LDPC码字构造研究及在机载视频通信系统中的应用

论文摘要

低密度奇偶校验码（LDPC Code）是近年发展起来的一种纠错码,随着理论研究越来越成熟,它被日益广泛的应用于各类通信系统中,比如欧洲的DVB-S2系统和我国去年颁布的数字电视地面广播传输系统。LDPC码的码字构造是决定LDPC码性能的重要因素,并且对编码算法和译码算法有着直接的影响,如何构造高性能的LDPC码是LDPC研究领域的关键技术。笔者结合机载视频通信863项目,对LDPC码展开了大量的研究,并着重对码字构造进行了深入的分析,取得了一些研究成果。本文首先研究了LDPC码的编码和译码原理,针对传统编译码算法复杂度较高的问题,介绍了改进的编码算法和译码算法,极大的降低了复杂度,并对各种译码算法进行仿真分析以比较其性能优劣。本文接着研究了LDPC码的码字构造原理,在对现有的码字构造方法进行研究分析的基础之上,提出了一种新的规则LDPC码的几何构造方法。该方法借助了几何图形的原理,构造出的码字属于准循环（Quasi-Cyclic, QC）LDPC码,编码器只需一系列的移位寄存器即可实现,具有较低的编码复杂度。通过给定的限制条件,还可以确保校验矩阵的最小环长为八。通过对该方法构造出的码字进行仿真,证明其具有良好的译码性能。本文还根据机载视频通信系统的实际要求,提出了一种RA码（Repeat Accumulate Codes,重复累积码）结合QC-LDPC码的LDPC码字构造方案。一方面,通过该方案设计出的LDPC码字具有RA码的形式,所以可以采用迭代编码的方法,编码复杂度低;另一方面,由于码字属于QC-LDPC码,校验矩阵由循环子矩阵组成,所以可以采用并行编码的方式,提高了编码的吞吐率。并且通过仿真分析表明用该方案构造出的LDPC码字具有出色的译码性能。较低的编码复杂度、较高的编码吞吐率及出色的译码性能,使得该LDPC码能够很好地满足机载视频通信系统的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 英文缩略语表
• 第一章 绪论
• 1.1 数字通信系统
• 1.2 信道编码定理
• 1.3 LDPC 码的发展概况
• 1.4 本文主要工作及内容安排
• 第二章 LDPC 码的编译码原理
• 2.1 LDPC 码概述
• 2.1.1 LDPC 码的校验矩阵表示
• 2.1.2 LDPC 码的二分图表示
• 2.1.3 LDPC 码的度分布表示
• 2.2 LDPC 码的编码算法
• 2.2.1 LDPC 传统编码算法
• 2.2.2 LDPC 码的编码算法的改进
• 2.3 LDPC 码的译码算法
• 2.3.1 Gallager 译码算法
• 2.3.2 置信传播算法
• 2.3.3 译码算法的改进
• 2.3.4 各种译码算法的性能仿真比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 LDPC 码的码字构造研究
• 3.1 LDPC 码的码字构造概述
• 3.2 现有的几种码字构造方法
• 3.2.1 Gallager 构造法
• 3.2.2 Mackay 构造法
• 3.2.3 PEG 构造法
• 3.2.4 Bit-filling 构造法
• 3.3 一种新的LDPC 码的几何构造方法
• 3.3.1 码字的构造步骤
• 3.3.2 改进最小环长
• 3.3.3 性能仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 机载视频通信系统中LDPC 码设计
• 4.1 机载视频通信系统介绍
• 4.2 信道编码的选择及设计要求
• 4.3 LDPC 码设计方案
• 4.3.1 重复累积（RA）码
• 4.3.2 RA 码结合QC 码的构造方案
• 4.3.3 母矩阵的构造
• 4.3.4 用循环矩阵扩展
• 4.3.5 编码算法
• 4.4 3/7 码率的码字仿真分析
• 4.4.1 度分布的分析比较
• 4.4.2 扩展因子的分析比较
• 4.4.3 信息部分的结构分析比较
• 4.4.4 仿真总结
• 4.5 4/7 码率的码字仿真分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文