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联合编码调制技术中TCM与BICM方案性能研究

作　者: 王利利
导　师: 沙学军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 编码调制 网格编码调制 比特交织联合编码调制 集分割
分类号: TN911.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


联合编码调制(coded modulation, CM)一直是很热的研究课题,随着高速、宽带移动通信的出现,作为以“不展宽频带编码”为特征的CM技术更加日益受到研究者们的重视。但是已有大量结果表明:典型的CM技术网格编码调制(trellis-coded modulation, TCM)在AWGN信道中是最佳方案,有着最佳的编译码方法、最佳的映射规则;但是在衰落信道中,结果却不理想,丧失掉大量的编码增益。因此,讨论衰落信道中应用各种CM方案的性能已成为CM研究中新的热点。本文深入探讨了几种CM方案,包括Ungerboeck TCM方案、BICM方案、BICM-ID方案以及Turbo TCM方案,分析了它们的原理及主要组成部分,并给出了它们在AWGN信道和Rayleigh衰落信道中的误比特率性能仿真曲线,其中更是着重给出了集分割的原理,并且从Shannon信道编码理论角度解释了TCM技术的物理意义。本文的仿真是针对各状态最优卷积编码与8PSK调制相结合而展开的。仿真结果表明,在AWGN信道中,TCM方案可以取得最优的性能,在BER=10-5时,4状态2/3码率8PSK TCM方案与无编码QPSK调制相比可以取得2.5dB的增益,相比来看BICM方案的性能要差得多,而BICM-ID方案在三次循环译码后性能逼近TCM方案;在Rayleigh衰落信道中,TCM方案的性能极差,BICM方案却提供了最佳的CM性能,而BICM-ID方案在三次循环译码后与BICM方案相比有1dB的增益;随着迭代译码次数增加BICM-ID方案的系统性能不断提高,但提高的幅度随着迭代次数的增加而减小,两轮译码后的性能优于BICM方案。最后分析了Turbo TCM系统的设计方案,并给出了其在Rayleigh衰落信道中的性能曲线,结果表明,UP集分割是最适用于Turbo TCM方案的集分割方式,且Turbo TCM与8状态2/3码率8PSK BICM方案相比,在BER=10-5时,有4dB的增益。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 课题背景和来源  10-11
    1.1.1 课题背景  10-11
    1.1.2 课题来源  11
  1.2 课题的研究目的和意义  11-13
    1.2.1 TCM 结构简介  11-12
    1.2.2 BICM 结构简介  12-13
    1.2.3 传统的编码与调制分离方式  13
  1.3 国内外研究现状与分析  13-15
  1.4 本文的主要研究内容和结构  15-16
第2章 TCM 及其相关技术原理  16-31
  2.1 TCM 的基本原理  16-22
    2.1.1 TCM 的基本结构  16-17
    2.1.2 集分割的原理  17-20
    2.1.3 不同集分割方法  20-22
  2.2 卷积码的基本原理  22-26
    2.2.1 卷积码编码器  22-23
    2.2.2 卷积码的表示方法  23-24
    2.2.3 最常用的卷积码  24
    2.2.4 维特比译码  24-26
  2.3 调制解调器基本原理  26-28
    2.3.1 渐近编码增益(ACG)  26-27
    2.3.2 MPSK 方案衰落信道中性能  27-28
  2.4 硬判决和软判决译码  28-30
    2.4.1 软判决译码准则  28-29
    2.4.2 软判决译码关键技术  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章 BICM、BICM-ID 方案产生的必要性分析  31-45
  3.1 CM 的EEP 性能分析  31-35
    3.1.1 AWGN 信道的EEP 分析  31-32
    3.1.2 Rayleigh 衰落信道中的EEP 分析  32-35
  3.2 从Shannon 信道编码理论看TCM 技术  35-40
    3.2.1 TCM 产生的理论基础  36-37
    3.2.2 TCM 信号的功率谱  37-39
    3.2.3 TCM 的编码增益  39-40
  3.3 编码与调制结合的原理  40-44
    3.3.1 编码与调制的结合  40-41
    3.3.2 解调和解码的结合  41-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章 BICM、BICM-ID 及其相关技术原理  45-58
  4.1 BICM 基本原理  45-49
    4.1.1 BICM 系统框图  45-46
    4.1.2 BICM 的编码过程  46-47
    4.1.3 BICM 的交织和映射  47
    4.1.4 BICM 的信道描述  47
    4.1.5 BICM 的解码过程  47-49
  4.2 BICM-ID 基本原理  49-54
    4.2.1 BICM-ID 的基本原理  49-51
    4.2.2 比特度量计算的改进  51
    4.2.3 映射方案的改变  51-54
  4.3 交织解交织器基本原理  54-57
    4.3.1 通用多路交织器  55-56
    4.3.2 矩阵交织器  56
    4.3.3 随机交织器  56-57
  4.4 本章小结  57-58
第5章 各种CM 设计方案及仿真结果分析  58-72
  5.1 TCM 系统性能  58-63
    5.1.1 TCM 系统设计方案  58-59
    5.1.2 AWGN 信道中TCM 系统性能曲线  59-61
    5.1.3 衰落信道中TCM 系统性能曲线  61-63
  5.2 BICM 系统性能  63-67
    5.2.1 BICM 系统设计方案  63
    5.2.2 AWGN 信道中BICM 系统性能曲线  63-64
    5.2.3 衰落信道中BICM 系统性能曲线  64
    5.2.4 BICM 方案信道容量性能分析  64-67
  5.3 BICM-ID 系统性能  67-69
    5.3.1 BICM-ID 系统设计方案  67
    5.3.2 AWGN 信道中BICM-ID 系统性能曲线  67
    5.3.3 衰落信道中BICM-ID 系统性能曲线  67-69
  5.4 Turbo TCM 系统性能  69-71
    5.4.1 Turbo TCM 系统设计方案  69
    5.4.2 Turbo TCM 系统性能分析  69-71
  5.5 本章小结  71-72
结论  72-74
参考文献  74-77
攻读学位期间发表的学术论文  77-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信理论 > 信息论 > 信道编码理论
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