重复累积码译码算法研究

论文摘要

通信领域所追求的目标是尽可能的提高信息传输的可靠性和有效性。随着信道编码技术的发展,特别是Tubro码、LDPC码等信道编码方式的提出,使信道编码技术的性能达到了接近香农限的性能。Tubro码具有较好的编码复杂度及译码性能,但是译码算法采用最大后验概率算法,译码算法较为复杂；而LDPC码具有较好的译码复杂度和译码性能,但是编码算法较为复杂,编码复杂度与码长呈平方关系。寻找一种具有线性编译码复杂度且译码性能接近香农限的好码是信道编码研究的目标。重复累积(Repeat Accumulate, RA)码编码算法和Turbo码类似,编码算法简单,其校验矩阵是稀疏矩阵,具有LDPC码的特点,可以采用高速并行的置信传播(Belief Propagation, BP)译码算法(即和积算法)进行译码。由于RA码同时具有Turbo码和LDPC码的优点,可以在线性时间内编码和译码,且具有接近香农限的性能,RA码成为了信道编码领域研究的热点。本文在现有研究的基础上,对RA码基于Tanner图的置信传播算法进行了比较详细深入的研究,系统的分析了RA码不同译码算法的性能,提出了一种基于置信传播算法的改进译码算法,得到了较好的效果。本文的研究内容主要有以下几个方面：1)介绍系统模型,给出完整的数字通信系统,引入一种广泛应用的图形化的编译码表示方式Tanner图,详细分析了基于图形的置信传播算法,对置信信息的传播和更新过程给出详细的推导过程。2)介绍RA码和不规则RA码的编译码算法,分别给出各自的编码算法及其对应的Tanner图和校验矩阵,给出在置信传播译码算法下RA码和不规则RA码的性能,并分析了影响性能的主要因素。3)系统介绍RA码的不同译码算法,并给出详细的算法过程,及其与BP算法比较时带来的复杂度和性能的改变；BP算法需要使用复杂的函数进行运算,复杂度高,影响了它在实际通信系统中的应用。最小和算法虽然复杂度较低,却大大降低了译码性能。针对这一情况,研究人员提出了一系列的最小和算法改进算法和改进的BP算法,但是降低复杂度的同时却带来了性能的下降。为了解决这一矛盾,本文提出了一种改进的BP译码算法,采用分段的一次函数去近似BP算法变换化简后的原函数,同时采用查表方法得到一个校正值,用校正值去修正近似函数和变换化简后的原函数之间的误差。算法复杂度大大降低,同时保持了接近BP算法的译码性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 2 系统模型
• 2.1 数字通信系统
• 2.2 Tanner图
• 2.3 置信传播算法
• 2.4 仿真信道模型
• 2.5 本章小结
• 3 重复累积码
• 3.1 规则RA码
• 3.1.1 RA编码算法
• 3.1.2 RA码BP译码算法
• 3.2 IRA码
• 3.2.1 IRA编码算法
• 3.2.2 IRA码BP译码算法
• 3.3 仿真性能研究
• 3.3.1 RA码仿真性能分析
• 3.3.2 IRA码仿真性能分析
• 3.4 本章小结
• 4 RA码的改进译码算法
• 4.1 最小和算法及其改进算法
• 4.1.1 最小和算法
• 4.1.2 改进的最小和算法
• 4.2 改进的BP译码算法
• 4.2.1 查表改进算法
• 4.2.2 分段近似改进算法
• 4.3 分段近似查表校正的改进算法
• 4.4 本章小结
• 5 仿真分析
• 5.1 复杂度分析
• 5.2 译码性能分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢