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1、信息论发展第1页，本讲稿共40页信道编码的发展历程Hamming 码卷积码循环码、BCH码TCM(1982)Turbo码、Turbo-like 码(1974,1993)LDPC码(1962,1996)空时码(70年代的传输分集、1996)第2页，本讲稿共40页IntroductiontoLDPCcodesLDPC codes:LDPC codes:LDPC codes:LDPC codes:aclassoflinearblockcodeswithlow-densityparity-checkmatrices.Descriptions:GenerationmatricesParity-check
2、 matricesTanner graphs10/21/20223第3页，本讲稿共40页IntroductiontoLDPCcodes Tanner GraphTanner GraphTanner GraphTanner GraphFig1.DescriptionsofLDPCcodeswithParity-checkmatricesandTannergraphs10/21/20224第4页，本讲稿共40页1.1962年，年，Gallager的二元规则的二元规则LDPC码码:2.1974年年,BCJR算法算法 逐符号最大后验概率(MAP)译码3.1981年，年，Tanner图码图码4.1996
3、年，年，Mackay和和Neal在稀疏随机图上定在稀疏随机图上定义的义的LDPC码码5.1996年，年，Sipser和和Spielman的线性复杂度的线性复杂度扩展图码扩展图码 6.1996年，年，Wiberg图包含隐含状态变量图包含隐含状态变量第5页，本讲稿共40页 Pearl置信传播 快速傅立叶变换 BCJR前向/后向算法 VA算法 LDPC码的大数判决算法 开尔曼(Kalman)滤波器第6页，本讲稿共40页空时码在未来无线通信中的应用第7页，本讲稿共40页主要内容空时码提出的背景空时码研究现状三种基本的空时编码技术空时码在3G中的应用工作简介第8页，本讲稿共40页1 空时码提出的背景-1
4、 未来移动通信系统的目标未来移动通信系统的目标 未来移动通信系统中的信道特点未来移动通信系统中的信道特点支持更高容量高质量的语音和数据传输 20Mbps 有更严重的码间干扰 有更大的多谱勒频移 通信终端在更高的移动速度下实现可靠传输 香农信息理论的限制香农信息理论的限制第9页，本讲稿共40页1 空时码提出的背景-2 针对速率问题针对速率问题 针对抗衰落的问题针对抗衰落的问题多址方式的变化：TDMA、FDMA、CDMA 信道编码技术主要利用时间分集 接收分集技术主要利用空间分集 调制方式的变化：高阶调制方式、OFDM 解决上述问题的常用方法解决上述问题的常用方法单天线系统单天线系统第10页，本讲
5、稿共40页1 空时码提出的背景-3 针对速率问题针对速率问题方式：方式：采用多天线阵系统依据：依据：多天线阵的信道容量理论解决上述问题的一种新思路解决上述问题的一种新思路多天线阵系统多天线阵系统 针对抗衰落的问题针对抗衰落的问题空时编码技术同时利用时间分集和空间分集 第11页，本讲稿共40页2 空时码研究现状-基本思想图1 接收天线等于发送天线空时系统的遍历信道容量 第12页，本讲稿共40页2 空时码研究现状-基本思想图2、空时编码系统示意图第13页，本讲稿共40页2 空时码研究现状-基本思想拟解决的问题：拟解决的问题：在带宽有限的信道中实现信息的高速传输解决方法：解决方法：a)利用空间传递冗
6、余信息；b)利用多天线技术提供的并行信道传输信息带来的问题带来的问题 a)信道容量；b)发送信号设计；c)接收端信号检测第14页，本讲稿共40页2.空时码研究现状信道特性已知信道特性未知LST1996，BellUSTM2000BellSTBC1998,AT&TDSTM2000AT&T,2001BellSTTC1998,AT&T目前，STBC和LST(MIMO)已经被3Gpp协议采纳。第15页，本讲稿共40页3 三种基本的空时编码技术分层空时码(LSTC,Layered Space-Time Code)分组空时码(STBC,Space-Time Block Code)网格空时码(STTC,Spa
7、ce-Time Trellis Code)第16页，本讲稿共40页3.1 分层空时码编码算法发展概况 VLST、DLSTC(1996)Threaded STC(TSTC)(2001)IT No.6 Wrapped STC(WSTC)(2003)IT No.6第17页，本讲稿共40页3.1 分层空时码编码算法图3 LSTC编码器示意图第18页，本讲稿共40页3.1 分层空时码译码算法ZF算法性能最差，复杂度最低MMSE算法球包限算法ML算法性能最好，复杂度最大第19页，本讲稿共40页3.1 分层空时码优缺点优点 速率变化比较灵活 速率随发送天线数线性增加缺点 分集较小，可认为是一种空间复用技术结
8、论 与接近信道容量的二进制编码方式联合使用将是一种较好的应用方式。第20页，本讲稿共40页3.2 分组空时码发展概况 1 基于正交设计原理的正交STBC Almouti(1998)Tarokh(1998)Liang(2003)(m+1)/2m,其中n=2m-1或2m 2 准正交STBC(2001)以分集为代价换取速率 3 基于代数构造设计的非正交STBC(2002)第21页，本讲稿共40页3.2 分组空时码编码算法第22页，本讲稿共40页3.2 分组空时码译码算法第23页，本讲稿共40页3.2 分组空时码优缺点优点 编译码简单 获得满分集缺点 速率损失 无编码增益，可认为是一种分集技术 第24
9、页，本讲稿共40页3.3 网格空时码编码算法发展概况 STTC Tarokh(1998)MTCM Lin(2002)SOSTTC Jafsrkhani(2003)优化 成对错误概率 距离谱特性第25页，本讲稿共40页3.3 网格空时码编码算法图4、基于QPSK调制的4状态STTC编码器及对应状态转移图第26页，本讲稿共40页3.3 网格空时码译码算法Viterbi 译码算法适用于非级连系统MAP 算法 适用于级连系统第27页，本讲稿共40页3.3 网格空时码优缺点优点 能够获得编码增益，性能好 可获得满分集缺点 实现复杂度较大 速率受限制 第28页，本讲稿共40页3.4 三种编码方式比较STT
10、CSTBCLSTC速率bbitsn=2,bbitsn2bbitsnbbits分集nmnmnm复杂度最大最小第29页，本讲稿共40页4 空时码在3G中的应用发展概况 STBC的应用 LSTC的应用第30页，本讲稿共40页4 空时码在3G中的应用STBC图5 3G中STTD空时编码方式第31页，本讲稿共40页4 空时码在3G中的应用STBC图6 3G中STTD应用方式语音业务第32页，本讲稿共40页4 空时码在3G中的应用HSDPAAnt+扰码多码复用扩频码 N扩频码1图7 3G中HSDPA的解决方式之一传统解决方式第33页，本讲稿共40页4 空时码在3G中的应用HSDPASTTDAnt1Ant2
11、+STTDSTTD+扰码多码复用扩频码N扩频码1图8 3G中HSDPA的解决方式之二STTD方式第34页，本讲稿共40页4 空时码在3G中的应用HSDPA图9 3G中HSDPA的解决方式之三LSTC解决方案扩频码1天线1天线n+扰码多码复用扩频码M 扩频码2扩频数据扩频数据扩频数据第 1组子信息第M组子信息导频序列1导频序列n数据流第35页，本讲稿共40页4 空时码在3G中的应用比较1码片速率 3.84 Mchips/sec 扩频因子 32chips/Symbol谱效率 4.5information bits/Symbol扩频码数 N=20速率 (3.84/32)*4.5*20=10.8Mbp
12、s第36页，本讲稿共40页图10.平坦衰落信道下的性能，传输速率10.8Mbps 终端速度 3km/hr4 空时码在3G中的应用比较1第37页，本讲稿共40页4 空时码在3G中的应用比较2码片速率 3.84 Mchips/sec 扩频因子 32chips/Symbol扩频码数 N=20速率 (3.84/32)*20=2.4Mbps(1,1)谱效率 4.5information bit/symbol(2,1)谱效率 4.5information bit/symbol(4,4)谱效率Q 6 information bit/symbol(4,4)谱效率8 9 information bit/symbol 第38页，本讲稿共40页4 空时码在3G中的应用比较2图11.平坦衰落信道下的性能，终端速度 3km/hr第39页，本讲稿共40页5 工作简介STTC码性能的优化和设计 级连系统下的STTC构造 解决方案LSTC检测算法(MMSE、ML)STBC针对块衰落信道，提出一种多层STBC设计方法第40页，本讲稿共40页