基于LDPC码的BICM-OFDM系统性能研究

论文摘要

随着无线通信技术的发展,人们对通信质量和信道容量提出了更高的要求,宽带高速数据通信服务的需求不断增长。作为抗干扰技术的重要手段之一,信道编码在无线通信领域中的作用举足轻重。低密度校验码（LDPC）码是Gallager博士于1962年提出的具有稀疏校验矩阵的分组码,它以其逼近香农限的特性和译码简单的特点,成为纠错码研究领域的热点。正交频分复用（OFDM）技术具有抗多径和抗频率选择性衰落、频带利用率高的特点,适用于多径环境和频率选择性衰落信道中的高速数据传输。OFDM联合比特交织编码调制（BICM）系统是一种在衰落信道中性能全面的通信技术,具有深刻的研究意义和广阔的发展前景。本文重点研究了LDPC的译码算法及其在比特交织编码调制（BICM）级联正交频分复用（OFDM）系统中的应用。首先介绍了LDPC码的基础理论知识,包括LDPC码的定义、构造方式、编译码原理及如何构造性能良好的LDPC码;同时对各种置信传播算法（BP）译码算法的性能在MATLAB环境中进行仿真分析;然后介绍了比特交织编码调制理论和正交频分复用原理并提出一种以LDPC码取代传统的比特交织编码调制（BICM）系统分量码-卷积码,并与正交频分复用（OFDM）系统相结合的BICM-LDPC-OFDM方案。通过在MATLAB环境中仿真,与基于BCH码、Turbo码的BICM-OFDM系统相比较,验证了该方案可以在逼近CM信道容量的前提下,大大降低编译码的复杂度,并取得较好的系统性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 数字通信系统结构和发展
• 1.2.1 数字通信系统的组成
• 1.2.2 数字通信系统的性能指标
• 1.2.3 数字通信发展的回顾
• 1.3 LDPC 码的发展历程与现状
• 1.3.1 LDPC 码的发展历史
• 1.3.2 LDPC 码的发展现状
• 1.4 研究范围和论文结构
• 第2章 LDPC 码的构造
• 2.1 LDPC 码的分类
• 2.1.1 规则的LDPC 码
• 2.1.2 不规则的LDPC 码
• 2.2 Gallager 码
• 2.2.1 Gallager 码编码原理
• 2.2.2 Gallager 码译码原理
• 2.3 构造性能良好的LDPC 码
• 2.3.1 校验矩阵的构造方法和矩阵中的周期
• 2.3.2 Gallager 的构造方式
• 2.3.3 Mackay 的构造方式
• 2.3.4 Luby 的构造方式
• 2.4 小结
• 第3章 LDPC 码的译码算法研究
• 3.1 BP译码算法
• 3.1.1 概率域BP 译码算法
• 3.1.2 对数域BP 译码算法（LLR BP）
• 3.2 简化的BP 译码算法
• 3.2.1 APP-based 译码算法
• 3.2.2 BP-based 译码算法
• 3.2.3 算法仿真与结果讨论
• 3.3 两种改进的BP-BASED 译码算法
• 3.3.1 归一化BP-based 算法（Normalized BP-Based）
• 3.3.2 Offset BP-based 算法
• 3.3.3 算法仿真与结果讨论
• 3.4 小结
• 第4章 LDPC 码在BICM-OFDM 系统性能研究
• 4.1 基本原理
• 4.1.1 联合编码调制（CM）
• 4.1.2 比特交织编码调制（BICM）
• 4.1.3 正交频分复用（OFDM）
• 4.2 基于LDPC 码的BICM-OFDM 系统
• 4.2.1 系统模型及原理分析
• 4.2.2 仿真结果分析
• 4.3 小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文