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用于多址接入信道的LDPC码的优化设计

作　者: 章翔
导　师: 吴伟陵
学　校: 北京邮电大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 低密度校验码置信传播算法密度进化多址接入信道
分类号: TN911.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 80次
引　用: 2次
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内容摘要

多址接入信道是信息论研究的重点之一,移动通信系统的上行链路是多址接入信道的典型代表。Ahlswede,Cover和Wyner等人先后研究了多址接入信道的容量域问题,但是并没有提供接近容量域的接入方式。多址接入信道的容量主要受到用户间干扰的限制。频分多址(FDMA)技术,时分多址技术(TDMA)和码分多址技术(CDMA)等多址接入技术都是对抗用户间干扰的方法。对于TDMA和FDMA,他们通过在不同用户间采用正交的波形来对抗用户间干扰。但是信息论上已经得出结论通过波形分割方式区分用户能够达到比完全正交分割的频分多址(FDMA)或时分多址(TDMA)更大的容量域。LiPing等提出了一种叫做交织分多址(IDMA)的新型波形分割多址接入方式,并设计了低复杂度的多用户检测算法:ESE算法,为多址接入方式设计提供了新思路。LDPC码在上世纪90年代被重新发现,它是一种在单用户AWGN信道下能够接近信道容量的编码方式。同时,LDPC码还具有性能的门限性。也即,当信道的噪声水平低于某一门限值时,随着码字的长度的增加,其误码率性能能够任意接近于0。Richardson和Urbanke设计了一种密度进化(density evolution)算法去计算某一度序列下的一组LDPC码的噪声门限,但是这种算法具有较大的复杂度。而基于AWGN信道的高斯特性,Chung,Richardson和Urbanke提出了一种高斯近似的密度进化算法,这种算法在大大减少计算噪声门限复杂度的同时,对计算精度只有很小的影响。但是仿真结果表明,当我们将在单用户信道下具有良好性能的LDPC码用于多址接入信道时,其性能将严重恶化。而且上面提到的门限值计算方法也不再适用。因此,本文着重于解决多址接入信道下的LDPC码优化设计问题。在本文中,将以3GPPLTP中某个LDPC码提案为例,首先实现在单用户信道下LDPC码编译码算法并进行性能仿真。然后实现高斯近似密度进化算法,计算所实现的LDPC码的噪声门限值并与性能仿真结果进行比较。结合差分进化算法,在单用户情况下,对LDPC码进行优化设计,并用计算机仿真验证优化设计结果。接着,我们将把LDPC码的优化设计方法推广到多址接入系统中的一种特殊情况——IDMA系统中,对用于IDMA系统的LDPC码进行优化设计,并对这种系统的检测算法做出了一定的改进。最后,本文将把LDPC码的优化设计方法推广到一般的多址信道情况。虽然Palanki等优化设计了用于二进制相加信道的LDPC码,但是他们认为对于两用户高斯多址接入信道来说,只能靠速率分割或时间分割的方式来达到容量域中的点。Amraoui等采用密度进化算法针对两用户高斯多址接入信道进行了优化设计,给出了度分布,但是他们并没有给出仿真结果。本文中研究的是等功率条件下多用户LDPC联合译码及码的优化设计问题,用户数不再限于两用户,基于因子图设计各个节点的消息更新算法,针对该消息传递过程设计高斯近似的密度进化算法,并在此基础上对非规则LDPC码的度序列进行优化。我们把这种通过不同用户采用不同LDPC码校验矩阵作为唯一特征进行多用户通信的系统称为:LDPCMA(LDPC Multiple Access)系统。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 信道编码理论和发展历史  10-14
    1.1.1 数字通信与信道编码  10-11
    1.1.2 信道编码发展历史  11-14
  1.2 现代编码理论  14-15
  1.3 多址接入信道及其容量  15-17
  1.4 本文研究意义  17
  1.5 本文研究内容和结构安排  17-19
第二章 LDPC码编译码原理和高斯进化的密度进化理论  19-30
  2.1 LDPC码概述和定义  19-22
    2.1.1 LDPC码概述  19-21
    2.1.2 LDPC码的定义  21-22
  2.2 LDPC码的译码原理  22-24
  2.3 高斯近似的密度进化  24-30
    2.3.1 密度进化理论  24-26
    2.3.2 运用高斯近似密度进化理论估算误码率  26-30
第三章单用户AWGN信道下LDPC码的优化设计  30-47
  3.1 LDPC码编译码算法及高斯近似算法的实现  30-41
    3.1.1 编码方案  30-34
    3.1.2 译码方案  34-35
    3.1.3 仿真结果及性能分析  35-41
  3.2 单用户AWGN信道下LDPC码的优化设计  41-47
    3.2.1 差分进化算法  41-43
    3.2.2 使用差分进化算法对LDPC码度序列进行优化  43-45
    3.2.3 优化和仿真结果  45-47
第四章用于多址接入信道的LDPC码的优化设计  47-67
  4.1 用于IDMA系统的LDPC码的优化设计  47-60
    4.1.1 IDMA系统简介  47-48
    4.1.2 LDPC编码的IDMA系统模型  48-49
    4.1.3 LDPC编码的IDMA系统的检测算法  49-54
    4.1.4 用于LDPC编码的IDMA系统的高斯近似的密度进化算法  54-56
    4.1.5 仿真和优化结果  56-60
  4.2 LDPCMA(LDPC MULTIPLE ACCESS)系统  60-67
    4.2.1 LDPCMA系统模型  60-61
    4.2.2 简化的多用户和积译码算法  61-63
    4.2.3 用于多址接入信道的高斯近似的密度进化算法  63-65
    4.2.4 优化仿真结果  65-67
第五章结束语  67-69
  5.1 主要工作总结  67
  5.2 下一步工作展望  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间发表论文  73

用于多址接入信道的LDPC码的优化设计

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