一种基于LDPC码的自适应调制编码方法与流程

本发明涉及一种基于ldpc码的自适应调制编码方法，特别适用于各种需要根据信道条件的变化自适应调整调制编码方式的通信系统。

背景技术：

1、自适应调制编码技术，即通信系统根据信道条件的好坏，自动采用最合适的调制方式和编码方式进行信息传输的技术。其目的是在给定的误码率要求下，最大化传输速率。

2、传统的自适应调制编码方法使用接收端的信噪比估计作为模式切换的判决量。首先，使用计算机仿真出每个调制编码模式的误码率随信噪比变化曲线，然后根据期望误码率对每个调制编码模式设置信噪比阈值，认为信噪比高于此阈值时能满足误码率要求；在系统实际运行中，在接收端先进行信噪比估计，然后从阈值小于接收端信噪比估计的所有模式中选择传输速率最高的加以使用。这种传统自适应调制编码方法的流程图如图1所示。

3、但是，由于每种模式的信噪比阈值在不同的信道多径结构下不是一致的，当实际信道与仿真信道的多径结构不同时，通过仿真得到的信噪比阈值会有较大误差，从而导致自适应调制编码模式的选择出现错误。下面通过仿真直观地展示该问题。

4、仿真中，固定符号映射星座图为bpsk，并采用码率1/4，码长64800的ldpc码。分别设置信道多径数目为1，2，3，仿真接收端的误码率随信噪比变化曲线。仿真中，信道估计方式使用基于导频的ls信道估计，信道均衡方式采用mmse均衡。误码率为对各信噪比下的10000次仿真结果取平均得到，每次仿真中，各信道抽头的增益随机生成。仿真结果如图2所示。

5、可见，同一种调制编码方式在不同信道多径结构下达到相同误码率的信噪比阈值并不相同。并且，即使信道多径结构本身不变，基带信道多径数也会在切换符号率时发生变化。例如，假设在1mhz符号率下的基带信道多径数为1，则将符号率切换为4mhz后，基带信道多径数将变成4。此时该类方法也会出现较大误差。

6、为了克服信噪比阈值在不同信道下不一致的问题，有些方法使用一段时间内的网络/业务层丢包率，或者一段时间内数据链路层的crc校验失败率辅助进行自适应调制编码。这类方法统计一段时间内收端的丢包率/crc校验失败率，大于一定阈值则强制降速。

7、该类判决量确实与信道无关，适用于各种信道，但是具有如下缺点：第一，需要统计一段时间内的接收结果才能获得判决量，算法对于信道变化的响应时间较长；第二，以帧/包为单位，每次传输仅能获得一个代表有误码/无误码的二元硬信息，而对该次传输具体出现多少误码一无所知，获得的信息量较小，使用不灵活；第三，需要进行跨层信息交互(物理层与链路层/网络层/应用层)，处理时延较长。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景中的不足之处，提供一种基于ldpc码的自适应调制编码方法，可在通信过程中对各调制编码模式的信噪比阈值进行动态调整，使各模式的信噪比阈值与信道自动适配，提高算法在实际应用中的稳健性，获得更优的通信质量。与上述技术不同，本发明利用ldpc译码器输出中校验方程失败比例这一与信道多径结构无关的软信息，在通信过程中对各调制编码模式的信噪比阈值进行动态调整，再用调整后的阈值进行判决，从而实现能自动适配信道的高稳健、快响应的自适应调制编码。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种基于ldpc码的自适应调制编码方法，包括以下过程：

4、(1)根据需要设置n种调制编码模式，记为ω1,ω2,…,ωn，作为自适应调制编码算法的选择范围，每种调制编码模式ωn对应一组参数{ldpc码码长ln，ldpc码码率rn，符号映射星座图γn}，n＝1,2,…,n；

5、(2)对调制编码模式ωn,n＝1,2,…,n，设置信噪比阈值以及ldpc译码校验方程失败比例阈值并将调制编码模式按照信噪比阈值从小到大的顺序排列；

6、(3)将系统当前采用的调制编码模式记为ωu,u∈{1,2,…,n}，对应各参数记为系统启动时，设置u＝1，即发送端使用信噪比阈值最低的模式ω1进行数据传输；

7、(4)接收端根据接收信号进行信噪比估计，估计结果记为snrest，并进行解调及ldpc译码，将译码得到的比特向量记为为lu×1维列向量；

8、(5)根据计算校验方程失败比例r：

9、

10、其中，hu为调制编码模式ωu对应的ldpc码监督矩阵，hu为lu(1-ru)×lu维矩阵，||·||0表示取向量的零范数，计算时所有加法操作都是模2加；

11、(6)根据信噪比估计结果snrest和校验方程失败比例r，对调制编码模式ωu的信噪比阈值进行调整：

12、

13、其中，δup是阈值调高时的信噪比余量；

14、(7)根据信噪比估计结果snrest进行模式判决，更新模式序号u：

15、

16、(8)将判决出的模式序号u通过反馈信道传回发送端；

17、(9)发送端根据收到的模式序号u选择对应的参数{lu，ru，γu}进行数据发送。

18、本发明利用ldpc译码器输出中校验方程失败比例这一与信道多径结构无关的软信息，在通信过程中对各调制编码模式的信噪比阈值进行动态调整，再用调整后的阈值进行模式判决，具有以下优点：

19、第一，本发明方法可以使各模式的信噪比阈值自适应地收敛于当前信道对应的真实阈值，保证自适应模式切换的正确性和稳健性；

20、第二，本发明方法使用的校验方程失败比例是软信息，其阈值可根据期望误码率灵活设置，且一次传输即可进行判决，算法对于信道变化的响应时间较短；

21、第三，本发明方法利用ldpc码固有的性质和译码输出信息指导自适应调制编码，无需对现有通信系统进行修改，便于推广和移植；

22、第四，本发明方法无需进行跨层信息交互，实现简便，处理时延较小。

技术特征：

1.一种基于ldpc码的自适应调制编码方法，其特征在于，包括以下过程：

技术总结
本发明公开了一种基于LDPC码的自适应调制编码方法，其包括接收端信噪比估计、LDPC译码、校验方程失败比例计算、动态阈值调整、模式判决、模式反馈、发送端根据反馈模式选择LDPC编码参数和符号映射方式等步骤。本发明可以克服使用固定信噪比阈值的传统方法在实际信道中的阈值失配问题，自适应地将各调制编码模式的判决阈值调整至当前信道对应的真实阈值，从而提高算法在实际应用中的稳健性。本发明计算复杂度低，实现简便，易于工程实现，可适用于各种使用LDPC编码的通信系统。

技术研发人员：赵世铎,张晓哲,张凯超,袁伟皓,李雪姣,黄哲鸣,孙晓曼,刘家玉,吕子豪
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13