非相干MIMO通信系统编码调制关键技术研究

本项目主要研究LDPC码与酉空时调制相结合的高效高可靠性新型MIMO编码调制系统的信道容量、构成原则和设计方法，为未来固定或移动无线通信系统长期演进（LET）标准的物理层设计，提供理论依据和技术支持。编码解码采用上一个自然基金的研究成果AMSPT-LDPC码的H矩阵结构、线性编码算法和线性复杂度并行处理和-积迭代解码算法。理论研究和仿真实验表明，在极限性能、最小距离、围长、误码率和信噪比方面，AMSPT-LDPC码均优于IEEE802.16e标准中的LDPC码。调制解调技术采用基于Grassmann流行优化设计的逼近遍历容量限的非相干酉空时信号星座图。Grassmann星座图对大星座点的有效利用，可使频谱效率在目前MIMO相干无线通信系统基础上改善2-3倍。酉空时信号的多天线发射和接收可获得较大的分集增益。星座点子集划分策略和缩小搜索范围的非相干检测技术能降低最大似然检测算法的计算复杂。

本项目涉及三个研究内容：1)LDPC码的实用H矩阵结构设计；2）酉空时信号星座图的结构设计与简化解调算法研究；3）基于LDPC码与酉空时调制的编码调制系统设计。在三年中，开展了下列研究工作。.提出基于剩余类数对的IRA-LDPC码半随机半代数结构框架，是目前被广泛研究的准循环QC-LDPC码的强有力竞争对手，其特点和优势在于：H矩阵具有双对角线结构能够进行线性复杂度编码；信息位所对应H^d矩阵的特殊循环结构使每个1元素的位置坐标能用显性表达式准确计算，有利于简化编解码器的硬件设计；不像QC-LDPC码，受置换矩阵尺寸n的限制，从理论上讲，其数据率可以在1/N~(N-1)/N的满范围内取值（N是码长）；不受n约束，其最小girth和不可避免最大girth能设计的更大，暗示最小吸收集结构也可能更大，能更有效的解决错误平层问题；仿真实验表明，在相同码长和码率,误码率为10^(-6)时，提出的 IRA-LDPC码类的性能优于QC-LDPC码大约0.5-1.0dB，特别是大码长时，1/2码率的性能很容易达到1dB以下。.提出基于Grassmann流形酉空时码的半随机半代数结构矩阵框架，在等分幅度和等分角度的条件下，以Frobenius弦距离最小为判据，搜索出与现有非相干酉空时码相比性能最好的Grassmann酉空时码。发明一种基于Grassmann流形对趾点的非相干酉空时调制的解调算法，将参与最大似然解调算法计算的星座点准确地减少一半，但解调性能保持不变。.探索性研究了LDPC码与相干和非相干空时调制收发信机的三种方案：方案一是 LDPC已编码非相干酉空时调制系统，给出了新颖的双解调器与BP迭代解码算法构成反馈回路的设计方案，与现有方案比，复杂度最低但性能不好；方案二是LDPC已编码训练符号携带信息的相干空时调制解调方案，传输的训练符号具有天然的简化最大似然（ML）解调算法，数据符号由Golden码构成，能快速相干解调，除了可执行的优势外，该方案既没有频谱效率的提高也没有理想的性能；为此，提出另一种LDPC已编码训练符号携带信息的相干空时调制解调方案，训练符号采用经特殊设计的Grassmann对趾点酉空时星座图，能同时进行低复杂度的非相干解调和性能优良的低复杂度的信道估计，传输数据符号的相干空时调制有多种折中选择方案，实验表明该方案在频谱效率、性能和复杂度方面均具有优势