LDPC码编译码算法研究

论文摘要

现代编码技术的终极目标是以逼近Shannon限的有效功耗实现可靠通信。低密度奇偶校验码（LDPC）码的诞生和发展使人们更加接近这一目标。结合现有的理论成果和实践经验,设计性能优良且编译码复杂度低的LDPC码是近年来人们研究的热点问题。本文对LDPC码编译码算法进行了深入的研究,在以下几个方面获得了关键性研究成果:（1）系统地总结了现代编码理论的发展历程和LDPC码的编译码原理;推导了不同测度下LDPC码和积译码算法的消息迭代更新公式。（2）针对串行处理器,提出了可实现快速收敛的LDPC码的TTWA译码算法。此外,利用密度进化理论,分析了TTWA算法收敛速度快的原因。（3）在仔细研究了Turbo码编码器特性基础之上,给出了可实现线性时间编码的并行卷积LDPC码的设计方案。将LDPC码的校验矩阵分解成对应于信息预处理单元的随机交织子矩阵和对应于并行卷积编码单元的子矩阵,极大地简化了并行卷积LDPC码设计和优化过程。并且,给出了准正则并行卷积LDPC码最小汉明距离上限以及相应的理论证明。（4）基于IEEE P802.16e中LDPC码的设计方案,结合密度进化理论的高斯逼近原理,给出了LDPC码度序列的搜索方法。（5）提出了应用于II型H-ARQ系统速率兼容LDPC码的构造方法,并且结合高斯逼近原理及差分进化算法,给出了设计非正则速率兼容LDPC码的分量码度序列的算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 信道编码定理和信道容量
• 1.1.1 软判决与硬判决
• 1.1.2 二维高阶调制信道
• 1.1.3 频谱效率
• 1.2 现代编码调制技术
• 1.2.1 逼近信道容量的现代编码技术
• 1.2.2 编码调制技术
• 1.2.3 新型信道编码——空时码
• 1.2.4 自适应编码调制
• 1.3 LDPC 码的发展历史与现状
• 1.3.1 LDPC 码的提出
• 1.3.2 LDPC 码的兴起
• 1.3.3 LDPC 码的蓬勃发展
• 1.3.4 LDPC 码的实用化进程
• 1.3.5 有待研究的问题
• 1.4 论文的主要工作概述及章节安排
• 第二章 LDPC 码的图模型理论及密度进化理论
• 2.1 LDPC 码的图模型表示
• 2.1.1 Tanner 图
• 2.1.2 因子图
• 2.2 基于图模型的和积译码算法
• 2.2.1 和积译码算法基本概念
• 2.2.2 概率测度下LDPC 码的和积译码算法
• 2.2.3 不同测度下的消息更新规则
• 2.3 密度进化理论
• 2.3.1 密度进化理论的前提条件
• 2.3.2 SBIC 信道下和积算法的消息密度进化
• 2.4 密度进化理论的高斯逼近原理
• 2.4.1 对称约束条件
• 2.4.2 正则LDPC 码的高斯逼近原理
• 2.4.3 非正则LDPC 码的高斯逼近原理
• 2.5 小结
• 第三章 LDPC 码的快速收敛译码算法
• 3.1 和积算法中的信息传递策略
• 3.1.1 双向信息传递策略
• 3.1.2 洪水信息传递策略
• 3.2 LDPC 码快速收敛译码算法
• 3.2.1 双向信息传递策略的实现
• 3.2.2 LDPC 码的快速收敛译码算法
• 3.2.3 TTWA 译码算法复杂度及性能分析
• 3.3 小结
• 第四章 并行卷积LDPC 码
• 4.1 准正则并行卷积LDPC 码
• 4.1.1 研究背景
• 4.1.2 LDPC 码中的环
• 4.1.3 编码器结构及校验矩阵设计
• 4.1.4 仿真结果及其分析
• 4.1.5 结论
• 4.2 QRPC-LDPC 码最小码重上限分析
• 4.2.1 最小码重上限分析
• 4.2.2 实例说明
• 4.2.3 仿真结果及分析
• 4.3 非正则并行卷积LDPC 码
• 4.3.1 IPC-LDPC 码的编码器结构
• 4.3.2 校验矩阵
• 4.3.3 度序列分布设计
• 4.3.4 校验矩阵构造
• 4.3.5 仿真及其分析
• 4.4 小结
• 第五章 基于循环移位矩阵构造的LDPC 码度序列设计
• 5.1 基于循环移位矩阵构造的LDPC 码
• 5.1.1 准循环LDPC 码
• 5.1.2 可并行编码的分块LDPC 码
• 5.2 基于循环移位矩阵构造的LDPC 码度序列设计
• 5.2.1 度序列搜索方法
• 5.2.2 实验结果
• 5.3 小结
• 第六章 速率兼容LDPC 码的设计与分析
• 6.1 II 型H-ARQ 系统分析
• 6.1.1 引言
• 6.1.2 II 型H-ARQ 系统吞吐量
• 6.1.3 系统误码率
• 6.2 用于II 型H-ARQ 系统的RC-LDPC 码设计方法
• 6.2.1 校验矩阵整体结构
• 6.2.2 母码的构造
• 6.2.3 RC-LDPC 码的性能分析和II 型H-ARQ 系统的吞吐量分析
• 6.2.4 总结
• 6.3 基于高斯逼近和差分进化优化设计RC-LDPC 码
• 6.3.1 高斯逼近和差分进化
• 6.3.2 RC-LDPC 码的度序列优化算法
• 6.3.3 实验结果
• 6.3.4 总结
• 6.4 小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果