1、LDPC 碼簡介信道編碼的發展歷程 Hamming 碼 卷積碼 循環碼、BCH碼 TCM(1982) Turbo碼、Turbo-like 碼(1974,1993) LDPC碼(1962,1996) 空時碼(70年代的傳輸分集、1996)2022-4-103Introduction to LDPC codes a class of linear block codes with low-density parity-check matrices.Descriptions:Generation matricesParity-check matricesTanner graphs2022-4-104

2、Introduction to LDPC codesFig1. Descriptions of LDPC codes with Parity-check matrices and Tanner graphs10101010100101010110011001011001 Pearl置信傳播 快速傅立葉變換 BCJR前向/后向算法 VA算法 LDPC碼的大數判決算法 開爾曼(Kalman)濾波器空時碼在未來無線通信中的應用主要內容 空時碼提出的背景 空時碼研究現狀 三種基本的空時編碼技術 空時碼在3G中的應用 工作簡介1 空時碼提出的背景-1 未來移動通信系統的目標未來移動通信系統的目標 未來移

3、動通信系統中的信道特點未來移動通信系統中的信道特點支持更高容量高質量的語音和數據傳輸 20Mbps 有更嚴重的碼間干擾 有更大的多譜勒頻移 通信終端在更高的移動速度下實現可靠傳輸 香農信息理論的限制香農信息理論的限制1 空時碼提出的背景-2 針對速率問題針對速率問題 針對抗衰落的問題針對抗衰落的問題多址方式的變化：TDMA、FDMA、CDMA 信道編碼技術主要利用時間分集 接收分集技術主要利用空間分集 調制方式的變化：高階調制方式、OFDM 解決上述問題的常用方法解決上述問題的常用方法單天線系統單天線系統1 空時碼提出的背景-3 針對速率問題針對速率問題方式：方式：采用多天線陣系統依據：依據：

4、多天線陣的信道容量理論解決上述問題的一種新思路解決上述問題的一種新思路多天線陣系統多天線陣系統 針對抗衰落的問題針對抗衰落的問題空時編碼技術同時利用時間分集和空間分集 2 空時碼研究現狀-基本思想圖1 接收天線等于發送天線空時系統的遍歷信道容量 2 空時碼研究現狀-基本思想圖2、空時編碼系統示意圖2 空時碼研究現狀-基本思想擬解決的問題：擬解決的問題：在帶寬有限的信道中實現信息的高速傳輸解決方法：解決方法： a) 利用空間傳遞冗余信息； b) 利用多天線技術提供的并行信道傳輸信息帶來的問題帶來的問題 a) 信道容量； b) 發送信號設計； c) 接收端信號檢測2. 空時碼研究現狀信道特性已知信

5、道特性未知LST 1996，Bell USTM 2000 BellSTBC 1998, AT&TDSTM 2000 AT&T, 2001 BellSTTC 1998, AT&T 目前，STBC和LST(MIMO) 已經被3Gpp協議采納。3 三種基本的空時編碼技術 分層空時碼(LSTC, Layered Space-Time Code) 分組空時碼(STBC, Space-Time Block Code) 網格空時碼(STTC, Space-Time Trellis Code )3.1 分層空時碼編碼算法 發展概況 VLST、DLSTC (1996) Threaded

6、STC(TSTC) (2001) IT No.6 Wrapped STC(WSTC) (2003) IT No.63.1 分層空時碼編碼算法圖3 LSTC編碼器示意圖3.1 分層空時碼譯碼算法 ZF算法性能最差，復雜度最低 MMSE算法 球包限算法 ML算法性能最好，復雜度最大3.1 分層空時碼優缺點 優點 速率變化比較靈活 速率隨發送天線數線性增加 缺點 分集較小，可認為是一種空間復用技術 結論 與接近信道容量的二進制編碼方式聯合使用將是一種較好的應用方式。3.2 分組空時碼 發展概況 1 基于正交設計原理的正交STBC Almouti(1998) Tarokh(1998) Liang(20

7、03)(m+1)/2m, 其中n=2m-1或2m 2 準正交STBC(2001)以分集為代價換取速率 3 基于代數構造設計的非正交STBC (2002)3.2 分組空時碼編碼算法*1*2212xxxxC22222222*22*11*3*3*22*11*3*33*1*23213xxxxxxxxxxxxxxxxxxC3.2 分組空時碼譯碼算法 mjtjtjttjtjtccrccr12*1, 2*2, 11122, 21, 11 211212,211, 2*2*, 111tmjijitmjjjjjccrr 221212,221, 1*2*, 211tmjijitmjjjjjccrr3.2 分組空時碼

8、優缺點 優點 編譯碼簡單 獲得滿分集 缺點 速率損失 無編碼增益，可認為是一種分集技術 3.3 網格空時碼編碼算法 發展概況 STTC Tarokh(1998) MTCM Lin(2002) SOSTTC Jafsrkhani (2003) 優化 成對錯誤概率 距離譜特性3.3 網格空時碼編碼算法T0T1調制調制0b1b圖4、基于QPSK調制的4狀態STTC編碼器及對應狀態轉移圖3.3 網格空時碼譯碼算法 Viterbi 譯碼算法適用于非級連系統 MAP 算法 適用于級連系統3.3 網格空時碼優缺點 優點 能夠獲得編碼增益，性能好 可獲得滿分集 缺點 實現復雜度較大 速率受限制 3.4 三種編

9、碼方式比較STTCSTBCLSTC速率b bitsn=2, b bitsn2 b bits nb bits分集nmnmnm復雜度最大最小4 空時碼在3G中的應用 發展概況 STBC的應用 LSTC的應用4 空時碼在3G中的應用STBC0b1b2b3b0b1b2b3b2b1b3b0bAntenna 1Antenna 2圖5 3G中STTD空時編碼方式4 空時碼在3G中的應用STBC隨機交織STTD復用器XX天線 1天線 2STTDSTTD速率匹配信道編碼擾碼控制信息控制信息圖6 3G中STTD應用方式語音業務4 空時碼在3G中的應用HSDPAAnt+1x擾碼多碼復用擴頻碼 N擴頻碼 1Nx圖7

10、3G中HSDPA的解決方式之一傳統解決方式4 空時碼在3G中的應用HSDPASTTDAnt 1Ant 2+STTDSTTD21,xx+擾碼多碼復用擴頻碼 N擴頻碼 121,xx*1*2,xxNNxx212,NNxx212,*12*2,NNxx圖8 3G中HSDPA的解決方式之二STTD方式4 空時碼在3G中的應用HSDPA圖9 3G中HSDPA的解決方式之三LSTC解決方案 擴頻碼 1 天線 1 天線 n + + 擾 碼 多碼 復用 擴頻碼 M 擴頻碼 2 擴頻 數據 擴頻 數據 擴頻 數據 第 1 組子信息 第 M 組子信息 導頻序列 1 導頻序列 n 數據流 4 空時碼在3G中的應用比較1

11、AntTx techniqueCode rateModulationData rate(1,1)Conventional64QAM10.8 Mbps(2,1)STTD64QAM10.8 Mbps(2,2)Code re-use8PSK10.8 Mbps(4,4)Code re-use + 8/9 puncQPSK10.8 Mbps碼片速率 3.84 Mchips/sec 擴頻因子 32chips/Symbol譜效率 4.5information bits/Symbol擴頻碼數 N=20速率 (3.84/32) * 4.5 * 20 = 10.8Mbps05101520253010-310-21

12、0-1100FEREb/N0 (dB)Conv (1,1)STTD (2,1)CR (4,4)CR (2,2)圖10. 平坦衰落信道下的性能，傳輸速率10.8Mbps 終端速度 3km/hr4 空時碼在3G中的應用比較1AntTx techniqueCode rateModulationData rate(1,1)Conventional64QAM10.8 Mbps(2,1)STTD64QAM10.8 Mbps(4,4)Code re-useQPSK14.4 Mbps(4,4)Code re-use8PSK21.6 Mbps4 空時碼在3G中的應用比較2碼片速率 3.84 Mchips/sec 擴頻因子 32chips/Symbol擴頻碼數 N=20速率 (3.84/32) *20 = 2.4Mbps(1,1) 譜效率 4.5information bit/symbol (2,1) 譜效率 4.5information bit/symbol (4,4) 譜效率Q 6 information bit/symbol (4,4) 譜效率8 9 information bit/symbol 05101520253010-310-210-1100FEREb/N0