基于LDPC碼的MIMO系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、近年來，無線個人通信有了長足的發(fā)展。然而，在有限的頻譜資源上實現(xiàn)高速、可靠的無線信息傳輸仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。本論文針對選擇性衰落信道下的實時高速無線通信，提出了一種基于非規(guī)則重復累積(IRA)碼的紋狀分層空時頻系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了多輸入多輸出(MIMO)、低密度奇偶校驗(LDPC)碼、正交頻分復用(OFDM)、Turbo接收等技術。針對這些技術所存在的一些實際問題，本論文給出了相應的解決方案，重點放在相關信號處理算法的設計上。設計具體算

2、法時，在保證性能的前提下，力求復雜度最低，而且對算法的穩(wěn)健性做了充分考慮。 其一，在未編碼MIMO系統(tǒng)方面，針對完美空時分組碼(Perfect-STBC)提出了一種高效解碼器。結合Perfect-STBC的結構特點，推導出一種等效的垂直貝爾實驗室分層空時(V-BLAST)解碼模型；在對該模型作最小均方誤差—判決反饋均衡(MMSE-DFE)預處理之后，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雜度逼近最大

3、似然(ML)解碼性能，而且對天線配置、調制星座均具有較好的適應性。 其二，針對空時比特交織編碼調制(ST-BICM)系統(tǒng)，給出了外信息轉移(EXIT)圖的分析計算方法。對于實際應用中的有限長度系統(tǒng)，引入了EXIT帶分析技術，并給出了具體分析算法。利用EXIT帶分析工具，對幾種典型的軟輸入軟輸出MIMO檢測器做了對比分析。 其三，在軟輸入軟輸出MIMO檢測器的設計方面，對List-TM算法做了改進，得到List-MTM檢測

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

5、但能以相對較低的復雜度獲得很好的檢測性能，而且具有較強的穩(wěn)健性；其處理復雜度幾乎不隨信道狀況的變化而改變，有利于硬件實現(xiàn)。 其四，在LDPC碼的編碼和構造方面，首先針對一般LDPC碼的編碼問題，給出了將校驗矩陣通過行列置換轉化為近似下三角結構的一種實用算法，使用該方法完成在線編碼只需準線性復雜度。其次，針對短長度IRA碼的構造，結合IRA碼的結構特點，對循序邊增長(PEG)算法做了約束優(yōu)化，并使用優(yōu)化算法構造出了短長度好碼。

6、 其五，在LDPC碼的解碼器設計方面，結合LDPC編碼MIMO系統(tǒng)的迭代接收機結構特點，對標準置信傳播(BP)算法從校驗節(jié)點信息保留、消息傳遞策略、校驗節(jié)點信息更新計算方法等方面做了改進，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)點的信息更新計算只需作少量加法和乘法操作；在解碼性能方面，和標準BP算法相比，沒有明顯損失。 最后，結合以上研究結果，針對選擇性信道下的低時延高速無線通信，本文提出了一