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原文传递不等保护码及其在轨道交通列车运行控制车地无线通信中的应用

论文题名：	不等保护码及其在轨道交通列车运行控制车地无线通信中的应用
关键词：	保护码;轨道交通;列车运行控制;无线通信;译码算法;不等保护;保护能力;信息元;误码率;译码器;循环不;信道编码;通信系统;树状图;距离特性;纠错能力;多进制;编码方案;比特;译码性能
摘要：	在通信系统中信道编码是控制传输差错的主要手段之一。传统的信道编码方案通常不考虑信息元对差错的敏感程度，为它们提供相等的检错和纠错能力。然而在一个信息分组中，信息元对误码率的要求有可能是不同的，为了灵活的适应不同种类的信息元对误码率的要求，不等保护(Unequal Error Protection，UEP) 码逐渐成为新的发展热点。不等保护码能够在不改变编码效率的前提下为信息元提供不同的保护能力，在分别满足它们对误码率要求的同时，也提高了信息序列整体的编码效率。本论文是以不等保护码为研究对象，重点研究不等保护码的译码算法，以及它们在轨道交通列车运行控制车地无线通信中的实际应用。本论文首先综合分析了有关的数学基础内容——近世代数中群、环、域的概念，并在此基础上着重研究决定不等保护码保护能力的直接因素：码空间的距离特性，然后定量地给出了用于描述距离特性的两个关键参数——分离矢量和特征距离矢量之间的关系，以及它们和不等保护码保护能力之间的关系。最后提出决定距离特性的根本因素是码的生成矩阵，并研究了不等保护码的生成矩阵特性。对不等保护码译码算法的研究是本论文的主要内容之一。在本论文的第三、四、五三章，分别提出了三种有效的译码算法。第三章中提出的树状图译码算法适用于所有分组不等保护码，它通过在树状图上寻找最大似然分支的方法，有效地保证了所有保护能力大于或者等于码字中错误比特数目的信息元都能正确译出。仿真结果表明，在树状图译码算法下高保护能力信息元的误码性能得到了明显改善。第四章中提出的二次译码算法适用于所有具有两个保护能力等级的二进制循环不等保护码，当码字中错误比特的个数小于或者等于码空间的最低保护能力(即码字的纠错能力)时，译码器采用循环码的一般译码算法译码，即利用关键方程求解错误比特的位置；当码字中错误比特的个数大于码字的纠错能力时，译码器对高保护能力信息元的值进行假设，并验证该假设。如果假设不满足验证条件，则译码器改变假设并重新验证，直到找到满足验证条件的假设，那么高保护能力的信息元的值就是该假设值，通过这个方法为高保护能力的信息元提供更高的保护。当接收码字中的错误比特数目小于或者等于码字的纠错能力时，二次译码算法可以确保所有信息元正确译出，而当错误数量达到码空间的高保护能力时，二次译码算法可以确保大多数高保护能力的信息元正确译出。在本论文的第五章里，提出了一种适用于具有两个保护能力等级的多进制循环不等保护码的译码算法，它实际上是对二次译码算法的扩展，使之能够在多元素有限域上完成对伴随式及关键方程的运算。此时信息元为多进制数，每个信息元携带更多的信息比特，译码器用改进的二次译码算法对接收码字译码，为高保护能力的信息元提供更低的误码率。仿真结果表明，不论是在二进制循环不等保护码中，还是在多进制循环不等保护码中，二次译码算法都为高保护能力的信息元提供了更好的译码性能。最后，本论文第六章研究不等保护码实际应用于轨道交通列车运行控制车地无线通信系统中的性能。在通信系统建模时，本论文采用了欧洲轨道交通系统的GSM-R系统。考虑到应用环境中信息分组的大小以及对误码率的要求，本论文采用了适用于多进制循环不等保护码的二次译码算法。通过和GSM-R原有的信道编码方案的比较可以发现，二次译码算法仅通过一次编码就可以为不同种类的信息元提供不同的保护能力，不仅比原编码方案简单，而且在大多数信道条件下具有比原编码方案更优的译码性能。再配合以合适的交织算法，二次译码算法在抵抗突发噪声方面也表现出了良好的性能。关键词：不等保护码，树状图译码算法，二次译码算法，轨道交通，车地无线通信
作者：	毛倩
专业：	交通信息工程及控制
导师：	董德存;曾小清
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输工程学院
学位年度：	2006
正文语种：	中文