技术领域
[0001] 本
发明属于
信号检测领域，具体涉及一种基于扩频的低
密度奇偶校验（Low Density Parity Check Code,LDPC）码连续相位调制（Continuous Phase Modulation,CPM）系统的低密度奇偶校验码扩频连续相位调制系统的迭代检测装置。
背景技术
[0002] 可靠性和有效性是通信系统必须考虑的两个主要因素，无线通信系统必须考虑
频谱效率和功率效率，采用先进的编码技术和高效的调制技术相结合能够使功率利用率和频谱利用率达到较好的平衡点。传统的通信编码和调制的相互独立设计的传统方法具有致命
缺陷：即以增加
冗余度为主要设计思想的信道编码随纠错性能的提高，冗余度大幅度增加，降低了有效
信息传输速率。
[0003] 非规则的低密度奇偶校验（Low-Density Parity-Check,LDPC）码是迄今所发现的最接近Shannon限的信道编码，优于最优的Turbo码，性能距Shannon限只差0.0045dB。非规则准循环结构的LDPC（QC-LDPC）码，其校验矩阵同时具有准循环和下三
角结构，克服了随机LDPC码复杂度高的缺点。连续相位调制（Continuous Phase Modulation,CPM）是一类包络恒定的调制技术，具有高效的频带与功率利用率，尤其适合于需要使用非线性功率
放大器的卫星通信系统，被认为是未来多媒体卫星通信的主要候选调制方案。LDPC-CPM
联合编码调制体制可以使系统在频谱利用率和功率利用率之间达到一个最佳的结合点。
[0004] Turbo的解码概念近年来在无线通信领域得到快速发展，Turbo真正突破性的发现不是它的编码形式，而是基于
软输入软输出SISO（Soft Input Soft Output）分量码解码
算法的迭代解码方法。随着通信事业的迅速发展，各类通信网的建立，使得有限的
频率资源更加拥挤，相互之间的干扰更为严重，扩展频谱通信系统具有很强的抗干扰性能，其多址能
力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注，被广泛应用于军事通信和民用通信中。若在扩频系统中应用Turbo迭代检测的思想，则可以明显改善系统的可靠性和抗干扰性能。
[0005] 《
电子学报》发表的《一种应用CPM扩频调制的Turbo CDMA系统》中，该系统中避免了传统接收机设计中解调、译码单独设计丢失信息量的缺点，该体制可以进一步提高系统的可靠性，但是在对解扩解调器机制如何实现方面未有详细讲解，并且系统的实时性较差。《深圳大学学报》发表的《基于Turbo迭代算法LDPCC-CPM系统接收机设计》一文提出了采用CPM解调器和LDPC译码采用联合迭代检测技术，使CPM解调器和LDPC译码器构成一个软输入软输出模
块,可以有效提高系统的可靠性，但是该种体制没有在抗干扰性能方面的研究。若将LDPC-CPM系统应用于扩频通信系统中，并且在系统中应用Turbo迭代检测的思想，这样在大幅度提升可靠性和抗干扰性的同时，能够具有较好的频谱利用率。
[0006] 本发明将LDPC编码与CPM调制应用在扩频系统中，采用Turbo迭代机制将解调、解扩和译码有机的结合，并且系统中采用动态的停止准则减少平均迭代次数，提高系统的实时性。
发明内容
[0007] 本发明提出一种可以提高系统的可靠性和抗干扰能力，而且可以减少平均迭代次数，提高系统的实时性的一种奇偶校验码扩频连续相位调制系统的迭代检测装置。
[0008] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
[0009] 一种奇偶校验码扩频连续相位调制系统的迭代检测装置，包括接收天线、CPM解调器、CPM软输入软输出模块、解扩映射器、解随机交织器、加权处理模块、LDPC码软输入软输出模块、随机交织器、扩频映射器、辅助
硬判决模块、
开关电路和比特判决器，接收天线接收受高斯信道污染的CPM调制信号，将其送至CPM解调器进行解调，CPM解调器输出内码字的逐比特先验概率信息序列送至CPM软输入软输出模块并作为一个输入，CPM软输入软输出模块同时将LDPC码软输入软输出模块输出的外码字逐比特概率信息序列经加权处理模块、随机交织器和扩频映射器后作为另一个输入，CPM软输入软输出模块输出更新后的内信息字逐比特概率信息序列，内信息字逐比特概率信息序列顺次经过解扩映射器、解随机交织器和加权处理模块后作为外码字的逐比特先验概率信息序列送至LDPC码软输入软输出模块，LDPC码软输入软输出模块输出的外信息字逐比特概率信息序列送至辅助硬判决模块，辅助硬判决模块从第二次迭代开始，对相邻两次迭代中外信息字的逐比特率概率信息序列的硬判决进行比较，如果第n次与第n-1次的硬判决一致，则停止迭代检测全过程并触发开关电路，同时将第n次迭代的外信息字逐比特概率信息序列送至比特判决器进行硬判决并输出。
[0010] 本发明的有益效果在于：
[0011] 1.将扩频技术引入到LDPC-CPM系统中，可以进一步提高该系统的可靠性和抗干扰能力；
[0012] 2.引入扩频/解扩映射器可建立基于外信息交换的迭代检测机制，有效提高基于扩频的LDPC-CPM系统的性能；
[0013] 3.引入辅助硬判决模块可以使迭代过程在较小的迭代次数下及时停止，减少平均迭代次数，提高系统的实时性。
附图说明
[0014] 图1为与本发明所对应的发射机原理图；
[0015] 图2为与本发明所对应的LDPC-CPM扩频迭代检测机制
框图；
[0016] 图3为有扩频和无扩频的LDPC-CPM迭代系统BER比较，迭代次数为第8次。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
[0018] 与本发明相对应的发射机由LDPC
编码器（1）、随机交织器（2）、直接序列扩频（3）、CPM
调制器（4）、发射天线（7）组成，如附图1所示。信息序列经LDPC编码器（1）、随机交织器（2）、直接序列扩频（3）后输入到CPM调制器（4），其中，CPM调制器（4）分解为连续相位编码器（Continuous Phase Encoder,CPE）（5）和无记忆调制器MM（Memoryless Modulator,MM）（6）。CPE（5）对输入信息进行连续相位编码后作为MM（6）的输入，MM（6）选择一个合适
波形由天线（7）发送至高斯信道。该发射机的主要特征如下：
[0019] 1.LDPC编码器（1）采用QC-LDPC（Quasi-cyclic LDPC）码，其校验矩阵采用下三角结构，编码采用迭代编码算法；
[0020] 2.随机交织器（2）采用伪随机交织图案；
[0021] 3.直接序列扩频（3）中采用扩频码字长度为16的walsh码。
[0022] 4.CPM调制器（4）采用二进制，调制指数h为1/2，基带脉冲波形g(t)采用矩形脉冲成形函数（REC），其记忆长度L为1个码元周期，此时CPM为最小频移键控（MSK）。
[0023] 本发明由接收天线（8）、CPM解调器（9）、CPM软输入软输出模块（CPM-SISO）（10）、解扩映射器（11）、解随机交织器（12）、加权处理模块（13）、LDPC码软输入软输出模块（LDPC-SISO）（14）、随机交织器（2）、扩频映射器（15）、辅助硬判决模块（16）、开关电路（17）和比特判决器（18）组成，如附图2所示。
[0024] 接收天线（8）接收受高斯信道污染的CPM调制信号，并将其送至CPM解调器（9）进行解调，解调器（9）输出内码字的逐比特先验概率信息序列送至CPM-SISO模块（10）并作为其中的一个输入，模块（10）同时将LDPC-SISO模块（14）输出的外码字逐比特概率信息序列经加权处理模块（13）、随机交织器（2）和扩频映射器（15）后作为其另一个输入，模块（10）输出更新后的内信息字逐比特概率信息序列，该序列经过解扩映射器（11）、解随机交织器（12）和加权处理模块（13）后作为外码字的逐比特先验概率信息序列送至LDPC-SISO模块（14），该模块输出的外信息字逐比特概率信息序列送至辅助硬判决模块（16），该模块从第二次迭代开始，对相邻两次迭代中外信息字的逐比特率概率信息序列的硬判决进行比较，如果第n次与第n-1次的硬判决一致，则停止迭代检测全过程并触发开关电路（17），同时将该次迭代的外信息字逐比特概率信息序列送至比特判决器（18）进行硬判决并输出。
[0025] 该检测装置的主要特征如下：
[0026] 1.CPM-SISO模块（10）输出的扩频内信息字逐比特概率信息序列首先送至解扩映射器（11），解扩映射器（11）输出的解扩内信息字逐比特概率信息序列经过解随机交织器（12）和加权处理模块（13）送至LDPC-SISO模块（14），作为输入的外码字逐比特概率信息序列。LDPC-SISO模块（14）输出的外码字逐比特概率信息序列经过加权处理模块（13）、随机交织器（2）和扩频映射器（15）送至CPM-SISO模块（10），作为输入的内信息字逐比特概率信息序列。
[0027] 2.从第二次迭代检测开始，LDPC-SISO模块（14）输出的外信息字逐比特概率信息序列送至辅助硬判决模块（16），该模块对相邻两次迭代中外信息字的逐比特率概率信息序列的硬判决进行比较，如果第n次与第n-1次的硬判决一致，则停止迭代检测全过程并进行硬判决译码；如果第n次与第n-1次的硬判决不一致，则进行下一次迭代检测。
[0028] 图1为与本发明相对应的发射机原理图，由CPM调制器（4）由连续相位编码器（5）和无记忆调制器（6）组成。图1中的各符号的定义如下：
[0029] Uo：待发送的信息序列；
[0030] Co：LDPC编码器1输出的码字序列；
[0031] Ao：扩频码字序列；
[0032] UI：经过扩频后的输出序列；
[0033] Xn：连续相位编码器CPE5的输出序列；
[0034] CI：无记忆调制器6的输出序列。
[0035] 图2为本发明在高斯信道中的的一个
实施例，基于本发明的接收机由接收天线（8）、CPM解调器（9）、CPM软输入软输出模块（CPM-SISO）（10）、解扩映射器（11）、解随机交织器（12）、加权处理模块（13）、LDPC码软输入软输出模块（LDPC-SISO）（14）、随机交织器（2）、扩频映射器（15）、辅助硬判决模块（16）、开关电路（17）和比特判决器（18）构成。与典型的基于外信息交换的迭代接收机不同的是，本发明引入与应用解扩映射器（11）、扩频映射器（15）和辅助硬判决模块（16）。图2中的各符号的定义如下：
[0036] r(t)：接收天线（8）上接收到的受高斯信道污染的CPM调制信号；
[0037] PI(CI;in)：CPM解调器（9）输出内码字的逐比特先验概率信息序列；
[0038] PI(UI;in)：LDPC-SISO模块（14）经加权处理模块（13）、随机交织器（2）、扩频映射器（15）后的输出序列；
[0039] PI(UI;out)：CPM-SISO模块（10）输出更新后的内信息字逐比特概率信息序列；
[0040] PI(CI;out)：CPM-SISO模块（10）输出更新后的内码字逐比特概率信息序列，在迭代过程中没有使用；
[0041] Po(Co;in)：LDPC-SISO模块（14）的输入外码字逐比特先验概率信息序列；
[0042] Po(Uo;in)：LDPC-SISO模块（14）的输入外信息字逐比特先验概率信息序列，该序列满足均匀概率分布特点；
[0043] Po(Co;out)：LDPC-SISO模块（14）输出更新后的外码字逐比特概率信息序列；
[0044] Po(Uo;out)：LDPC-SISO模块（14）输出更新后的外信息字逐比特概率信息序列；
[0045] d：比特判决器的输出序列。
[0046] 假设待发送的信息序列长度为N，LDPC码的码率为Rd，扩频码字的长度为Lc，则经过LDPC编码器和直接序列扩频后的输出序列Lsp=（N×Lc）/Rd。在接收端，CPM-SISO模块（10）输出的扩频内信息字逐比特概率序列PI(UI;in)，假定该序列中所有比特为“1”的概率序列为该序列中所有比特为“-1”的概率序列为将序列PI(UI;in)送至解扩映射器（11）完成相应的解扩与概率映射。
[0047] 假设信息序列Uo为{U1,U2,...Ui...,UN}，其中Ui∈[0,1]，经过LDPC编码器（1）后的输出码字序列为Co， 其中Ci∈[-1 ,1]。扩频序列若随机交织器（2）输出比特为“1”时，则经过扩频后的码字序列
若随机交织器（2）输出比特为“-1”时，则经过扩频后的码字序列
定义
[0048] 解扩映射器（11）的
信号处理过程如下：
[0049] 解扩映射的目的是将长度为Lsp的PI(UI;in)序列映射还原为长度为N/Rd的码字概率序列 其中Qi为比特“1”的概率定义为 同理Qi为比特“-1”的概率定义为 为由CPM-SISO模块（10）输出的内码字逐
比特概率信息序列第((i-1)×LSP+m)个为E1m的码字概率。同理，
为由CPM-SISO模块（10）输出的内码字逐比特概率信息序列第((i-1)×LSP+m)个
为 的码字概率。Qi为比特“1”的归一化概率为 即
[0050] 等式（1）
[0051] 同理，Qi为比特“-1”的归一化概率为 即
[0052] 等式（2）
[0053] 解扩映射后的内码字逐比特概率信息序列经解随机交织器（12）作为加权处理模块（13）的输入，在模块（13）中，取α和β为加权系数，本模块中α=0.8，β=0.01。假设该模块的输入为{Pin(xi),i=1,2...,N/Rd}，则该模块的输出{Pout(yi),i=1,2...,N/Rd}满足等式（3），即
[0054] Pout(yi)=exp((α*logePin(xi)).*exp(-β*logePin(xi))) 等式（3）[0055] 其中，.*表示点乘运算。
[0056] LDPC-SISO模块（14）输出的外码字逐比特概率信息序列经加权处理模块（13）和随机交织器（2），随机交织器（2）输出的概率序列为 其中Wi为比特“1”的概率定义为Wi1，Wi为比特“-1”的概率定义为
[0057] 扩频映射器（15）的信号处理过程如下：
[0058] 定义 为扩频映射器（15）的输出概率序列， 定义为扩频映射器（15）的输出第((k-1)×Lc+m)个码字为 的概率，表示扩频映射器（15）的第k个输入为比特“1”的码字的扩频映射概率序列，同理， 定义为扩频映射器（15）的输出第((k-1)×Lc+m)个码字为 的概率，表示扩频映射器（15）的第k个输入为比特“-1”的码字的扩频映射概率序列。即
[0059] 等式（4）
[0060] 等式（5）
[0061] 图3为有扩频和无扩频的LDPC-CPM迭代系统BER比较（迭代次数为第8次），选取校验矩阵维数为768×1536，码率1/2的QC-LDPC码，度分布为λ(x)=0.2308x+0.4615x2+7
0.3077x。从图3中可以看出，有扩频的LDPC-CPM迭代系统较无扩频的LDPC-CPM迭代系统可靠性可以大幅度提高。
