高速MIMO解调器的FPGA实现

研究了高速多入多出（MIMO）解调器的实时实现,并且基于一种与信道译码器联合迭代的MIMO检测算法,提出了高效可行的FPGA实现方案。仿真分析和实验表明,硬件实现的性能与理论性能接近。完全可应用于新一代移动通信系统中完成高速MIMO解调的任务。     

MIMO协同中继系统中的最大似然合并解调算法

协同中继系统通过合并解调不同路径的信号副本,得到比非协同系统更优的误码性能。传统的合并解调算法将合并解调过程分开处理,性能较差。该文针对多输入多输出（MIMO）放大转发协同中继系统,基于最大似然（ML）准则,提出了在目的节点对来自源节点和中继节点的信号进行合并解调的新算法。该算法首先对来自源节点和中继节点的信号进行ML合并,然后采用传统的MIMO最大似然检测完成信号的解调。分析与仿真结果表明,与最大比合并（MRC）等算法相比,在不同调制方式和信道条件下,所提算法均获得了显著的性能增益,且高阶调制下的复杂度低。      

一种新颖的低复杂度MIMO—BICM迭代接收机设计

本文提出了一种用于多入多出（MIMO）比特交织编码调制（BICM）系统的低复杂度迭代接收机方案．该方案在第一次迭代中采用线性最小均方误差（MMSE）滤波，而在随后的迭代中采用一种低复杂度MMSE结合软干扰消除（SIC）的算法来抑制残余干扰和噪声．该算法通过将软干扰消除后的残余干扰和噪声的各分量近似为不相关的随机变量，使得在MMSE滤波时不必矩阵求逆，从而大大降低了计算复杂度．仿真证实该方案可以获得和传统的基于MMSE结合SIC的方案几乎相同的性能。     

π/4-DQPSK信号的迭代差分检测

为了提高π/4-DQPSK信号在差分检测中的性能,本文提出了一种基于比特APP(A Pesteriori Probability)差分解调和软判决译码联合迭代处理的新的检测方法.该方法将Brink系统模型推广至差分编码信号,软解调时不依赖网格结构,而是直接利用了星座映射引入的相关性和信道译码的反馈信息,获得了系统复杂度的降低;通过编码比特的软信息在解调器与译码器间的充分交换,实现系统低信噪比环境下整体误比特性能的提高.仿真结果表明,在无码间干扰的AWGN信道下,接收信号大于3.5dB时,文中的差分检测方法仅需迭代3次就可获得低于10-4的误比特性能,较同条件的迭代相干检测只有约1.4dB的性能损失.     

双向中继信道下迭代差分接收机设计

物理层网络编码(PNC)能够将系统吞吐量提高一倍,其实现方式多基于相关解调,然而实际无线信道具有快时变、多径传播等特点,导致瞬时信道状态信息难以获取,本文针对这一问题基于比特交织编码迭代译码系统提出了一种基于差分调制的非相干物理层网络编码接收机设计方案,在没有信道状态信息(CSI)的条件下中继接收机能够基于非相干解调得到网络编码比特的对数似然比(LLR),然后通过软译码和迭代反馈进一步提高系统抗噪声性能,实验结果表明该方案可以实现可靠的物理层网络编码非相干接收。     

一种高效的串行级联非递归GMSK系统设计

在诸如卫星通信、深空通信和无人机通信等领域中,收发端通常工作在低信噪比、功率和频谱双重受限的条件下。因此,串行级联CPM(包括GMSK调制)方案得到了广泛的关注和应用。针对串行级联CPM中非相干解调算法存在的较大性能损失,提出了一种导频辅助的准相干解调算法。该算法的基本原理是将编码后的序列分成若干组,在每组数据块中分插导频符号后送入调制器,解调时在相邻导频块之间采用状态初始化后的BCJR算法。仿真结果表明:非联合迭代方案下,利用少量导频辅助的准相干解调串行级联CPM系统可以获得接近于相干解调的性能;联合迭代方案下,仅利用2个导频的准相干软输入软输出串行级联CPM系统能够得到将近2 dB的性能增益。此外,设计的串行级联CPM系统还具有一定的抗突发错误能力。     

基于差分调制的编码协作方案

通常的编码协作采用相干检测方式,要求精确的信道估计,从而增加了系统实现复杂度。考虑采用非相干检测,提出了一种基于差分调制的编码协作方案,并分析了该方案下系统协作与非协作的误码率性能,并在目的端引入CRC校验方法进一步提高用户上行信道不对称时的系统性能。仿真表明:进行协作后系统可以达到完全分集。当源端用户比协作用户上行信道信噪比高时,提出的方案可使系统性能改善0.2~1.2 dB。     

多元位置相移键控的相干相关解调器

多元位置相移键控(MPPSK)是一种新型单载波调制技术。为提高解调性能,采用窄带滤波器提取相干载波对MPPSK信号的冲击滤波输出进行相干检波,得到信号包络;根据包络信号与本地模板序列的相关性,联合幅度-位置检测法和相关函数检测法,设计出相干相关解调器;基于Matlab仿真对传统的幅度门限解调器和相干相关解调器的性能进行了对比。结果表明,在强噪声环境下两者性能趋于一致;在弱噪声环境下,相干相关解调器提升了系统解调性能且简化了相干接收机结构。分析和实验表明了所提MPPSK解调器的有效性。      

基于SCCC结构非相干MAP译码的简化算法

差分编码和序列译码相结合是实现高性能非相干解调的主要方式。对采用差分编码的SCCC结构进行非相干译码,其性能近乎于相干解调,但在估计信道转移概率时引入了修正的零阶贝塞尔函数,因此译码复杂度过高,不利于工程实现。针对该问题,该文提出了两种基于SCCC结构的非相干MAP译码的简化算法。该算法利用对贝塞尔函数的近似式,简化了内码译码log-MAP算法中分支度量的计算。理论分析和仿真结果表明,简化后的算法在保证译码性能的前提下,显著地减小了译码复杂度。     

LDPC编码调制系统中基于反馈LLR均值的迭代解调/译码算法

该文针对LDPC码编码的BICM系统,提出一种对LDPC码译码器输出外附信息的计算方法进行改进的迭代解调/译码算法。与传统的解调/译码算法不同在于,该算法对每次BP迭代中译码器输出的各编码比特的外附LLR分别求均值后,再将其作为先验信息反馈给软解调器开始下次的迭代解调/译码。采用该方法可有效地减轻LDPC码在BP迭代过程中某些比特LLR值的振荡现象,从而使得传递给软解调器的外附信息更准确。仿真结果表明,和传统的两种迭代解调/译码算法相比,该算法能进一步提高LDPC编码BICM迭代系统的译码性能,而复杂度并无明显增加。     

A low-complexity noncoherent iterative space-time demodulator

Turbo coded unitary space-time modulation (USTM) can provide large coding gain as compared to uncoded USTM. Because the noncoherent space-time maximum a posteriori demodulator is very complicated, in this letter, we propose a new low-complexity noncoherent iterative space-time demodulator for the USTM constructed from pilot symbol-assisted modulation. The proposed demodulator utilizes both hard and soft decisions from the turbo decoder to simplify the computational task as well as produce reliable soft outputs. Several examples demonstrate that this demodulator has both low complexity and good error performance.     

瑞利衰落信道下基于LDPC码USTM的MIMO系统

研究了一种联合低密度校验(LDPC,Low-Density Parity-Check)码和酉空时调制(USTM,Unitary Space-Time Modulation)技术在不相关瑞利平坦衰落(Rayleigh flat fading)下的多输入多输出信道(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)系统的性能.在无信道状态信息下,采用可并行操作的和积译码算法(SPA,Sum-Product Algorithm)的LDPCC-USTM级联系统具有优异的性能,并分析了不同LDPC码集下对系统性能的影响.仿真结果表明LDPCC-USTM级联系统比与未级联的相比有近23dB的编码增益,与基于Turbo码的USTM[6]系统相比有5dB多的编码增益,且基于非规则的LDPC码的级联系统比基于规则码有近1dB的编码增益.     

Performance analysis and design optimization of LDPC-coded MIMO OFDM systems

We consider the performance analysis and design optimization of low-density parity check (LDPC) coded multiple-input multiple-output (MIMO) orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) systems for high data rate wireless transmission. The tools of density evolution with mixture Gaussian approximations are used to optimize irregular LDPC codes and to compute minimum operational signal-to-noise ratios (SNRs) for ergodic MIMO OFDM channels. In particular, the optimization is done for various MIMO OFDM system configurations, which include a different number of antennas, different channel models, and different demodulation schemes; the optimized performance is compared with the corresponding channel capacity. It is shown that along with the optimized irregular LDPC codes, a turbo iterative receiver that consists of a soft maximum a posteriori (MAP) demodulator and a belief-propagation LDPC decoder can perform within 1 dB from the ergodic capacity of the MIMO OFDM systems under consideration. It is also shown that compared with the optimal MAP demodulator-based receivers, the receivers employing a low-complexity linear minimum mean-square-error soft-interference-cancellation (LMMSE-SIC) demodulator have a small performance loss (< 1dB) in spatially uncorrelated MIMO channels but suffer extra performance loss in MIMO channels with spatial correlation. Finally, from the LDPC profiles that already are optimized for ergodic channels, we heuristically construct small block-size irregular LDPC codes for outage MIMO OFDM channels; as shown from simulation results, the irregular LDPC codes constructed here are helpful in expediting the convergence of the iterative receivers.     

短帧长CCPM信号优化设计及简化译码

针对突发通信和卫星测控通信中对于短帧长、高性能和低复杂度的需求,提出一种短帧长C2PM(codedcontinuous phase modulation)系统的优化设计方案,包括编码GMSK系统的优化设计及简化译码。对于编码GMSK系统,采用简化解调器、优化卷积码生成多项式和匹配交织器的方式,可实现系统参数优化。加性高斯白噪声(AWGN)信道下的仿真结果表明,系统性能优于常用卷积码性能,特别是在10-5误比特率时,略优于同帧长的Turbo码和LDPC码性能,且无误码平底出现。对编码GMSK系统复杂度的分析结果表明,该系统实现复杂度低于常用卷积码、同帧长Turbo码和LDPC码。     

Reliability-based coded modulation with low-density parity-check codes

In this letter, we consider the interleaver design in bit-interleaved coded modulation (BICM) with low-density parity-check (LDPC) codes. The design paradigm is to provide more coding protection through iterative decoding to bits that are less protected by modulation (and are thus less reliable at the output of the demodulator). The design is carried out by an ad hoc search algorithm over the column permutations of the parity-check matrix. Our simulations show that the proposed reliability-based coded modulation scheme can improve the error-rate performance of conventional BICM schemes based on regular LDPC codes by a few tenths of a decibel, with no added complexity.     

On Trellis Coded Noncoherent Space-Time Modulation

Unitary space-time modulation (USTM) is well-tailored for noncoherent space-time modulation. Trellis coded USTM (TC-USTM) can obtain significant coding gains over uncoded USTM for the noncoherent block fading channel. Conventional TC-USTM schemes expand the signal set of uncoded USTM by a factor of two. In this letter, we propose a new TC-USTM scheme in which the size of USTM set is not limited to be just double for uncoded USTM. However, in TC-USTM schemes, because signals of the same trellis branch are transmitted over the same fading coefficients, one trellis branch can only obtain one temporal diversity. In this letter, we also propose a new trellis coded noncoherent space-time modulation scheme by interleaving space-time signals. The proposed scheme can enlarge temporal diversity at the price of increased complexity and delay. Simulation results demonstrate the excellent error performances of codes found by computer searches for both schemes.     

低密度奇偶校验码在EBPSK系统中的应用

扩展的二元相移键控(EBPSK)是一种高效调制,为了降低其在低信噪比下的误码率,引入了低密度奇偶校验码(LDPC)。用BP算法对LDPC码进行译码时,需要计算译码初始信息。根据所用EBPSK解调器的特点,本文定义了解调输出的近似似然比,不仅可以降低系统的复杂性,同时通过仿真发现,利用其作为译码初始消息可以得到较高的信噪比增益。因此,在EBPSK系统中应用LDPC码以抵抗噪声、降低误码率是一种较有效的方式。     

An iterative reliability-based decoding for LDPC coded modulation system

In this paper, A Belief Propagation concatenated Orderd-Statistic Decoder （BP-OSD） based on accumulated Log-Likelihood Ratio （LLR） is proposed for medium and short lengths Low Density Parity-Check （LDPC） codes coded Bit-Interleaved Coded Modulation （BICM） systems. The accumulated soft output values delivered by every BP iteration are used as reliability values of Soft-Input Soft-Output OSD （SISO-OSD） decoder and the soft output of SISO-OSD is used as a priori probabilities of the demodulator for the next iteration. Simulation results show that this improved algorithm achieves noticeable performance gain with only modest increase in computation complexity.     

采用预判决信息的LDPC码编码调制方案性能研究

低密度奇偶校验(LDPC)码是Turbo码以外另一种性能接近香农限的好码.本文将LDPC码与比特交织编码调制(BICM)相结合,首先给出了在不使用传统解调器与译码器之间迭代的情况下8PSK调制方案在AWGN信道和Rayleigh衰落信道中的性能(简称为无迭代方案).然后提出了一种新的接收端解决方案:首先对接收符号进行预判决,判决信息被用来调整解调器,从而在一定程度上弥补了不使用解调器与译码器之间迭代所造成的性能损失,并且相对于无迭代方案接收端复杂度几乎没有变化,但性能却有所提高.这说明原有比特度量产生方法并不是最佳的,该文使用预判决信息的方案给出了一个改善的思路.通过仿真结果可以得到结论:使用本文所提出的方案在AWGN信道和Rayleigh衰落信道中都可以在不增加复杂度的情况下提高性能.     

多信源多中继编码协作系统准循环LDPC码的联合设计与性能分析

为解决多信源多中继低密度奇偶校验(LDPC)码编码协作系统编码复杂度高、编码时延长的问题,该文引入一种特殊结构的LDPC码—基于生成矩阵的准循环LDPC码(QC-LDPC)码。该类码结合了QC-LDPC码与基于生成矩阵LDPC (G-LDPC)码的特点,可直接实现完全并行编码,极大地降低了中继节点的编码时延及编码复杂度。在此基础上,推导出对应于信源节点和中继节点采用的QC-LDPC码的联合校验矩阵,并基于最大公约数(GCD)定理联合设计该矩阵以消除其所有围长为4, 6(girth-4, girth-6)的短环。理论分析和仿真结果表明,在同等条件下该系统的误码率(BER)性能优于相应的点对点系统。仿真结果还表明,与采用显式算法构造QC-LDPC码或一般构造QC-LDPC码的协作系统相比,采用联合设计QC-LDPC码的系统均可获得更高的编码增益。