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LDPC编码空间调制技术研究

冯丹  
【摘要】:第五代移动通信(5G)系统将覆盖多种场景,为人与人,物与物,人与物之间提供高能效、高谱效的通信服务。为满足各类场景下的通信业务,在5G及未来通信中,用来提升频谱效率、数据传输速率、可靠性等关键性能参数的信道编码、编码调制及多天线技术成为重要研究课题。低密度校验(Low-Density Parity-Check,LDPC)码是一类纠错性能较强的信道编码技术。近年来,凭借其优异的性能,被应用于光纤通信、深空通信和无线通信等各类通信场景中。目前,二元LDPC码已成为5G增强移动宽带业务场景中数据信道的编码方案。另外,考虑到在中短码长下,多元LDPC码比二元LDPC码有更好的纠错性能,并且适宜与高阶调制相结合。因此,本文对多元LDPC编码调制技术、星座成形和多天线系统中二元与多元LDPC编码空间调制技术等问题进行了深入的研究,其内容及主要结果如下:针对多元LDPC编码调制系统,提出了一种基于环优化的准循环多元LDPC码的构造方法。并研究编码调制系统中的星座成形,设计了一种基于概率成形和几何成形的星座成形方法获得成形增益,在减少接收端解调复杂度的同时可以进一步提高编码调制系统的性能。针对多天线系统中的空间调制技术,将天线空间与信号空间笛卡尔积为一个高维空间上的高阶信号星座,提出了多元LDPC编码空间调制系统,避免了编码符号度量与调制符号信息度量转换带来的损失,提高了空间调制系统的性能。在此基础上,将星座成形技术应用于编码空间调制系统的信号空间星座获得成形增益,进一步提高了系统性能。针对空间调制发送天线受限于2的幂次方的问题,将Gallager映射应用于空间调制系统的天线索引映射,提出了一种新的空间调制机制,使空间调制系统可以实现任意数量的发送天线。同时设计了一种搜索算法得到系统最优发送天线激活概率分布。针对系统中的天线索引标签映射问题,设计优化方法最小化组内及组间标签的最大汉明距离规则,并使用EXIT图验证了方法的有效性。最后,针对广义空间调制系统,将Gallager映射与系统发送天线组合映射结合,提出了基于Gallager映射的广义空间调制,在保证频谱效率的情况下减少系统发送天线数量并增加了系统的灵活性。另外,研究了利用正交空间调制系统中的空间维度进行高维星座符号的传输,设计高维星座,并将Gallager映射应用于正交空间调制的天线空间,保证系统在空间维度的扩展。


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