高效LDPC编译码及其组合均衡技术在无线通信中的研究

论文摘要

低密度奇偶校验码（LDPC codes）是基于稀疏校验矩阵的线性分组码,由于它在与基于BP迭代译码算法相结合的条件下具有逼近Shannon限的性能,因此LDPC码是继Turbo码后在纠错编码领域的又一重大进展。近年来,LDPC码以其优异的性能和巨大的潜在应用价值而受到编码界的极大关注,已成为目前最热门的研究领域之一。本文在对LDPC码进行了系统的分析和研究的基础上,探讨了高斯消元法和基于近似下三角矩阵的两种有效编码方式,并在加性高斯白噪声信道下,对LDPC码进行BP译码算法性能仿真。同时,为了克服噪声和码间干扰问题,本文主要研究了LDPC码组合均衡技术。首先,运用最小均方误差（MMSE）准则,将LDPC码分别与线性均衡、判决反馈均衡（DFE）相结合,形成LDPC码均衡接收机。其次,将最小均方（LMS）算法与DFE相结合,研究了LDPC码自适应均衡技术。最后,在自适应均衡的基础上,重点将常数模算法（CMA）与DFE相结合,提出了一种改进的CMA-DFE算法,研究了LDPC码盲均衡技术。本文对这几种不同的均衡技术,进行了比较研究和性能仿真。结果表明,码长越长、均衡/译码迭代次数越多、均衡器权系数设置越大,LDPC码译码性能就越好。在非自适应均衡中,DFE均衡性能比线性均衡好。同等条件下,非自适应均衡优于自适应均衡,收敛速度快,但算法相对复杂。而盲均衡技术虽然收敛比较慢,但其不需要训练序列,算法复杂度较低,在一定条件下,性能甚至优于非自适应均衡,因此有着很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 香农容量定理及其香农极限
• 1.2 随机编码的基本理论
• 1.2.1 分组码
• 1.2.2 卷积码
• 1.3 LDPC 码的特点及研究情况
• 1.3.1 LDPC 码的历史
• 1.3.2 LDPC 码的性能和特点
• 1.3.3 LDPC 在无线通信中的发展
• 1.4 本文的主要工作及内容安排
• 第二章 LDPC 码的结构及编码
• 2.1 LDPC 码的定义及表示方法
• 2.1.1 LDPC 码的校验矩阵表示法
• 2.1.2 LDPC 码的Tanner 图表示法
• 2.1.3 LDPC 码的子码表示法
• 2.1.4 LDPC 码的生成矩阵表示法
• 2.2 LDPC 码的编码
• 2.2.1 高斯消元法
• 2.2.2 基于近似下三角矩阵的有效编码
• 2.3 小结
• 第三章 LDPC 码的 BP 译码算法及性能分析
• 3.1 LDPC 码的 BP 译码算法
• 3.2 BP 算法在加性高斯白噪声信道下的性能模拟
• 3.2.1 码长对性能的影响
• 3.2.2 迭代次数对性能的影响
• 3.2.3 码率对性能的影响
• 3.3 小结
• 第四章 LDPC 码组合均衡技术的研究
• 4.1 码间串扰（ISI）信道
• 4.1.1 符号间干扰的产生
• 4.1.2 ISI 信道的离散时间模型
• 4.1.3 数据传输模型
• 4.2 信道均衡技术简介
• 4.3 LDPC 码组合线性均衡
• 4.3.1 最小均方误差（MMSE）准则
• 4.3.2 LDPC 码组合线性MMSE 均衡器基本原理
• 4.3.3 LDPC 码组合线性MMSE 均衡器的性能仿真和分析
• 4.4 LDPC 码组合判决反馈均衡
• 4.4.1 判决反馈均衡器（DFE）原理
• 4.4.2 LDPC 码组合MMSE-DFE 均衡器基本原理
• 4.4.3 LDPC 码组合MMSE-DFE 均衡器的性能仿真和分析
• 4.5 小结
• 第五章 LDPC 码组合自适应均衡技术
• 5.1 自适应均衡
• 5.1.1 自适应线性均衡器
• 5.1.1.1 自适应均衡的原理
• 5.1.1.2 最陡下降法
• 5.1.1.3 最小均方（LMS）算法
• 5.1.2 自适应判决反馈均衡器
• 5.2 LDPC 码组合 LMS-DFE 均衡器基本原理
• 5.3 LDPC 码组合 LMS-DFE 均衡器的性能仿真和分析
• 5.4 小结
• 第六章 LDPC 码组合盲均衡技术
• 6.1 盲均衡的分类
• 6.1.1 Bussgang 算法
• 6.1.2 高阶统计量算法
• 6.1.3 基于神经网络和模糊理论的算法
• 6.2 盲线性均衡—常数模算法（CMA）
• 6.3 盲判决反馈均衡器
• 6.4 LDPC 码组合盲均衡技术
• 6.4.1 一种改进的CMA-DFE 均衡器
• 6.4.2 LDPC 码组合CMA-DFE 均衡器基本原理
• 6.5 LDPC 码组合盲均衡器的性能仿真和分析
• 6.5.1 LDPC 码盲均衡在不同外环迭代次数下的性能
• 6.5.2 LDPC 码盲均衡在不同内环迭代次数下的性能
• 6.5.3 CMA-DFE 盲均衡与MMSE-DFE 均衡和LMS-DFE 自适应均衡的性能比较
• 6.6 小结
• 第七章 LDPC 码及其组合技术的发展趋势与展望
• 7.1 本文的总结
• 7.2 LDPC 码的应用以及发展趋势
• 7.3 未来研究的方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文