探析基于码合并的混合差错控制及相关理论研究

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1、西南交通大学博士学位论文基于码合并的混合差错控制及相关理论研究姓名：陈庆春申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：范平志20040301西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要高数据速率、高可靠性的分组数据传输将成为未来无线通信的主流。在保障移动环境下数据的可靠传输，需要采用有效的差错控制技术，如前向纠错(FEC)编译码、混合自动重发请求(HARQ)等；为了提高系统接收性能，还需要充分利用移动多径环境下分集接收所带来的空间分集增益和基于重传数据码台并处理瞬带来的时间分集增益等；此外，各类差错控制技术的实施，都离不丌可靠的信道估计信息。本文以无线分组数据传输混合

2、差错控制技术为中心，重点研究了码合并时间分集对HARQ性能的影响，等增益合并(EGC)分集接收的系统性能，高速Turbo并行编译码技术，以及基于重复信息的SNR估计算法等。本文首先讨论了AWGN信道和平坦Raylei曲衰落信道条件下带码合并的I类HARQ性能。通过将Pursley在异步CDMA通信系统下的信于比分析方法推广到刊茏环境下的HARQ，分析了码合并对合并码字信干比的影响。基于拓展信阿E的分析结果表明，异步CDMA通信环境下码合并对HARQ性能的改进源于码台并能增加合并码字符号的有效信干比，且增加的系数等于合并码字数目f玛台甏：的累积效应)。提出了I类HARQ的准

3、解析分析方法，在对应前向纠错FEC性能的基础上，该方法提供了一种干扰环境下估计带码合并l类HARD性能和干扰环境下I类HARQ系统的设计方法。接着本文通过分析独立同分布Rayleigh衰落变量乘积的不等约束关系与近似关系，提出了一种基于统计特性的近似变量替换分析方法。该方法可将独立同分布Rayleigh衰落变量的乘积项替换为两个具有类似统计特性的衰落变量平方之和，并在近似变量替换分析的基础上，推导出了理想交织平坦Rayleigh衰落信道条件下I类HARQ性能晌。j-、下界。研究表明，理想交织平坦Raylei曲衰落信道条件下码合并对HARQ性能的改进源于码合并能有效增加系统

4、的分集阶数，且增加的系数大致等于台并码字数目。然后，本文将HARQ中利用基于重传数据码合并处理所带来的时间分集性能分析推广到采用速率匹配穿孔卷积(RCPC)编码的III类HARQ。研究表明，合并穿孔距阵可以清楚地描述多个RCPC码字合并后的码字特性。对Viterbi的成对错误概率分析进行推广，推导出了AWGN信道条件下的广义成对错误概率的闭式解。在广义成对错误概率的基础上，结合合并穿孔距阵、AWGN信道条件下码合并的累积效应，以及台并RCPC码字特性的变化，推导出了AWGN第1I页西南交通大学博士研究生学位论文信道条件下III类HARQ性能的上、下界，给出了HARQ性能的

5、近似估计方法。在推广Viterbi的成对错误概率分析的基础上，推导并得出了平坦Rayleigh衰落信道条件下的广义成对错误概率的闭式解；在广义成对错误概率的基础上，根据合并穿孔距阵，结合理想交织平坦Raylei曲衰落信道条件下分集合并的分集阶数累积效应以及合并RCPC码字特性的变化，推导出了理想交织平坦Rayleigh衰落信道条件下ⅡI类HARQ性能上、下界，给出了衰落信道条件下HARQ性能的近似估计方法。接着，本文探讨了频率选择性Raylei曲衰落信道条件下等增益合并EGC分集接收的系统性能。基于统计特性的近似变量替换的分析思路，将独立同分和Rayleigh衰落变量的乘

6、积项替换为两个具有类似统计特性的衰落变量平方之和，本文推导得出了频率选择性Rayleigh衰落信道条件下等增益合并EGC分集接收系统性能的下界，提出了EGC分集接收系统性能的近似估计方法。EGC分集接收系统性能的下界和近似估计算法不仅为分析EGC分集接收系统提供⋯种简捷、有效的方法，而且通过下界和近似估计还可大致估计出EGC分集接收与最大比合并MRC分集接收问的性能差异。采用近似变量替换的分析思路，不仅EGC分集接收性能分析计算简单，计算结果与理沦值或仿真结果十分吻日／-，而且适用范围广，不受多径数目限制避厢千密集多径／多路独立同分布衰落信道条件下(例如MIMO系统、OF

7、DT,,'I罩二：F鼻集萤’亨系统的性能分析。髓后，本文在传统Tm'bo分块并行t；一i善鬟!蠢≯■囊ii}i；上，创造性地提出。：’。一种基于分块归零编码和Turbo分块并j，译：骂。i．鸯明高速Turbo并行编译码算法。孩并行编译码算法通过将一个睡的焦劓IE岛隔成若于叩’互不重叠的信息元分块，在逐块编码结束时执行Trellis归零处理．兽个i；块的编码输出合并为⋯个完整的Turbo码字。由于信息元分块编码后的分段Treltis归零处理，Turbo冯字各个分块的初始和结束状态为已知零状态。，笙薄码端，对应地实施基于分块的Tu