无线通信中迭代检测与译码关键技术研究

论文摘要

采用迭代译码技术是Turbo码和低密度校验码能获得接近香农限性能的主要原因之一，采用高效纠错码和迭代检测技术是实现高速数据传输、提高频谱利用率和对抗各种干扰与衰落的一种有效途径，是未来新一代宽带移动通信系统的主要候选技术之一。本文首先研究了迭代译码与迭代检测技术的发展与现状，分析了目前该领域需要进一步解决的一些关键问题，列出了本文的研究内容。本文的第二部分研究了信道信噪比估计误差对时域迭代均衡系统性能的影响。通过分析最优的对数后验概率迭代均衡算法和次优迭代均衡算法输出的软信息，本文提出了一种缩放软信息Max-Log-MAP迭代均衡算法，该算法性能在低损失信道上逼近最优算法，同时新算法对信噪比误差不敏感。针对高损失信道，本文又提出了一种基于软输出信息的信噪比估计算法。该算法利用了次优迭代均衡算法对信道信噪比误差不敏感特性，从其软输出信息中提取信道信噪比。利用上述信噪比估计算法，本文提出了一种切换迭代均衡算法，该算法性能逼近已知信道信噪比的优化算法。本文第三部分研究了频域迭代均衡算法，提出了一种新的并行级联频域均衡结构。基于最小均方误差判决反馈均衡准则，提出了该并行级联结构的硬判决反馈和软判决反馈迭代均衡算法，分析了该算法在静态信道和瑞利衰落信道上的性能，结果表明，本文提出的迭代频域均衡算法比传统的迭代频域判决反馈算法较大的性能改善。此外，本章还分析了信道估计误差和信噪比不匹配对新算法的影响。本文第四部分研究了迭代检测技术在军事通信中的抗人为干扰的性能。针对慢速跳频连续相位调制系统，本文提出了一种对信道信噪比误差不敏感的软输出软输出解调算法，通过校正译码器输出软信息，基于新解调算法的迭代解调与译码算法性能非常接近最优的迭代检测算法，而且新算法不受信噪比不匹配的影响。特别地，针对部分频带干扰问题，本文又提出了一种迭代干扰估计算法，分析了迭代解调和译码算法结合干扰估计算法的抗干扰能力。仿真结果显示了迭代干扰估计算法大大改善了迭代解调和译码的抗干扰性能。最后，本文研究了B3G/4G系统中LDPC的迭代译码和设计中的关键问题。首先本文提出了一种半随机LDPC码构造方法，这种方法构造出的LDPC码具有准循环结构，同时参数选择比传统方法更为灵活；其次，本文研究了LDPC码的定点实现问题，分析了定点误差对译码算法性能的影响；利用π旋转LDPC码的特点，本文还提出了一种自适应LDPC编码策略，研究了它在衰落信道上的性能；最后，本文针对B3G TDD下行链路，提出了一种迭代多入多出检测和LDPC译码算法，研究了它在COST207信道上的性能。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 迭代译码及其应用
• 1.1.1 联合编码与调制-TTCM
• 1.1.2 时变无线信道上的Turbo均衡
• 1.1.3 级联FEC和空时码
• 1.1.4 级联FEC和迭代CDMA多用户检测
• 1.1.5 级联FEC和迭代OFDM多用户检测
• 1.1.6 联合MLC、TCM和STTC的迭代检测
• 1.2 迭代均衡的研究现状
• 1.2.1 迭代均衡算法
• 1.2.2 频域Turbo均衡算法
• 1.2.3 信道不匹配时的Turbo均衡算法
• 1.3 迭代检测在军事通信中的研究现状
• 1.4 低密度校验码（LDPC）的研究现状
• 1.4.1 LDPC译码算法
• 1.4.2 LDPC码构造方法
• 1.4.3 LDPC码编码
• 1.4.4 LDPC码性能分析
• 1.5 本文的主要研究内容和贡献
• 1.6 论文结构及内容安排
• 第二章 稳健的迭代均衡算法
• 2.1 引言
• 2.2 优化的迭代均衡算法
• 2.3 信噪比（SNR）不匹配对迭代均衡算法性能的影响
• 2.4 稳健的迭代均衡算法
• 2.4.1 缩放软信息的迭代均衡算法
• 2.4.2 基于在线SNR估计的迭代均衡算法
• 2.5 基于软信息的在线SNR估计算法及其切换均衡算法
• 2.5.1 基于可靠性值的SNR估计算法
• 2.5.2 切换均衡算法
• 2.5.3 仿真结果及讨论
• 2.6 本章小结
• 第三章 并行级联频域均衡结构及其迭代均衡算法
• 3.1 引言
• 3.2 系统模型
• 3.3 迭代频域判决反馈均衡算法
• 3.3.1 硬判决反馈TBDFE滤波器设计
• 3.3.2 软判决反馈TBDFE滤波器设计
• 3.3.3 仿真性能
• 3.4 信道不匹配对迭代判决反馈频域均衡算法的影响
• 3.4.1 基于时域MMSE准则的硬判决反馈迭代频域均衡算法
• 3.4.2 信道不匹配对算法性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 迭代干扰估计与抑制技术
• 4.1 引言
• 4.2 已编码FH-CPM系统模型
• 4.3 连续相位调制（CPM）的MAP解调算法
• 4.3.1 基于SNR（SNR-Based）的分支度量计算
• 4.3.2 基于匹配滤波（MF-Based）的分支度量计算
• 4.4 迭代CPM解调与译码算法
• 4.4.1 迭代CPM解调与译码算法及对SNR不匹配的敏感性分析
• 4.4.2 改进的迭代CPM解调与译码算法及性能
• 4.5 迭代干扰估计算法
• 4.6 结合迭代干扰估计的迭代跳频CPM系统的性能
• 4.7 本章小结
• 第五章 未来移动通信系统中迭代译码关键技术研究
• 5.1 引言
• 5.2 半随机LDPC码的构造
• 5.2.1 准循环QC-LDPC码
• 5.2.2 准循环QC-LDPC的半随机构造方法
• 5.2.3 仿真结果
• 5.2.4 循环分解
• 5.3 低密度校验码（LDPC）译码算法定点仿真与分析
• 5.3.1 低密度校验（LDPC）译码算法
• 5.3.2 定点算法仿真
• 5.4 自适应LDPC码及其性能
• 5.4.1 变速率π旋转LDPC码
• 5.4.2 自适应LDPC编码
• 5.5 低密度校验（LDPC）码在B3G系统中的设计与性能
• 5.5.1 B3G TDD下行链路设计需求及其方案
• 5.5.2 LDPC码设计及其性能
• 5.5.3 迭代LDPC译码和MIMO-OFDM检测技术及其性能
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 本文贡献
• 6.2 下一步工作的建议和未来研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 本文作者已发表、录用和在审的文章
• 本文作者在攻读博士期间参加的科研项目