BICM-OFDM系统中的比特交织及比特分配问题

论文摘要

为了提高无线传输的频谱效率,采用高阶调制的正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）是当前无线通信物理层的热点技术之一,通常采用比特交织编码调制（Bit Interleaved Coded Modulation, BICM）的方式,称为BICM-OFDM。比特交织和比特分配技术是BICM-OFDM中的关键技术。交织泛指序列的排列方式或方法。普通的比特交织或信道交织是将编码器输出的比特序号映射为子载波序号及子载波上的调制位置序号；比特分配则是将编码器输出的不同大小的比特簇映射到子载波序号。因此,从某种意义上说,比特分配是广义的交织,比特信道交织是退化的比特分配。本论文研究BICM-OFDM中的比特交织及比特分配问题。论文主要贡献如下：1.针对BICM-OFDM的译码性能优化问题,设计了一种新的自适应比特交织算法。该方法能进一步发挥维特比译码器的译码效率。与传统自适应交织方法相比较,信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）增益最高达到1dB。同时,所提算法改善了交织器同步的保护机制,不存在传统方法中因错误传播而导致的误码平台问题。2.针对信道状态信息（Channel State Information, CSI）反馈的开销问题。考虑到反馈全部CSI的开销及复杂度,我们提出了一种新的基于交织器池的自适应交织器算法。该方法基于CSI,从一组交织器中选出一个较优者来传输当前编码块。所选交织器能使最小欧式距离最大,从而能获得更好的性能。与已有的自适应交织算法相比,所提方法复杂度低,系统开销小,并且性能相近。此外,所提算法基本不存在交织器失步的问题,对CSI反馈的要求可以大大降低。3.以调制器的输入到解调器的输出看来,高阶调制符号经历的衰落信道并加噪声可以等效为若干并行的二进制输入连续输出的等效信道。基于经典的软解调算法,针对不同的优化目标,提出了两组衡量等效子信道状态的度量值,并推导出计算简单的闭式表达。4.基于上述等效子信道的度量值,以误码率（Bit Error Rate, BER）最小化为优化目标的自适应比特分配算法（Adaptive Bit Loading , ABL）,可以转换为对平均度量值的优化。与传统算法以优化无编码系统的错误率为目标不同,本文提出了一种新的自适应比特分配方法。5.针对吞吐量的优化问题,提出了等效比特信噪比的概念。同样的,高阶调制可以分解为一系列等效子信道的集合,并以所提等效比特信噪比度量各个等效子信道的状态。而自适应的比特分配算法只需直接选择等效比特信噪比较大的等效子信道来分配编码比特即可。仿真结果表明,基于等效比特信噪比设计的自适应比特分配算法,相比传统算法最多可以增加系统容量达到56%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号对照表
• 第一章 绪论
• 1.1 背景综述
• 1.2 4G系统中物理层关键技术
• 1.2.1 OFDM多载波调制
• 1.2.2 BICM-OFDM系统
• 1.2.3 比特交织
• 1.2.4 比特分配
• 1.3 论文的主要研究内容和结构安排
• 参考文献
• 第二章 IEEE 802.16e链路级仿真平台
• 2.1 系统简介
• 2.2 链路级仿真平台架构
• 2.3 OFDM符号的定义及参数
• 2.3.1 时域描述
• 2.3.2 频域描述
• 2.3.3 主要参数
• 2.3.4 发送信号的数学表达式
• 2.4 平台支持的TDD帧结构
• 2.5 平台中的子载波分配方案
• 2.5.1 下行PUSC子载波分配
• 2.6 平台中的多天线发送分集
• 2.6.1 空时码
• 2.6.2 跳频分集码（FHDC）
• 2.7 平台中的编码调制
• 2.7.1 随机化
• 2.7.2 对长数据块的分块处理
• 2.7.3 卷积码编码器
• 2.7.4 Turbo码编码器
• 2.7.5 交织器（Interleaving）
• 2.7.6 星座调制
• 2.8 平台使用的信道建模
• 2.9 平台中的接收机算法
• 2.9.1 软解调
• 2.9.2 卷积码译码器
• 2.10 仿真条件及仿真结果
• 参考文献
• 第三章 BICM-OFDM系统的比特交织
• 3.1 研究背景
• 3.2 相关文献及算法
• 3.3 系统模型
• 3.4 一种优化的比特交织算法
• 3.4.1 自适应交织图样的同步
• 3.4.2 仿真结果
• 3.4.3 小结
• 3.5 一种基于交织器池的自适应比特交织算法
• 3.5.1 交织器池的同步问题
• 3.5.2 仿真结果
• 3.5.3 小结
• 参考文献
• 第四章 BICM-OFDM系统的比特分配
• 4.1 研究背景
• 4.2 系统模型
• 4.3 相关文献及算法
• 4.3.1 基于仙农公式的分配算法
• 4.3.2 基于BER估计的分配算法
• 4.4 高阶调制的等效子信道
• 4.5 一种优化BER性能的自适应比特分配
• 4.5.1 仿真结果
• 4.5.2 小结
• 4.6 一种优化吞吐量性能的自适应比特分配
• 4.6.1 等效比特信噪比
• 4.6.2 最大化吞吐量的自适应比特分配
• 4.6.3 仿真结果
• 4.6.4 小结
• 参考文献
• 第五章 总结与展望
• 附录 缩略语表
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录