基于LDPC譯碼算法的鐵路信號傳輸處理研究

摘要：本文首先討論了鐵路信號傳輸中存在的符號間干擾和載波間干擾，提出并討論了基于低密度奇偶校驗譯碼算法的時空編碼OFDM信號傳輸方案。

關(guān)鍵詞：OFDM；信號傳輸；LDPC

中圖分類號：TN911.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 14-0033-01

正交頻分復(fù)用（OFDM）是一種具有高效頻譜利用率的信號傳輸方案，很適用于寬帶數(shù)字通信。隨著現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)的進(jìn)步，OFDM變得更加容易實現(xiàn)，其作為一種有效的調(diào)制方案，能廣泛地應(yīng)用于鐵路信號傳輸處理中。

OFDM的一個主要優(yōu)點是能夠把頻率選擇性衰落信道有效地轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M并行的平坦衰落信道。如果在符號間插入一小段時間間隔（也稱為保護(hù)間隔），則可徹底消除符號間干擾（ISI）和載波間干擾（ICI）。保護(hù)間隔的長度應(yīng)不小于信道的時延擴展。如果符號的信號波形循環(huán)擴展到保護(hù)間隔（循環(huán)前綴），則載波在整個符號周期內(nèi)都是正交的，這樣可以消除ICI。由于保護(hù)間隔的存在，使得連續(xù)的符號不重疊，從而也消除了ISI。因此在接收機無需進(jìn)行信道均衡，接收機的復(fù)雜性也隨之降低。基于LDPS譯碼算法（低密度奇偶校驗）的時空編碼OFDM系統(tǒng)在鐵路信號傳輸處理能良好地實現(xiàn)消除ISI和ICI。

一、系統(tǒng)模型

由于基于現(xiàn)今發(fā)展水平的低密度奇偶校驗（LDPS）碼的STC已經(jīng)被證明是一種可滿足這些設(shè)計原理的良好候選方案，考慮STC-OFDM系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括Q個子載波，N個發(fā)送天線和M個接收天線，且通過頻率和時間選擇性衰落信道進(jìn)行信號傳送。每個STC碼字張成P個毗鄰的OFDM碼字，而且每個OFDM碼字由（NQ）個STC符號組成，并在一個時隙內(nèi)同時發(fā)送。每個STC符號沿著某個特定的OFDM子載波和特定的發(fā)射機天線發(fā)送出去。假設(shè)衰減過程在每個OFDM碼字（一個時隙）內(nèi)保持不變，但碼字與碼字之間的衰落過程是變化的，而且不同發(fā)射-接收天線對之間的衰落過程是不相關(guān)的。

二、LDPS

LDPS碼是一種可接近AWGN信道容量的，非常有前景的編碼技術(shù)。例如，一個精心構(gòu)造的1/2速率、具有長分組長度的不規(guī)則LDPS碼在誤比特率10-6時，與AWGN信道的香農(nóng)容量只差0.04dB。

四、基于LDPC的STC-OFDM系統(tǒng)

由于無線信道的分集衰落特性和只有接收機已知CSI的假設(shè)條件，系統(tǒng)編碼設(shè)計沒有多大幫助；相反，為了穩(wěn)健地利用這個系統(tǒng)中豐富的分集資源，在選擇STC碼時，應(yīng)滿足兩條基本原理，即大的有效長度和理想的交織。

LDPC譯碼器的每次迭代的譯碼計算復(fù)雜度低，其次二進(jìn)制LDPC碼的最小距離隨分組長度以接近1的概率而線性增加。設(shè)計一個具有任何分組長度和碼率的有競爭力的LDPC碼，是的基于LDPC的STC很容易適應(yīng)不同的系統(tǒng)要求是很容易的。LDPC碼并不會明顯出現(xiàn)差錯平臺，很適合于短幀情況。由于奇偶校驗矩陣是隨機產(chǎn)生的，碼比特被有效交織，因此不需要額外的交織器。

五、小結(jié)

由于二進(jìn)制LDPC碼的最小距離隨分組長度線性增加，因此有可能通過增加分組長度進(jìn)一步改善性能。雖然基于LDPC的STC不是最優(yōu)的，但由于其低的譯碼復(fù)雜度，靈活的擴展性和較高的性能，所以是具有頻率和時間選擇性衰落的多天線OFDM系統(tǒng)中實現(xiàn)可靠告訴童心的很有前景的編碼技術(shù)，能廣泛地運用于鐵路信號處理中。

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