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Fountain码编译码算法及其在无线通信中的应用研究

作　者: 胡俊红
导　师: 高宏峰
学　校: 河南科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: Fountain码 MSK调制联合软译码软比特域震荡效应随机漫步分布式编码
分类号: TN911.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 5次
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内容摘要

Fountain码是一种码率不受限制的纠错码，其具有鲁棒性、高效性以及对信道适应性强的优点，在无线广播、移动通信、无线局域网等领域有着广阔的应用前景。本文在对Fountain码编译码原理研究分析的基础上，对无线通信中的联合软译码，降低译码复杂度以及在无线传感器网络中的应用等方面展开工作。首先，针对无线通信中传统的简单级联编码调制系统在译码时易造成软信息值损失的问题，提出基于MSK调制和LT码的联合软迭代译码算法。对LT码的软迭代译码和MSK解调器的SISO算法进行了研究，设计了LT-MSK联合软迭代译码算法的系统模型，对系统在AWGN信道和Rayleigh信道中的BER性能进行了仿真。仿真结果表明：提出的算法系统BER性能比传统的简单级联系统约有1.5dB的编码增益。其次，针对LT码BP译码算法复杂度高及在译码时由于Tanner图短环的出现产生震荡效应等问题，提出了一种软比特域迭代译码算法。将双曲正切函数进行变换和量化处理，得到（-1,1）区间的软比特域，并将变量节点信息更新算法变换到软比特域中进行计算，大大减少了计算量。LT码中短环的存在导致某些变量节点的外信息出现震荡效应。针对此问题，提出了一种新的震荡判断准则，只有在变量节点在连续两次迭代时符号发生反转且软比特域值均高于阈值时判定为出现震荡。通过仿真表明：简化软比特域震荡迭代译码算法约比传统的BP算法降低了75%的运算量，而在BER性能上十分逼近BP算法。最后，针对在恶劣的网络环境中喷泉码自身的“陡壁效应”使得节点易于出现大面无法工作的问题，提出一种具有优先级编码度分布的改进的分布式算法。研究了无线传感器网络中的分布式编码算法，通过设置“度优先区域”提高了译码效率。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
第1章绪论  9-18
  1.1 通信系统模型  9-11
    1.1.1 无线信道的特点  10-11
  1.2 信道编码技术的发展  11-12
  1.3 编码调制技术  12-13
  1.4 Fountain 码的研究现状  13-15
  1.5 课题研究意义及论文章节安排  15-18
    1.5.1 课题研究意义  15-16
    1.5.2 论文章节安排  16-18
第2章 Fountain 码编译码原理  18-31
  2.1 Fountain 码原理  18-19
  2.2 LT 码  19-26
    2.2.1 LT 码编码算法  20
    2.2.2 鲁棒孤波分布  20-22
    2.2.3 编码符号 En 的生成  22-24
    2.2.4 LT 码译码算法  24-26
  2.3 Raptor 码编译码原理  26-30
    2.3.1 Raptor 码度数分布函数分析  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章基于连续相位 MSK 调制的 LT 码联合编码调制系统  31-43
  3.1 概述  31
  3.2 系统模型  31-32
  3.3 MSK 调制  32-39
    3.3.1 CPM  32-34
    3.3.2 CPM 的分解模型  34-36
    3.3.3 CPM 分解优点  36
    3.3.4 MSK 调制解调原理  36-37
    3.3.5 MSK 解调器的 SISO 算法  37-38
    3.3.6 无线信道模型  38-39
  3.4 接收端联合软迭代译码算法  39
  3.5 LT-MSK 连续相位编码调制系统性能仿真  39-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章基于软比特域的 LT 码修正震荡迭代译码算法  43-55
  4.1 概述  43
  4.2 BP 译码算法  43-46
    4.2.1 BP 算法信息传递原理  43-45
    4.2.2 概率域 BP 算法  45-46
  4.3 基于软比特域 LT 码 BP 算法  46-51
    4.3.1 LLR 域的 LT 码 BP 算法  46-47
    4.3.2 软比特域译码算法  47-49
    4.3.3 简化的变量节点信息值计算公式  49-50
    4.3.4 译码收敛的震荡性及震荡节点的判定  50-51
    4.3.5 修正软比特域 LT 码震荡迭代算法  51
  4.4 仿真及结果分析  51-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章基于喷泉码的无线传感器网络分布式编码算法  55-69
  5.1 概述  55
  5.2 无线传感器网络  55-57
    5.2.1 无线传感器网络体系结构  55-56
    5.2.2 分布式网络模型  56-57
    5.2.3 喷泉码在无线传感器网络中的应用现状  57
  5.3 分布式喷泉编码算法  57-64
    5.3.1 以数据包为中心的喷泉码分布式编码算法  57-60
    5.3.2 随机漫步算法  60-62
    5.3.3 随机漫步法性能比较  62-64
    5.3.4 陡壁效应  64
  5.4 改进的 LT 码分布式编码算法的设计  64-66
    5.4.1 改进的分布式编码算法分析  66
  5.5 性能仿真  66-67
  5.6 本章小结  67-69
第6章总结与展望  69-71
  6.1 本文总结  69
  6.2 未来的工作展望  69-71
参考文献  71-75
缩略语词汇表  75-76
致谢  76-77
攻读硕士学位期间的研究成果  77

Fountain码编译码算法及其在无线通信中的应用研究

内容摘要

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