LDPC碼在衰落信道中的應(yīng)用研究.pdf

1、LDPC（低密度校驗(yàn)）碼是一種接近Shannon容量限的信道編碼，基于圖模型的迭代譯碼具有線性的復(fù)雜度，是當(dāng)今編碼領(lǐng)域最受矚目的研究熱點(diǎn)之一。LDPC碼如何和通信系統(tǒng)中的其他技術(shù)如數(shù)據(jù)同步和信道均衡等有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)同步碼或?qū)ьl傳輸下的可靠譯碼，對(duì)于提高系統(tǒng)的頻譜效率和信道容量有著重要的意義。本文在總結(jié)和借鑒前人研究成果基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了LDPC碼在幀同步和SC-FDE系統(tǒng)中的應(yīng)用，在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了深入研究:
　　 首先對(duì)基

2、于硬判決校驗(yàn)約束的LDPC碼盲幀同步方案的性能進(jìn)行了詳細(xì)分析，已有的研究對(duì)FSER（幀同步錯(cuò)誤率）的估計(jì)依賴(lài)于數(shù)值仿真或采用粗糙的離散概率密度近似計(jì)算，在碼字的列重較大時(shí)FSER理論值和實(shí)際仿真結(jié)果有較大偏差，文中提出利用連續(xù)概率密度的高斯近似思想，從理論上推導(dǎo)出了FSER的計(jì)算公式，其僅依賴(lài)于碼校驗(yàn)矩陣的行重和列重分布，仿真結(jié)果和理論值幾乎完全重合。從理論上第一次證明了:在碼率、碼長(zhǎng)和校驗(yàn)矩陣的行重相同時(shí)，列重不等的不規(guī)則LDPC碼幀

3、同步性能優(yōu)于規(guī)則LDPC碼;在總長(zhǎng)度相等的情形下，多幀短碼的幀同步性能要優(yōu)于單幀長(zhǎng)碼;盲幀同步的錯(cuò)誤平層僅依賴(lài)于碼的校驗(yàn)矩陣的維數(shù)（行數(shù)和列數(shù)），隨著碼長(zhǎng)增加而幾乎不存在錯(cuò)誤平層?，F(xiàn)有的幀同步算法沒(méi)有充分利用QC-LDPC碼的準(zhǔn)循環(huán)特點(diǎn)，文中提出一種利用碼結(jié)構(gòu)的快速算法，顯著降低運(yùn)算的復(fù)雜度，可同時(shí)適用于基于硬判決和軟判決校驗(yàn)約束的幀同步。
　　 其次研究了基于軟判決校驗(yàn)約束的LDPC碼幀同步方案，利用聯(lián)合概率密度函數(shù)最大化改進(jìn)

4、了Sun算法，并指出其等價(jià)于Imad提出的簡(jiǎn)化MAP（最大后驗(yàn)概率）算法，針對(duì)Imad簡(jiǎn)化算法，提出了利用加權(quán)校正在幾乎不增加復(fù)雜度的情形下，可以在高SNR時(shí)改善幀同步效果。Imad給出的同步性能估計(jì)依賴(lài)于數(shù)值仿真和校驗(yàn)子近似獨(dú)立的假設(shè)，且在碼字的列重較大時(shí)估計(jì)值和實(shí)際仿真結(jié)果有較大偏差，文中提出利用高斯近似思想，從理論上推導(dǎo)出了最小和譯碼時(shí)基于校驗(yàn)約束的FSER計(jì)算公式，理論值和仿真值在低SNR下十分接近，而在高SNR下理論值成為一個(gè)

5、較緊的仿真值的估計(jì)上界，并把估計(jì)推廣到一般的卷積碼和任意衰落信道。利用FSER估計(jì)的理論值，推導(dǎo)出了基于門(mén)限的幀同步算法的合適門(mén)限值和混合幀同步算法的性能估計(jì)，可以進(jìn)一步降低幀同步算法在實(shí)用中的復(fù)雜度。針對(duì)基于譯碼的幀同步算法，提出把譯碼和互相關(guān)運(yùn)算結(jié)合，在一次迭代時(shí)可以顯著改善幀同步性能。針對(duì)相位偏轉(zhuǎn)下的幀同步，提出了一種基于距離平方和最小的相位檢測(cè)方案，并可以和基于二階統(tǒng)計(jì)信息的相位檢測(cè)器結(jié)合排除不正確的相位模糊度，指出利用編碼幀同

6、步方案可以同時(shí)消除BPSK傳輸中存在的π相位模糊和實(shí)現(xiàn)盲幀同步。
　　 最后研究了LDPC碼在SC-FDE系統(tǒng)中的應(yīng)用，指出在傳統(tǒng)的解決方案中采用丟棄CP（循環(huán)前綴）的頻域處理沒(méi)有充分利用CP在時(shí)域上的重復(fù)特點(diǎn)，針對(duì)無(wú)ISI（碼間干擾）傳輸?shù)南到y(tǒng)，提出利用CP實(shí)現(xiàn)部分信號(hào)分集接收，既可以增加系統(tǒng)容量，又可以降低誤碼率，并且補(bǔ)償了由于插入CP引起的SNR損失，仿真表明在衰落信道下分集接收的譯碼獲得的增益比AWGN信道更為顯著。針對(duì)

7、ISI傳輸?shù)南到y(tǒng)，提出把CP作為擴(kuò)展的校驗(yàn)矩陣的一部分參與譯碼，經(jīng)過(guò)適當(dāng)變換的擴(kuò)展校驗(yàn)矩陣可以?xún)?yōu)化變量節(jié)點(diǎn)的度分布和改善Tanner圖上短圈的分布以利于譯碼，仿真表明在頻率選擇性信道下采用BCJR的TDE迭代均衡比線性FDE均衡的性能要好，插入CP引起的SNR損失也得到補(bǔ)償。針對(duì)脈沖噪聲下的編碼SC-FDE系統(tǒng)，給出了采用EGC（等增益合并）的分集接收和LLR（對(duì)數(shù)似然比）直接相加的接收方案，仿真表明前者無(wú)法改善脈沖噪聲引起的性能惡化，