多元LDPC编码MIMO系统关键技术研究与设计

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二元信道编码技术与高阶调制、多天线(MIMO)等结合时,存在比特概率和符号概率间的相互转换而导致信息损失,难以满足无线通信高频谱效率的要求。多元传输突破了传统二元传输的局限,利用多元编码的符号级信息传输特点,通过优化设计编码、调制及多天线的技术组合,使得编码符号与调制星座等相适配,接收机直接工作在符号似然值,消除了比特概率和符号概率间转换的信息损失。因此,多元信息传输理论与技术受到广泛关注并成为当前无线通信领域的研究前沿。研究多元无线传输体制及其低复杂度的现场可编程门阵列(FPGA)实现方法,对于设计高频谱效率的新型宽带无线移动通信系统具有重要意义。  论文围绕多元无线传输系统的关键技术--多元LDPC码与多天线,以扩展最小和(EMS)译码器和K-Best球形检测器为目标,面向多元无线传输系统研究低复杂度高吞吐量的FPGA实现架构。具体地,论文主要完成了以下工作。  针对一般多元LDPC译码器译码延迟大、吞吐量低等局限,采用EMS算法设计了一种新型多元LDPC译码器架构。它根据前向后向算法规则,以3路单步运算单元完成校验节点更新,硬件资源消耗有所增加,但所需时钟周期约降为一般结构的1/3;并提出低复杂度全并行运算的变量节点信息更新单元,无需利用前向后向算法将更新过程分解为多个单步运算,消除了变量节点更新的递归计算;采用新的双进双出信息调度算法,进一步降低了变量节点更新复杂度,提高了译码器吞吐量。通过在Xilinx Virtex-4(XC4VLX200)平台上对一个GF(16)域上(480,360)的准循环多元LDPC码进行综合仿真,结果表明,它以约14%的逻辑资源消耗为代价提高了2.6倍的吞吐量。  研究多元无线传输系统时,将其与MIMO技术相结合,可以大大提高频谱效率。实现MIMO技术的关键在于设计低复杂度高性能检测器。一般K-BestMIMO检测器的设计很少关注QR分解模块的优化设计,而QR分解在K-BestMIMO检测器中消耗了大量硬件资源。本文利用信道矩阵实数化分解后相邻两列的正交性改进了QR分解的脉动阵列结构,通过减少排序选择运算进一步降低了硬件实现复杂度,并在现场可编程门阵列(FPGA)Xilinx Spartan-3E(XC3S500E)平台上对提出的检测器架构进行了综合仿真,仿真结果表明设计的MIMO检测器具有较低的复杂度。
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