计算机科学
2007Vo
l.
34NQ.
5
采用低密度校验码的多天线
OFDMA
系统
高敬伯周曼丽
(华中科技大学电信系
武汉
430074)
摘
要
在本文中针对频率选择性衰落信道提出了一种采用低密度校验
(LDPC)
码的多夭线
(M1M
O)正交频分多
址
(OFDM
A)系统。在这一多用户/多速率系统中,首先通过
OFDMA
消除用户之间的干扰,从而将多用户环境转化
为单用户环境;然后通过联合
M1MO
软解调与
LDPC
码解码的
Turbo
迭代算法,消除发射天线之间的干扰并改善系
统的性能。仿真结采表明,该方案可以有效地消除多用户干扰和发射天线之间的干扰,在通过利用空分复用以提高频
谱效率的同时,也获得了由
LDPC
码提供的编码增益。由于该方案对于星庄图没有任何限制,因此可以通过采用高效
的调制方式进一步提高频谱效率。
关键词
低密度校验码,多天线,正交频分多址
LDPC-Coded
MIMO
OFDMA
for
Frequency-Selective
Fading
Channels
GAO
Jing-
Bo
ZHOU
Man-Li
(Department
of
Electronics & Information
Engineeri
吨,
Huazhong University
of
Science
and
Technology, Wuhan 430074)
At
自
tract
A new
multiuser/multirate
transmission scheme for wid
e-
band wireless
mobil
巳
system
is proposed in this
pa-
per.
This
scheme is
LDPC
coded M1MO
OFDMA
system
to cope
with
frequency-selective multipath channel for inulti-
user
communications.
The
two main principles of the proposed scheme
are
as
fo11ows:
first, relying
on
OFDMA
to e-
liminate multiuser interference and to convert multiuser environments to singl
e-
user ones; secondly, using joint
LDPC
decoding and M1MO soft-demodulating
to
eliminate interferences among
transmit
antennas and to improve performance.
Simulation results
show
that
the
proposed system can effectively eliminate
multiuser
and
multi-antenna interference,
and
is capable to increase
sp
巳
ctral
efficiency through multiplexing and to improve performance
through
LDPC coding.
Furthermore
,
there
are
no
r
巳
strictions
on
signal conste11ations in the proposed scheme, and
thus
spectral efficiency can
be
further
increased
by
exploiting efficient modulation techniques like
QAM
,
APS
K.
Keywords Low-density parity-check codes, Multi-input multi-output,
Orthogonal
frequency division multiplex access
~....l‘
目。昌
可以预见到,在后三代
(Beyond
3rd
Generation, B3G)
蜂窝无线移动通信系统中,必须能够在频率选择性衰落信道
下提供很高的数据传输速率,并且要同时支持多个用户同时
进行通信。与蜂窝移动通信系统的上行链路相比,下行链路
尤其被认为是影响进一步提高数据传输速率和稳定性的瓶
颈。为此,在本文中,提出了采用低密度校验码
(Low-Densi
ty Parity-Code,
LDPC)
的多天线
(Multipl
e-
1nput Multipl
e-
Output
,
M1MO)
正交频分多址
(Orthogonal
Frequency Divi
sion
Multiplex
Access,
OFDMA)
系统用于蜂窝移动通信系
统的下行链路的传输。
从信息论可以知道,当同时在发射端和接收端采用多副天
线时,可以提高信道的容量和元钱传输的可靠性。获得性能改
善的原因是由于在发射端和接收端通过安装多副天线而获得
的空间自由度。依据不同的设计目标,在理论界已经提出了不
同的
MIMO
方案。例如,
BLAST
(Be
11
La
boratories LAyered
Spac
e-
Time)
系统的设计目标是为了通过空分复用提高传输速
率,而正交空时分组码则充分地利用发射分集以改善系统性
能。实际上,不论采用何种
MIMO
系统,都需要提供强纠错能
力(大的编码增益)的纠错码用以克服信道的衰落、传输符号闰
干扰
CInte
r-
Symbol
1nterference,
1SD
以及噪声,从而使得传输
速率接近于
MIMO
信道的容量。而
LDPC
码被证明有着优异
的纠错性能由。另外,
LDPC
码的构造通常是基于随机的方
法,从而可以构造出几乎任何码率的
LDPC
码。因此在本文
中,选择
LDPC
码作为本文所提出系统的纠错码。
在多用户/多速率通信系统中,由于多用户干扰
(Multi
Us
巳
r
1nterference,
MU
I)的存在,使得多用户
M1MO
系统面
临着更多的挑战。假设一个支持
M
个用户的多用户系统,每
个用户均安装了
N
,副发射天线,那么系统中的干扰源将从
单用户系统中的
(M-
l)个增加到多用户系统中的
(M-
l)
N
,
个。近几年的研究表明,将
M1MO
技术与
OFDMA
相结合是
一种很有竞争力的宽带无线多用户方案。主要是因为
z
OFDM
将宽带的频率选择性衰落信道转化为一系列平行的
窄带并且相互正交的平坦衰落子信道,因此在
M1MOOFDM
传输系统中,可以在每一个子载波上应用
MIMO
传输策略。
此时,
OFDM
符号在每个子载波上均经历平坦衰落,从而形
成了一种有效的宽带无线传输方案。其次,
OFDMA
通过子
载波在不同用户间的分配,将多用户环境转化为单用户环境,
从而有效地消除了
MU1
。
目前,迭代信号处理的思想已经被广泛地应用到了通信
系统中的各个环节当中,例如:信道估计、均衡以及多用户检
测。在通信领域中,这种迭代处理算法通常被称为
Turbo
算
法。在文
[2
,
3J
中研究了
Turbo
多用户检测,接收机通过在不
断在信道解码与多用户检测之间交换码字比特或者调制符号
的软信息
(soft
information)
以改善系统的性能。在文凹,
5J
中,
Turbo
算法被应用到在
M1MO
系统中联合解调和解码,
从而使得系统性能接近于最大似然
(Maximum
Likelihood,
扎在L)接收机的性能。
本文提出了采用
LDPC
码的
MIMOOFDMA
系统。在
高敬
f
自
博士生,研究方向为编码调制技术;周曼丽
教授,博士生导师,研究方向为智能系统。
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