基于LDPC码的空时级联码技术研究

论文摘要

本文主要研究基于LDPC码的空时级联码的实现方案和译码算法。论文在简单介绍MIMO通信系统、LDPC码和空时编码的基础上,对当前各种空时级联编码方案进行了较详细的分析,设计了一种LDPC V-BLAST级联编码方案,并给出迭代译码算法。为降低空时级联编码的复杂度,并确保高效的编码效率,本论文选取LDPC码作为空时级联码的信道纠错码,选择能达到全速率的V-BLAST编码作为空时码;在内部迭代译码中采用了一种基于分组混合策略的最小和BP译码算法,并通过保留校验节点的外信息,以供下一次外迭代中的内迭代在初始化时使用,这样大大提高了解码器的收敛速度。信道编码可以提供一种时间分集,以对抗无线信道的失真; MIMO系统可以提供空间分集,从本质上提高了信道容量。将信道编码与MIMO通信中的空间分集结合起来就成为空时级联编码,它可以提供在日益拥挤的频谱信道中实现高速、可靠的无线信息传输。本文首先有针对性的介绍了MIMO系统的基本概念和结构,分析了无线信道特征、MIMO信道模型、给出了几种MIMO信道容量的计算方法。然后,介绍了LDPC码的编译码方法,包括一些热门的次优BP算法。在此基础上,介绍了空时编码技术,重点给出了多种空时级联码方案以及相应的解码方法。最后,本文设计了基于LDPC编码的V-BLAST级联码系统,给出了系统的构成和一种改进的迭代译码算法,并对这种迭代译码算法的性能进行了仿真和分析。最后的仿真表明:本文设计的基于LDPC编码的V-BLAST级联码方案和迭代译码算法,在复杂度和译码性能上取得了较好的平衡,更接近实际工程应用的要求。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文工作及章节安排
• 2 MIMO 系统分析
• 2.1 无线信道基本特征和统计模型
• 2.1.1 无线信道基本特征
• 2.1.2 无线信道统计模型
• 2.2 MIMO 信道模型
• 2.3 MIMO 信道容量
• 2.3.1 发射端不知信道时的信道容量
• 2.3.2 发射端知道信道时的信道容量
• 3 LDPC 码构造及编译码算法
• 3.1 信道编码理论
• 3.1.1 Shannon 信道编码定理
• 3.1.2 编码原理和译码规则
• 3.2 低密度奇偶校验码的构造及编码方法
• 3.2.1 LDPC 码定义
• 3.2.2 LDPC 码的图模型表示
• 3.2.3 LDPC 码的构造
• 3.2.4 LDPC 码的编码方法
• 3.3 低密度奇偶校验码译码算法
• 3.3.1 广义和积算法
• 3.3.2 概率BP 及对数似然比BP 算法
• 3.3.3 改进的BP 算法
• 4 空时编码技术
• 4.1 空时编码设计准则
• 4.2 空时分组码
• 4.2.1 Alamouti 编码
• 4.2.2 一般情况下的STBC
• 4.3 空时格形码
• 4.4 空时层码
• 4.4.1 分层空时编码原理
• 4.4.2 几种译码算法
• 5 基于 LDPC 的空时级联码
• 5.1 空时级联码
• 5.1.1 级联空时Turbo 编码方案
• 5.1.2 Turbo 编码调制方案
• 5.1.3 级联空时分组编码
• 5.2 LDPC-VBLAST 级联码设计
• 5.3 译码算法
• 5.4 仿真结果
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录