比特交織編碼調(diào)制系統(tǒng)的理論和軟解調(diào)技術(shù).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(shè)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(shù)。TCM技術(shù)的提出被公認為是自Shannon提出信息論以來通信領(lǐng)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(shù)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(shè)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(shù)，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(fù)雜。因此Max-Log是最常用的比特度量值計算方法。為了適應(yīng)自適應(yīng)調(diào)制的需求并簡化高階調(diào)制時的計算復(fù)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(shè)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(yīng)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(chǔ)上，本文證明了GMI

4、的凸函數(shù)性質(zhì)，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(fù)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(chǔ)上推導(dǎo)出各個比特度量值之間的遞推關(guān)系，利用遞推可將所有比特統(tǒng)一轉(zhuǎn)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(guān)系與

5、調(diào)制階數(shù)無關(guān)，因此該方法不受調(diào)制階數(shù)的影響，可用于自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)，且在高階調(diào)制下具有很小的計算復(fù)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(fù)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(zhuǎn)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(guān)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(fù)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