论文级联LDPC码的分层空时编码，本文是关于编码类毕业论文范文跟级联和分层和编码研究相关本科论文开题报告范文.
摘 要：在MIMO技术中分层空时编码（BLAST）能获得信道容量较大,且随发送天线数的增加其频带利用率呈线性增加.由于大气衰减、光强闪烁等因素的影响,使得BLAST系统在传输时系统误码率增高,不能满足未来移动通信系统安全可靠通信的要求,因此将LDPC码与分层空时码级联来解决这一问题,构成LDPC-BLAST系统,并采用BP译码算法使系统性能达到最佳化.实验结果表明：级联LDPC码的分层空时码能抑制大气湍流效应,使系统误码率降低,从而提高通信系统的性能.
关键词：MIMO；BLAST编码；LDPC码；LDPC-BLAST系统
中图分类号：TN919.3+1 文献标识码：Ａ 文章编号：1674-0033（2018）02-0080-05
Research for Joint Encoding of Bell Labs Layered
Space-Time Code and LDPC Code
ZHANG Na, HE Jian-, WANG Yuan-yuan
(School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shangluo University, Shangluo 726000, Shaanxi)
Abstract:Bell Labs Layered Space-time（BLAST）codes can obtain large MIMO channel capacity, the bandwidth efficiency increases linearly with increase of the number of tranit antennas. The system tranitted will be subjected to atmospheric attenuation and scintillation and background radiation effect in the atmosphere, make the wireless laser communication system can´t meet requirement of safe and reliable due to the bit error rate (BER) increased, In order to solve this problem, joint encoding of BLAST Code and LDPC code to form LDPC-BLAST system and use BP decoding to achieve the best performance. The results show that bit error rate(BER) reduced significantly and atmospheric turbulence suppressed with LDPC-BLAST structure, and thus improve the performance of the communication system.
Key words:MIMO；BLAST code；LDPC code；LDPC-BLAST structure
未来移动通信系统提供多种业务时要求有可靠的通信质量,这对系统的信道容量提出了很高的要求.多输入多输出（multiple input multiple output,MIMO）系统能极大地提高系统的频谱利用率[1-2],满足用户的高速率通信需求,空时编码技术是一种获得MIMO系统容量,提高通信质量的可行性技术[3-4],因此成为未来移动通信中具有发展前景的技术.由于大气衰减、光强闪烁等因素的影响,使得空时编码在大气中传输时误码率增高,为保障通信系统安全可靠进行降低误码率,可将具有良好纠错能力的纠错码应用于移动通信、卫星通信、激光通信等系统中[5].王惠琴将RS码与STBC码（空时分组码）级联,级联方案比未编码方案获得较高的编码增益[6].张宇等将Turbo码与STBC码级联,联合编码利用Turbo码优异的纠错性能与空时分组码满分集增益特性,提高了系统的性能[7].王盈君遥等[8]将LDPC码与STBC码级联,LDPC-STBC编码相比STBC编码在相同的信噪比下减小了误码率,提高系统性能.包涛等[9]将RS码与空时编码级联,此结构降低了误码率,尤其在信噪比较大时优越性更为显著.张娜[10]将Turbo码与BLAST码级联,在相同信噪比下,Turbo-BLAST级联编码比BLAST编码误码率小,能有效提高通信系统的性能.本文将LDPC码与BLAST码级联,并采用BP迭代检测算法进行译码.
1 LDPC-BLAST级联编码
1.1 BLAST编码
分层空时编码是由贝尔实验室的Foschini在1996年提出的,因而被称为BLAST（Bell Labs Layered Space-Time ）编码[11].获得MIMO信道容量较大,且随发送天线数的增加其频带利用率呈线性增加[12].分层空时编码原理框图如图1所示,在发送端,将信源发出的一串数据流通过串并转换后分为若干子数据流,再分别送入分层空时编码器中进行编码,经PPM调制后分别由发送天线发送；在接收端,接收天线对接收到的数据流进行PPM解调,再由分层空时译码器进行译码,最后将若干子数据流进行合并恢复出原始信号.
1.2 LDPC编码
LDPC编码是1962年由Gallager提出的,根据目前对LDPC编码的研究,被认为是迄今为止性能最好的码[13].LDPC编码的理论分析简单,容易实现,因此在光通信、卫星通信以及深空通信等领域被广泛应用.
LDPC码是基于稀疏校验矩阵的编码,即LDPC码的校验矩阵中只有小部分是非零数,其余均为零.最早由Gallager给出规则LDPC码的构造方法[14],校验矩阵的构造选用高斯消元法[15].假设一个n列、m行(n,j,k)的LDPC码校验矩阵H,每一列中“1”的个数为j,每一行中“1”的个数为k.LDPC编码方法步骤为：
1）随机给出矩阵H的行数和列数,分别设为M和N.
2)检测矩阵H中任意两列或两行间共同为“1”的个数是否大于1,若大于1则对矩阵H中“1”的排列进行修改,直到满足条件为止.
3）矩阵H还需要满足的条件就是它是否满秩.因为矩阵H在随后要进行高斯消元,就需要H是满秩的,所以在这一步就要对H再进行调整.
4）满足以上条件后得到的矩阵H为LDPC码的校验矩阵.假设编码之前的数据流为X等于(x1,x2,…,xN-M),对H进行高斯消元转变成等价的下三角形式.
5）对转变的下三角形式矩阵进行初步变换.使得矩阵H等于[p/I].
6）生成矩阵G等于[I/pT],则接收数据流Y等于X·G直接编码得出.其中H·Y等于0.
1.3 LDPC-BLAST级联编码
BLAST码在大气中传输时受到大气湍流效应、光强闪烁等因素影响,使无线激光通信系统误码率增高,为降低误码率提高通信系统的安全性,将具有良好性能的LDPC码与BLAST码级联.一个基本LDPC-BLAST系统结构如图2所示.
在发送端,信源发出信息先进行LDPC编码,通过串并转换后送入分层空时编码器,再通过PPM调制后由光学天线发送,实现LDPC码与BLAST码级联的方案；在接收端,由天线接收的信号进行PPM解调后再进行检测与译码得到码字,通过并串转换后对码字进行译码得出最终的信息.为使系统性能达到最佳化采用译码复杂度低、结构灵活、逼近香农限的BP译码算法.
2 译码算法
7）校验方程HT·X等于0成立或者达到预定的最大迭代次数,则BP译码结束,否则重复第2步到第7步.
3 仿真分析
为具体分析LDPC-BLAST性能,仿真条件为：总功率ES归一化为1,光电转换效率为0.5；弱湍流时大气信道服从对数正态分布,闪烁因子SI等于0.6,强湍流时服从Gamma-gamma分布,闪烁因子SI等于3；信道服从平坦瑞利衰落特性；系统采用4-PPM调制；选用码率为1/2的规则LDPC码进行编码,采用BP译码算法,迭代次数为100；取天线数对分别为2×2、2×4的系统为例.
由图4和图5可以看出,弱湍流时当信噪比一定,系统的误码率随着天线数的增加而减小.根据图4,天线数为2×2和2×4,信噪比SNR等于25 dB时,采用ZF（迫零检测）算法的误码率分别为10-1和6×10-2,而采用ML（最大似然）算法的误码率分别为2.6×10-3和8×10-4.
比较图4和图5可以看出,弱湍流时,天线数分别为2×2、2×4的系统,采用LDPC码与分层空时编码进行级联能使该系统的误码率减小,且减小的幅度很大；当信噪比SNR等于15 dB时,若2×4系统均采用ML译码,D-BLAST编码的误码率为1.9×10-2,而LDPC+D-BLAST级联编码的误码率为9×10-6,系统误码率减小的幅度较大.
由图6或图7可以看出：强湍流时当信噪比一定,系统的误码率随着天线数的增加而减小.
比较图6和图7可以看出：强湍流时,天线数是2×2、2×4的系统,采用LDPC码与分层空时编码进行级联能使该系统的误码率减小,且减小的幅度很大；当信噪比SNR等于15 dB时,若2×4系统均采用ML译码,D-BLAST编码的误码率为4×10-2,而LDPC+D-BLAST级联编码的误码率为1.6×10-4,系统误码率减小的幅度较大.
4 结论
本文将LDPC码与分层空时编码进行级联编码在大气中传输,使得该系统既能获得信道编码增益,又能获得空时分集增益.仿真结果表明：系统的误码率随着天线数的增加而减小；将LDPC码与BLAST码级联结构比单个BLAST码能使系统的误码率减小,且减小的幅度很大；同时该系统能克服大气信道中的大气湍流、闪烁效应,从而提高了通信系统的性能,保障未来无线通信安全可靠地服务质量.
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参考文献：
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