QC-LDPC编码MIMO系统在卫星信道下的性能研究

论文摘要

MIMO即多入多出技术，是无线通信领域的重大突破。MIMO技术通过在由多个用户组成的收发两端，同时配置多个天线进行通信，之后利用先进的空域信号处理技术将信号分离。它能够在不增加信道带宽和发送功率的前提下，成倍地提高系统的容量和频谱利用率。MIMO通信系统具有频谱效率高、覆盖范围广、功耗低和链路可靠性高等优势。近年来，MIMO通信系统已经开始由概念模型和系统设计走向研制。IEEE802.16e已经将MIMO系统作为无线通信的系统架构。MIMO通信技术的研究也在信道估计、空间复用、检测、天线选择等方面取得了丰硕成果。但现有的研究往往局限在MIMO技术本身，未与性能优良的LDPC码以及扩频技术结合起来，因此对MIMO技术及其与其它先进通信技术结合的研究有很高的学术研究价值和现实意义。本文的研究工作主要包括以下几个方面：1.概括卫星MIMO通信收发两端采用线性天线阵列时的信道模型，将其在满足一定条件时简化为离散时间的无记忆信道模型，总结了MIMO通信采用最大似然检测的一般原理。2.在信道已知条件下，分析最大似然序列检测方法及三种线性检测方法，在此基础上研究反馈检测方法，探究了信道参数，如接收信号的入射角、信道传输幅度、接收天线数目等对MIMO检测性能的影响。在信道未知条件下，将自适应的方法引入空域，推导了空域自适应检测的最优检测矩阵。分析了梯度算法，在此基础上研究了空域LMS算法和RLS算法这两种检测方法，以及它们的稳态特性和瞬态特性。3.探究了扩频码的加入对MIMO通信中的干扰和噪声的抑制作用，分析了Gold扩频码的产生原理和过程，并将其加入MIMO系统中，通过计算机模拟比较了在非自适应和自适应两种情况下各种检测方法的性能。4.研究了LDPC码及易于硬件实现的准循环LDPC码的编译码方法，并仿真实现，分析了码长、码率、译码迭代次数等因素对其性能的影响。将LDPC码作为信道编码，设计了基于LDPC码的扩频卫星MIMO通信系统，在非自适应和自适应两种情况下仿真比较了各种检测方法的性能，并进行了定性分析。在设计具体的系统时，可根据具体的干扰和噪声环境，综合权衡系统带宽、接收天线数目、发送信号功率等因素。

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图表清单

注释表

第一章绪论

1.1 数字通信系统的构成

1.2 卫星 MIMO 通信系统的信道模型

1.3 论文主要工作及内容安排

第二章信道已知条件下卫星 MIMO 通信的检测技术

2.1 线性检测

2.1.1 MMF 匹配滤波检测

2.1.2 ZF 迫零检测

2.1.3 MMSE 最小均方误差检测

2.1.4 对检测输出信干噪比 SINR 的定量研究

2.2 信道参数对 MIMO 通信性能的影响

2.2.1 接收信号功率差异的影响

2.2.2 入射角度差异的影响

2.2.3 接收天线数目的影响

2.3 反馈检测

2.3.1 多级串联反馈

2.3.2 多级并联反馈

2.4 本章小结

第三章信道未知条件下的自适应检测

3.1 空域自适应检测的最优解与梯度算法

3.1.1 空域自适应检测的最优解

3.1.2 梯度算法

3.2 空域 LMS 算法

3.3 空域 RLS 算法

3.4 本章小结

第四章扩频码的应用

4.1 扩频码理论

4.2 扩频码在 MIMO 通信中的应用

4.2.1 加入扩频码减小 MIMO 同道干扰的原理

4.2.2 非自适应扩频 MIMO 系统的性能仿真与分析

4.2.3 自适应扩频 MIMO 系统的设计及性能仿真

4.3 本章小结

第五章 LDPC 码的应用

5.1 LDPC 码的表示

5.2 规则二进制 LDPC 码的编译码

5.2.1 两种编码方法

5.2.2 基于置信传播的译码算法

5.3 规则二进制 LDPC 码的仿真分析

5.3.1 信噪比对误码率性能的影响

5.3.2 译码迭代次数对误码率性能的影响

5.3.3 码长对误码率性能的影响

5.3.4 码率对误码率性能的影响

5.4 本章小结

第六章基于 QC-LDPC 编码的卫星扩频 MIMO 通信系统

6.1 准循环 LDPC 码的设计

6.2 基于 QC-LDPC 码的卫星 MIMO 通信系统

6.2.1 信道已知的情况

6.2.2 信道未知的情况

6.3 基于 QC-LDPC 码的扩频卫星 MIMO 通信系统

6.3.1 信道已知的情况

6.3.2 信道未知的情况

6.4 本章小结

第七章总结与展望

7.1 本文工作的总结

7.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

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