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联合编码调制理论及系统优化设计

芮华  
【摘要】: 联合编码调制是未来通信系统发展的关键技术之一。近年来,随着新的纠错编码、MIMO空时调制以及迭代译码方式的出现,联合编码调制方案的设计正成为普遍关注的热点。本文研究工作的重点在于:1)迭代译码对联合编码调制方案设计的影响;2)新的纠错编码和比特交织编码调制的有机结合;3)高阶星座的最优化问题。 论文首先把LDPC码和高阶星座相结合,给出一种低复杂度的置信传播联合编码调制方案。该方案利用LDPC码校验矩阵作为系统迭代终止判决准则,可大幅度降低译码算法的平均复杂度。通过对系统迭代译码过程中互信息转移状态图的分析,为避免过多错误反馈导致译码失效,给出一种用内、外双重迭代译码算法,提高了系统的收敛速度和误码率性能。 论文提出了一种新的多级LDPC码的概念、基本特性、构造准则和搜索算法,给出一种融合MLC/BICM的联合编码调制系统框架,与传统MLC系统区别在于用一个多级LDPC码取代多个分量码。利用非正则LDPC具有不同度的信息节点概率密度演化的差异,对高阶星座中具有较高级别的子信道提供额外的保护,可使迭代反馈判决时,星座子集拥有最大的无错反馈欧氏距离调和均值,从而改善系统的迭代收敛特性。该方案不但能够逼近MLC信道容量,而且具有和BICM相同的编译码复杂度。 在上述基础上,把多级LDPC码进一步应用于MIMO空间,并与空时分组码有机结合,提出一种新的基于迭代译码的时空并行独立信道联合编码调制(BP-STBC-ID)。该方案把空时矩阵调制等效为多个并行独立的比特子信道,利用多级LDPC码的特性,对空时矩阵中各等效独立比特信道提供不等保护分集。给出了系统在准静态MIMO衰落信道下的误码率性能限。对满速率4天线非正交空时分组码,理论分析和仿真表明,利用空时调制矩阵内各符号的关联信息可以获得更高的迭代增益。最后仿真比较了适合迭代译码的预编码、加权和多调制非正交空时分组码的性能。针对MIMO空间下多级LDPC码的搜索问题,分析比较离散概率密度演化算法和高斯均值近似法的性能差异,并给出二者适用范围。 为避免MIMO空间下的信道估计,论文研究把多级非正则LDPC码和比特交织差分空时编码调制相结合。在传统MPSK调制基础上,给出一种基于MQAM高维星座的联合差分译码算法,从而使差分调制空时调制方案可以拥有更高传输速率和设计自由度。在两符号差分译码算法的研究基础上,提出一种基于软信息反馈的


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