HARQ系统及其编译码技术研究

论文摘要

本文研究内容来源于纵向课题:“协议802.16d、802.16e中HARQ系统中的自适应编码技术研究”课题和国家自然科学基金资助项目（编号60272067）:“LDPC码的编码调制技术研究”课题。本论文主要研究HARQ系统及其编译码技术。在研究了传统的Ⅰ型HARQ系统的基础上,提出了基于卷积码的新Ⅰ、Ⅱ型HARQ系统;在研究Ⅱ、Ⅲ型HARQ系统的基础上,分别提出了基于RCPC码、RCPT码、LDPC码的三种新型HARQ系统,并对这三种新型HARQ系统分别进行了设计、理论分析和仿真。其结果证明了这三种新型HARQ系统的优越性。具体内容和创新点如下:1.推导了带码合并的I、II和III型HARQ系统通过率和平均重传次数的理论计算公式,对I、II和III型HARQ系统进行理论分析和仿真计算,并且对比理论计算结果和仿真结果,得到的结论对指导设计新型HARQ系统有重要意义;2.提出了基于卷积码的新Ⅰ、Ⅱ型HARQ系统,并证明其性能的优越性;对新Ⅰ型HARQ系统提出了采用固定重传次数的传输方法;对新Ⅱ型HARQ系统提出了分块归零,在解扩前进行码合并的方法;推导出了分析基于卷积码的新Ⅰ、Ⅱ型HARQ系统性能的理论计算公式;基于对CRC码的研究,提出了扩展缩短CRC码的新概念,并分析其性能,将研究结果应用于某飞机通信设备中;3.提出了基于RCPC码的新型HARQ系统并证明其性能的优越性;总结出在同步CDMA系统中,在高斯白噪声（AWGN）信道条件下的最佳分块方案,使新型HARQ系统获得最佳性能;推导出了分析基于RCPC码的新Ⅰ、Ⅱ型HARQ系统性能的理论计算公式;4、提出了基于RCPT码的新型HARQ系统,并对新型HARQ系统进行了结构设计,设计的模块有新型FEC模块、新型纠错译码器、新型交织器Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ,并证明其性能的优越性;总结出在同步CDMA系统中,在高斯白噪声信道条件下的最佳分块方案;在异步CDMA系统中,在高斯白噪声信道、平坦瑞利衰落信道和频率选择性瑞利衰落信道条件下的最佳分块方案,使新型HARQ系统获得最佳性能;给出了分析基于RCPT码的新型HARQ系统性能的理论计算公式;5、基于RC-LDPC码构造新型HARQ系统,根据相应的理论进行了HARQ系统编码和译码的模块设计。根据非规则码的密度进化理论推导出RC-LDPC码的密度进化公式。将差分进化理论应用在搜索删余因子上,可以快速搜索出不同度数变量节点的删余因子。得到的删余LDPC码在搜索出的门限附近有很好的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 HARQ 系统概述及国内外研究现状
• 1.1.1 重传协议
• 1.1.2 重传编码策略
• 1.1.3 码合并技术
• 1.1.4 纠错保护技术
• 1.1.5 衰落信道条件下的HARQ 系统
• 1.1.6 最小码重和低码重分布
• 1.2 RCPC 和RCPT 码在HARQ 系统中的应用和发展现状
• 1.3 LDPC 码在HARQ 系统中的应用和发展现状
• 1.4 循环冗余校验码
• 1.5 论文的主要研究工作及内容安排
• 第二章 带码合并的HARQ 系统性能分析
• 2.1 3GPP 标准中的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型HARQ 系统模式
• 2.2 干扰环境下带码合并的HARQ 系统性能分析
• 2.2.1 系统的模型
• 2.2.2 推广的信噪比分析
• 2.2.3 在高斯白噪声信道条件下Ⅰ型HARQ 系统的理论计算公式推导
• 2.2.4 基于Ⅱ、Ⅲ型HARQ 系统的理论计算公式推导
• 2.3 平坦瑞利衰落信道和频率选择性瑞利衰落信道条件下带码合并的Ⅰ型HARQ 系统性能分析
• 2.3.1 近似变量分析
• 2.3.2 成对错误概率的上界分析
• 2.3.3 成对错误概率的下界分析
• 2.4 AWGN 信道条件下带码合并的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型HARQ 系统性能分析
• 2.4.1 基于卷积码的Ⅰ型HARQ 系统性能理论计算与仿真
• 2.4.2 基于RCPC 码的Ⅱ、Ⅲ型HARQ 系统性能的理论计算与仿真
• 2.4.3 基于RCPT 码的Ⅱ、Ⅲ型HARQ 系统性能的理论计算与仿真
• 2.4.4 基于RCPC 码和RCPT 码的HARQ 系统性能对比分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于卷积码的分块重传新Ⅰ、Ⅱ型HARQ 系统
• 3.1 新Ⅰ、Ⅱ型HARQ 系统设计
• 3.1.1 传统的分块传输系统
• 3.1.2 新Ⅰ型HARQ 系统设计
• 3.1.3 新Ⅱ型HARQ 系统设计
• 3.2 新Ⅰ、Ⅱ型HARQ 系统性能以及扩展缩短CRC 码性能的理论分析
• 3.2.1 新Ⅰ、Ⅱ型HARQ 系统性能的理论分析
• 3.2.2 扩展缩短CRC 码性能的理论分析
• 3.3 扩展缩短CRC 码性能仿真的原理及方法
• 3.3.1 扩展缩短CRC 码性能仿真使用的主要公式
• 3.3.2 扩展缩短CRC 码性能仿真的原理和方法
• 3.4 CRC 校验码以及新Ⅰ、Ⅱ型HARQ 系统性能仿真
• 3.4.1 CRC 校验码性能仿真
• 3.4.2 新Ⅰ、Ⅱ型HARQ 系统性能仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于RCPC 码的新型HARQ 系统
• 4.1 基于RCPC 码的新型HARQ 系统模型
• 4.1.1 Ⅱ型HARQ 系统穿孔矩阵
• 4.1.2 Ⅲ型HARQ 系统穿孔矩阵
• 4.1.3 新型HARQ 系统模型
• 4.2 基于RCPC 码的新型HARQ 系统理论分析计算
• 4.3 基于RCPC 码的新型HARQ 系统性能仿真
• 4.3.1 最佳分块方案仿真
• 4.3.2 通过率的理论计算和仿真
• 4.3.3 平均重传次数的理论计算和仿真
• 4.3.4 基于RCPC 码的码重分布仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于RCPT 码的新型HARQ 系统及其编译码技术研究
• 5.1 基于RCPT 码的新型HARQ 系统模型
• 5.1.1 Ⅱ型HARQ 系统穿孔矩阵
• 5.1.2 Ⅲ型HARQ 系统穿孔矩阵
• 5.1.3 新型HARQ 系统设计
• 5.2 基于RCPT 码的新型HARQ 系统的模块设计
• 5.2.1 新型FEC 模块设计
• 5.2.2 新型纠错译码器设计
• 5.2.3 新型交织器设计
• 5.3 基于RCPT 码的新型HARQ 系统码重分布理论分析
• 5.4 基于RCPT 码的新型HARQ 系统性能的理论计算
• 5.4.1 同步CDMA 系统中，高斯白噪声条件下，新型HARQ 系统性能的理论计算
• 5.4.2 异步CDMA 系统中，在平坦瑞利衰落信道、频率选择性瑞利衰落信道条件下，新型HARQ 系统的理论计算
• 5.5 同步CDMA 系统中，基于RCPT 码的新型HARQ 系统性能仿真
• 5.5.1 同步CDMA 系统中，新型HARQ 系统最佳分块方案仿真
• 5.5.2 同步CDMA 系统中，新型HARQ 系统的码重分布仿真
• 5.5.3 同步CDMA 系统中，新型HARQ 系统的性能仿真
• 5.6 异步CDMA 系统中，在高斯白噪声信道、平坦瑞利衰落信道和频率选择性瑞利衰落信道条件下，新型HARQ 系统性能仿真
• 5.6.1 异步CDMA 系统中，新型HARQ 系统最佳分块方案仿真
• 5.6.2 异步CDMA 系统中，新型HARQ 系统码重分布仿真
• 5.6.3 异步CDMA 系统中，新型HARQ 系统性能仿真
• 5.7 本章小结
• 第六章 基于RC-LDPC 码的新型HARQ 系统设计及性能分析
• 6.1 LDPC 码的定义及其TANNER 图表示
• 6.2 基于RC-LDPC 码的新型HARQ 系统的工作原理
• 6.3 新型HARQ 系统的编码模块设计
• 6.3.1 构造LDPC 母码
• 6.3.2 搜索LDPC 码的删余因子
• 6.3.3 LDPC 母码删余建模
• 6.4 基于LDPC 码的新型HARQ 系统仿真
• 6.4.1 删余LDPC 码的HARQ 系统仿真
• 6.4.2 删余LDPC 码的HARQ 系统仿真结果分析
• 6.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读博士期间完成的论文和科研工作