LDPC碼比特交織編碼調(diào)制系統(tǒng)優(yōu)化及算法研究.pdf

1、基于低密度校驗(yàn)碼(Low-Density Parity-Check， LDPC)的比特交織編碼調(diào)制(Bit-Interleaved Coded-Modulation， BICM)系統(tǒng)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)靈活、譯碼性能優(yōu)異、頻譜利用率高以及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低等特點(diǎn)，作為目前以及下一代無(wú)線通信鏈路中的一種關(guān)鍵技術(shù)而受到廣泛關(guān)注。目前，對(duì)LDPC編碼BICM系統(tǒng)的研究主要集中在糾錯(cuò)碼、映射標(biāo)識(shí)、交織器以及迭代譯碼算法的設(shè)計(jì)和改進(jìn)上?；谶@些方面的研究雖然已獲

2、得頗豐的成果，但仍存在著諸多問(wèn)題需要深入解決，尤其是針對(duì)高階調(diào)制BICM系統(tǒng)的研究。例如高階調(diào)制系統(tǒng)里高效低復(fù)雜度的譯碼算法改進(jìn)，最優(yōu)映射標(biāo)識(shí)的選取和設(shè)計(jì)，迭代譯碼系統(tǒng)收斂性能的準(zhǔn)確評(píng)估，以及提高譯碼性能的交織算法設(shè)計(jì)等?；谏鲜鰡?wèn)題，本文針對(duì)高階調(diào)制的LDPC編碼BICM系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化和算法改進(jìn)的研究，主要工作如下：
　　 1、論文首先研究高階調(diào)制BICM系統(tǒng)中，高效低復(fù)雜度的譯碼算法改進(jìn)。針對(duì)目前廣泛使用的BICM次優(yōu)并行

3、等效模型，分析了基于該等效模型所推導(dǎo)的譯碼算法信息處理過(guò)程中的缺陷，提出了一種聯(lián)合解調(diào)的改進(jìn)型譯碼算法。證明了所提出的聯(lián)合解調(diào)譯碼算法是BICM系統(tǒng)中的近最優(yōu)譯碼算法，在合理假設(shè)條件能夠滿足的情況下，該算法是高階編碼調(diào)制系統(tǒng)的最大后驗(yàn)概率（Maximum A Posteriori Probability, MAP）譯碼算法的等價(jià)。同時(shí)，仿真結(jié)果表明，采用聯(lián)合解調(diào)譯碼改進(jìn)算法能獲得比傳統(tǒng)譯碼算法更接近香農(nóng)極限的糾錯(cuò)性能。
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4、、映射方案的選取是影響譯碼算法性能的關(guān)鍵因素之一。由于采用了聯(lián)合解調(diào)的譯碼策略，編碼調(diào)制映射分集增益得以充分利用，基于BICM次優(yōu)等效模型下的最優(yōu)映射標(biāo)識(shí)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則已不再適用。在Caire的BICM理論體系分析基礎(chǔ)上，本文推導(dǎo)了聯(lián)合解調(diào)譯碼BICM系統(tǒng)的信道容量和誤碼漸近性能限，并在此基礎(chǔ)上給出了聯(lián)合解調(diào)譯碼BICM系統(tǒng)最優(yōu)映射標(biāo)識(shí)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。系統(tǒng)仿真結(jié)果表明，基于新的映射標(biāo)識(shí)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則挑選的映射方案相比其他映射方案能獲得更快更好的譯碼收斂

5、性能。
　　 3、論文研究了適用于高階調(diào)制BICM系統(tǒng)的分析工具。從BPSK調(diào)制下LDPC碼分析工具的研究中可知，外部信息轉(zhuǎn)移(Extrinsic Information Transfer， EXIT)圖是目前最廣泛應(yīng)用的一種復(fù)雜度低，描述收斂性能準(zhǔn)確的理論分析工具，在二進(jìn)制迭代譯碼系統(tǒng)分析和LDPC碼字優(yōu)化設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要的作用。但傳統(tǒng)基于比特的EXIT圖在推廣至高階調(diào)制BICM系統(tǒng)下LDPC碼性能分析過(guò)程中，由于在信道中傳輸

6、的是調(diào)制后的符號(hào)序列，其初始置信度分布不再符合近似高斯分布，因此直接利用傳統(tǒng)EXIT圖給出的收斂性能預(yù)測(cè)與實(shí)際系統(tǒng)譯碼性能之間存在較大誤差。同時(shí)，傳統(tǒng)的EXIT圖也無(wú)法用以分析聯(lián)合解調(diào)譯碼的BICM系統(tǒng)收斂性能。針對(duì)上述不足，本文提出了一種基于符號(hào)級(jí)的EXIT圖分析工具，以實(shí)現(xiàn)高階調(diào)制BICM系統(tǒng)譯碼收斂特性的準(zhǔn)確分析，及編碼調(diào)制的聯(lián)合優(yōu)化。系統(tǒng)仿真結(jié)果表明，符號(hào)級(jí)EXIT圖所給出的高階調(diào)制BICM系統(tǒng)的譯碼收斂分析與實(shí)際仿真譯碼結(jié)果相

7、符合，是適用于高階調(diào)制BICM系統(tǒng)下的準(zhǔn)確分析工具。同時(shí)，符號(hào)級(jí)EXIT圖能夠?qū)β?lián)合解調(diào)譯碼BICM系統(tǒng)進(jìn)行編碼調(diào)制的聯(lián)合優(yōu)化，在不需要經(jīng)過(guò)完整通信系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，快速有效的獲得最優(yōu)映射方案及最優(yōu)碼字結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。
　　 4、論文還對(duì)高階調(diào)制BICM系統(tǒng)中影響譯碼性能的各個(gè)因素進(jìn)行了研究和總結(jié)。并從碼字結(jié)構(gòu)與不同調(diào)制映射方式之間匹配的角度出發(fā)，分析和研究了BICM系統(tǒng)中出現(xiàn)多邊調(diào)制符號(hào)對(duì)系統(tǒng)譯碼性能產(chǎn)生的影響。本文首先通過(guò)信

8、號(hào)映射分集可靠度以及校驗(yàn)方程有效性這兩方面，對(duì)多邊調(diào)制符號(hào)給迭代譯碼系統(tǒng)帶來(lái)的影響進(jìn)行了分析。然后通過(guò)互信息傳遞理論分析了多邊調(diào)制符號(hào)的出現(xiàn)導(dǎo)致高階調(diào)制BICM系統(tǒng)性能惡化的原因。這個(gè)影響因素的揭示為進(jìn)一步提高LDPC編碼BICM系統(tǒng)的譯碼性能找到了新的突破口。
　　 5、針對(duì)多邊調(diào)制符號(hào)對(duì)BICM系統(tǒng)的影響，本論文提出了一種以消除多邊調(diào)制符號(hào)為目的的新型交織算法。與直接對(duì)LDPC的碼字結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)相比，采用提出的交織算法具