信道编码的发展历程

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 2020 4 19 3 IntroductiontoLDPCcodes LDPCcodes aclassoflinearblockcodeswithlow densityparity checkmatrices Descriptions GenerationmatricesParity checkmatricesTannergraphs 2020 4 19 4 IntroductiontoLDPCcodes TannerGraph 1962年 Gallager的二元规则LDPC码 2 1974年 BCJR算法逐符号最大后验概率 MAP 译码1981年 Tanner图码1996年 Mackay和Neal在稀疏随机图上定义的LDPC码1996年 Sipser和Spielman的线性复杂度扩展图码6 1996年 Wiberg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 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 LayeredSpace TimeCode 分组空时码 STBC Space TimeBlockCode 网格空时码 STTC Space TimeTrellisCode 3 1分层空时码 编码算法 发展概况VLST DLSTC 1996 ThreadedSTC TSTC 2001 ITNo 6 WrappedSTC WSTC 2003 ITNo 6 3 1分层空时码 编码算法 图3LSTC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STBCAlmouti 1998 Tarokh 1998 Liang 2003 m 1 2m 其中n 2m 1或2m2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STTCTarokh 1998 MTCMLin 2002 SOSTTCJafsrkhani 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 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53G中STTD空时编码方式 4空时码在3G中的应用 STBC 图63G中STTD应用方式 语音业务 4空时码在3G中的应用 HSDPA Ant 图73G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 图83G中HSDPA的解决方式之二 STTD方式 4空时码在3G中的应用 HSDPA 图93G中HSDPA的解决方式之三 LSTC解决方案 4空时码在3G中的应用 比较1 码片速率3 84Mchips sec扩频因子32chips Symbol谱效率4 5informationbits 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 84Mchips 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 5informationbit symbol 2 1 谱效率4 5informationbit symbol 4 4 谱效率Q6informationbit symbol 4 4 谱效率89informationbi