基于LDPC码的MIMO-OFDM通信系统研究与仿真

摘要

纠错编码技术是移动通信、卫星通信、光纤通信和磁盘存储等系统中的关键技术之一，低密度奇偶校验（Low-Density Parity-Check，LDPC）码是一种性能逼近Shannon限的纠错码，也是目前被广泛关注的一种信道编码。LDPC码的性能远优于目前使用的RS码和BCH码，也可以和3G中的Turbo码媲美，其译码的复杂度则比Turbo码简单。 多输入多输出（MIMO：Multiple-Input Multiple-Output）技术充分开发空间资源，利用多个天线实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地提高信道容量。正交频分复用（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术是一种多载波传输技术，其多载波之间相互正交，可以高效地利用频谱资源。 MIMO-OFDM系统是OFDM与MIMO技术结合的一种方案。它继承了OFDM和MIMO技术的优良特性，在高速率多媒体数据传输方面具有独特的优势，被认为是未来第四代移动通信（4G）的核心技术。 基于以上分析，本论文讨论了多种LDPC码的构造和译码算法、译码性能分析算法、以及MIMO技术之后，在LDPC码和MIMO-OFDM系统两方面进行了以下工作： 一、在介绍了数字通信系统的组成和LDPC码基本原理之后，对数字通信系统性能进行了分析和仿真。对LDPC构造方法以及译码算法进行了编程仿真，得到其性能特性。 二、MIMO技术分为空间分集技术和空间复用技术。论文中阐述了空时分组码（STBC：Space-Time Block Code）、空时格码（STTC：Space-Time Trellis Code）、分层空时码（LST：Layered Space-Time Code）的基本原理之后，将分层空时码与空时分组码结合构成分层空时分组码（LSTBC：Layered Space-Time Block Code）。经过MATLAB编程仿真，得出LSTBC的性能比STBC，STTC，LST的性能更优越。 三、结合OFDM与MIMO构建出MIMO-OFDM系统。分析了接收天线和发射天线对基于不规则LDPC码的MIMO-OFDM系统性能的影响。结果表明，MIMO-OFDM系统中的不规则LDPC码的性能比相同情况下的规则LDPC码优越；并且天线个数越多，性能越好；增加接收天线比增加发射天线更能提高系统的性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 课题来源及研究背景

1.2 当前国内外研究现状

1.3 本论文的内容安排

第二章信道编码

2.1 通信系统的组成

2.2差错控制系统与纠错码分类

2.3信道编码定理

2.3.1信道容量

2.3.2信道编码定理

2.4信道编码的发展

2.4.1 Turbo码

2.4.2 LDPC码

2.5 仿真分析

2.6本章小结

第三章LDPC码

3.1 LDPC码的定义

3.2 LDPC码TANNER图表示

3.3 LDPC码的构造

3.3.1 LDPC码的随机构造

3.3.2 LDPC码的代数构造

3.4LDPC码的译码算法

3.4.1 Gallager硬判决译码算法

3.4.2概率译码算法

3.4.3和积算法及相关改进算法

3.5迭代译码更新策略

3.6迭代译码性能分析

3.6.1密度进化算法

3.6.2高斯近似算法

3.6.3 EXIT法

3.7仿真结果与分析

3.8本章小结

第四章MIMO技术

4.1 MIMO技术概述

4.2空时分组码(STBC:Space-Time Block Code)

4.2.1 Alamouti编码

4.2.2正交空时分组码

4.3空时格码(STTC：Space-Time Trellis Code)

4.3.1空时格码的系统模型

4.3.2空时格码的构建

4.4分层空时码(LST：Layered Space-Time Code)

4.4.1分层空时码类型

4 4.2 BLAST系统模型

4.5分层空时分组码及性能仿真(LSTBC：Layered Space-Time Block Code)

4.6本章小结

第五章LDPC码在MIMO-OFDM系统中的应用

5.1 MIMO-OFDM系统

5.1.1 STBC-OFDM系统模型

5.1.2 SFBC-OFDM系统模型

5.2基于不规则LDPC码的MIMO-OFDM系统模型

5.2.1系统发送端模型

5.2.2系统接收端模型

5.3仿真

5.4本章小结

结束语

参考文献

研究生期间发表的论文

致谢