基于LTE-Advanced系统的LDPC码编译码算法研究

论文摘要

LTE-Advanced（Long Term Evolution-Advanced）系统是LTE后向兼容的演进系统,是3GPP为了满足IMT-Advanced （4G）的要求而推出的标准。LTE-Advanced要求能支持1Gbps速率的信道编码技术,并保持与R8 LTE的兼容性,在新的频段和应用场景,目前考虑采用新的信道编码（LDPC码）,LDPC码是具有逼近香农限性能的优秀纠错码,凭借着它自身的性能和优点,其巨大的应用潜力被越来越多的科学家认可。为了实现码的性能与实现复杂度上的最优组合,并提高编码增益和传输可靠性、减少编译码复杂度、节省存储空间,研究适于LTE-Advanced系统的增强编码技术是必不可少的。基于以上背景,本文对基于LTE-Advanced系统的LDPC的编译码算法进行了深入研究。本文首先回顾了长期演进系统（LTE）以及LTE-Advanced系统的研究进展,并分析了LDPC码的研究现状及优势。在LDPC码的基本知识、编译码基本理论基础上,研究了LDPC码的构造方法以及基本的编译码算法。随后,以普天和北邮的母码结构为基础,构造出了不同码长和低码率的LDPC码,验证了此种LDPC码与原有LTE的信道编码技术是兼容的,并提出了LTE-Advanced系统的信道编码的选择方案,最后针对低码率LDPC码的扩展方式,本文提出扩展后的LDPC码的两种改进快速编码算法。接着,对基于LDPC-OFDM系统的距离置信译码算法进行了深入的分析,研究了基于欧式距离的置信传递算法,实现了基于多电平调制下的LogBP译码算法,并通过仿真验证了LDPC码在多电平调制的OFDM系统中有效的应用,分析了不同参数对系统性能的影响。最后,本文对LDPC码译码算法中的初始信息计算方法以及从校验节点到信息节点的置信更新方法进行了深入分析,研究了Normalized Min-Sum、Offset Min-Sum以及线性拟合Log-BP三种改进译码算法,对不同译码算法进行LTE-PDSCH链路的综合仿真,仿真对比得到的最优修正值使译码性能改善,最终确定基于最小欧式距离的置信传递算法和Normalized Min-Sum译码算法为LTE-Advanced信道译码解决方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图形目录
• 表格目录
• 第一章 绪论
• 1.1 长期演进系统（LTE）以及LTE-Advanced 系统概述
• 1.2 LDPC 码的提出、研究现状以及优势
• 1.2.1 LDPC 码的提出及发展
• 1.2.2 LDPC 码与Turbo 码相比的优势
• 1.3 课题研究意义、研究工作及论文结构
• 第二章 LDPC码简介
• 2.1 LDPC 码的基本知识
• 2.1.1 LDPC 码的定义
• 2.1.2 LDPC 的二分图表示
• 2.1.3 规则与非规则LDPC 码
• 2.2 LDPC 的构造方法
• 2.2.1 Gallager 结构的LDPC 码
• 2.2.2 MacKay构造方法
• 2.2.3 Luby构造方法
• 2.2.4 Davey 构造方法
• 2.2.5 准循环码的构造方法
• 2.3 LDPC 编码算法
• 2.3.1 高斯消元法
• 2.3.2 基于三角分解的编码方法
• 2.3.3 基于近似下三角矩阵的有效编码
• 2.3.4 快速编码算法
• 2.4 LDPC 译码算法
• 2.4.1 BP 算法
• 2.4.2 Log-BP 算法
• 2.4.3 最小和（min-sum）算法
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于LTE-Advanced系统的LDPC码
• 3.1 LTE-Advnaced 系统介绍
• 3.2 LTE-Advanced 信道编码和调制技术
• 3.2.1 信道编码技术概述
• 3.2.2 上下行传输信道和信令的信道编码
• 3.2.3 调制方式
• 3.3 LTE-Advanced 系统中的LDPC 码
• 3.3.1 准循环LDPC 码介绍
• 3.3.2 普天的母码
• 3.3.3 北邮的母码
• 3.3.4 编码选择方案
• 3.4 低码率LDPC 码的扩展方式
• 3.4.1 基于普天母码的扩展方法
• 3.4.2 基于北邮母码的扩展方法
• 3.5 LDPC 码的改进快速编码算法
• 3.5.1 快速编码算法1
• 3.5.2 快速编码算法2
• 3.6 本章小结
• 第四章 LDPC码在OFDM系统中的译码算法研究
• 4.1 OFDM 基本原理
• 4.2 LDPC-OFDM 系统仿真链路模型
• 4.3 LDPC-OFDM 系统的距离置信译码算法
• A）'>4.3.1 基于欧式距离的置信传递算法（Eu_A）
• A）'>4.3.2 基于汉明距离的置信传递算法（Hm_A）
• 4.4 仿真结果以及性能分析
• 4.4.1 LDPC-OFDM 系统简化参数
• 4.4.2 LDPC 码的选择和编码
• 4.4.3 译码算法及流程
• 4.4.4 不同参数对系统性能的影响
• 4.5 小结
• 第五章 基于LTE-Advanced系统LDPC译码算法改进
• 5.1 译码算法改进一：初始信息计算方法的改进
• mn ) 计算方法的改进'>5.2 译码算法改进二：迭代信息L( r_mn ) 计算方法的改进
• 5.2.1 Normalized Min-Sum 算法
• 5.2.2 Offset Min-Sum 算法
• 5.2.3 线性拟合Log-BP 算法
• 5.3 性能仿真
• 5.3.1 LTE-Advanced 系统仿真链路模型
• 5.3.2 LTE-Advanced 系统简化参数
• 5.3.3 仿真以及结果分析
• 5.4 小结
• 第六章 全文总结及未来研究方向
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步的工作以及未来的研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B