专利名称：极低信噪比下的迭代载波同步方法
技术领域：
本发明涉及的是数字通信系统中的两项关键技术，即载波同步和纠错编码。特别 是在极低信噪比条件下，迭代译码联合载波估计方案的设计。
背景技术：
纠错能力强大的纠错码如Turbo码、LDPC码，它们的理论性能优异，实际应用中的 性能往往存在较大差距，这主要是由于系统同步精度随信噪比的降低而减小，在信噪比很 低时，传统的同步算法已经不能正常工作。近年来，人们提出了一种编码辅助的迭代载波同 步方法。它将载波同步与Siso译码器相结合，利用译码器每次迭代输出的软信息来辅助同 步。其中基于EM算法的迭代载波同步算法是最为典型的算法，Nele Noels等人给出了软信 息辅助的迭代同步理论框架，基于EM算法给出了迭代同步更一般的分析方法。针对Turbo/ LDPC编码系统，编码辅助的迭代载波同步算法在低信噪比条件下(如Es/No ^ OdB))具有 相当好的性能。但在极低信噪比条件下(如Es/No SOdB)，如何利用迭代译码信息辅助同 步仍然是个值得研究的课题。针对极低信噪比条件下同步困难的问题，本文提出了 LDPC-Hadamard码辅助迭 代载波同步算法。此方法的同步思想与基于EM算法的迭代载波同步算法基本一致，但是 这种方法更加直观，易于理解。同时我们采用的纠错码不是Turbo/LDPC码，而是低码率的 LDPC-Hadamard码，它在极低码率下与香农限非常接近。这样我们给出的同步算法可以实现 极低信噪比条件下的同步及译码。
发明内容
本发明提出了一种LDPC-Hadamard码辅助的迭代载波同步的方案。它的最大优点 在于采用了低码率码(LDPC-Hadamard码)辅助迭代载波同步，能够在极低信噪比(如h/ No = -IOdB)条件下实现精确的同步和正确的译码。1.系统模型系统模型图如
图1所示。在发送端，将K位二进制数据流b送入LDPC-Hadamard 编码器，输出长度为N的LDPC-Hadamard码字c，然后码字c经过BPSK调制得到发送信号 S。信号s经过高斯白噪声信道，并引入了载波相位偏移θ和载波频率偏移Af0在接收 端，假定对信号进行了完美的符号定时处理，并且归一化频偏Δ Τ<< 1，则接收信号可以 表示成(等价的基带信号)rk = skeJ(2""fT+e)+ k, k = 1，…，N (1)其中T表示符号周期，{ k)是独立同分布的复高斯随机变量，均值为0，实部虚部 不相关且功率都为。2。信号|rk)输入至LDPC-Hadamard码译码器，译码器输出软信息及码 字。载波同步器利用译码器输出的软信息进行载波恢复，输出θ，Af的估计值。然后利用 得到估计值对信号lrk}进行补偿，重新输入译码器。这样反复迭代，就可以逼近θ和Af 的真值，同时正确译码。
2. LDPC-Hadamard码的编译码结构2.1 LDPC-Hadamard 码的编码结构LDPC-Hadamard码是一种推广的LDPC码，简单地定义为将LDPC码Tanner图中的 SPC校验节点换成Hadamard码校验节点。LDPC-Hadamard码字C由两步生成第1步构造一个没有度为1的变量节点的LDPC码Cldp。；第2步将与每个SPC校验节点相连的变量节点构造成一个Hadamard码。将第1步中的LDPC码和第2步中产生的数个Hadamard码组合在一起就构成了 LDPC-Hadamard码字C。它的结构如图2所示。2.2 LDPC-Hadamard 码的译码结构与LDPC码的译码结构类似，LDPC-Hadamard码的译码也采用一般的消息传递算 法，消息传递算法是一种迭代译码算法，在该算法的每一轮迭代过程中，关于各个变量节点 的置信信息需要在变量节点和校验节点之间进行传递。置信信息定义为变量节点的对数似 然比值(LLRs).首先给出一些符号说明H表示LDPC码的校验矩阵。Vk表示与第k个变量节点 相连的边集合，Uffl表示与第m个校验节点相连的边集合。rm, k表示第m个校验节传给第k 个变量节点的外信息，qm,k表示第k个变量节传给第m个校验节点的外信息。Xk表示第k 个变量节点信的道观测信息，qk表示符号的APP LLRs。H—1表示Hadamard译码器，r表示 Hadamard的阶。LDPC-Hadamard码的译码算法总结于图3中。当得到一个有效的码字，或 者达到了最大的迭代次数，则算法停止。3. LDPC-Hadamard码辅助的迭代载波估计算法本文提出的载波估计算法是基于最大似然估计方法，它回避了存在未知参数时， 最大似然估计值的直接计算，而是通过迭代来逐步逼近其最大似然的估计结果。接收信号 的条件概率密度函数是
权利要求
1.本发明是一种极低信噪比下的载波同步方法，它采用低码率的LDPC-Hadamard码辅 助载波同步，将载波同步嵌入到迭代译码中，利用纠错能力很强的译码器输出软信息辅助 同步。
2.在如权利要求1所述的方法中，对相偏和频偏进行了联合估计，载波同步和译码同 时进行。
3.在如权利要求1所述的方法中，采用了低码率的LDPC-Hadamard码作为纠错码，给出 了 LDPC-Hadamard码辅助载波同步的迭代实现方法。
4.在如权利要求1所述的方法中，它是一种与基于EM算法的LDPC-Hadamard码辅助迭 代载波同步等价的方法。
5.在如权利要求1所述的方法中，给出了LDPC-Hadamard码辅助载波同步的具体原理 以及详细的实现方法。
全文摘要
本发明给出了一种LDPC-Hadamard码辅助的迭代载波同步的方案，即使在极低信噪比条件下，此方案也能实现精确的同步和正确的译码。主要包括LDPC-Hadamard码译码器和载波同步器两个模块。载波同步器利用译码器输出的软信息对频偏和相偏进行估计，然后用频偏和相偏的估计值对接收信号进行载波补偿，补偿后的信号送入译码器进行译码，并输出软信息，如此迭代多次后，就能同时实现载波同步和LDPC-Hadamard码译码。本发明的最大优点在于采用了低码率码(LDPC-Hadamard码)作为纠错码，能够在极低信噪比条件下实现精确的载波同步和正确的译码。本发明主要介绍了LDPC-Hadamard码的编译码结构，接着结合LDPC-Hadamard码的译码结构，给出了LDPC-Hadamard码辅助的迭代载波同步的方法。最后给出了一个实例。
文档编号H04L1/00GK102075476SQ20091021634
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者史治平, 唐发建, 张忠培, 晏辉 申请人:电子科技大学