高速数传系统中LDPC码的设计及高效译码算法研究

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未来信息化战场上将面临海量数据信息的处理和传输,对宽带无线高速数据传输技术的需求变得日益迫切。作为高速数传系统中至关重要的一环,信道编码技术能够在低信噪比、有限带宽情况下对传输的信息进行纠错,以达到在节省发射机功率、克服信道不良影响、提升频谱利用率的情况下提升信息数据传输效率、提升译码性能以及增加通信可靠性,因此该项技术对信道容量、信息传输效率等具有极其重要的影响。低密度奇偶校验码(Low-density Parity-check Codes,LDPC),是信道编码中性能最优越的码之一,其性能能够逼近香农限,译码算法可以进行并行操作,具有高速译码的潜力,因此在国际上对LDPC码的理论分析和工程应用已取得了重要进展。目前该码已广泛应用在第五代移动通信、光通信、深空通信、高速数传系统中。然而,关于LDPC码的理论研究、工程实现仍存在一定亟待解决的问题,目前主要存在以下几个挑战:1)为达到较好的编码增益和译码性能,通常码长该选为长码,而当码长较长时,对校验节点、变量节点的存储、布线等会占用大量资源,校验节点的译码复杂度也会非常高,难以达到实时译码的要求;2)对码性能的分析仍存在一定的理论瓶颈,即如何从原理上构造性能优越的好码仍需要进一步深入探讨。基于以上几个问题的分析,本文主要对以下几个方面进行了一定的探讨:1.在LDPC码众多构造方法中,本课题针对其中一种,即基于有限域的构造法进行了深入的探讨。在目前世界上已有工作的基础上,本课题提出了一种基于计算机搜索的基于有限域的LDPC码构造方法。经本课题提出的方法构造出的LDPC码校验矩阵具有准循环结构,结构极其规则,利于生成矩阵的求解与生成矩阵的硬件存储与编码实现;经性能对比,本课题构造的部分码优于由美国空间数据委员会推荐的标准码性能。2.对如何根据构造的LDPC码求解生成矩阵,如何根据已经求出的生成矩阵进行编码进行了介绍。即从原理入手,介绍了如何根据本课题提出的LDPC码求解生成矩阵的方法,并针对该码介绍了目前存在的主流LDPC编码器的结构。3.针对本课题构造的LDPC码,基于其校验矩阵具有准循环结构的特性介绍了一种能够减少所需硬件资源、降低硬件实现复杂度的译码算法;基于矩阵变换,即通过增加新的校验节点提出了两种能够提升译码性能的译码算法。经仿真实验验证和复杂度分析,本课题提出的两种算法在不增加太大复杂度的情况下,能够使译码性能得到一定提升。
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