多进制LDPC码在码分多址系统中的应用研究

作     者：文磊 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：博士

导师姓名：王建新

授予年度：2016年

学科分类：11[军事学] 

主      题：码分多址 多进制LDPC码 多进制联合稀疏图 伴随式效应 联合检测译码 置信度传播算法 

摘      要：码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)作为非常重要的一项多址技术,在无线通信领域得到广泛的应用。然而随着移动终端设备数量的急剧增加,用户数量超出系统容量的现象时有发生,多址接入系统经常陷入过载的工作状态,传输性能受到极大影响。多进制低密度奇偶校验码(Low-Density Parity-Check Code,LDPC Code)是现代信道编码研究领域的一个热点,具有逼近香农限的优异性能和可实现高速编译码的潜力,在移动通信中备受关注。论文将多进制LDPC码图模型的相关原理应用到CDMA扩频技术当中,采用低密度扩频方式解决码分多址系统过载的难题,并结合低密度扩频技术和低密度信道编码技术,构造了多进制联合稀疏图,主要工作及成果如下:(1)分析了多进制LDPC码图模型特点,研究了主元选择策略对LU分解的影响,提出通用的多进制LDPC码编码算法,与现有方法相比,采用该方法的编码复杂度更低,并研究了多进制LDPC码的迭代译码算法,分析了各类消息的密度分布特性。(2)考虑到过载情况下CDMA系统严重的多址干扰,借鉴多进制LDPC码的图模型结构,研究了低密度扩频的CDMA技术,该方案能够有效降低用户间干扰,更进一步,将低密度扩频Tanner图与多进制LDPC码的校验矩阵相结合,组成一幅多进制联合稀疏图,融合了多址接入、扩频和信道编码等多项技术,为联合接收机的设计奠定了基础。(3)基于多进制联合稀疏图和置信度传播算法,设计了联合检测译码算法,在多进制联合稀疏图上同时完成多用户检测和信道译码,计算机仿真结果表明,该方案的性能远优于传统的CDMA系统,而且能够达到比Turbo接收机更好的传输性能。(4)分析了多进制联合稀疏图的容量限,推导其外信息转移图(Extrinsic Information Transfer Chart,EXIT Chart)的闭合表达式,并以外信息转移图为工具,研究了消息传递机制对联合检测译码性能的影响,分析结果表明,洪水消息传递机制实时性更好,而串行消息传递机制的收敛性更好且计算复杂度更低,为实际系统的设计提供了不同类型的消息传递方案。(5)针对多进制联合稀疏图所特有的伴随式效应,引入伴随式节点,优化了联合稀疏图结构,利用外信息转移图分析了伴随式节点对图模型的影响,经过优化以后的多进制联合稀疏图的性能得到进一步提升。作为一类新型的联合接收机结构,多进制联合稀疏图CDMA将低密度扩频和低密度信道编码技术融合于一整幅稀疏图,有效提升了过载传输的通信性能,为移动通信组网提供了有价值的参考。