Turbo乘积码在编码协作系统中的应用研究

摘要

对于无线通信系统，利用MIMO技术在上行链路使用多根天线可对系统产生可观的分集增益。但由于硬件尺寸、成本等因素的限制，在移动终端安置多根天线具有一定的硬件实现困难。针对这一问题，人们提出了多用户间的协作分集技术。本文则提出了一种新的协作分集技术：基于Turbo乘积码(Turbo Product Code，TPC)的编码协作方案。
　　 首先介绍了无线通信中协作分集技术的背景知识和研究现状，指出两个单天线用户通过共享彼此的天线，能形成一个虚拟的多天线系统，并对其可达速率区域进行分析，同非协作模式相比，能获得很大的性能增益。
　　 接着讨论了Turbo乘积码的编译码原理。从编码角度看，Turbo乘积码属于乘积码；从译码的角度看，它是Turbo码的一种延伸。在对Turbo乘积码的编译码思想研究的基础上，详细分析了它的Chase迭代译码算法的思想，并在AWGN信道上对TPC的性能做了大量仿真，结合仿真结果对其性能的影响因素进行了分析，得到译码迭代次数、子码的选择以及测试图样个数对TPC有影响。
　　 结合已有的协作分集结构和Turbo乘积码技术，本文给出了Turbo乘积码在编码协作系统下的模型，主要是让码字的不同部分，即经过行编码后的码字部分和经过列编码后的码字部分通过不同用户的上行链路传输到基站，此模型中，第二帧传输时只传输校验位，以获得分集增益。在此基础上对模型做了改进，码字传输过程中，主要是第二帧传输时，不仅传输校验位，而且也传送信息位，以提高传输的可靠性，来抵抗无线信道中衰落的影响。并通过计算机仿真，验证了在相同的系统带宽和发送功率下，与非协作模式相比，本文所提出的编码协作模式可显著提高系统的性能，而且改进的方案模型能获得更好的性能。同非协作模式相比，在误比特率(BER)为10-3时，TPC编码协作在信噪比大于12dB时，具有约3dB的性能增益；假定仿真条件相同的情况下，改进的编码协作方案有约6.3dB的增益。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 无线通信技术的发展

1.1.1 MIMO技术

1.1.2 协作通信技术

1.2 协作分集技术的研究现状与应用前景

1.2.1 协作分集的国内外研究状况

1.2.2 协作分集技术的应用前景

1.3 信道编码技术的发展

1.4 本文的结构和章节安排

第二章 协作分集与编码协作

2.1 引言

2.2 传统的分集接收技术

2.2.1 分集方式

2.2.2 合并方式

2.3 协作分集技术

2.3.1 协作分集技术原理

2.3.2 协作分集的优点与问题

2.4 基本的协作分集协议

2.4.1 放大转发模式

2.4.2 译码转发模式

2.4.3 编码协作模式

2.4.4 空时协作模式

2.5 Turbo码的编码协作性能仿真

2.6 本章小结

第三章 Turbo乘积码

3.1 引言

3.2 乘积码的编码方法

3.2.1 乘积码的构造

3.2.2 乘积码的编码

3.2.3 乘积码分量码选择

3.3 Turbo乘积码的译码算法

3.3.1 Chase译码算法

3.3.2 外信息的计算

3.3.3 Turbo乘积码的迭代译码结构

3.4 Turbo乘积码的性能仿真

3.4.1 迭代次数对TPC 误码率的影响

3.4.2 选择不同的子码对TPC误码率的影响

3.4.3 测试图样个数对TPC 误码率的影响

3.4.4 TPC在衰落信道下的误码率曲线

3.5 本章小结

第四章 Turbo乘积码在协作通信中的应用

4.1 引言

4.2 Turbo乘积码的编码协作方案

4.2.1 基本原理

4.2.2 系统模型

4.2.3 TPC编码协作性能

4.3 Turbo乘积码的编码协作改进方案

4.3.1 TPC编码协作改进方案的提出

4.3.2 系统模型

4.3.3 实现原理

4.3.4 译码方法

4.3.5 TPC编码协作改进方案性能

4.4 本章小结

第五章 结束语

致谢

参考文献

研究成果