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无线衰落信道中Turbo乘积码的研究

刘伟  
【摘要】:信道编码是无线通信系统中的关键技术之一,良好的信道编码可以有效提高系统的性能。信道编码的设计需要和信道特性、调制解调、均衡、信道估计、分集接收以及多用户检测等技术相结合,这种将信道编码和其他通信技术相结合的整体设计方法已经成为无线通信技术中研究的主流。 Turbo乘积码是一种高效的纠错编码技术,在高码率和加性高斯白噪声信道中,它比相同码率的Turbo码更加接近Shannon信道编码定理的理论极限,具有比Turbo码更好的渐进性能。本文研究Turbo乘积码及其在无线衰落信道中的应用,主要包括以下内容: 1.研究了结合Turbo乘积编码和信道估计的Turbo乘积码编码引导符号辅助调制(Turbo Product Coded Pilot Symbol Assisted Modulation,TPC-PSAM)系统在平坦Rayleigh衰落信道中的性能。为了进一步改善TPC-PSAM系统的性能,利用等增益分集合并来改善TPC-PSAM在平坦Rayleigh衰落信道中的性能。 2.当Turbo乘积码应用于平坦Rayleigh衰落信道时,接收端的迫零均衡器可能导致噪声的放大。为了克服迫零均衡引起的噪声放大对系统性能的影响,本文提出一种利用比特度量限幅来改善含有迫零均衡器的Turbo乘积码性能的方法。研究结果表明,比特度量限幅对平坦Rayleigh衰落信道中Turbo乘积码的性能有5~8dB的改善。 3.提出了平坦Rayleigh衰落信道环境下级连Turbo乘积码和空时分组码的实现方法。这种级连系统对严重时变信道中空时分组码的错误平底有明显的抑制作用。由于Turbo乘积码是高码率下性能优越的纠错编码,这种级连系统适用于改善高带宽利用率下空时分组码的性能。 4.研究了差分检测Turbo乘积编码调制和相关Rayleigh衰落信道中Turbo乘积编码MDPSK信号的分集接收的实现方法。差分检测Turbo乘积编码调制可以在无需估计信道状态信息下实现,和传统的差分检测网格编码调制技术相比,这种差分检测Turbo乘积编码调制具有更大的编码增益和更低的错误平底。相关Rayleigh衰落信道中Turbo乘积编码MDPSK信号的分集接收也可在不估计信道状态信息下进行,在相关系数为0.5的相关衰落信道中,Turbo乘积编码MDPSK系统的性能比独立衰落信道中的性能仅恶化1dB。 5.研究了频率选择性衰落信道中Turbo乘积编码OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,OFDM)系统中低复杂性的最小平方信道估计技术。为了减小严重频率选择性衰落信道中信道估计带来的错误平底效应,分集接收被用来 改善Turbo乘积编码OFDM系统的性能,在IEEE802.16推荐的典型信道中,具 有分集接收的Turbo乘积编码OFDM系统的性能比已知信道参数系统的性能恶化 4dB。 针对频率选择性衰落的短波信道,提出两种基于Turb。乘积编码OFDM的宽带短 波调制解调器的设计方法,信息传输速率分别为SKB/s、16KB招和32KB阳。一 种是基于导频信号信道估计的开C一OFDM相干检测的设计方法,另一种设计是 基于开C一 OFDM差分检测的设计方法。为了克服短波信道频率选择性衰落带来 的影响,带内频率分集技术被用于系统的设计。当严重的带内干扰被抑制后,两 种设计方案的Modem在典型的短波信道中都可正常工作。通过对两种设计方案 的比较,基于开C一OFDM差分检测的设计方案具有高带宽利用率和较好的鲁棒 性。当信道的多径扩展较大时,差分检测的Modem具有更好的性能。 针对开C一OFDM差分检测的宽带短波Modem系统,研究了带内残存干扰对系统 性能的影响。用于Modem设计的带内频率分集对带内残存干扰具有“白化”作 用,白化后的带内残存干扰对系统性能的影响类似于加性高斯白噪声对系统的影 响。这样在系统的设计中可以将带内残存干扰和加性白噪声等同对待,从而简化 了系统设计。 关键词:无线通信,无线衰落信道,Turb。乘积编码,迭代译码,引导符号辅助调制, 正交频分复用,信道估计,短波调制解调器


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