基于LDPC碼的MIMO系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，無線個(gè)人通信有了長足的發(fā)展。然而，在有限的頻譜資源上實(shí)現(xiàn)高速、可靠的無線信息傳輸仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。本論文針對(duì)選擇性衰落信道下的實(shí)時(shí)高速無線通信，提出了一種基于非規(guī)則重復(fù)累積(IRA)碼的紋狀分層空時(shí)頻系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了多輸入多輸出(MIMO)、低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼、正交頻分復(fù)用(OFDM)、Turbo接收等技術(shù)。針對(duì)這些技術(shù)所存在的一些實(shí)際問題，本論文給出了相應(yīng)的解決方案，重點(diǎn)放在相關(guān)信號(hào)處理算法的設(shè)計(jì)上。設(shè)計(jì)具體算

2、法時(shí)，在保證性能的前提下，力求復(fù)雜度最低，而且對(duì)算法的穩(wěn)健性做了充分考慮。 其一，在未編碼MIMO系統(tǒng)方面，針對(duì)完美空時(shí)分組碼(Perfect-STBC)提出了一種高效解碼器。結(jié)合Perfect-STBC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推導(dǎo)出一種等效的垂直貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空時(shí)(V-BLAST)解碼模型；在對(duì)該模型作最小均方誤差—判決反饋均衡(MMSE-DFE)預(yù)處理之后，給出了一種具有邊界約束的Fano樹搜索解碼算法。該解碼器能以較低的復(fù)雜度逼近最大

3、似然(ML)解碼性能，而且對(duì)天線配置、調(diào)制星座均具有較好的適應(yīng)性。 其二，針對(duì)空時(shí)比特交織編碼調(diào)制(ST-BICM)系統(tǒng)，給出了外信息轉(zhuǎn)移(EXIT)圖的分析計(jì)算方法。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中的有限長度系統(tǒng)，引入了EXIT帶分析技術(shù)，并給出了具體分析算法。利用EXIT帶分析工具，對(duì)幾種典型的軟輸入軟輸出MIMO檢測(cè)器做了對(duì)比分析。 其三，在軟輸入軟輸出MIMO檢測(cè)器的設(shè)計(jì)方面，對(duì)List-TM算法做了改進(jìn)，得到List-MTM檢測(cè)

4、器。首先對(duì)MIMO信道矩陣作無偏MMSE-DFE排序和濾波，得到一種樹結(jié)構(gòu)，使用TM樹搜索算法構(gòu)造出幸存路徑集合；然后選擇性地對(duì)部分長度路徑進(jìn)行擴(kuò)展；最后聯(lián)合使用幸存路徑和擴(kuò)展路徑作軟信息計(jì)算。List-MTM檢測(cè)器具有靈活的性能—復(fù)雜度折中特性，而且為基于寬度優(yōu)先的樹搜索類MIMO檢測(cè)器提供了一個(gè)統(tǒng)一框架。另外，通過添加一位互補(bǔ)矢量和設(shè)置特殊參數(shù)，由List-MTM檢測(cè)器導(dǎo)出另一種高效檢測(cè)器，稱作U-MMSE-ITS檢測(cè)器。該檢測(cè)器不

5、但能以相對(duì)較低的復(fù)雜度獲得很好的檢測(cè)性能，而且具有較強(qiáng)的穩(wěn)健性；其處理復(fù)雜度幾乎不隨信道狀況的變化而改變，有利于硬件實(shí)現(xiàn)。 其四，在LDPC碼的編碼和構(gòu)造方面，首先針對(duì)一般LDPC碼的編碼問題，給出了將校驗(yàn)矩陣通過行列置換轉(zhuǎn)化為近似下三角結(jié)構(gòu)的一種實(shí)用算法，使用該方法完成在線編碼只需準(zhǔn)線性復(fù)雜度。其次，針對(duì)短長度IRA碼的構(gòu)造，結(jié)合IRA碼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)循序邊增長(PEG)算法做了約束優(yōu)化，并使用優(yōu)化算法構(gòu)造出了短長度好碼。

6、 其五，在LDPC碼的解碼器設(shè)計(jì)方面，結(jié)合LDPC編碼MIMO系統(tǒng)的迭代接收機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)置信傳播(BP)算法從校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息保留、消息傳遞策略、校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息更新計(jì)算方法等方面做了改進(jìn)，得到一種高效率解碼器。該解碼器的收斂速率很快(只需大約5次迭代)，而且節(jié)點(diǎn)的信息更新計(jì)算只需作少量加法和乘法操作；在解碼性能方面，和標(biāo)準(zhǔn)BP算法相比，沒有明顯損失。 最后，結(jié)合以上研究結(jié)果，針對(duì)選擇性信道下的低時(shí)延高速無線通信，本文提出了一