一种适用于非相干超宽带通信系统的ldpc编码及译码方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于非相干超宽带无线通信技术领域，涉及基于传输参考脉冲簇的非相干 超宽带通信系统中的信道编码方法，具体涉及一种适用于非相干超宽带通信系统的LDPC 编码及译码方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信与网络技术的发展、融合，超宽带（Ultra-wideband, UWB)技术以 低成本、低功耗及良好的时域分辨能力等特点成为一种短距离无线通信解决方案。IEEE 802. 15. 4a标准采用基于脉冲无线电（Impulse radio, IR)制式的UWB方案。IR-UWB系统 具备精确的定位性能，然而其仍然面临低成本、低功耗等现实要求的巨大挑战。因此，在低 码率场合，更多地是采用复杂度较低、对采样速率要求不高且不需要信道估计的非相干接 收机。其中，采用传输参考（Transmitter Reference, TR)技术的自相关接收机由于其结构 简单、无需精准同步及信道估计、性能稳健等特点备受关注。然而TR-UWB系统在进行自相 关接收时为了避免多径延时扩展造成的脉冲间干扰（Inter-pulse Interference, IPI)，需 要引入过长的延迟线来隔离参考脉冲和数据脉冲，这以当前的技术水平来说是不可行的。
[0003] 传输参考脉冲簇（Transmitter Reference pulse cluster, TRPC)系统的提出就 是为了解决TR系统中的长延迟线问题。TRPC信号的参考脉冲和数据脉冲具有更加统一、紧 凑的结构。参考脉冲与数据脉冲之间以较小的延迟T d顺序发送，最小延迟就是一个脉冲的 宽度Tp，即Td= Tp。一个参考脉冲和一个数据脉冲组成一个脉冲对，每个脉冲对以 间隔重复发送。
[0004] 在TRPC系统中，信号若直接发送很难提供理想的误码率性能，因此在发送前进行 信道编码来提高系统性能。IEEE 802. 15. 4a标准中规定的编码方式是RS码，但是实际中还 存在一些比RS码性能更好的码，如系统长卷积码、非系统长卷积码等。
[0005] 近年来，LDPC码由于其接近香农限的良好性能而成为理论界研宄的热点。在二十 世纪六十年代，LDPC码由于受硬件条件的限制而未受到重视，如今LDPC码已得到广泛的应 用，其中不乏在通信系统编译码和高码率UWB中的应用。然而，要想将LDPC码应用到非相 干TRPC-UWB系统中，还存在如下问题：1、如何构造好的奇偶校验矩阵，避免短环并保证子 矩阵的非奇异性，从而得到生成矩阵进行编译码；2、采用BP算法进行译码时，需已知信道 的先验概率。3、要求信道的先验概率，还需已知多径信道噪声的方差。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于将性能更好的LDPC码用于非相干超宽带通信系统中，解决 LDPC码在该系统编译码过程中的问题，提出了一种适用于非相干超宽带通信系统的LDPC 编码及译码方法。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0008] 包括以下步骤：
[0009] 1)、采用LDPC码对待发送信号进行信道编码，得到发送信号；
[0010] 2)、将待发送信号通过UWB信道进行发送；
[0011] 3)、接收端接收待发送信号，并对接收到的待发送信号进行滤波，得到接收信号；
[0012] 4)、在接收端采用BP算法对接收信号进行译码，计算译码所需的各个参数，获得 所需要的接收信号。
[0013] 所述步骤（1)具体过程为：
[0014] 1. 1)、设置待发送信号为Nf个紧密排列的脉冲对组成，且每个脉冲对包括一个参 考脉冲和一个数据脉冲，按照延迟T d顺序发送。在发射端生成的发送信号为：
[0015]
【主权项】
1. 一种适用于非相干超宽带通信系统的LDPC编码及译码方法，其特征在于，包括以下 步骤： 1) 、采用LDPC码对待发送信号进行信道编码，得到发送信号； 2) 、将待发送信号通过UWB信道进行发送； 3) 、接收端接收待发送信号，并对接收到的待发送信号进行滤波，得到接收信号； 4) 、在接收端采用BP算法对接收信号进行译码，计算译码所需的各个参数，获得所需 要的接收信号。
2. 根据权利要求1所述一种适用于非相干超宽带通信系统的LDPC编码及译码方法，其 特征在于，所述步骤1)具体过程为： I. 1)、设置待发送信号为Nf个紧密排列的脉冲对组成，且每个脉冲对包括一个参考脉 冲和一个数据脉冲，按照延迟Tj_序发送，在发射端生成的发送信号为：
其中，Eb代表每比特的发射能量，N代表码字数据包的比特数，Nf代表每个符号中脉冲 对重复的次数，g(t)代表能量归一化超宽带脉冲，bn(i) e {±1}为发射的二进制数据符 号，Ts为符号周期，T p为脉冲宽度，m为非负整数，t为连续时间变量，s i (t)定义为：
1. 2)、采用循环移位矩阵构造 QC-LDPC码（N，j，k)，N代表码长，j代表列重，k代表行 重，首先给出索引矩阵P : ~ ^ ^_丨 _
其中，P是一个维度为jXk的索引矩阵，其中O < s < j_l，0 < t < k_l且a，b是素 数，j小于k ;索引矩阵中的每个元素的值代表校验矩阵的子矩阵向右移的位数； 校验矩阵H为：
H的维度为jMXkM，M = N/k代表子矩阵的维度； 1.3)将H表示为如下形式： H = [AB] (5) 其中A是维度为jMX jM的方阵，B的维度为jMX (k-j)M ;则生成矩阵G : G= [(A^-B)tI] (6) 其中，方阵A是非奇异矩阵； 1. 4)、根据生成矩阵G，对待发送信号进行编码，生成发送信号。
3. 根据权利要求2所述的一种适用于非相干超宽带通信系统的LDPC编码及译码方法， 其特征在于，所述方阵A构造方法为： 2. 1)、改变索引矩阵P，得到新的索引矩阵P1:
2. 2)、在该矩阵中，z代表的是零矩阵，相应的校验矩阵表示为：
从H1中可以得到A1
通过这种改变，A1是非奇异的。
4. 根据权利要求2所述的一种适用于非相干超宽带通信系统的LDPC编码及译码方法， 其特征在于，所述方阵A构造方法为： 3. 1)、首先交换公式（5)中H的各列，使A的对角线元素全部为1 ; 3. 2)、当交换矩阵H的列时，矩阵的列重和环特性保持不变； 3. 3)、对交换矩阵H进行变换： 第一步：从第1行到第jM行，将方阵A对角线下方的元素1替换为0,同时检查方阵A 是否非奇异；如果不是非奇异的，则重复进行该步骤，直到A非奇异； 第二步：从方阵A得到生成矩阵。
5. 根据权利要求2所述的一种适用于非相干超宽带通信系统的LDPC编码及译码方法， 其特征在于，所述步骤3)的具体步骤为： 在TRPC系统中，信号经过编码且通过UWB信道及滤波器后，接收到的信号为：
其中，*代表线性卷积，n(t)代表加性高斯白噪声，在IEEE 802. 15. 4a标准中，多径信 道冲激响应表示为：
其中，α#Ρ τ k分别代表第K路多径分量的复衰落系数和到达延时；为了确保没有符 号间干扰，设Ts> 2N fTd+ τ _，其中τ _代表信道的最大延时。
6. 根据权利要求2所述的一种适用于非相干超宽带通信系统的LDPC编码及译码方法， 其特征在于，所述步骤4)的具体步骤为： 4. 1)、接收端对接收到的信号以及自身的！^延迟进行自相关，得到的判决变量y⑴表 示为：
其中，！\和T 2分别表示自相关积分区间的起始点和终点，（·）#表示复数的共轭运算； 4. 2)、获取先验概率，并根据先验概率对判决变量y (i)采用BP算法进行译码。
7. 根据权利要求6所述的一种适用于非相干超宽带通信系统的LDPC编码及译码方法， 其特征在于，获取先验概率具体包括以下步骤： 5. 1)、若X是等概率产生的随机变量，那么通过贝叶斯公式可得到：
其中，Utl代表的发送为"0"时的比特，u玳表的是发送为" 1"时的比特，y代表的是接 收到的信息比特，P (y/x = U1)代表的是当发送的信息为七时接收到y的概率，X是等概率 产生的随机变量； 5. 2)、设Utl代表当比特"0"通过去掉噪声的信道后的值，U1代表的是比特"1"通过该 信道后的值；y是实际系统中通过信道接收到的值；则公式（13)为：
定义P (y/χ = U1) = P1，通过化简（14)可以得到
5. 3)、用先验概率进行初始化后，按照BP算法进行译码，得到U(l，U1，方差δ 2依赖于信 道特性，可以通过样本值得到。
【专利摘要】本发明公开了一种适用于非相干超宽带通信系统的LDPC编码及译码方法，涉及非相干超宽带(UWB)通信领域，特别是基于传输参考脉冲簇(TRPC)的非相干UWB通信系统。本发明方法将两种LDPC码的构造方法用于该系统中，并对LDPC码采用BP算法译码，采用该算法需针对信道特性求得先验概率。本发明方法针对TRPC系统的信道特性，在实际仿真中采用样本值来求解信道噪声方差。仿真结果表明，本发明与非相干超宽带通信系统目前使用的RS码、系统长卷积码以及非系统长卷积码相比，能够获得更好的性能。
【IPC分类】H04L1-00
【公开号】CN104734814
【申请号】CN201510145176
【发明人】梁中华, 臧俊杉, 刘瑾瑾, 李培培
【申请人】长安大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月30日