低密度校驗碼在無線通信中的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、從上個世紀(jì)90年代中期，低密度校驗 (Low-Density Parity-Check, LDPC) 碼重新獲得人們的重視以來，LDPC碼由于其優(yōu)異的性能、線性解碼復(fù)雜度等優(yōu)點成為了業(yè)界的研究熱點之一。與此同時，新一代無線移動通信系統(tǒng)需要在頻率選擇性衰落信道下提供很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，并且要能夠支持多個用戶同時進行通信，從而需要提供強糾錯能力的糾錯碼用以提高系統(tǒng)對抗信道噪聲和衰落的性能。因此，在無線通信中的糾錯碼技術(shù)得到了人們的廣泛關(guān)注。

2、目前，新一代無線移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括：正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)、多天線 (Multi-Input Multi-Output, MIMO)、自適應(yīng)編碼調(diào)制、多用戶檢測等。本文研究了LDPC碼在無線通信中如何與這些關(guān)鍵技術(shù)相融合以進一步改善系統(tǒng)的性能。 本文首先研究了采用刪余LDPC碼的比特交織編碼調(diào)制 (Bit-Interleaved

3、Coded Modulation, BICM) 技術(shù)，從系統(tǒng)的角度提出了采用刪余LDPC碼作為成員碼的BICM系統(tǒng)方案。其中，刪余模式的選擇分別采用：通過優(yōu)化算法確定的LDPC碼的優(yōu)化刪余分布，和隨機刪余兩種方案。本文對于系統(tǒng)在采用這兩種刪余方案時的性能進行了分析。 由于實際的物理環(huán)境和信道的時變性，使得MIMO信道可能出現(xiàn)空時相關(guān)性。為了消除空時相關(guān)性對于級聯(lián)LDPC碼與空時分組碼系統(tǒng)所造成的性能損失，本文提出一種新的空時解碼

4、器設(shè)計方案。該方案首先對于預(yù)處理信號進行干擾抑制，然后將LDPC碼解碼硬判決的調(diào)制符號作為發(fā)射符號的估計值，采用干擾消除算法以去除由于信道的時變特性所產(chǎn)生符號間串?dāng)_的影響。新解碼器也由于LDPC碼提供的分集而彌補了由于發(fā)射天線陣列和接收天線陣列的空間相關(guān)性所導(dǎo)致的性能損失。因此，新解碼器對于信道的時變特性和天線陣列的空間相關(guān)性具有較強的魯棒性。 MIMO OFDMA是一種非常有競爭力的寬帶無線多用戶方案。本文針對頻率選擇性衰落信

5、道提出了一種采用LDPC碼的MIMO OFDMA系統(tǒng)方案。為了能夠通過子載波在用戶之間進行自適應(yīng)分配以獲得多用戶分集從而進一步改善系統(tǒng)性能，本文對于該系統(tǒng)，在滿足最大發(fā)射功率、用戶誤碼率等約束條件下，以系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率最大為目標(biāo)函數(shù)，推導(dǎo)出系統(tǒng)自適應(yīng)子載波的分配準(zhǔn)則。在此基礎(chǔ)上，以及保證用戶服務(wù)質(zhì)量 (Quality of Service, QoS) 要求的前提下，提出一種新的子載波分配方案。對于該方案，首先按照得到的子載波分配準(zhǔn)則在

6、用戶之間對于子載波進行初步分配，然后按照用戶之間的公平性原則和代價最小原則提出了子載波在用戶之間調(diào)整算法。新子載波分配方案不但能夠滿足用戶的QoS要求，而且在子載波的分配過程中兼顧到了用戶之間的公平性、系統(tǒng)資源的利用效率以及如何降低由于保證用戶QoS而導(dǎo)致的性能損失。 針對規(guī)則LDPC碼，本文提出了兩步比特翻轉(zhuǎn)迭代解碼算法。由于最終的翻轉(zhuǎn)比特是通過兩次篩選得到的，因此有效地降低了誤翻的概率。同時，在第一步的翻轉(zhuǎn)比特的初選過程中，