinsic Information iTransferiEXIT)圖是設計和分析迭代系統的有力工具。EXIT圖通過分析迭代系統中外信息的交互，從而判斷系統的收斂特性，參見文
S. ten Brink,"Convergencebehavior of iteratively decoded parallel concaenaed codes,，，IEEE Trans. Commun.，vol. 49，no. 10，pp. 1727-1737，Oct. 2001。從 EXIT 圖分析的角度來看，傳統BICM-ID系統中的解映射曲線(demapper curve)不能到達(1，1)這一點，即，在理想先驗信息的輸入下，輸出也得不到理想的外信息。採用Doping技術之後的 BICM-ID系統的Doped解映射曲線(doped demapper curve)則可以到達(1,1)這一點，從而可以消除或者降低誤碼平臺。星座點映射方式是BICM-ID系統最為至關重要的參數，也是一個公開的難題，尋找與外碼相匹配的星座點映射方式一直是這個領域最為核心的問題。在學術界，諸多文章討論了這一問題，其中最具啟發性的為二元交換算法(Binary Switch Algorithm，BSA)，參見文獻 F. Schreckenbach, N. Gortz, J. Hagenauer, and G. Bauch, "Optimization of symbol mappings for bit-interleaved coded modulation with iterativedecoding, 」 IEEE Commun. Letters, vol. 7,no. 12，pp. 593-595，Dec. 2003。BSA 的核心思想在於設計一個費用函數(Cost Function)，通過交換星座點對應的標號(Label)值，搜索使得費用函數取值最小(或最大)的星座點映射方式(簡稱映射方式，或Labeling)。BSA本質上是一種貪婪算法，費用函數的設計是其能否取得優秀性能的關鍵。上述文章指出，AWGN信道下的成對錯誤概率與下式有著密切關係。
權利要求
1.一種星座點映射方式的搜索方法，其特徵在於，該方法包括步驟S1.初始化信道條件、費用函數、以及星座點映射方式；S2.根據所述費用函數，採用二元交換算法搜索星座點映射方式；S3.對步驟S2所得到的星座點映射方式進行迭代解映射解碼的外信息傳遞圖分析；S4.根據步驟S3的分析結果，判斷所述星座點映射方式是否滿足設定要求，如果是，則執行步驟S5，否則，執行步驟S6 ；S5.輸出所述星座點映射方式，結束搜索；S6.根據步驟S3的分析結果，自適應地調整所述費用函數，並返回執行步驟S2。
2.如權利要求1所述的星座點映射方式的搜索方法，其特徵在於，所述費用函數為
3.如權利要求2所述的星座點映射方式的搜索方法，其特徵在於，所述設定要求為在所述外信息傳遞圖中，解映射曲線或修正的解映射曲線位於反轉的外碼曲線之上。
4.如權利要求3所述的星座點映射方式的搜索方法，其特徵在於，所述修正的解映射曲線為採用Doping技術的BICM-ID中的Doped解映射曲線、或採用低密度奇偶校驗碼的迭代解映射解碼系統中將解映射與內碼重複碼看作一個整體時表現出的外信息傳遞曲線。
5.如權利要求3所述的星座點映射方式的搜索方法，其特徵在於，所述步驟S6中自適應地調整所述費用函數的方法為根據所述步驟S3的分析結果，找出解映射曲線或修正的解映射曲線中不滿足所述設定要求的部分，並找出最接近此部分的先驗信息條件，增加所述先驗信息條件下費用值Di對應的權重入」
6.如權利要求5所述的星座點映射方式的搜索方法，其特徵在於，增加所述先驗信息條件下費用值對應的權重的方法為將所述費用值對應的權重增加一正常數或者乘以大於 1的常數。
全文摘要
本發明公開了一種星座點映射方式的搜索方法，該方法包括步驟S1.初始化信道條件、費用函數、以及星座點映射方式；S2.根據所述費用函數，採用二元交換算法搜索星座點映射方式；S3.對步驟S2所得到的星座點映射方式進行迭代解映射解碼的外信息傳遞圖分析；S4.根據步驟S3的分析結果，判斷所述星座點映射方式是否滿足設定要求，如果是，則執行步驟S5，否則，執行步驟S6；S5.輸出所述星座點映射方式，結束搜索；S6.根據步驟S3的分析結果，自適應地調整所述費用函數，並返回執行步驟S2。基於本發明的方法所搜索到的星座點映射方式的迭代解映射解碼系統擁有逼近Shannon極限的傳輸性能。
文檔編號H04L1/06GK102315900SQ20101022392
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月1日 優先權日2010年7月1日
發明者宋健, 彭克武, 楊知行, 潘長勇, 謝求亮 申請人:清華大學