Raptor码编译码技术及其在LTE下行链路中的仿真研究

摘要

喷泉码是一种新的前向纠错方案，它具有无率性，无序性，编译码复杂度低等特点，在广播多播、移动通信、深空通信中有广泛的应用研究。本文研究的是喷泉码的一种——Raptor码的编译码技术，并将其作为LTE下行链路信道编码与Turbo码进行仿真比较。仿真选用的平台为IT++，IT++不仅有Matlab的功能模块，还结合了C++高效的运行速度优点，能够大大节约用户时间。
　　本文首先对喷泉码提出的背景及其发展做了简要介绍，并且比较了Raptor与Turbo码的优势与劣势，其中Raptor码自身并行译码结构的优点，比Turbo码更容易硬件实现。其次，对Raptor码的编译码技术的基本原理进行阐述，指出Raptor码只有在码长为万级别时，其优良性能才能明显的体现出来。在块长较短时，小环和小度数的变量节点的存在对Raptor码的误码性能影响很大。基于以上分析，仿真验证了PEG算法能够提升Raptor码误码性能，但是效果不明显，平均度数变量节点的编码算法能够降低LT码的误码平层，进而有效降低Raptor码误码率，二者性能都受限于在块长较短时LT码编码时产生的Tanner图结构。在此基础上，进一步对编码矩阵进行预处理，使得似然信息在译码过程中能够顺利的沿着边传递，提高误码性能，该方法与文献中方法稍有不同。译码方面，本文用线性拟合法来近似LT码译码公式中双曲正切函数，以降低译码时的运算量。仿真验证，该方法并不会降低其误码率性能。
　　最后，将Raptor码与Turbo码在噪声信道下进行仿真分析，仿真对比在不同信息长度以及不同码率下二者的性能曲线，证明Raptor码在小块时性能不如Turbo码，但是在长块如5000时性能要优于Turbo码。在此基础上，本文较完整的实现了LTE下行链路仿真平台，包括传输信道和物理信道，并且结合HARQ技术，将Raptor码与Turbo码在不同块长以及码率下进行仿真比较。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 喷泉码提出及其研究现状

1．1．1 喷泉码的提出

1．1．2 喷泉码的研究现状

1．2 LTE概要以及论文研究意义

1．2．1 LTE物理层关键技术

1．2．2 论文的研究意义

1．3 论文主要内容和结构

第2章 Raptor码编译码原理以及仿真研究

2．1 Raptor码在物理层的系统结构

2．2 LT码编译码原理

2．2．1 LT码编码原理

2．2．2 LT码译码原理

2．2．3 度分布的选择

2．2．4 LT码仿真分析

2．3 Raptor码基本原理以及仿真分析

2．3．1 预编码-LDPC码基本原理

2．3．2 Raptor码编译码原理

2．3．3 Raptor码性能仿真分析

2．4 本章小结

第3章 Raptor码改进的编译码算法的仿真研究

3．1 Raptor码的PEG编码算法

3．1．1 小环对码的性能的影响

3．1．2 PEG算法仿真分析

3．2 Raptor码变量节点规则度数编码算法

3．2．1 LT码的性能下界分析

3．2．2 平均度数编码算法及仿真分析

3．2．3 改进编码算法

3．3 基于双曲正切修正函数的简化译码算法

3．3．1 修正双曲正切函数

3．3．2 基于线性拟合的译码算法

3．3．3 复杂度及仿真分析

3．4 Turbo码与Raptor码的性能仿真与分析

3．5 本章小结

第4章 Raptor码在LTE下行链路的仿真研究

4．1 LTE下行链路模型的建立

4．2 传输信道主要模块的设计

4．2．1 传输块添加循环冗余校验(CRC)

4．2．2 码块分割以及码块添加CRC

4．2．3 信道编码模块

4．2．4 速率匹配模块

4．2．5 码块级联

4．2．6 HARQ技术

4．3 物理信道主要模块的设计

4．4 仿真分析

4．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文