LDPC码研究及其在超宽带中的应用

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相对有线网络,无线网络最大的优点是可移动性,但是却要面对恶劣无线通信环境和有限频谱资源的挑战。与此同时,人们对无线通信系统的要求却仍在不断提高,希望其提供更高的数据传输速率、成本更低、功耗更小。在这样的背景下,超宽带(Ultra-Wideband,UWB)技术引起了人们的重视,已逐渐成为无线通信领域研究、开发的一个热点,并被视为下一代无线通信的关键技术之一。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术,由于具有频谱利用率高、抗多径能力强、信道均衡需求相对简单等优点,特别适合于宽带无线通信。低密度校验码(Low Density Parity Check Codes,LDPC码)是Gallager最早于1963年提出的一种具有稀疏校验矩阵的分组码,它具有非常好的特点:性能接近香农限,描述和实现简单,易于进行理论分析和研究,译码简单且可实现并行操作,适合硬件实现。现在,LDPC码已经成为纠错编码领域里的研究热点,它在许多领域具有极其广泛的应用前景。本学位论文着重研究LDPC编译码技术,主要研究内容包括LDPC的编码算法、译码算法,构造算法的选择和在此基础上对不同译码算法的性能仿真分析。根据现有算法提出了一种震荡补偿Corrected BP_based算法并在AWGN信道与超宽带信道下进行了性能仿真,仿真结果表明,我们提出的算法在复杂度与震荡补偿算法相比有所降低的情况下取得了基本相同的性能。提出并实现了一种可以计算出LDPC编码二分图中每个节点的Girth和长度等于Girth的环的数目的算法,利用该算法结果可以从应用同一个次数分布对生成的中短码长LDPC ensemble中找到性能好的LDPC码,也可以利用这种算法对译码算法做出改进。第一章序论简要介绍了UWB系统的概念,正交频分复用技术和信道编码技术。第二章概述了OFDM技术的基本概念、频谱利用率,收发机结构等等,阐述了UWB无线通信技术的基本概念以及基于OFDM技术的超宽带系统方案。第三章介绍了LDPC码的原理,LDPC码的各种构造方法,在AWGN信道下对LDPC码不同迭代次数下的性能,LDPC码可检验码字特性进行了仿真,对具有相同码长码率的规则LDPC码,非规则LDPC码的性能进行了性能仿真并与具有相同码率的卷积码进行了比较。根据图的深度优先遍历算法提出并实现了一种可以计算出每个节点的Girth及长度等于Girth的环的数量的算法。利用该算法结果可以从应用同一个次数分布对生成的中短码长LDPC ensemble中找到性能好的LDPC码,也可以利用这种算法对译码算法做出改进。第四章介绍了LDPC码的各种译码算法,包括置信传播(Belief Propagation,BP)算法,最小和(Min-Sum)算法,Normalized BP-Based算法,Offset BP-Based算法,Corrected BP-Based算法,信息节点端的Normalized BP算法和Offset BP算法,震荡补偿LLR-BP算法(Oscillation-based LLR-BP),一种基于概率策略的改进BP译码算法,并对其中的一些译码算法在AWGN信道和超宽带信道下进行了性能比较。结合震荡补偿算法与Corrected BP-Based算法提出了一种新的译码算法并在AWGN信道与超宽带信道下进行了性能仿真,仿真结果表明,我们提出的算法在复杂度与震荡补偿算法相比有所降低的情况下取得了基本相同的性能。第五章是对本文工作的总结与下一步工作方向的展望。LDPC码技术具有广阔的应用前景。本文结合LDPC码和UWB系统进行了研究,希望可以对下一步的研究工作起到积极的作用。
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