LDPC码在高密度光盘中的应用研究

论文摘要

Gallager在1962年提出的低密度奇偶校验码（Low-Density Parity-Check Codes, LDPC）是一类可以用稀疏矩阵或二分图定义的线性分组码。它具有性能逼近香农限、描述方便、易于进行理论分析、译码简单且可以并行操作、适合硬件实现等特点。LDPC码以其优异的性能、简洁的形式及良好的应用前景吸引了越来越多的研究人员进行深入研究,并在通信领域得到成功应用。近年来,又有一些研究机构提出将LDPC码应用于高密度光盘存储系统的设想,并进行了一些理论研究和仿真测试。国内外对于LDPC码的研究成果表明,LDPC码是一类性能优异的好码,非常适合于高密度存储系统高速数据传输通道的要求。但是,由于光盘存储系统多采用游程长度受限码（Run Length Limited,RLL）,因此,要将LDPC码应用于光盘存储领域,必须很好地解决LDPC码与RLL码的冲突问题。此外,随着高密度光盘存储研究的不断发展,如何设计低冗余、高性能的光盘LDPC码也是急需解决的问题。为了能够将LDPC码高效地应用于新一代红光高清多功能光盘（Next-Generation Versatile Disc,NVD）,针对NVD光盘的特点,设计了新的通道编码处理过程及实现方案:采用基于Q矩阵的LDPC码编码方法,对各种编码参数情况下的性能进行了研究;运用MATLAB对采用LDPC码的NVD光盘通道编码方案和解码过程进行了建模仿真,对LDPC码在NVD光盘中的应用进行了测试,并对仿真结果进行了分析。仿真测试结果表明,通过将LDPC码应用于NVD光盘系统,可以进一步降低较低信噪比条件下通道的原始误码率,进而降低纠错后的用户误码率,以满足高密度NVD光盘对容错性能的要求,同时,数据的冗余度只是有限的增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源、目的和意义
• 1.2 LDPC 码国内外研究现状
• 1.3 课题主要研究工作
• 2 信道编码基础和LDPC 码
• 2.1 信道编码基础
• 2.1.1 线性分组码的概念
• 2.1.2 生成矩阵和校验矩阵
• 2.1.3 系统码和循环码
• 2.1.4 信道容量和香农限以及纠错码的关系
• 2.1.5 光盘通道和PRML 技术简介
• 2.2 LDPC 码概述
• 2.2.1 图论基本知识
• 2.2.2 LDPC 码的描述和图模型
• 2.2.3 LDPC 码的环
• 2.3 本章小结
• 3 LDPC 码编译码算法
• 3.1 编码算法
• 3.1.1 Gallager 构造的LDPC 码
• 3.1.2 Mackay 的随机构造方法
• 3.1.3 近似下三角校验矩阵
• 3.1.4 利用Q 矩阵构造LDPC 码
• 3.2 译码算法
• 3.2.1 Gallager 硬判决译码算法
• 3.2.2 和积译码算法
• 3.3 本章小结
• 4 LDPC 码在NVD 高密度光盘中的应用
• 4.1 NVD 编码系统
• 4.2 采用LDPC 码的NVD 编码系统方案设计
• 4.2.1 LDPC 码在磁盘存储中的应用模型
• 4.2.2 满足NVD 编码系统中RLL 约束的方法
• 4.3 LDPC 码应用方案参数选择与实现
• 4.3.1 基于Q 矩阵的LDPC 编码实现
• 4.3.2 LDPC 译码的实现
• 4.4 本章小结
• 5 LDPC 码应用方案的仿真测试
• 5.1 编码性能分析
• 5.1.1 列重对编码性能的影响
• 5.1.2 码率与性能的关系
• 5.1.3 基于Q 矩阵的编码与随机构造编码的比较
• 5.2 原始误码率分析
• 5.3 系统数据冗余分析
• 5.4 系统级仿真分析
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结
• 6.1 结论
• 6.2 需要改进的工作
• 致谢
• 参考文献