高效信道编码及其编码协作系统的构造和性能研究

发布时间：2017-08-06 14:19

  本文关键词：高效信道编码及其编码协作系统的构造和性能研究

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【摘要】：随着现代通信技术的发展,人们对数据通信的服务质量要求越来越高,如何在高速传输的过程中保持通信系统的可靠性,减少系统传输时信息的错误概率一直是研究的热点,而信道编码技术便是实现这一目标的有效途径。近年来,人们致力于构造高效实用的信道编码方案,但是至今没有一种设计能够达到香农当年提出的信道容量Shannon限,直到极化码理论的提出。极化码从理论上证明可以达到Shannon限,并且编译码复杂度都是线性的,正因为这些原因,极化码在信道编码领域开辟了新的道路。本文分析了极化码的编译码算法,重点研究了在中继编码协作系统中极化码的实现方式,并与Turbo码与LDPC码的编码协作系统作了性能仿真比较,主要的研究内容和创新点如下:(1)针对Turbo编码协作系统,研究了Turbo码的编码器结构与迭代译码原理,在此基础上给出了基于Turbo码的分布式编码协作方式,分析了目的节点处信息的整合方式以及对应的联合迭代译码算法,通过仿真说明其性能优越性。(2)针对LDPC编码协作系统,提出了基于生成矩阵LDPC码(Generator-matrix-based LDPC,G-LDPC)的协作方式,推导出在目的节点基于整个协作系统的校验矩阵,给出与之对应的双层Tanner图,基于双层Tanner图进一步提出了联合迭代译码算法,并给出了性能仿真图。(3)给出了信道极化现象的产生原因,并研究了极化码的编码方式,分析了极化码译码时发生错误的概率并且推导了极化码的SC、BP、SCL和CA-SCL译码方法的算法过程,并在BSC、BEC和AWGN信道下做了性能仿真,探讨了不同因素对译码性能的影响。(4)针对极化码,在总结已有的子信道选择方法的基础上提出一种基于AWGN信道的判决转化方法,通过判决思想将AWGN信道转化为BSC信道,将BSC信道的子信道选取方法应用于AWGN信道,通过性能仿真说明该方法相比传统方法具有0.2dB左右增益。(5)重点研究了极化码的Plotkin结构,给出具体的构造过程,并提出一种基于Plotkin结构的极化码中继编码协作系统,通过仿真图说明,与非协作模式和Nested结构系统相比,该系统具有更好的性能。最后,与Turbo码、LDPC码编码协作系统比较,分析了三种系统的性能特点,并发现在高信噪比条件下,本文提出的极化码中继编码协作系统可以带来更好的性能增益。
【关键词】：极化码 Turbo码 LDPC码 双层Tanner图 编码协作 Plotkin结构
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.22
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 绪论15-24
• 1.1 数字通信系统结构15-16
• 1.2 可迭代译码的信道编码技术简介16-19
• 1.2.1 Turbo码17
• 1.2.2 LDPC码17
• 1.2.3 极化码17-18
• 1.2.4 三种信道编码技术比较分析18-19
• 1.3 协作通信技术简介19-22
• 1.3.1 协作工作方式20-21
• 1.3.2 协作通信协议21-22
• 1.4 论文主要内容安排22-24
• 第二章 Turbo编码协作系统的性能研究24-38
• 2.1 常见的信道模型24-25
• 2.1.1 BSC信道24
• 2.1.2 BEC信道24-25
• 2.1.3 AWGN信道25
• 2.2 Turbo码的编码技术25-28
• 2.2.1 Turbo码编码器结构25-28
• 2.3 Turbo码的译码方法28-34
• 2.3.1 Turbo迭代译码结构28-29
• 2.3.2 Turbo码迭代译码原理29-33
• 2.3.3 迭代译码中的外信息计算33-34
• 2.4 Turbo码在编码协作系统中分析34-35
• 2.4.1 分布式Turbo编码协作系统的设计34
• 2.4.2 分布式Turbo编码协作系统中的联合迭代译码算法34-35
• 2.5 分布式Turbo编码协作系统的性能仿真35-36
• 2.6 本章小结36-38
• 第三章 LDPC编码协作系统的性能研究38-53
• 3.1 LDPC码基本原理38-42
• 3.1.1 LDPC码的Tanner图表示方法38-39
• 3.1.2 LDPC码编码原理39-40
• 3.1.3 LDPC码的译码方法40-42
• 3.2 不同的LDPC码结构42-45
• 3.2.1 G-LDPC码基本原理43
• 3.2.2 QC-LDPC码基本原理43-45
• 3.3 分布式LDPC码编码协作通信系统45-50
• 3.3.1 分布式LDPC码编码协作系统基本模型45
• 3.3.2 分布式G-LDPC编码协作通信系统45-46
• 3.3.3 G-LDPC编码协作系统的双层Tanner图结构46-48
• 3.3.4 基于双层Tanner图的联合迭代译码算法48-50
• 3.4 分布式LDPC编码协作系统的性能仿真50-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 极化码的基本原理53-66
• 4.1 信道特性的基本度量53-54
• 4.1.1 I(W)信道容量53
• 4.1.2 Z(W)巴氏参数53-54
• 4.1.3 R(W)信道截止速率54
• 4.2 极化现象的发现54-56
• 4.3 信道组合与信道分解56-61
• 4.3.1 信道组合56-59
• 4.3.2 信道分解59-61
• 4.4 信道极化的基本表象61-63
• 4.5 信道极化的基本性质63-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 极化码编译码技术66-93
• 5.1 极化码编码技术66-69
• 5.1.1 生成矩阵的构造66-68
• 5.1.2 极化码编码方法68-69
• 5.2 极化码译码技术69-78
• 5.2.1 SC译码算法69-72
• 5.2.2 BP译码算法72-74
• 5.2.3 SCL译码算法74-77
• 5.2.4 CA-SCL译码算法77-78
• 5.3 极化码的译码错误概率78-80
• 5.4 信道选取方法80-82
• 5.4.1 Z(W)方法80
• 5.4.2 预传输方法80-81
• 5.4.3 AWGN信道判决转化方法81-82
• 5.4.4 其他方法82
• 5.5 极化码的性能仿真分析82-91
• 5.5.1 仿真环境说明83
• 5.5.2 BSC信道下性能分析83-84
• 5.5.3 BEC信道下性能分析84-85
• 5.5.4 AWGN信道下性能分析85-90
• 5.5.5 性能仿真时可能产生的问题90-91
• 5.6 本章小结91-93
• 第六章 极化编码协作系统的性能研究93-102
• 6.1 基于Plotkin结构的极化码点对点传输系统93-96
• 6.1.1 极化码的Plotkin结构93
• 6.1.2 Plotkin结构极化码的构造方法93-95
• 6.1.3 基于Plotkin结构的极化码编译码过程95-96
• 6.1.4 基于Plotkin结构极化码点对点传输系统仿真结果96
• 6.2 基于Plotkin结构的极化码编码协作系统96-97
• 6.2.1 Plotkin结构编码协作系统框图96-97
• 6.2.2 基于Plotkin结构的联合译码算法97
• 6.3 Nested协作通信系统97-99
• 6.3.1 Nested结构传输码字结构97-98
• 6.3.2 Nested协作系统传输过程98-99
• 6.4 极化编码协作系统的性能仿真99-100
• 6.5 本章小结100-102
• 第七章 总结与展望102-107
• 7.1 Turbo、LDPC和极化编码协作系统性能的比较102-105
• 7.2 本文工作总结105-106
• 7.3 后续工作展望106-107
• 参考文献107-111
• 致谢111-112
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文112-113
• 附录113-116
• 附录A113
• 附录B113-114
• 附录C114-116

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 李桂萍;支侃买;刘小航;;高斯信道下极化码构造方法研究[J];信息技术;2015年09期

2 张秋霞;仰枫帆;张顺外;罗琳;;中继编码协作系统等效点对点传输模型的研究[J];通信学报;2012年12期

3 张顺外;仰枫帆;宗鹏;;基于联合迭代译码的LDPC编码协作系统[J];西南交通大学学报;2011年03期

4 唐蕾;仰枫帆;;稀疏生成矩阵的低编码复杂度非正规LDPC码性能(英文)[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics;2006年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张顺外;LDPC编码协作系统性能与码的设计研究[D];南京航空航天大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 徐盼;协作通信中的全/半双工中继混合技术[D];苏州大学;2014年

2 孙叶;基于SC算法的Polar码译码性能研究[D];西安电子科技大学;2013年

3 杨秀云;非理想协作通信系统及其联合迭代译码性能的研究[D];南京航空航天大学;2010年

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本文编号：630185