突发错误信道中的Rateless编码连续相位调制系统研究

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在现代无线通信系统尤其是在战术数据链、磁记录信道、卫星通信、深空通信以及GSM-R等通信系统中,深衰落、强干扰和高移动性等因素都会引发突发错误,严重损坏通信质量,因此为了实现突发错误信道中的可靠通信有必要设计高效的编码和调制机制。基于数字喷泉的思想设计的Rateless码,适用于删除信道,AWGN信道和衰落信道。在发端,信道状态信息(Channel State Information,CSI)未知时,可以自适应地调整实际码率以实现可靠数据传输。考虑到突发错误信道的时变性,本文采用Rateless码作为自适应信道编码策略,既减小反馈时延又提高传输效率。另外,为了提高能量效率和频谱利用率,本文结合了包络恒定、相位连续的连续相位调制(Continuous Phase Modulation,CPM)机制,同时引入了CPM调制器的非递归分解模型,消除突发错误引起的错误传播。对于接收端未知CSI的场景,本文提出了简化的非相干软输入软输出解调算法,达到了解调性能和复杂度的折中。本文设计了一类突发错误信道中的Rateless编码CPM系统模型,首先对突发错误信道的特性进行研究,介绍了几种常见突发错误信道模型——突发噪声信道、突发衰落信道和突发删除信道,同时提出了一种突发错误检测算法;接着提出了多元Rateless码的构造方法:联合代数方法和图方法即使用叠加、扩展以及原模图的外信息传递(Extrinsic Information Transfer,EXIT)图优化等步骤构造了码率分别为3/4、3/5和1/2的多元速率兼容LDPC码;通过贪婪算法优化p序列,构造了码率从0.3到0.9的多元Kite码,本文构造的一系列多元Rateless码具有编码简单、性能优异等特点;之后本文介绍了多元Rateless码的编译码原理和算法。本文比较了二元和多元LDPC码在不同突发错误信道模型和不同调制方式下的抗突发性能,仿真发现在突发错误信道的各个信道模型下,相同参数LDPC码的多元码都比二元码具有更强的抗突发错误能力,因此可以作为实际突发错误信道中的信道编码方案。最后,结合扩频技术,采用特殊的帧结构,本文重点研究了多元Rateless编码CPM系统在Gilbert信道和AWGN删除信道的抗突发性能,并与二元Rateless编码CPM系统进行对比。对于校验矩阵具有双对角结构的二元LDPC编码CPM系统,本文研究了信道交织器对突发错误的影响,而多元速率兼容LDPC编码CPM系统不需要信道交织就可以纠突发。对于多元和二元Kite编码CPM系统,仿真结果表明,当Kite码的码率为0.8到0.5时,多元Kite码具有更优异的抗突发错误能力,而在较低码率0.3和0.4时,二元Kite码反而展现出比多元Kite码更好的抗突发错误的性能,因此在极差的信道环境下,可以考虑使用低码率二元Kite码。
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