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4G移动通信系统信道编码方案研究

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应用技术
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4G移动通信系统信道编码方案研究
包欣
(广东公诚通信建设监理有限公司东莞分公司 广东东莞523068)

[摘要】针对4G移动通信系统逐渐成为继3G移动通信之后的又一研究热点,本论文对4G移动通信系统信道的编码设计进行了分析研究,首先简单介绍了 4G移动通信技术的发展现状,在此基础上重点对4G移动通信系统的信道编码方案进行了设计,给出了上行通信信道编码的执行过程,并详细探讨了上行链路和 下行链路数据传输的编码设计方案,对于进一步提高4G移动通信系统信道编码的有效性及通信传输的可靠性均具有一定借鉴意义? [关键词]4G通信移动通信系统信道编码 中图分类号:TN929.5 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2010)34-0275-01

1引富 通信技术经过一百多年的高速发展,已展现出地球史上最辉煌的景象. 如今人们又面lf自新的课题:怎么样在通信网络技术中更好更紧密地融合计算机 技术,使得任何人在任何地方都能实现安全、公平、快速地通信。于是在2G 还方兴未艾的时候,以CDM口t技术作为核心的3G、3.5G、B3G就走到了潮流的 前端,紧接着,移动新媒体又将具有更高信道带宽的4G技术推到前台。 本论文主要结合4G移动通信技术的特点,对通信系统信道的编码技术进 行分析研究,以期从中找到合理可靠有效的无线数据通信编码方案,并以此和 广大同行分享。 4G移动通信摄述 进入21世纪后,通信网络的发展已由之前的运营商与设备制造商主导业 务提供转变为用户和市场需求拉动技术发展,这~转变使得目前正在开发和研 制中的4G通信系统应该具备以下基本特征:高速的数据传输,即根据移动速度 支持各种传输速度:以IP为基础的无线接续,支持QoS;各系统之间的无缝的业 务支持,并提供全球无缝漫游:支持对称/非对称业务、支持多重模式等。 4G移动通信系统将应用一批先进的技术,为终端用户带来更多的使用体 验:采用正交频分复用技术,对抗频率选择性衰落和窄带干扰,提高频谱利用 率:采用软件无线电技术。实现各系统间的无缝业务支持及全球无缝漫游:采用 智能天线技术,抑制交互干扰、准确提取有效信号:采用多输入多数出技术,实 现高数据速率、提高系统容量、提高传输质量:采用基于IP的核心网,实现不 同网络间的无缝互联:采用高性能的接收机,实现高速数据传输:采用Turbo码 与LDPC码相结合的信道编码技术,在低能置消耗的条件F保证系统足够的性 能. 3 IGj哆动通信系统倌道编码技术研究 3.1上行链路数据编码方案设计 上行链路数据编码方案采用分组Turbo码进行设计。Turbo码是在迭代 译码思想、最大后验概率译码算法等基础上的一种推广和创新。依据同样的 思想将Turbo译码方法运用到分组码上,就称为分组Turbo码.分组码不但在 信噪比较低的高噪声环境下性能优越,而且具有很强的抗衰落、抗干扰能力。 这使得其在信道条件较差的无线通信系统中拥有很大的应用潜力。 为降低译码复杂度,分组Turbo码通常由奇偶校验码、拓展汉明码或它 们的组合构成。奇偶校验码是在每个信息分组末尾加一个奇偶校验位:拓展汉 明码是在汉明码的码字末尾加一个偶校验比特。在具体进行上下链路数据编 码时,主要按照以下步骤实施: (1)BTC编码 BTC编码就是将需要传输通信的数据,按照信息位、校验位的顺序进行 矩阵乘积,实际上乘积码的名称也是由此而来,需要注意的是,乘积码的两个编 码器没有内外之分,是对排列顺序不同的同一组信息元进行编码,即可以先按 列编码,再按行编码,所得的码字是完全相同的。乘积码的传输方式也不唯—-, 可以按行传输、按列传输或者按对角线传输。 (2)BTC码的缩短 BTC码构造上的灵活性使得译码器能够支持宽范围的码率,因此在恶劣的 信道环境下不用牺牲带宽就可以降低比特错误率,此外多个信道系统也可复用 一个译码器,而对每个信道采用不同的码率. 由于传输是以编码块为单位传输的,而对于特定的编码方式、调制方式 和码率来说,所需传输编码块的尺寸是预定的。为了达到预定的编码块大小, 除了选用不同的分量码外,通常还可以对分组Turbo码采用缩短的方法.对 BTC的缩短可分两步完成:第一步是粗调:即对编码块进行整行或整列删除:第 =步是细调:即对编码块第一行的个别比特进行删除。构成码的可选和可以任 意缩短给BTc码的设计带来了很大的灵活性,可以做到所选的码与设计要求相 配. (3 BTC码的译码 在译码过程中需要根据信道信息形成测试图样,并梅这些测试图样传给一 个代数译码器.译码过程的具体构成为:


①选取一个整数值P,满足k'P,其中k为信息比特,通常P取3,4或5。 对所有接收到的比特作硬判决并得出P个最小可靠度比特的位置. ②在这P个最小可靠度比特位置,代入所有2P个可能的比特排列,得到2P 个测试图样。 ③将所得测试图样传递给硬判决译码器,得到2P个候选码字。 ④在产生的候选码字中选出一个最可能的码字作为最终的译码结果。 3.2下行链路数据编码方案设计 在下行链路数据传输编码设计中,通常采用循环移位矩阵来构j壹}l矩阵的 方法。可产生具有准循环特性的QC-LDPC码,这种方法因为更容易用硬件来实 现快速的编码算法和快速的部分并行译码算法而倍受青睐。在下行链路数据 编码方案设计中,目前研究的较为成熟,这里不展开详细讨论,仅给出可行的编 码方案。由于下行链路数据的传输需要考虑到传输节点与校验节点之间的置 信关系,因此这里推荐采用快速并行译码算法。 快速并行译码算法是一类比较重要的消息传递算法,在该算法中,各个节 点间传递的信息是概率或者置信信息。例如由校验节点c传递给变量节点v 的信息是C取某些特定值的概率信息,该信息的具体取值是基f C的观测值及 其它所有与之相连的变量节点(除v以外)在上一轮迭代中传递给c的黑信信 息。同理,由变量节点v传递给校验节点C的信息也是v取某一些特定值的概 率信息,该信息的具体取值有赖于v的观测值及其它所有与v相连的校验节点 (除C以外)在上一轮迭代过程中传递给v的置信信息. 由于快速并行译码算法研究的较为成熟,这里不予赘述. 结语 从技术发展看,4G通信系统将立足于多个不同的关键技术,如智能天线 等。这些都是WIWAX采用的技术,这使得二者必然可能在未来融合到一个统一 的下一代网络中。2006年2月公布的IEEE802.16e标准草案选用了分组Turbo 码、卷积Turbo码等纠错能力很强但译码延时较大的信道码,同时也考虑使用 低复杂度、低延时的LDPC码。本论文对4G移动通信信道的编码研究,是对4G

无线数据通信的一次有益尝试研究在编码可靠性方面是具有一定借鉴和指导
意义的,因而是值得推广的. 参考文献 [1】王育民,李晖,粱传甲.信息与编码理论[M】.北京:高等教育出版社,
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[2]林辉.电信研究院:船G/姗究与标准化进展【N】.人民邮电抿2007,

10_12(3). [3】彭立,朱光喜.基于等差数列的LDPC码编码器设计[J].电子学报, 2007.52(5):950-954. [4]M.Luby.LT codes Foundations o fComputer Seienee[^】.Proc
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