比特交織編碼調(diào)制迭代譯碼系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)技術研究.pdf

1、比特交織編碼調(diào)制迭代譯碼系統(tǒng)(BICM-ID)由于復雜度低、靈活性強、頻譜利用率高、性能優(yōu)異等特點，作為下一代無線移動通信鏈路中的一種關鍵技術受到廣泛關注，如4G、IEEES02.11n等。目前，針對BICM-ID系統(tǒng)以及結(jié)合多天線、空時編碼技術的比特交織空時編碼調(diào)制迭代譯碼(BI-STCM-ID)等系統(tǒng)調(diào)制技術的研究主要集中在糾錯碼、交織器、標識映射的優(yōu)化設計等方面，相應的解調(diào)器設計主要針對聯(lián)合均衡的迭代譯碼、解映射設計等方面。雖然這

2、些方面已經(jīng)取得了相當多的成果，但仍存在許多問題需要解決，如最優(yōu)標識映射、低復雜度解映射算法等。本論文正是基于這方面的考慮，針對BICM-ID系統(tǒng)的各種調(diào)制解調(diào)技術進行優(yōu)化設計。 論文首先研究BICM-ID系統(tǒng)的分析方法。一方面分析了BICM-ID系統(tǒng)以及BI-STCM-ID系統(tǒng)的性能限問題，并討論了性能限的進一步逼近。另一方面，提出了兩種不同于外部信息交換圖(EXIT)的信息圖構造方法，稱為DID圖和NOMI圖。新信息圖形狀類似

3、BER圖，可以表征整個信噪比區(qū)間上的陡降、錯誤平層等，而且實現(xiàn)復雜度要遠低于BER曲線。作為一種有效的分析方法，DID圖和NOMI圖貫穿論文其它章節(jié)。另一個重點就是關于EXIT圖、DID圖以及NOMI圖的擴展應用研究。論文提出了一種復雜度較低的迭代控制方法，利用設計的迭代度矢量，達到控制迭代次數(shù)，減小系統(tǒng)延遲的目的。 論文緊接研究BICM-ID系統(tǒng)的調(diào)制端的優(yōu)化問題，首先分析影響B(tài)ICM-ID系統(tǒng)性能的各種因素，如糾錯碼、交織器

4、、標識映射方法等，并給出系統(tǒng)設計時各個模塊的實用參考準則。例如：錯誤平層低的標識映射方法和糾錯能力差、結(jié)構簡單的糾錯碼結(jié)合，可能會取得好地迭代性能。調(diào)制端優(yōu)化的重點為映射標識方法，包括通常二維星座標識、多維標識、多天線系統(tǒng)下的標識等優(yōu)化問題。一方面通過對特征參數(shù)以及性能限的研究，從理論上說明各種映射的優(yōu)勢以及不足；另一方面利用計算機仿真結(jié)果以及外部信息交換圖(或DID/NOMI圖)，進一步驗證結(jié)論。論文指出最佳映射和系統(tǒng)設計指標，如信噪

5、比區(qū)間、實現(xiàn)復雜度、性能等密切相關，并基于優(yōu)化的成對錯誤概率的代價函數(shù)，利用不確定先驗信息，提出了一種定義區(qū)間最佳(DRO)映射方法?？紤]到整個信噪比區(qū)間的性能，基于信息交換圖，論文提出了一種自適應標識映射方法以獲得近全局最佳性能。利用設計的DID圖和NOMI圖，有效解決了其中的兩個難點問題：自適應標識映射集合的確定和切換信噪比點的確定。 除了針對通常二維映射的優(yōu)化，論文另一個重點就是關于多維標識映射的研究。采用多維標識，迭代性

6、能有很大提高，代價就是增加接收檢測算法復雜度。論文給出了QPSK以及8-PSK星座的最優(yōu)或近最優(yōu)多維映射構造方法，在此基礎上，通過修正的分段BSA搜索算法，將多維映射首次擴展到更高階的16QAM調(diào)制并給出不同信道下的計算機仿真性能。論文還重點研究迭代接收的算法優(yōu)化問題。采用MIMO技術可以大大提高系統(tǒng)的吞吐量或者性能，但也加大了系統(tǒng)接收機的實現(xiàn)復雜度。特別是相關的檢測或解映射技術，其性能對系統(tǒng)整體性能影響很大，而其實現(xiàn)復雜度也是決定接收

7、機整體復雜度的關鍵。論文針對接收機中關鍵的軟輸入軟輸出(SISO)解映射器進行優(yōu)化設計，針對多天線系統(tǒng)下近MAP性能的列表球形譯碼(LSD)算法，提出了一種改進的自適應半徑ILSD算法。研究表明，ILSD算法的計算復雜度有了大幅度降低，和半徑參數(shù)幾乎無關，且隨著天線數(shù)的增加，復雜度低的優(yōu)勢越明顯。因為半徑可以設置很大，其性能也得到相對提高。 論文研究了多維映射BICM-ID系統(tǒng)下的軟輸入軟輸出解映射算法。在通常SISO最大后驗概

8、率檢測算法的基礎上，推導了采用多維映射時基本的MD-MAX-LOG-MAP算法公式，并首次結(jié)合多天線系統(tǒng)下的經(jīng)典檢測方法提出兩種簡化算法：一種利用樹搜索算法選擇發(fā)送符號矢量空間，稱為MD-TS算法；另一種利用列表球形譯碼算法選擇可能發(fā)送符號矢量空間，稱為MD-LSD算法。簡化算法降低復雜度和選擇的列表長度成比例，仿真結(jié)果表明，列表長度滿足一定范圍時，性能損失可以忽略。 BI-STCM-ID系統(tǒng)不適合頻選信道，可以通過結(jié)合正交頻分

9、復用技術(OFDM)克服。針對高數(shù)據(jù)率比特交織空頻編碼調(diào)制系統(tǒng)(BI-SFCM，本文也稱為BICM MIMO-OFDM，論文最后提出了一種簡化的聯(lián)合信道估計、迭代檢測和譯碼實現(xiàn)方案。該方案中信道估計利用信道頻域相關性降低FFT階數(shù)并提供給解映射算法信道狀態(tài)信息。解映射算法采用ILSD算法，其計算復雜度可以利用信道估計特性進一步得到大幅度降低。通過對不同時變多徑信道模型進行性能仿真，說明本文 BICM MIMO-OFDM系統(tǒng)適合頻率選擇性