比特交織編碼調(diào)制系統(tǒng)的理論和軟解調(diào)技術.pdf

1、1974年Massey根據(jù)Shannon信息論最早證明了若將編碼與調(diào)制作為一個整體進行最佳設計可以大大地改善系統(tǒng)性能。1982年Ungerboeck提出了著名的網(wǎng)格編碼調(diào)制(TCM)技術。TCM技術的提出被公認為是自Shannon提出信息論以來通信領域的一個里程碑。但TCM在衰落信道中的性能并不理想。比特交織編碼調(diào)制(BICM)技術通過在編碼器和調(diào)制器之間插入比特交織器提高了系統(tǒng)在衰落信道下的分集度并增強了系統(tǒng)設計的靈活性。近年來，BI

2、CM由于頻譜利用率高、在衰落信道中性能優(yōu)異等優(yōu)點逐漸作為當今通信系統(tǒng)中的主流技術，如ETSI制定的DVB-T、DAB和DRM；3GPP制定WCDMA的增強版本HSPA及其演進版本LTE；IEEE制定的802.11和802.16等系列標準。
　　 為了減小由于編碼器和調(diào)制器級聯(lián)后的性能損失，BICM的解調(diào)器通過軟解調(diào)為譯碼器提供每個比特的度量值。雖然根據(jù)最大似然(ML)準則得出的比特度量值具有最優(yōu)的系統(tǒng)性能，但在高階調(diào)制中，ML比

3、特度量值的計算非常復雜。因此Max-Log是最常用的比特度量值計算方法。為了適應自適應調(diào)制的需求并簡化高階調(diào)制時的計算復雜度，本論文的主要工作為對各種調(diào)制方式下的比特度量值的近似計算進行研究。
　　 在無限長交織器假設下，本文首先給出了BICM系統(tǒng)傳統(tǒng)的獨立并行子信道模型，并分析了信道容量、截止速率和誤碼率性能限。針對實際應用中有限長交織器的情況，引入了非匹配譯碼模型及其廣義互信息(GMI)分析方法。在此基礎上，本文證明了GMI

4、的凸函數(shù)性質，系統(tǒng)地給出了BICM系統(tǒng)的GMI計算方法，得到了在非匹配譯碼模型中性能的上限，為比較現(xiàn)有的各種BICM系統(tǒng)性能提供了依據(jù)。
　　 本文針對格雷標號方式下的PSK調(diào)制，提出一種低復雜度的比特度量計算方法。本文首先用三角函數(shù)給出格雷碼各個比特的取值表達式，在此基礎上推導出各個比特度量值之間的遞推關系，利用遞推可將所有比特統(tǒng)一轉換為最高比特的度量值來計算，然后本文再給出最高比特度量值的計算方法。由于相鄰比特間的遞推關系與

5、調(diào)制階數(shù)無關，因此該方法不受調(diào)制階數(shù)的影響，可用于自適應調(diào)制系統(tǒng)，且在高階調(diào)制下具有很小的計算復雜度。本文以廣義互信息和系統(tǒng)誤碼率為衡量指標，表明該簡化方法在AWGN信道和衰落信道中的性能損失很小。
　　 本文給出ASK和QAM調(diào)制方式的低復雜度比特度量值計算方法。該方法仍然利用遞推將所有比特的度量值轉換為最高比特的度量值來計算。由于最高比特的度量值函數(shù)是該方法的關鍵，因此本文給出了三種近似函數(shù)，其中分段線性函數(shù)的性能和Max-

6、Log完全相同，非線性函數(shù)的和Max-Log各有優(yōu)劣，然后根據(jù)前兩個近似函數(shù)的優(yōu)缺點，給出了性能更優(yōu)的混合近似函數(shù)。通過分析和仿真表明，本文所提的方法不僅計算復雜度低，且其性能和Max-Log非常接近。若采用混合近似函數(shù)，該方法的性能將超過Max-Log。
　　 本文對階數(shù)為22k+1的調(diào)制方式的比特度量值計算進行了研究。由于在BICM系統(tǒng)中，采用Cross-QAM星座的32-QAM和128-QAM是兩種最常用的方式。本文針對這