LDPC码结合网格编码调制技术的研究

论文摘要

数字通信技术的最终目标是在系统允许的最大速率（信道容量）下,可靠的传输信息,实现这个目标的途径之一就是采用信道编码技术。低密度奇偶校验（Low Density Parity Check, LDPC）码是目前信息领域和通信界最热门的研究方向之一,它是一种具有逼近限性能的纠错编码,具有极强的纠错和检错能力,且译码复杂度不高,易于实现信道编码方案。LDPC码中的一种特殊码——准循环LDPC（Quasi-Cyclic LDPC, QC-LDPC）码是一类非常重要的LDPC码,以低复杂度的编码以及较低的误码平台成为优越的信道编码。快速发展的通信业务要求系统在保证良好通信质量的同时能实现较高的数据速率,然而对于带宽有限并且存在干扰的信道来说,这是一个很有挑战性的课题。网格编码调制（Trellis Coded Modulation, TCM）将纠错编码与调制当成一个整体来设计,不仅有良好的纠错能力而且具有很高的带宽利用率。本文以LDPC码为研究核心,重点在于建立LDPC与网格编码调制的仿真系统,对LDPC码和网格编码调制技术进行了仿真和分析,研究了联合系统的性能。本文首先分析LDPC码的基本原理和LDPC码的构造方法,深入研究了基于欧氏有限几何的LDPC码,对构造出的LDPC码进行行列分解扩展得到具有准循环结构的LDPC码。通过不同码率、迭代次数以及LDPC码与其它结构码的比较等性能仿真结果,衡量构造出的LDPC码的性能。接着本文研究了LDPC码的编译码方法。在准循环LDPC编码方面,针对生成矩阵具有准循环特性,讨论了两种基于反馈移位寄存器的编码算法——串入并出编码算法和并入串出编码算法。分析了概率域和积译码、对数域和积译码和最小和译码的原理,对不同译码算法的译码性能进行了对比。最后本文研究并实现了LDPC码和TCM结合的系统方案,分析了TCM的基本原理,讨论了TCM在实际调制系统中的应用,在此基础上,对TCM-8PSK和TCM-16QAM两个系统进行了仿真分析。最后建立了LDPC码和TCM结合的联合系统仿真,得到了相应的仿真结果,进行了适当的分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 信道编码技术的发展与现状
• 1.2 LDPC码的研究意义
• 1.3 LDPC码的最新进展
• 1.4 网格编码调制的应用
• 1.5 论文章节内容与主要贡献
• 第2章 LDPC码的基本原理与构造
• 2.1 LDPC码的定义
• 2.2 基于有限域上的LDPC码
• 2.2.1 第一类EG-LDPC码的构造
• 2.2.2 EG-LDPC码构造的算法总结
• 2.2.3 准循环LDPC码的校验矩阵和生成矩阵
• 2.3 LDPC码的性能仿真
• 2.3.1 不同码率的QC-LDPC码的性能比较
• 2.3.2 QC-LDPC码和随机码的性能比较
• 2.3.3 迭代次数对LDPC码性能的影响
• 2.3.4 QC-LDPC码与卷积码性能比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 LDPC码的编译码研究与性能分析
• 3.1 LDPC码的编码算法
• 3.1.1 传统编码方法
• 3.1.2 串入并出编码算法原理
• 3.1.3 并入串出编码算法原理
• 3.2 LDPC码的译码原理
• 3.2.1 概率域和积译码算法
• 3.2.2 对数域和积译码算法
• 3.2.3 最小和和译码算法
• 3.3 调制方式
• 3.4 仿真结果及其分析
• 3.4.1 不同译码方法的比较
• 3.4.2 不同调制下译码性能分析
• 3.5 本章小节
• 第4章 LDPC码和TCM结合的系统性能研究
• 4.1 TCM的基本结构和编码增益
• 4.1.1 TCM的结构模型
• 4.1.2 TCM的编码增益
• 4.2 TCM的性能
• 4.2.1 8PSK调制的网格编码调制
• 4.2.2 8PSK调制下的TCM仿真分析
• 4.2.3 采用16QAM调制的网格编码调制
• 4.2.4 16QAM调制下的TCM性能仿真
• 4.3 TCM结合LDPC码的编码调制系统
• 4.3.1 TCM与LDPC码的联合系统
• 4.3.2 联合系统中TCM的编译码算法
• 4.4 联合系统的仿真结果及分析
• 4.5 本章小节
• 结论与展望
• 1 本文工作总结
• 2 研究工作中的问题、经验与体会
• 3 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文