水声MIMO-OFDM系统中空时分组码与LDPC码级联技术的研究

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近年来,MIMO水声通信备受关注,而水声信道的窄带宽、大时延扩展、高环境噪声、大多普勒扩展极大的限制了水声通信的可靠性与有效性。将MIMO空时编码技术与OFDM技术相结合,是时空频变的水声信道下高速可靠通信的一种重要手段。本文主要研究了基于空时码与LDPC码级联的水声MIMO-OFDM通信系统。MIMO空时编码技术能够为水声通信提供空间分集增益与空间自由度的折衷。基于CDA理论的Goden STBC在提供满分集增益的同时能最大化传输速率。本文研究了基于正交设计理论的正交空时码和基于循环可除数域理论的非正交空时码,根据不同调制方式与译码方式,对其性能进行了仿真分析。仿真结果表明,正交空时码与非正交空时码均能提供满分集增益,与此同时,非正交空时码能提供满复用增益。本文研究了采用PEG构造的LDPC码的编码方法及三种基本译码算法,对不同参数下的LDPC码进行了性能比较,仿真结果表明,相同码率下,随码长增大,误码率曲线会越来越陡峭,另外,NMS译码方式复杂度较低,且性能较佳。本文构建了级联LDPC编码的水声STBC-OFDM系统模型,分别研究了OSTBC的软输出迭代译码和Golden STBC的软输出迭代译码,并进行计算机仿真。仿真表明,相比采用OSTBC的OFDM系统,采用Golden STBC的OFDM系统传输速率有一倍提升的同时,误码性能相近。另外,级联迭代系统使用Turbo迭代原理,研究结果表明,迭代译码后的误码性能比直接译码会有明显提高。为验证基于空时码与LDPC码级联的水声MIMO-OFDM系统的性能,本文进行了外场试验,试验结果表明,采用迭代译码方式的空时码与LDPC码级联系统能有效降低误码率,级联LDPC码的NOSTBC-OFDM系统在水声通信中有应用潜力。
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