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Turbo空时码在MIMO无线通信系统中的应用研究

罗骥  
【摘要】:高数据速率、高可靠性的数据传输将成为未来无线通信的主流。为保障移动环境下数据的可靠传输,需要采用各种各样的有效的差错控制技术。Turbo码的出现是纠错码领域的一个重要突破,由于Turbo码在接近Shannon限的低信噪比下仍然具有较低的误比特率性能,所以近几年成为编码理论界研究的热门领域,在下一代移动通信系统的开发中,Turbo码被普遍认为是高速数据通信的纠错编码方式。为了提高系统的接收性能,还需要充分利用移动多径环境下分集接收所带来的空间分集增益。基于MIMO技术的时空编码技术是未来宽带无线移动通信中提高频谱效率改善系统性能的关键技术。本文对无线移动通信中的Turbo空时编码技术进行了研究,主要内容涉及Turbo码的译码算法,Turbo码交织器的分析设计,Turbo编码调制技术,MIMO信道容量,空时格码的设计准则以及好成员码的设计,频率选择性信道下OFDM系统中多级编码和空时级联码的设计。本文的主要工作和创新点如下: 1.论文讨论了二元输入、连续输出的AWGN信道和Rayleigh衰落的信道容量,用以衡量Turbo码的性能与理论限的差距,在最大后验概率算法的基础上推导了适用于Turbo码的MAP、Log-MAP、Max-Log-MAP以及SOVA算法,总结出了适用于级联码迭代译码的通用SISO算法。详细分析了Turbo码的四种算法的优劣并给出了实验结果。 2.在SOVA算法的基础上提出了改进方案的思想,给出了一种改进方案的算法结构并详细分析了改进方案的优点以及和其他算法在复杂度上的比较,并最终给出了试验验证。 3.通过详细分析Turbo码的性能界找到了一种新型交织器的设计方法。这种交织器是在Code-Matched交织器的基础上改进而来的,改进后的交织器不仅更具有通用性而且其性能比原来的Code-Matched交织器还有提高。本文在详细研究几种随机型交织器的基础上提出了这种新型Code-Matched交织器的算法结构和设计参数,并给出了实验仿真结果。 4.在认真研究几种现有的Turbo编码调制方案的基础上提出了一种Turbo TCM方案,这种方案以多进制Turbo码为基础。给出了这种方案的编译码结构和算法,同时研究了不同集分割对Turbo TCM的性能影响,最后得出了一个很有意义的结果;UP映射在Turbo编码调制方案中具有鲁棒性。 5.在MIMO信道容量理论的基础上,推导了准静态Rayleigh衰落信道和快衰落信道下空时编码的设计准则。研究了Turbo空时码的算法,性能和设计准则,提出了简化非二进制SOVA算法。同时提出了几种新的成员码结构,试验证明这几种成员码构成的Turbo空时码具有良好的性能。 6.设计了多级编码调制和空时分组码级联的编译码结构,并将其应用于频率选择性信道的OFDM系统中,通过试验仿真也证明了这种级联编码能够在频率选择性衰落信道下同时获得编码增益和分集增益。特别是当采用非标准的MLC/MQAM时,系统在获得频带有效性的同时,译码复杂度较低,时延较小。仿真表明,UP或UP/UP是OFDM系统中MLC-STBC方案的最佳分割方案。


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