LDPC码及其在编码调制系统中的研究与应用

论文摘要

随着移动通信向着高速宽带发展,频谱资源变得越来越宝贵,如何在有限的频带下可靠地传输更多的信息,成为了一个非常现实的问题,编码调制系统是解决这一问题的有效办法之一,编码调制将编码与调制结合,在提高频带有效性的同时,尽可能地保持功率效率,编码调制一般包括网格编码调制（TCM,trelliscoded modulaion）和分组编码调制（BCM,Block Coded Modulation）。LDPC（Low Density Check）码被证明是性能接近香农极限而且容易实现的高效编码方案,在未来的移动通信中有着广阔的应用前景。本文主要对LDPC（Low Density Check）码及基于LDPC码的编码调制系统进行了研究和分析,并给出了相应的结论。本文的工作主要在以下几个方面:（1）本文提出结合LDPC和比特交织编码调制（BICM,bit-interleaved codedmodulaion）的编码调制方案,利用LDPC码的编码随机性,LDPC-BICM的结合系统可以省略交织器,降低复杂性。（2）本文针对16QAM调制中各个比特的保护能力进行了分析,利用16QAM星座点中比特保护能力的不同,提出了一种采用内交织的LDPC编码方法,将信息比特与校验比特按照两两交替的方式排列,并设计了16QAM调制的LDPC-BICM系统仿真模型,对该方法进行了验证。结果证明:基于LDPC-BICM内交织编码方案优于随机编码方案。（3）为了缓解频带有效性和功率有效性的矛盾,本文提出了将LDPC码和网格编码调制（TCM）结合的系统方案。其中在TCM部分中采用了循环系统卷积（RSC,recursive system convolutional）码,为实现基于对数似然比的软译码方法（SOVA,soft-output viterbi algorithm）,给出了LDPC码与TCM相结合后的译码改进算法。分析了该系统在加性高斯白噪声信道和Rayleigh信道下的性能和信道信息对于系统性能的影响。仿真结果表明,相对于同阶调制系统,此方案可以在性能损失很小的情况下提高频带的利用率。本文对LDPC及LDPC-BICM和LDPC-TCM编码调制系统进行了研究和分析,得出结论:这两种编码调制系统有着较好的性能和较高的频带利用率,在未来的移动通信中有着较广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 信道编码理论与技术发展
• 1.2 LDPC与联合编码调制的发展历程与研究现状
• 1.2.1 LDPC码介绍
• 1.2.2 联合编码调制介绍
• 1.3 本文的研究内容与论文结构
• 第二章 移动通信中的信道编码技术
• 2.1 数字通信系统的构成
• 2.2 信道模型
• 2.2.1 二元输入对称信道
• 2.2.2 非二元输入对称信道
• 2.3 信道编码定理
• 2.4 卷积码
• 2.5 Turbo码
• 2.5.1 Turbo码概念
• 2.5.2 Turbo码编码器
• 2.5.3 Turbo码交织器的设计
• 2.5.4 Turbo码译码器
• 2.6 LDPC码原理
• 2.6.1 引言
• 2.6.2 LDPC码介绍
• 2.6.3 LDPC的译码
• 小结
• 第三章 移动通信中的编码调制技术—LDPC联合BICM技术
• 3.1 比特交织编码调制
• 3.2 LDPC与BICM的结合方案
• 3.2.1 LDPC-BICM系统分析
• 3.2.2 Rayleigh信道下信道信息对于系统性能的影响
• 3.2.3 LDPC-BICM仿真结果
• 3.3 一种改进的LDPC-BICM编码方法
• 3.3.1 比特对数似然比的计算
• 3.3.2 16QAM可靠性分析
• 3.3.3 LDPC码的内置交织编码
• 3.3.4 系统性能性能仿真
• 小结
• 第四章 基于 TCM的LDPC高效编码调制系统性能研究
• 4.1 编码调制进简介与现阶段的发展
• 4.2 网格编码调制（TCM）
• 4.3 软输出维特比（SOVA）算法
• 4.4 基于TCM的LDPC高效编码调制系统性能研究
• 4.4.1 基于 TCM的LDPC高效编码调制系统
• 4.4.2 高阶 QAM软解调及LDPC译码
• 4.4.3 仿真的结果与性能分析
• 小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 下一步工作的展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢