深空通信中Turbo编译码设计与性能仿真

深空通信信号传输距离遥远,能量衰减大,接收信号微弱,必须采用高增益的信道编码技术来提高接收能力.针对深空微弱信号处理的实际要求,介绍了Turbo码的编译码原理,详细分析了各编码参量和译码算法对性能的影响,将先进的二次置换多项式(QPP)交织器和线性拟合Log-Map译码算法结合,提出了一种新的深空编码实现方案,降低了交织器对存储的要求和译码算法的复杂性,减少了计算量,节省了存储空间.通过参量优化设计,提高了纠错性能.仿真实验结果表明:设计能够满足微弱信号低信噪比要求,而且易于物理实现.     

RaptorQ喷泉码编译码算法分析及优化

RaptorQ喷泉码是喷泉码的最新研究成果,理论分析和仿真验证表明,RaptorQ喷泉码是性能最好的喷泉码,同时也是编译码复杂度最高的喷泉码。针对RaptorQ喷泉码编译码复杂度高这一问题,以国际标准RFC6330所设计的RaptorQ码编译码流程为基础,提出一种RaptorQ编译码算法的优化版本。新的编译码流程通过固定生成矩阵的方式提前计算好生成矩阵并存储,方便随时调用;通过提前列变换的方式规避多次寻找标准行和高斯消去操作,以及通过去稀疏化的方式,减少编译码过程中的矩阵乘法和异或运算。仿真比较优化前后的编译码算法,结果表明,优化后的RaptorQ码编译码流程能够在保证传输性能不变的同时,减少RaptorQ喷泉码编译码基本运算次数、缩短RaptorQ喷泉码编译码的时间,降低了编译码的计算复杂度,并保持了传输性能。     

多址访问中继信道下多边LDPC码

为逼近解码前传半双工多址访问中继信道容量,提出一种多边低密度奇偶校验(low density parity check, LDPC)码校验点联合编码（parity jointly coded multi-edge type LDPC codes, PJCMET-LDPC）结构及其度分布优化方法。该结构视中继校验比特为PJCME-TLDPC码的一部分,目的端利用从信源和中继接收的消息联合译码获得所有信源信息。为了分析该编码算法的渐进性能,推导了基于消息错误概率的多边外信息转移图噪声门限分析方法。在此基础上,提出PJCMET LDPC码度分布优化方法。实验仿真表明,与SCC LDPC码和NCC -LDPC码相比,PJCMET-LDPC码可以获得更大的编码增益。     

基于单反馈SLT码的纠错码与MP联合译码

转移LT(shifted Luby transform,SLT)码是信源依据接收端的反馈信息进行的LT(Luby transform,LT)编码方法,这种编码方法可以有效地减少解码所需要的数据包个数,由此,本文针对基于单次反馈SLT码的信道纠错码与信息传递(message propagation,MP)联合译码方法,对原有的转移鲁棒孤立子分布(shifted robust soliton distribution,SRSD)函数进行改进得到适合MP联合译码的扩展转移鲁棒孤立子分布(expand shifted robust soliton distribution,ESRSD)函数。将本文提出的ESRSD用于MP联合译码方案分别与LT码、反馈SRSD MP联合译码相比,实验结果显示,采用本文提出的ESRSD进行编码在MP译码所需要数据包的个数最少。     

GF(22)域上的LDPC码在深空通信中的应用研究

提出了一种近似等效信道模型,实现了GF(22)域上的LDPC码在深空通信系统中的嵌入设计。仿真结果表明:当数据帧长为1784bits,biterrorrate(ber)为2×10-6,采用FFT-BP译码算法,50次迭代时,GF(22)域上的LDPC码相比RS码与卷积码级联码具有4.8dB的编码增益;如果采用MAX-LOG-BP简化译码算法,10次迭代时,前者仍然能获得约3.8dB的增益,且复杂度可以接受。     

基于树图剪枝的极化码译码简化算法

极化码是一种在二元对称信道下能够逼近香农限的信道编码,但其经典译码算法连续删除(successive cancellation,SC)译码和置信传播(belief propagation,BP)译码的复杂度较高,使得译码过程具有较大的计算复杂度和译码时延。对极化码译码过程的树图建模分析并对节点分类,证明了树图中部分节点对应的译码运算是冗余的。由此设计了树图剪枝的简化译码算法,在保证误码性能不变的前提下,明显降低了现有译码算法的计算复杂度。仿真结果证明,简化后SC译码和BP译码的译码复杂度较原始算法分别降低了36%~65%和41%~67%。     

多天线系统中BLAST算法和STBC算法的结合

提出了一种BLAST与STBC结合的算法,本算法适用于所有接收天线大于等于发射天线数的天线阵列.对于STBC的发射矩阵,每次只传榆矩阵的一行,在接收端对已接收的每行数据都进行检测.如果解码成功,发射端则停止发送矩阵数据;如果失败,就继续发射下一行.这样在发送第一行时等效于发送BLAST,可以获得空间复用增益,而在传输完最后一行时是完整的STBC,可以获得空问分集增益,在中间状态则可以获得部分的分集增益和部分的复用增益.本算法结合了BLAST和STBC的优势,相对于BALST算法有更低的误码率,而相对于STBC算法则有更高的传输速率.分别对基于正交空时码和准正交空时码的推荐算法进行了仿真,仿真结果支持了理论分析的结果.     

分布式存储系统中新型可修复喷泉码构造

为了缓解可修复喷泉码(repairable fountain codes,RFC)编码包传输需消耗大量带宽资源的难题,提出了一种基于改进压缩列存储算法的新型RFC构造方法(RFC based on improved compressed column storage,ICCS-RFC).对于ICCS-RFC方案,编码包...     

深空通信中喷泉码技术研究

深空通信时延长、误码率和丢包率大、上下行链路带宽不对称和链路易中断等特点,决定了编译码技术成为深空通信中的一个难点问题。介绍了喷泉码的基本概念和特点,分析了喷泉码的全选问题、阶的分布问题和译码算法以及LDPC译码算法的性能等问题,提出了在深空通信中采用内码为LDPC码、外码为喷泉码的级联码方式,分析了该级联码的性能。结果表明,该码具有较好的性能以及与码长成线性关系的译码复杂度,能够满足深空通信对于信息传输可靠性的要求,满足通信质量要求,在深空通信中有很大的应用潜力。     

残留频偏条件下码辅助的迭代载波同步算法

LDPC编码系统,接收端在译码前需要对频偏和相差进行估计,使残留频偏和相差在译码器收敛的允许范围之内,但在低信噪比条件下,即使在收敛范围内,较大的残留频偏和相差也会对LDPC编码系统性能有明显的恶化,所以必须结合迭代译码系统,对信号的残留频偏和相差进行进一步的估计。基于EM算法推导了频偏联合相差的迭代估计算法,给出了一种简单有效的残留频偏估计方法,并以此为基础,结合LDPC迭代译码输出软信息的统计特性,提出了一种码辅助的迭代载波同步算法,仿真结果表明,只要残留频偏和相差在迭代估计器收敛范围内,提出的算法可以使LDPC编码系统的误比特率接近理想同步条件下的译码性能。     

准正交空时分组码的自适应正交化设计

为了能够在满足空时分组码完全分集的同时尽可能的降低译码复杂度,提出了准正交空时分组码的自适应正交化设计方案。在准正交空时分组码的编码结构上添加自适应系数,根据当前信道状态信息计算得到自适应系数的具体数值,使得传输数据符号之间相互正交,彼此没有干扰,从而实现完全分集,并且可以采用复杂度低的单符号译码方法恢复数据。仿真结果表明,准正交空时分组码自适应正交化设计方案的误码率性能明显好于利用星座旋转获得完全分集的准正交空时分组码方案,并且,只需要采用有限反馈的方法就能够实现近似理想反馈的误码率性能。

Abstract：

Adaptive orthogonalization design for quasi-orthogonal space-time block codes was proposed to achieve full diversity and decrease decoding complexity.Known of channel state information,adaptive parameter could be calculated and input symbols could be coded in the designed structure.With the particular space-time codes structure,symbols on different antenna were orthogonal to each others and received symbols could be single-symbol decoded.Simulation results show that the adaptive scheme has obvious advantage compared with constellation rotation scheme.Limited feedback scheme is feasible and has almost the same optimal performance as the ideal full feedback scheme.     

基于机会式网络编码的多阶段重传机制

为进一步提高无线单跳网络中基于网络编码的重传机制的效率,提出了基于机会式网络编码的多阶段重传机制(multi-stage retransmission scheme,MSRS)。根据丢包分布的不同特性,MSRS将丢包恢复分为两个阶段。第一阶段对全译码特性丢包利用严格即时可解网络编码思想进行恢复,第二阶段对非全译码特性丢包利用基于缓存的网络编码进行协助恢复。MSRS分阶段恢复丢包的思想充分利用了全译码特性包的编码机会,同时也挖掘了非全译码特性包潜在的编码机会,解决了非全译码特性包编码机会利用率低的问题。仿真实验表明,MSRS相比现有基于网络编码的重传方法能有效降低重传次数,且具有更好的稳定性。     

基于冗余避免的高效网络编码广播重传方法

为了提高无线网络中基于网络编码的广播重传方法的编码效率,从而有效地减少重传次数和数据包传输时延,提出一种主动避免编码冗余的高效网络编码广播重传方法(network coding broadcasting retransmission approach based on redundancy avoiding,NCRA)。NCRA编码时主动避免不能解码的编码组合被重复编码重传,同时优先编码重传对接收节点已缓存的未解码编码包的解码贡献较大的丢失数据包以充分利用编码机会,在对解码贡献相同的条件下优先编码较早丢失的数据包以减小数据包传输时延。理论分析和仿真结果表明,NCRA算法相比于现有算法能有效减小重传次数和降低数据包传输时延,减少网络开销,进一步提高了编码重传的效率。     

宽带MIMO系统低复杂度压扩变换

针对循环前缀（cyclic prefix, CP）编码单载波(single carrier, SC)空间复用多输入多输出（multiple-input multiple output, MIMO）系统,基于变分推理,本文提出一种新的低复杂度压扩变换Turbo频域均衡（Turbo frequency domain equalization, TFDE）算法。相对于传统的TFDE算法,文中算法有两点明显不同,一是采用解码器压扩后验信息,计算软输入软输出（soft in soft out, SISO）频域均衡器（frequency domain equalizer, FDE）的数据先验均值和方差矩阵,二是采用SISO FDE外部数据均值、方差以及解码器压扩外信息,计算解码器先验信息。分析和仿真结果表明,这种新的TFDE算法在误码率（bit error rate, BER）性能、迭代收敛速度和总体计算复杂度方面均优于传统的MIMO TFDE算法。     

基于低密度格码的编码协作中继系统

提出一种联合低密度奇偶校验码(low density parity check,LDPC)的低密度格码编码协作(low density lattice code coded cooperation,LDLC-CC)改进方案。中继对源节点广播的LDLC码字进行译码,并向目的节点转发基于LDPC和LDLC编码的增强校验信息。通过利用校验矩阵下三角结构特性,源节点和中继节点可以简单地通过各自的校验矩阵进行整形和编码,且采用的LDLC校验矩阵可以构成高维下三角结构校验矩阵。此外,设计了目的节点联合迭代软译码算法。该算法建立了LDLC联合译码与LDPC软译码之间的联系,相比LDPC硬译码可以获得显著的编码增益。仿真结果显示,在瑞利慢衰落信道下提出的联合LDPC的LDLC-CC系统相比传统无协作直传LDLC系统最大可以取得近5 dB性能增益。     

Turbo decoding using two soft output values

It is well known that turbo decoding always begins from the first component decoder and supposes that the apriori information is "0" at the first iterative decoding. To alternatively start decoding at two component decoders, we can gain two soft output values for the received observation of an input bit. It is obvious that two soft output values comprise more sufficient extrinsic information than only one output value obtained in the conventional scheme since different start points of decoding result in different combinations of the a priori information and the input codewords with different symbol orders due to the permutation of an interleaver. Summarizing two soft output values for erery bit before making hard decisions, we can correct more errors due to their complement. Consequently, turbo codes can achieve better error correcting performance than before in this way. Simulation results show that the performance of turbo codes using the novel proposed decoding scheme can get a growing improvement wi     

双联合收发空间调制方案设计与性能分析

针对当前社会对高速率以及高效率日益增长的需求,提出了一种双联合收发空间调制(double joint transceiver spatial modulation, DJSM)方案, 在传统联合收发空间调制(joint transceiver spatial modulation, JSM)的基础上加入双空间调制(double spatial modulation, DSM), 提高空间调制(spatial modulation, SM)系统的信息传输速率和可靠性。DJSM方案中, 发送端通过进行两次独立SM过程, 将输入信息的比特序列分别映射至两个调制符号以及各自对应的激活发送天线分组, 从而显著提高系统频谱效率。为区分两调制符号, 在发送前会对其进行角度旋转最优化处理。基于联合上界技术,本文给出了DJSM方案的平均比特错误概率(average bit error probability, ABEP)。仿真结果表明本文所提DJSM方案的ABEP性能明显优于传统JSM方案和正交联合收发空间调制方案。     

Hybrid pilots assisted channel estimation algorithm for MIMO-OFDM systems

Abstract: A hybrid pilots assisted channel estimation algorithm for multiple input multiple output (MIMO) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems under low signal-to-noise ratio (SNR) and arbitrary Doppler spread scenarios is proposed. Motivated by the dissatisfactory performance of the optimal pilots (OPs) designed under static channels over multiple OFDM symbols imposed by fast fading channels, the proposed scheme first assumes that the virtual pilot tones superimposed at data locations over specific subcarriers are transmitted from all antennas, then the virtual received pilot signals at the corresponding locations can be obtained by making full use of the time and frequency domain correlations of the frequency responses of the time varying dispersive fading channels and the received signals at pilot subcarriers, finally the channel parameters are derived from the combination of the real and virtual received pilot signals over one OFDM symbol based on least square (LS) criterion. Simulation results illustrate that the proposed method is insensitive to Doppler spread and can effectively ameliorate the mean square error (MSE) floor inherent to the previous method, meanwhile its performance outmatches that of OPs at low SNR region under static channels.     

基于BICM-ID的多址接入协同中继系统的性能研究

为了提高联合网络编码调制在多址接入中继系统的上行链路衰落信道下的性能,提出了在中继节点处使用卷积码与16进制正交幅度调制改进集分割映射星座映射方式相匹配的联合编码调制方式,并在基站处设计了相应的迭代译码解调方案。通过衰落信道下系统误比特率的性能渐近限和外信息转移图的分析,证明了在衰落信道下,改进集分割映射在卷积码迭代译码方案下优于传统格雷映射方式。软件仿真结果也证明了在瑞利衰落信道下,改进集分割映射相对于传统格雷映射方法在误码率为10^-5时获得了4 dB的显著性能增益。     

解旅行商问题的一个新的遗传算法

对旅行商(TSP)问题设计了一个新的遗传算法.首先,对n个城市的旅行商问题设计了一个新的编码方法,并且对这种编码方法,给出了简便的解码方法.其次,针对编码的特点,设计了一种新的、有效的杂交算子和变异算子,这些算子均能直接产生可行的后代.为提高杂交算子的搜索能力,结合了一个局部搜索技术来改进杂交算子.在此基础上,提出了求解TSP的一个新的遗传算法,并证明了其全局收敛性.为了验证算法的有效性,对10个国际标准算例(城市规模从14到1000)进行了计算机仿真,结果表明算法是有效的.