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。

關鍵詞：OFDM；信號傳輸；LDPC

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

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

OFDM的一個主要優點是能夠把頻率選擇性衰落信道有效地轉變為一組并行的平坦衰落信道。如果在符號間插入一小段時間間隔（也稱為保護間隔），則可徹底消除符號間干擾（ISI）和載波間干擾（ICI）。保護間隔的長度應不小于信道的時延擴展。如果符號的信號波形循環擴展到保護間隔（循環前綴），則載波在整個符號周期內都是正交的，這樣可以消除ICI。由于保護間隔的存在，使得連續的符號不重疊，從而也消除了ISI。因此在接收機無需進行信道均衡，接收機的復雜性也隨之降低。基于LDPS譯碼算法（低密度奇偶校驗）的時空編碼OFDM系統在鐵路信號傳輸處理能良好地實現消除ISI和ICI。

一、系統模型

由于基于現今發展水平的低密度奇偶校驗（LDPS）碼的STC已經被證明是一種可滿足這些設計原理的良好候選方案，考慮STC-OFDM系統，此系統包括Q個子載波，N個發送天線和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，并在一個時隙內同時發送。每個STC符號沿著某個特定的OFDM子載波和特定的發射機天線發送出去。假設衰減過程在每個OFDM碼字（一個時隙）內保持不變，但碼字與碼字之間的衰落過程是變化的，而且不同發射-接收天線對之間的衰落過程是不相關的。

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。例如，一個精心構造的1/2速率、具有長分組長度的不規則LDPS碼在誤比特率10-6時，與AWGN信道的香農容量只差0.04dB。

四、基于LDPC的STC-OFDM系統

由于無線信道的分集衰落特性和只有接收機已知CSI的假設條件，系統編碼設計沒有多大幫助；相反，為了穩健地利用這個系統中豐富的分集資源，在選擇STC碼時，應滿足兩條基本原理，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雜度低，其次二進制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很容易適應不同的系統要求是很容易的。LDPC碼并不會明顯出現差錯平臺，很適合于短幀情況。由于奇偶校驗矩陣是隨機產生的，碼比特被有效交織，因此不需要額外的交織器。

五、小結

由于二進制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一步改善性能。雖然基于LDPC的STC不是最優的，但由于其低的譯碼復雜度，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系統中實現可靠告訴童心的很有前景的編碼技術，能廣泛地運用于鐵路信號處理中。

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