LDPC码快速及低错误平层译码算法研究

发布时间：2018-01-17 20:18

  本文关键词：LDPC码快速及低错误平层译码算法研究　出处：《西安电子科技大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：LDPC码具有逼近香农限的良好译码性能，故而得到了广泛的研究。为了获取更好的译码性能，LDPC码的各种译码算法得到深入的研究。置信传播具有良好的译码性能，但是在其译码过程中易出现较高的错误平层，因此无法满足一些对数据传输质量要求极高的通信系统数据高可靠传输的需求；改进型比特翻转算法计算复杂度较低可以用于构造大吞吐量LDPC译码器，能够更好地满足高速数据传输系统纠错译码的需求。本文主要研究置信传播算法的低错误平层译码以及改进型比特翻转算法的快速译码等问题，主要研究内容如下。 首先，为了提高LDPC译码器的译码速度，本文提出了并行比特选择机制来降低加权比特翻转算法硬件实现时挑选翻转比特造成的时延。具体来讲，依据接收向量中错误比特均匀分布的特点，将所有比特划分成若干子块，从每个子块挑选出一个比特作为候选翻转比特，最后根据一定的准则从这些候选比特中选择部分比特进行翻转完成译码迭代。此外，本文还通过引入树形搜索技术降低候选比特查找的计算复杂度，进一步增加算法硬件实现时的译码速度。 其次，为了提高可靠性权重比特翻转(reliability ratio-based weighted bit-flipping,RRWBF)算法的译码速度，本文提出多比特翻转机制来加快RRWBF算法的收敛速度。具体来讲，在每次译码迭代中，根据伴随向量的重量选择合理数量的比特，然后同时翻转这些比特的硬判结果来完成迭代译码，进而有效的解决RRWBF算法中由单比特翻转造成的收敛速度慢的问题。另外，本文还提出了一种新颖的迭代提前停止机制用于消除算法译码过程中出现的无效迭代，从而进一步提高算法的收敛速度。但是，使用多比特翻转机制的RRWBF算法，译码过程中出现与单比特翻转类似的循环翻转现象，影响其译码性能。为此，本文提出一种循环翻转消除机制来破坏多比特翻转译码过程中产生的循环翻转，进而提高其译码性能。 本文还提出稳定陷阱集的概念来描述LDPC码译码过程中出现的错误平层现象，并且相应提出一种基于稳定陷阱集破坏的改进置信传播算法用以降低LDPC码的错误平层。具体来讲，稳定陷阱集中比特节点信息值的排名会随着译码迭代进行不断下降。利用这一特性可以更加高效准确地将这些节点挑选出来，之后将其初始对数似然值翻转达到集破坏的目的。最后将修正后的初始似然值序列送入译码器进行翻转译码尝试以降低LDPC码的错误平层。另外，，在置信传播算法的译码过程中会出现大量的震荡错误，即一些比特节点的硬判决结果在译码过程中呈现震荡状态从而导致译码失败。本文提出不稳定陷阱集的概念来描述这种错误类型，并且相应提出一种改进型置信传播算法以消除译码过程中出现的震荡错误进而达到提高LDPC码译码性能的目的。 最后，本文针对欧氏几何LDPC码码字的循环特性以及fast weighted bitflipping (FWBF)算法的结构特点设计高速LDPC译码器。欧氏几何LDPC码具有良好的低错误平层特性，结合FWBF算法的快速译码特性，可以很好满足光通信等高速、高质量传输通信系统的要求。
[Abstract]:The LDPC code has good decoding performance close to the Shannon limit, so it has been widely studied. In order to obtain a better decoding performance, in-depth study of LDPC decoding algorithm. BP has good decoding performance, but in the decoding process prone to high error floor, therefore can not meet some requirements the data transmission quality of the communication system of data transmission needs high reliability; improved bit flipping algorithm has low computational complexity can be used to construct high throughput LDPC decoder, can better meet the requirements of high speed data transmission system error correction decoding low error floor decoding needs. This paper mainly studies the belief propagation algorithm and the improved bit flipping algorithm fast decoding and other issues, the main research contents are as follows.
First of all, in order to improve the decoding speed of LDPC decoder, this paper proposes a parallel bit selection mechanism to reduce the delay selection bit to achieve weighted bit flipping algorithm by hardware. Specifically, according to the characteristics of the received vector error bits are evenly distributed, all bits are divided into several sub blocks, pick out a bit flip as a candidate bits from each block, finally according to certain criteria from the candidates selected bit flipping bits to complete decoding iteration. In addition, this paper also through the search technology to reduce the complexity of computing the candidate bit search tree is introduced, further increase the speed of decoding algorithm was realized in hardware.
Secondly, in order to improve the reliability of weighted bit flipping (reliability ratio-based weighted bit-flipping, RRWBF) decoding speed of the algorithm, this paper proposes a multiple bit flipping mechanism to speed up the convergence speed of RRWBF algorithm. Specifically, in each iteration, according to the weight of the adjoint vector reasonable number of bits, and then flip these bits of hard decision results to complete the iterative decoding, RRWBF algorithm can effectively solve the single bit flip the problem of slow convergence caused. In addition, this paper also proposes a novel iterative mechanism for eliminating early stop invalid iteration algorithm appear in decoding process, so as to further improve the algorithm convergence speed. However, the use of multi bit RRWBF algorithm switching mechanism, the decoding process with single bit flip flip cycle similar to the effect of the decoding performance. Therefore, the In this paper, a cyclic reversal elimination mechanism is proposed to destroy the cyclic turnover produced in the process of multi bit flipping decoding, and then the decoding performance is improved.
The concept is proposed to describe the stability of the trap set error floor phenomenon LDPC decoding process, and puts forward an improved stable trapping set failure belief propagation algorithm to reduce the error floor of LDPC codes. Based on specific, stable trap bit node information centralized value ranking with decoding the iteration continues to decline. This phenomenon could be used more efficiently and accurately pick out these nodes, then the initial value of the log likelihood to set the aim of turning. Finally the initial likelihood corrected value sequence to the decoding device flippingdecoding attempts to reduce the error floor of LDPC codes. In addition, in the process of decoding confidence the propagation algorithm will be a lot of mistakes that hard decision shocks, some of the bit nodes results in the decoding process of present state of shock resulting in decoding failure. This paper provided The concept of unstable trap set is introduced to describe this type of error, and an improved belief propagation algorithm is proposed to eliminate the concussion errors in decoding process, so as to improve the decoding performance of LDPC codes.
Finally, this paper according to the characteristics of circular Euclidean geometry LDPC codes and fast weighted bitflipping (FWBF) structure features of the algorithm design of high-speed LDPC decoder. Euclidean geometry LDPC codes with low error floor characteristics, combined with the characteristics of FWBF fast decoding algorithm, can meet the high speed optical communication, high quality transmission communication system requirements.

【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN911.22

【共引文献】

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本文编号：1437812