高频谱效率的OVXDM编码低复杂度译码算法研究

发布时间：2020-08-12 01:20

【摘要】：各种移动互联网业务为移动用户提供更加极致的用户体验,如虚拟现实、超高清3D视频、移动云雾等,同时这些业务也对高速传输提出了迫切的需求。然而,可用的频谱资源是有限的,按照现有的通信理论和技术框架,很难达到未来无线通信超大连接数、超高速率、超高可靠性、超低时延的要求,因此迫切需要在高频谱效率方面有突破性进展。在此背景下,李道本教授创造性地提出了具有颠覆性创新的重叠X 域复用(Overlapped X Domain Multiplexing,OVXDM)编码。OVXDM通过传输符号加权复用波形在X域(时域或频域)上的移位重叠,形成了一种高编码增益和高频谱效率的新型编码方式。早在2006年,李道本教授就发现了“重叠复用原理”,传输符号间的相互重叠并不是干扰而是一种有益的约束关系,符号间重叠越严重可以获得的频谱效率越高。很明显,OVXDM颠覆了传统通信理论中关于必须遵守奈奎斯特准则的设计理念。尽管最大似然序列检测(Maximum Likelihood Sequence Detection,MLSD)译码可以获得最佳的译码性能,但计算复杂度随OVXDM频谱效率增长呈指数增长,这在实际应用中是不可接受的。因此,论文从以下几个方面对实现高频谱效率的OVXDM编码低复杂度译码算法与新型OVXDM编码结构进行了研究:(1)OVXDM编码增益来源于传输符号间利用复用波形进行移位重叠来获得,因此论文在加性高斯噪声(Additive Gaussian White Noise,AWGN))情况下,分析了不同复用波形对OVXDM编码性能的影响,并结合OVXDM编码结构特点,提出了一种多比特滑动堆栈译码(Multi-Bit Sliding Stack Decoding,Multi-Bit SSD)算法,同时理论分析了滑动窗大小与Multi-Bit SSD算法性能关系。仿真验证表明,相比于现有快速算法,提出的Multi-Bit SSD算法能获得1～3dB的译码性能提升,并且具有更低的译码复杂度。(2)为了使OVXDM编码技术实用化,论文研究了 OVXDM编码在衰落信道中的性能,建立了衰落信道下的OVXDM编码系统模型,并提出了一种低复杂度的多信号联合检测(Multiple Signals Joint Detection,MSJD)算法。并通过理论分析得到了不同OVXDM编码参数(包括复用波形和重叠重数)下,MSJD算法的性能和联合信号数之间的关系,给出了选取最佳的联合信号数来优化译码性能的方法。仿真结果表明,提出的MSJD算法在保证低复杂度的情况下,能获得比现有快速译码算法5～10dB的性能提升。(3)Turbo码和多载波技术在提升无线通信系统的频谱效率上得到了广泛应用。若将OVXDM编码技术分别与这两种技术结合,理论上可以进一步地改善OVXDM编码的频谱效率。基于这种考虑,论文提出了两种新型的OVXDM编码结构:通过并行交织两个相同的OVXDM编码结构,提出了一种Turbo-Like OVXDM编码结构,并且基于这种编码结构提出了一种基于最大似然的迭代译码(Maximum Likelihood based Iterative Decoding,MLID)算法。其次将 OVXDM 编码技术与多载波技术结合,提出了一种多流OVXDM编码结构。为了实现多流OVXDM信号译码,首先基于李道本教授提出Trellis图下时频域信号状态转移的思想,提出一种二维Trellis图搜索算法,其次又提出了一种基于最小均方误差估计的判决反馈均衡(Minimum Mean Square Error based Decision Feedback Equalization,MMSE-DFE)算法来降低译码复杂度。仿真验证表明,两种新型OVXDM编码结构采用提出的算法性能上明显优于传统OVXDM编码。具体来说,二维Trellis图搜索算法在多流OVXDM中能获得最优的译码性能,同时MLID算法与MMSE-DFE算法比现有快速算法有2～5dB译码性能提升和更低的复杂度。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN919.81
【图文】：

第一章绪论逡逑扰，对无线通信行业几十年的发展中起到了积极作用，但是这样也使得频谱资源逡逑划分变得十分紧张。并且随着无线技术的飞速发展，越来越多的服务需要接入到逡逑频谱中，原来资源分配模式使得有限的频谱资源无法得到充分利用，使得频谱资逡逑源越发显得短缺和珍贵。因此，实现高速率通信的手段不能仅限于通信带宽的扩逡逑展，高频谱效率通信技术的研究也是一个必要的手段。逡逑

是如何解决高重叠重数下计算复杂度问题。因此，论文从实现高频谱的ＯＶＸＤＭ逡逑低复杂度译码算法和新型ＯＶＸＤＭ编码结构两个方面进行了具体的研宄，主要逡逑研究内容如图１－３所示。首先在ＡＷＧＮ情况下，分析了不同复用波形对ＯＶＸＤＭ逡逑性能的影响，同时基于ＯＶＸＤＭ编码结构特点，提出了一种多比特滑动堆栈译逡逑码（Ｍｕｌｔｉ－Ｂｉｔ邋Ｓｌｉｄｉｎｇ邋Ｓｔａｃｋ邋Ｄｅｃｏｄｉｎｇ，邋Ｍｕｌｔｉ－Ｂｉｔ邋ＳＳＤ）算法。其次考虑了更为真实的逡逑传播环境［２７］，将ＯＶＸＤＭ编码信号在衰落信道下进行传输，建立了衰落信道下逡逑ＯＶＸＤＭ编码系统模型，理论分析了邋ＯＶＸＤＭ编码在衰落信道下的性能，同时逡逑为了解决高重叠重数下译码复杂度问题，提出了一种低复杂度的多信号联合检测逡逑译码（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋Ｓｉｇｎａｌ邋Ｊｏｉｎｔ邋Ｄｅｃｏｄｉｎｇ，邋ＭＳＪＤ）算法。最后结合邋Ｔｕｒｂｏ邋码［２８］和多载波逡逑技术［２９］特点，提出了两种新型ＯＶＸＤＭ编码结构：Ｔｕｒｂｏ－Ｌｉｋｅ邋ＯＶＸＤＭ和多流逡逑ＯＶＸＤＭ

译码过程的不断继续，相邻符号间误码率差异函数巧ａｐ（０的变化趋势。逡逑通过迭代计算，函数ｉ＾（0分别在不同的重叠重数尤和不同信噪比（Ｓｉｇｎａｌ邋Ｎｏｉｓｅ逡逑Ｒａｔｉｏ，邋ＳＮＲ）情况下的曲线变化如图３－３所示。从图３－３中首先可以得到，无论ＳＮＲ逡逑和重叠重数ｉ：为何值，差异函数的取值随着／取值增大而急速变小，最终逡逑趋向于０。其次，当重叠重数尤一定时，ＳＮＲ越大的差异函数Ｐ＾（0的取值随着逡逑取值增大而更快的趋向于0，；而相同ＳＮＲ情况下，重叠重数Ｋ越大差异函数逡逑⑴随着ｆ取值增大反而比重叠重数ｉ：小的曲线曲线０的速度更慢，虽然重叠逡逑重数夂和ＳＮＲ对差异函数⑴的取值有着一定的影响。但是当传输符号个数逡逑ｆ＞２５０后，重叠重数尤和ＳＮＲ对差异函数的取值变化没有影响。因此当传逡逑输信号长度Ｚ？足够大时，ＯＶＸＤＭ编码的错误概率）g亨距`┎换崾艿酱鄧浞鉭鸥鍪

本文编号：2789830