BICM-ID技术及其在MIMO-OFDM系统中的应用

论文摘要

比特交织编码调制迭代译码是一种结构简单、能够在不同信道条件下获得增益并易与其他技术相结合的先进技术。本论文围绕不同编码方式在BICM-ID系统下的性能、BICM-ID技术与MIMO-OFDM系统相结合中的有关问题进行了深入的研究。主要包括以下几个方面：1、结合不同的映射方式、不同的信道条件,通过EXIT图和实际系统仿真对不同码率、不同码长、不同内交织器设计的Turbo码BICM-ID系统进行了详细的分析,研究结果表明对于Turbo码,在其两个分量译码器之间通过迭代译码获取了充分迭代译码增益后,很难再通过解调译码联合迭代获取额外的迭代增益,因此Turbo码BICM-ID系统相对于BICM系统并没有显著的性能改善,在能够充分获得译码器迭代译码增益的情况下,格雷映射仍旧是最佳映射。通过对不同码率卷积码、Turbo码BICM-ID系统的性能分析,提出了狭义编码增益、广义编码增益、狭义迭代译码性能上界和广义迭代译码性能上界四个概念。并指出在以逼近广义迭代译码性能上界为目的的实际通信系统中,当狭义迭代译码性能上界因为某些因素而受限时,如果一味地追求狭义编码增益使得系统达到狭义迭代译码性能上界,即使狭义上界与广义上界还有一定的差距,系统也无法再通过解调译码联合迭代获取更多的迭代增益,系统性能也无法得到进一步提高。如果能够通过合理的方式进行编码调制联合优化,虽然可能牺牲了一部分狭义编码增益,但是却换取了广义编码增益的最大化,使系统更加逼近广义迭代译码性能上界,从而能够获得更为理想的性能。2、在LDPC码BICM-ID系统中应用了一种基于叠加编码思想的sigma映射方式,该方式通过将多路信号叠加进行发射使得发射信号更加具有高斯特性,并且由于sigma映射为非格雷映射,因此能够在BICM-ID系统中获得一定的迭代译码增益。而在收端,利用IDMA（交织多址接入）系统中的简化多用户检测算法思想进行解映射,将解调输出软信息用解析表达式表示,再通过密度进化的方法对LDPC码的构造进行优化,最终得出了一种LDPC码BICM-ID系统下的编码调制联合优化方式,并获得了优于格雷映射LDPC码下的系统性能。3、将BICM-ID技术与MIMO-OFDM系统相结合,并将链路自适应技术应用到采用BICM-ID的MIMO-OFDM系统中,不仅根据信道状况灵活的选择预编码码字和编码调制方案,还根据不同的编码调制方案选择不同的映射方式,获得了较好的性能。通过与LTE系统进行性能的对比,发现采用卷积码BICM-ID技术的MIMMO-OFDM系统要比相同条件下的LTE系统拥有更好BLER性能和吞吐量性能,并且其实现复杂度还低于现在的LTE系统。这也进一步验证了本文提出的BICM-ID系统获取最佳性能的设计思路的正确性。4、为了能够通过链路自适应技术真正提高系统的频谱效率,本文最后提出了一种新的显式反馈方案,该方案充分利用了宽带无线信道在时延域上的稀疏特性,将频域信道响应信息用时延域上的多径分量信息表征,将多径信息反馈给基站后再通过简单的FFT变换恢复出原始的频域信道响应信息,进而帮助系统进行链路自适应的相关操作。本文通过系统级仿真从反馈开销、反馈信道信息的准确性、系统调度性能三个方面验证了该方案具有良好的特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 技术背景
• 1.1.1 比特交织编码调制传输技术
• 1.1.2 MIMO-OFDM技术
• 1.1.2.1 多天线系统与V-BLAST技术
• 1.1.2.2 OFDM技术
• 1.1.3 链路自适应及反馈技术
• 1.2 论文主要内容与创新
• 1.3 论文组织结构
• 1.4 本章小结
• 1.5 本章参考文献
• 第二章 BICM-ID系统及其性能分析方法
• 2.1 比特交织编码调制迭代译码系统描述
• 2.2 EXIT图
• 2.2.1 互信息的计算
• 2.2.2 通过仿真实现EXIT图
• 2.3 BICM-ID系统中的星座标识映射优化
• 2.3.1 成对错误概率准则
• 2.3.2 不同映射方式的EXIT图性能分析
• 2.3.2.1 优化的QPSK映射方式
• 2.3.2.2 优化的16QAM映射方式
• 2.4 本章小结
• 2.5 本章参考文献
• 第三章 采用Turbo码的BICM-ID系统
• 3.1 Turbo编码及其在BICM-ID系统中的译码
• 3.1.1 Turbo编码
• 3.1.2 BICM-ID系统中的Turbo译码
• 3.2 Turbo码BICM-ID系统性能仿真与分析
• 3.2.1 不同码率的Turbo码BICM-ID系统性能
• 3.2.1.1 母码码率Turbo码BICM-ID系统的性能
• 3.2.1.2 非母码码率下Turbo码下的BICM-ID系统性能
• 3.2.2 不同码长以及不同交织器设计的Turbo码BICM-ID系统性能
• 3.3 BICM-ID系统广义编码增益分析与仿真
• 3.3.1 AWGN信道下的EXIT图分析
• 3.3.2 AWGN信道下的链路仿真分析
• 3.4 本章小结
• 3.5 本章参考文献
• 第四章 结合LDPC码的BICM-ID系统优化
• 4.1 引言
• 4.2 LDPC码基本结构及其译码原理
• 4.2.1 LDPC码基本结构
• 4.2.2 采用图模型分析LDPC码
• 4.2.3 基于因子图的LDPC码和积算法译码
• 4.3 密度进化
• 4.4 LDPC码和映射联合优化下的系统性能分析和仿真结果
• 4.4.1 格雷映射
• 4.4.2 sigma映射
• 4.4.3 仿真性能分析
• 4.5 本章小结
• 4.6 本章参考文献
• 第五章 BICM-ID在MIMO-OFDM系统中的应用
• 5.1 链路自适应技术
• 5.1.1 预编码技术
• 5.1.2 自适应编码调制技术（AMC）
• 5.2 结合BICM-ID技术的MIMO-OFDM链路自适应性能仿真分析
• 5.2.1 不同MCS的BICM-ID在下行MIMO-OFDM系统中的性能分析
• 5.2.2 采用BICM-ID技术的自适应MIMO-OFDM系统
• 5.3 基于信道稀疏特性的信道状态信息反馈方法
• 5.3.1 CSI反馈方案分析
• 5.3.1.1 隐式信道状态信息反馈方案
• 5.3.1.2 显式信道状态信息反馈方案
• 5.3.2 性能仿真分析
• 5.4 本章小节
• 5.5 本章参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间研究成果