级联LDPC编码/空时多天线系统的性能研究

论文摘要

低密度奇偶校验（LDPC）码与基于BP的迭代译码算法相结合具有非常逼近Shannon限的性能,其数学定义简单,灵活性大,当码长足够长时的非正规LDPC码具有比Turbo码更好的性能,其译码复杂度较低。近年来,LDPC码以其优异的性能,以及巨大的潜在应用价值成为目前最热门的研究领域之一。MIMO能在不增加宝贵的频宽资源下极大地提高通信系统的容量和性能。因此在多输入多输出系统下利用高效的信号处理和信道编码技术来提供高速率高质量的数据传输倍受关注。在无线移动通信中广泛应用天线分集技术来减少多径衰落的影响,并提高传输的可靠性。空时分组编码技术不仅能够有效利用空间和时间分集,而且译码复杂度也只呈线性增加。垂直空时分层码系统准确高效地传送用户数据,极大地提高了链路容量。MIMO只具有分集增益或空间复用增益而缺乏编码增益,这使其在纠错能力上大为逊色。如果能在MIMO之前加上合适的信道编码,那么级联码则有望同时获得分集或复用和编码增益,从而使系统性能大为提高。本文的研究工作主要可以分为三个部分,首先是研究了当前比较热门的信道编码---LDPC编码。文章较为详细的介绍了它的编译码方法,并提供了较为详细的性能仿真和分析,总结出码长,迭代次数和信道的不同因素对译码性能的影响。其次,我们对等增益天线发射分集技术,空时分组码,垂直分层空时码分别详细介绍了它们的编译码和信号处理的方法,并在瑞利信道下面的为它们的性能作了仿真和分析。第三个部分,我们的研究工作放在将各种MIMO系统与LDPC信道编码级联起来。我们提出将LDPC与MIMO级联起来的方法,并在衰落信道中进行仿真。仿真显示,即使我们用码长不是太长,迭带次数不是很高的LDPC码,级联后也能获得更好的抗噪声性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 数字通信系统
• 1.2 LDPC 编码及其发展
• 1.3 多天线系统特征以及当前研究进展
• 1.3.1 多天线MIMO 系统的主要特征
• 1.3.2 多天线系统的优势
• 1.4 本文的主要工作以及内容安排
• 第二章 LDPC 编译码原理
• 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 码的生成矩阵表示法
• 2.2 LDPC 码的编码
• 2.2.1 高斯消元法
• 2.3 LDPC 码的 BP 译码算法及性能分析
• 2.3.1 LDPC 码的 BP 译码算法
• 2.3.2 仿真与性能分析
• 2.3.3 瑞利平坦衰落信道下的模拟
• 2.3.4 BP 算法硬判决译码的性能模拟
• 2.4 小结
• 第三章 多天线分集技术及其与 LDPC 的联合性能分析
• 3.1 通信分集技术
• 3.1.1 时间分集
• 3.1.2 频率分集
• 3.1.3 空间分集
• 3.2 多天线分集技术原理
• 3.2.1 EGT 模式下的各种接收合并
• 3.2.2 仿真与性能分析
• 3.3 LDPC-MIMO 编译码方法
• 3.3.1 构建LDPC 码
• 3.3.2 系统模型
• 3.3.3 LDPC-EGC/SDC/MRC 算法
• 3.3.4 仿真与性能分析
• 3.4 本章总结
• 第四章 空时分组码及与 LDPC 的联合性能研究
• 4.1 空时分组编码
• 4.2 发送分集-空时编码方案
• 4.2.1 最大比合并接收方法
• 4.3 正交空时分组码简介
• 4.3.1 两发射一接收的方法
• 4.3.2 两发射两接收的方法
• 4.4 仿真与性能分析
• 4.5 LDPC-STBC 级联
• 4.5.1 LDPC-STBC 级联系统模型
• 4.5.2 LDPC-STBC 算法
• 4.5.3 仿真与性能分析
• 4.6 结论
• 第五章 分层空时码及与 LDPC 的联合性能研究
• 5.1 分层空时码发射与接收模型
• 5.2 分层空时码的编码原理
• 5.3 垂直分层空时码的译码算法
• 5.3.1 极大似然译码算法
• 5.3.2 仿真与性能分析
• 5.3.3 线性译码算法
• 5.3.4 非线性译码算法
• 5.4 LDPC 与 V-BLAST 级联
• 5.4.1 LDPC 与 V-BLAST 级联模型
• 5.4.2 仿真与性能分析
• 5.5 总结
• 第六章 LDPC 码及MIMO 技术的发展趋势与展望
• 6.1 本文的总结
• 6.2 LDPC 码的应用以及发展趋势
• 6.3 MIMO 的应用以及发展趋势
• 6.4 未来的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文