HARQ系统中RCPT码的设计与应用研究

论文摘要

前向纠错（FEC）和自动重传请求（ARQ）是数字通信系统中常用的两种差错控制方式。FEC传输机制简单,延迟小;ARQ可靠性高,并且能适应信道的变化。混合ARQ（HARQ）结合两者的优点,从而能很好地兼顾数据传输的可靠性和有效性。Turbo码以其接近Shannon极限的优异性能成为近年来纠错编码研究的热点。速率兼容的删截Turbo（Rate Compatible Punctured Turbo, RCPT）码被广泛用于冗余递增的HARQ系统中。本文对HARQ机制下的RCPT码的设计以及应用进行了研究。首先对信道编码的历史以及现状进行了回顾,对Turbo码的编码译码原理、性能以及研究现状进行了介绍。由于Turbo码的低码重距离谱的分布特性是衡量Turbo码以及RCPT码性能的重要指标,文章对Turbo码的低码重距离谱的分布特性及其计算方法进行了研究。在用序列分解的方法来计算Turbo的码字低码重分布的过程中,针对低码重输入序列的特点,引进了无需编码的查表移位异或法,大大地降低了计算量。删截是Turbo码构造高码率码字以及设计RCPT码的主要方法。本文研究了Turbo码的删截特性,主要针对删截Turbo码的删截模式以及删截周期进行了研究。分析了生成多项式周期与删截周期对Turbo码性能的影响。生成多项式周期与删截周期相等时,改进了删截方案,抑制了普通删截方法带来的性能恶化。详细介绍了RCPT码以及其删截矩阵的求取步骤。改进了求取RCPT码删截矩阵的方案,降低了RCPT码的设计过程中运算量。最后,重点研究了RCPT码在冗余增量递增的HARQ系统中的应用。对传统的HARQ-RCPT的传输机制进行了改进:提出了一种信道自适应的HARQ-RCPT的传输机制,根据信道的优劣自适应地调整初始发送数据的大小,适当地降低了系统延时。在Turbo码迭代译码思想的启发下,对HARQ-RCPT系统下的译码结构进行了改进,用上次错误译码的传输数据帧的软值来初始化当前的译码过程中译码器的先验值,可有效的提高系统性能。并且,针对HARQ-RCPT系统的特点,对MAP算法中路径量度的计算进行了简化。最后,对全文进行了总结,对有待继续研究的工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 信道编码概述
• 1.1.1 Shannon 信息论的基本内容
• 1.1.2 信道编码的构造
• 1.1.3 最佳译码
• 1.1.4 信道编码的主要参数
• 1.1.5 信道编码的分类
• 1.1.6 差错控制方式
• 1.2 Turbo 码的产生发展以及研究现状
• 1.2.1 Turbo 码的提出及其意义
• 1.2.2 Turbo 码编码器的结构及其原理
• 1.2.3 Turbo 码内交织器
• 1.2.4 Turbo 码译码器的构造及其原理
• 1.2.5 Turbo 码的研究现状
• 1.3 本文的研究工作以及内容安排
• 1.4 本章小结
• 第2章 Turbo 码的码重分布特性
• 2.1 线性码的码重分布
• 2.1.1 码重分布
• 2.1.2 分组码的误比特率性能限
• 2.2 Turbo 码的重量分布函数
• 2.3 Turbo 码的自结尾序列
• 2.3.1 RSC 编码器的约束方程和自结尾序列
• 2.3.2 自结尾输入序列的性质
• 2.3.3 自结尾序列的定理及其应用
• 2.3.4 查表移位异或编码法
• 2.3.5 计算低码重分布的改进算法
• 2.3.6 应用
• 2.4 本章小结
• 第3章 删截Turbo 码及RCPT 码的性能
• 3.1 RCPT 码产生的背景
• 3.2 Turbo 码的删截特性
• 3.2.1 删截模式对Turbo 码性能的影响
• 3.2.2 删截与交织方案的综合设计
• 3.2.3 删截周期对Turbo 码性能的影响
• 3.3 RCPT 码的设计
• 3.3.1 RCPT 码原理
• 3.3.2 RCPT 码的设计要点
• 3.4 本章小结
• 第4章 RCPT 码在HARQ 系统中的应用
• 4.1 HARQ 介绍
• 4.1.1 三种基本的混合ARQ 类型
• 4.1.2 HARQ-RCPT 系统模型以及传输机制
• 4.1.3 HARQ-RCPT 系统的性能指标
• 4.2 一种改进的HARQ-RCPT 自适应传输机制
• 4.3 一种改进的RCPT 码译码算法
• 4.4 HARQ-RCPT 系统中迭代译码算法的简化
• 4.4.1 MAP 算法
• 4.4.2 Log-MAP 算法
• 4.4.3 HARQ-RCPT 系统中译码算法的简化
• 4.5 本章小结
• 第5章 结束语
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文