非相干MIMO通信系統編碼調製關鍵技術研究

項目摘要

本項目主要研究LDPC碼與酉空時調製相結合的高效高可靠性新型MIMO編碼調製系統的信道容量、構成原則和設計方法，為未來固定或移動無線通信系統長期演進（LET）標準的物理層設計，提供理論依據和技術支持。編碼解碼採用上一個自然基金的研究成果AMSPT-LDPC碼的H矩陣結構、線性編碼算法和線性複雜度並行處理和-積疊代解碼算法。理論研究和仿真實驗表明，在極限性能、最小距離、圍長、誤碼率和信噪比方面，AMSPT-LDPC碼均優於IEEE802.16e標準中的LDPC碼。調製解調技術採用基於Grassmann流行最佳化設計的逼近遍歷容量限的非相干酉空時信號星座圖。Grassmann星座圖對大星座點的有效利用，可使頻譜效率在目前MIMO相干無線通信系統基礎上改善2-3倍。酉空時信號的多天線發射和接收可獲得較大的分集增益。星座點子集劃分策略和縮小搜尋範圍的非相干檢測技術能降低最大似然檢測算法的計算複雜。

結題摘要

本項目涉及三個研究內容：(1)LDPC碼的實用H矩陣結構設計；(2)酉空時信號星座圖的結構設計與簡化解調算法研究；(3)基於LDPC碼與酉空時調製的編碼調製系統設計。在三年中，開展了下列研究工作。提出基於剩餘類數對的IRA-LDPC碼半隨機半代數結構框架，是目前被廣泛研究的準循環QC-LDPC碼的強有力競爭對手，其特點和優勢在於：H矩陣具有雙對角線結構能夠進行線性複雜度編碼；信息位所對應H^d矩陣的特殊循環結構使每個1元素的位置坐標能用顯性表達式準確計算，有利於簡化編解碼器的硬體設計；不像QC-LDPC碼，受置換矩陣尺寸n的限制，從理論上講，其數據率可以在1/N~(N-1)/N的滿範圍內取值（N是碼長）；不受n約束，其最小girth和不可避免最大girth能設計的更大，暗示最小吸收集結構也可能更大，能更有效的解決錯誤平層問題；仿真實驗表明，在相同碼長和碼率,誤碼率為10^(-6)時，提出的 IRA-LDPC碼類的性能優於QC-LDPC碼大約0.5-1.0dB，特別是大碼長時，1/2碼率的性能很容易達到1dB以下。提出基於Grassmann流形酉空時碼的半隨機半代數結構矩陣框架，在等分幅度和等分角度的條件下，以Frobenius弦距離最小為判據，搜尋出與現有非相干酉空時碼相比性能最好的Grassmann酉空時碼。發明一種基於Grassmann流形對趾點的非相干酉空時調製的解調算法，將參與最大似然解調算法計算的星座點準確地減少一半，但解調性能保持不變。探索性研究了LDPC碼與相干和非相干空時調製收發信機的三種方案：方案一是 LDPC已編碼非相干酉空時調製系統，給出了新穎的雙解調器與BP疊代解碼算法構成反饋迴路的設計方案，與現有方案比，複雜度最低但性能不好；方案二是LDPC已編碼訓練符號攜帶信息的相干空時調製解調方案，傳輸的訓練符號具有天然的簡化最大似然（ML）解調算法，數據符號由Golden碼構成，能快速相干解調，除了可執行的優勢外，該方案既沒有頻譜效率的提高也沒有理想的性能；為此，提出另一種LDPC已編碼訓練符號攜帶信息的相干空時調製解調方案，訓練符號採用經特殊設計的Grassmann對趾點酉空時星座圖，能同時進行低複雜度的非相干解調和性能優良的低複雜度的信道估計，傳輸數據符號的相干空時調製有多種折中選擇方案，實驗表明該方案在頻譜效率、性能和複雜度方面均具有優勢

非相干MIMO通信系統編碼調製關鍵技術研究

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