信道编码的发展历程.ppt

LDPC 码简介 信道编码的发展历程 Hamming 码 卷积码 循环码、BCH码 TCM(1982) Turbo码、Turbo-like 码(1974,1993) LDPC码(1962,1996) 空时码(70年代的传输分集、1996) Introduction to LDPC codes LDPC codes:LDPC codes: a class of linear block codes with low- density parity-check matrices. Descriptions:Generation matrices Parity-check matrices Tanner graphs 2019/1/33 Introduction to LDPC codes Tanner GraphTanner Graph Fig1. Descriptions of LDPC codes with Parity-check matrices and Tanner graphs 2019/1/34 qq19621962年，年，GallagerGallager的二元规则的二元规则LDPCLDPC码码: : 2. 19742. 1974年年, BCJR, BCJR算法算法 逐符号最大后验概率逐符号最大后验概率(MAP)(MAP)译码译码 qq19811981年，年，TannerTanner图码图码 qq19961996年，年，MackayMackay和和NealNeal在稀疏随机图上定在稀疏随机图上定 义的义的LDPCLDPC码码 qq19961996年，年，SipserSipser和和SpielmanSpielman的线性复杂度的线性复杂度 扩展图码扩展图码 6. 19966. 1996年，年，WibergWiberg图包含隐含状态变量图包含隐含状态变量 Pearl置信传播 快速傅立叶变换 BCJR前向/后向算法 VA算法 LDPC码的大数判决算法 开尔曼(Kalman)滤波器 空时码在未来无线通信中的应用 主要内容 空时码提出的背景 空时码研究现状 三种基本的空时编码技术 空时码在3G中的应用 工作简介 1 空时码提出的背景-1 未来移动通信系统的目标 未来移动通信系统中的信道特点 支持更高容量高质量的语音和数据传输 20Mbps 有更严重的码间干扰 有更大的多谱勒频移 通信终端在更高的移动速度下实现可靠传输 香农信息理论的限制 1 空时码提出的背景-2 针对速率问题 针对抗衰落的问题 多址方式的变化：TDMA、FDMA、CDMA 信道编码技术主要利用时间分集 接收分集技术主要利用空间分集 调制方式的变化：高阶调制方式、OFDM 解决上述问题的常用方法单天线系统 1 空时码提出的背景-3 针对速率问题 方式：采用多天线阵系统 依据：多天线阵的信道容量理论 解决上述问题的一种新思路多天线阵系统 针对抗衰落的问题 空时编码技术同时利用时间分集和空间分集 2 空时码研究现状-基本思想 图1 接收天线等于发送天线空时系统的遍历信道容量 2 空时码研究现状-基本思想 图2、空时编码系统示意图 2 空时码研究现状-基本思想 拟解决的问题：在带宽有限的信道中实现信息的高速传输 解决方法： a) 利用空间传递冗余信息； b) 利用多天线技术提供的并行信道传输信息 带来的问题 a) 信道容量； b) 发送信号设计； c) 接收端信号检测 2. 空时码研究现状 信道特性已知信道特性未知 LST 1996，Bell USTM 2000 Bell STBC 1998, AT&TDSTM 2000 AT&T, 2001 Bell STTC 1998, AT&T 目前，STBC和LST(MIMO) 已经被3Gpp协议采纳。 3 三种基本的空时编码技术 分层空时码(LSTC, Layered Space-Time Code) 分组空时码(STBC, Space-Time Block Code) 网格空时码(STTC, Space-Time Trellis Code ) 3.1 分层空时码编码算法 发展概况 VLST、DLSTC (1996) Threaded STC(TSTC) (2001) IT No.6 Wrapped STC(WSTC) (2003) IT No.6 3.1 分层空时码编码算法 图3 LSTC编码器示意图 3.1 分层空时码译码算法 ZF算法性能最差，复杂度最低 MMSE算法 球包限算法 ML算法性能最好，复杂度最大 3.1 分层空时码优缺点 优点 速率变化比较灵活 速率随发送天线数线性增加 缺点 分集较小，可认为是一种空间复用技术 结论 与接近信道容量的二进制编码方式联合使用将 是一种较好的应用方式。 3.2 分组空时码 发展概况 1 基于正交设计原理的正交STBC Almouti(1998) Tarokh(1998) Liang(2003)(m+1)/2m, 其中n=2m-1或2m 2 准正交STBC(2001)以分集为代价换取速率 3 基于代数构造设计的非正交STBC (2002) 3.2 分组空时码编码算法 3.2 分组空时码译码算法 3.2 分组空时码优缺点 优点 编译码简单 获得满分集 缺点 速率损失 无编码增益，可认为是一种分集技术 3.3 网格空时码编码算法 发展概况 STTC Tarokh(1998) MTCM Lin(2002) SOSTTC Jafsrkhani (2003) 优化 成对错误概率 距离谱特性 3.3 网格空时码编码算法 图4、基于QPSK调制的4状态STTC编码器及对应状态转移图 3.3 网格空时码译码算法 Viterbi 译码算法适用于非级连系统 MAP 算法 适用于级连系统 3.3 网格空时码优缺点 优点 能够获得编码增益，性能好 可获得满分集 缺点 实现复杂度较大 速率受限制 3.4 三种编码方式比较 STTCSTBCLSTC 速率b bitsn=2, b bits n2 b bits nb bits 分集nmnmnm 复杂度最大最小 4 空时码在3G中的应用 发展概况 STBC的应用 LSTC的应用 4 空时码在3G中的应用STBC 图5 3G中STTD空时编码方式 4 空时码在3G中的应用STBC 图6 3G中STTD应用方式语音业务 4 空时码在3G中的应用HSDPA Ant + 扰码 多码 复用 扩频码 N 扩频码 1 图7 3G中HSDPA的解决方式之一传统解决方式 4 空时码在3G中的应用HSDPA STTD Ant 1 Ant 2 +STTD STTD + 扰码 多码 复用 扩频码 N 扩频码 1 图8 3G中HSDPA的解决方式之二STTD方式 4 空时码在3G中的应用HSDPA 图9 3G中HSDPA的解决方式之三LSTC解决方案 扩频码 1 天线 1 天线n + + 扰 码 多码 复用 扩频码 M 扩频码 2 扩频 数据 扩频 数据 扩频 数据 第 1 组子信息 第M 组子信息 导频序列 1 导频序列 n 数据流 4 空时码在3G中的应用比较1 码片速率 3.84 Mchips/sec 扩频因子 32chips/Symbol 谱效率 4.5information bits/Symbol 扩频码数 N=20 速率 (3.84/32) * 4.5 * 20 = 10.8Mbps 图10. 平坦衰落信道下的性能，传输速率10.8Mbps 终端速度 3km/hr 4 空时码在3G中的应用比较1 4 空时码在3G中的应用比较2 码片速率 3.84 Mchips/sec 扩频因子 32chips/Symbol 扩频码数 N=20 速率 (3.84/32) *20 = 2.4Mbps (1,1) 谱效率 4.5information bit/symbol (2,1) 谱效率 4.5information bit/symbol (4,4) 谱效率Q 6 information