BP算法和WBF算法相结合的LDPC码译码算法研究

论文摘要

深空通信信道中各信号间的传输距离非常远,能量衰减严重,所以必须努力提高系统的信道增益和接收机的灵敏度。作为深空测控通信中的一种重要技术,信道编码技术能够大幅度地提高深空测控通信系统性能。作为高增益信道编码,LDPC码具有逼近香农极限的性质,在深空通信领域中具有广阔的应用前景。本文首先介绍了LDPC码的历史、发展现状、定义、结构、校验矩阵构造方法、编译码算法,重点研究了BF译码算法、WBF译码算法、BP译码算法、对数似然比域BP译码算法、最小和译码算法及其改进算法,并对上述译码算法的复杂度和误码性能进行了分析和比较。其次,针对BP算法运算复杂度高,运行时间长的问题,将BP算法和WBF算法相结合,提出了一种LDPC码的改进译码算法。首先进行1次BP迭代,然后计算译码结果是否满足校验方程,若满足,则将已经前面BP迭代的结果作为译码结果输出,若不满足,则根据WBF算法,利用接收的码字序列的可靠性信息,对校验节点传递给变量节点的比特翻转判据进行加权,对译码结果中翻转判据最大的比特进行翻转,再次进行校验式检验,决定是否继续进行BP迭代译码。最后,应用MATLAB软件构建了加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)信道下的译码性能仿真系统,对已有译码算法和改进算法译码性能的进行仿真,同时仿真分析了不同最大迭代次数、不同码字长度、不同码率等条件下对改进译码算法性能的影响,并与已有译码算法进行了比较。这种BP算法和WBF算法相结合的改进译码算法可以有效降低译码算法的运行时间,并且能够保持和传统BP算法一样的优异译码性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外相关领域的研究状况
• 1.2.1 深空通信中的信道编码
• 1.2.2 LDPC 码的历史及发展现状
• 1.3 本文主要研究的内容
• 第2章 LDPC 码的理论基础
• 2.1 线性分组码
• 2.1.1 线性分组码的定义
• 2.1.2 线性分组码的生成矩阵和校验矩阵
• 2.1.3 线性分组码的校验子译码
• 2.2 LDPC 码的定义与结构
• 2.2.1 LDPC 码的定义
• 2.2.2 LDPC 码的Tanner 图表示
• 2.2.3 LDPC 码的度数分布
• 2.2.4 规则与非规则LDPC 码
• 2.2.5 二元域与多元域LDPC 码
• 2.3 LDPC 码校验矩阵的构造方法
• 2.3.1 Gallager 构造方法
• 2.3.2 Mackay 构造方法
• 2.3.3 Davey 构造方法
• 2.3.4 PEG 构造方法
• 2.3.5 组合构造方法
• 2.3.6 有限几何构造方法
• 2.4 LDPC 码编码算法
• 2.4.1 基于高斯消去的编码算法
• 2.4.2 RU 快速编码算法
• 2.5 LDPC 码译码算法
• 2.5.1 硬判决译码算法
• 2.5.2 软判决译码算法
• 2.5.3 已有译码算法的复杂度分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 一种改进的LDPC 码译码算法
• 3.1 改进译码算法的提出
• 3.2 改进译码算法的步骤和实现方法
• 3.3 改进译码算法性能的理论分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 LDPC 码性能仿真与分析
• 4.1 仿真系统的建立
• 4.2 信道模型的建立
• 4.3 已有译码算法性能仿真和分析
• 4.3.1 规则化最小和算法最优参数设计
• 4.3.2 偏移量最小和算法最优参数设计
• 4.3.3 已有译码算法误码性能仿真
• 4.3.4 已有译码算法复杂度仿真
• 4.4 改进译码算法性能仿真和分析
• 4.4.1 改进译码算法误码性能仿真
• 4.4.2 改进译码算法复杂度仿真
• 4.4.3 最大迭代次数对译码性能的影响
• 4.4.4 码长对译码性能的影响
• 4.4.5 码率对译码性能的影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢