LDPC码及其反馈迭代均衡技术的研究

论文摘要

在与BP迭代译码算法相结合的条件下具有逼近Shannon限的性能,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码进行了BP译码算法性能仿真。同时,为了克服码间干扰(ISI)问题,本文主要研究了基于LDPC码的反馈迭代均衡技术。运用turbo译码的原理,在接收端的均衡器和BP译码器之间迭代地传递外信息,形成turbo均衡。首先,运用最小均方误差(MMSE)准则,将LDPC码的BP译码器分别与线性均衡器(LE)、判决反馈均衡器(DFE)相结合,形成非自适应的均衡接收机。其次,将最小均方(LMS)算法与判决反馈均衡器(DFE)相结合,提出了基于LDPC码的自适应均衡技术。最后,在自适应均衡的基础上,将常数模算法(CMA)与判决反馈均衡器(DFE)相结合,提出了基于LDPC码的盲均衡技术。本文对这几种不同的均衡技术,进行了性能仿真和比较研究。结果表明,基于以上turbo均衡原理的接收端能够很好地提高系统的误码率性能。同等条件下,非自适应均衡误码率优于自适应均衡,收敛速度快,但算法相对复杂,且需要已知的信道特性,因而实用价值不大。而在信道特性未知的情况下,盲均衡技术性能并不比自适应均衡差,并且不需要训练序列,提高了频谱利用率,因此在移动通信中有着很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 数字通信系统的基本模型
• 1.2 香农容量定理及香农极限
• 1.3 随机编码的基本理论
• 1.3.1 分组码
• 1.3.2 卷积码
• 1.4 LDPC 码的特点及研究情况
• 1.4.1 LDPC 码的历史
• 1.4.2 LDPC 码的性能和特点
• 1.4.3 LDPC 在无线通信中的发展
• 1.5 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 基于 LDPC 码的 Turbo 均衡技术
• 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 信道均衡技术介绍
• 4.2.1 均衡器的结构
• 4.2.2 最小均方误差（MMSE）准则
• 4.2.3 均衡器的自适应性
• 4.3 Turbo 均衡的原理
• 4.3.1 Turbo 码的结构和编译码原理
• 4.3.2 Turbo 均衡的原理
• 4.4 基于 LDPC 码的 Turbo 均衡
• 4.4.1 基于LDPC 码的线性均衡
• 4.4.2 基于LDPC 码的判决反馈均衡
• 4.4.3 两种均衡器的性能比较
• 4.5 小结
• 第五章 基于LDPC 码的自适应均衡技术
• 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 基本原理
• 5.3 LDPC 码组合LMS-DFE 的性能仿真和分析
• 5.3.1 LDPC 码组合LMS-DFE 在不同外环迭代次数下的性能
• 5.3.2 LMS-DFE 自适应均衡与MMSE-DFE 均衡的性能比较
• 5.4 小结
• 第六章 基于LDPC 码的盲均衡技术
• 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CMA-DFE 技术
• 6.5 LDPC 码组合CMA-DFE 的性能仿真和分析
• 6.5.1 LDPC 码组合CMA-DFE 在不同外环迭代次数下的性能
• 6.5.2 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