LDPC码置信传播译码研究
发布时间：2020-10-19 17:39
随着社会的不断发展以及现代科学技术的进步,通信已经成为人们日常生活中不可或缺的组成部分。特别是近几年移动通信的持续快速发展,给我们的生活带来了极大的便利。通信的最终目的就是实现信息的有效传递,但是由于无线信道中存在着各种的干扰再加上通信技术的发展需要更加快捷、方便、准确地传递信息,使得具体实现起来非常困难,从而给从事通信技术的研发人员带来了更加严峻的挑战。为了寻找适应高效、高可靠性通信的编码方案,从早期的循环码,BCH码、RS码、卷积码等,直到发展到近年来的Turbo码以及到本文研究的LDPC码(Low-Density Parity-Check Codes,低密度奇偶校验码)。LDPC码以其优异的译码性能和相对较低的译码复杂度很快成为研究的热点。LDPC码主要分为两种类的译码算法:BF译码算法(Bit-Flipping,比特翻转)和BP译码算法(Belief-Propagation,置信传播)。其中BF译码算法的复杂度低,但其译码性能也是最差的,只能满足对译码准确性要求不是很高的场合或者是硬件条件受限制的情况,反观BP译码算法,其复杂度较,但是却有着优异的译码性能。本文的研究内容主要如下:本文首先介绍了 LDPC码特点、表示、构造方法以及分类,并归纳总结了编码方案。然后,对 LDPC 码 BF、BP、RBP(Residual Belief-Propagation,剩余度置信传播)、NW RBP(Node-wise RBP,基于校验节点的剩余度置信传播)、IVC RBP(Informed Variable-to-Check RBP,变量节点到校验节点获知置信传播)译码算法思想和流程做了详细的分析。然后基于NWRBP算法,本文提出了一种改进型NWRBP(ENWRBP,Enhanced NWRBP)译码算法,即统计NW RBP译码过程中各变量节点的更新次数,如果NWRBP迭代译码失败,然后将更新次数最少的变量节点的初始化值设置为0。仿真结果表明,与NW RBP相比,ENWRBP译码算法降低了误码率(BER，Bit Error Rate)和误帧率(FER,Frame Error Rate)。当前,如何优化升级LDPC码译码器,在不增加译码复杂度和译码延时的情况下,进一步降低误帧率是迫切需要解决的问题。最后本文根据这个问题,结合不同BP译码算法的优缺点,并参考译码延时、译码复杂度和误帧率这三要素,提出了时序串联置信译码的方案,通过仿真结果验证了该方法的正确性和实际应用中的可能性。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN911.22
【部分图文】：
??环。如图２．１给出ＬＤＰＣ码Ｔａｎｎｅｒ图：??校验节点??ｒ、广、）ｒ、产、ｒ、、广、??Ｗ?Ｗ?＼Ｊ??变量节点??图２．１校验矩阵孖（６，２，３）的Ｔａｎｎｅｒ图??图２＿１，就是根据上面所讲的，把校验矩阵转化为Ｔａｎｎｅｒ图，即由上面的校验矩阵７／??转化而来，从图２．１来看，其中所对应的４个校验节点，６个变量节点，每个校验节点??与三个变量节点相连，与丑矩阵每行有３个１对应，每个变量节点与两个校验节点相连，??与丹矩阵每列有２个１对应。??２．２?ＬＤＰＣ码的构造??ＬＤＰＣ码的编译码性能，与其码的构造方法是分不开的，在上一节的两种校验矩阵??表示上我们能够直观看出重要的影响因素是系数矩阵和环的长度。因此，我们在构造??ＬＤＰＣ码时，需要按照某一既定的规则或者方式方法来进行生成校验矩阵。目前，ＬＤＰＣ??码的构造方法一般的归为随机构造法和代数构造法［３９］。随机构造法主要是提高译码的性??能
??１??图２．３下三角形式的矩阵??将丑’矩阵分解成［尽，丑２］，其中是ｒａｘ（ｗ－ｗ）的矩阵，／＾是／Ｍｘｍ的矩阵，然??后将码字比特向量ｘ分成两个部分，一般地，ｓ信息位，”是校验位，可以得到＝??再根据下边公式：??［Ｈ［，Ｈ＇２］ｐＴＴ?＝０?（２．７）??ｓ?Ｊ??得到：??Ｈ＇ｌＰＴ?＋?Ｈ＇２ｓＴ?＝?０?（２．８）??因此，最终得到校验位：??ｐＴ＝－｛Ｈ＼ｒｌＨ＇２ｓＴ?（２．９）??２．３．２基于ＬＵ分解的编码算法??本节将基于ＬＵ分解降低这种编码的复杂度。利用上文ｇ的稀疏特性，对上小结的??公式做出如下改变：??Ｈ＼ｐＴ?＝Ｈ＇２ｓｔ?（２．１０）??此时，令ｊ；＝戌／，得：??Ｈ［ｐＴ＝ｙ?（２．１１）??对耗进行ＬＵ分解［４２］（Ｕ代表为上三角矩阵，Ｌ代表为下三角矩阵），若丑；为奇异矩
??上述两个公式也进一步描述了译码过程中变量节点和校验节点之间消息传递的规??律。图３．３给出ＬＬＲ?ＢＰ译码或者基于ＬＬＲ?ＢＰ译码算法的统一流程思想：??ＢＩＡＷ？｝信道??？迭代次数为１??Ｔ?????Ｉ校验节点处理Ｌ?￣??——±——?Ｉ单元?ｒ?｜?迭??接收ＢＰＳＫ信号?代??????＊?！?次??变量节点处理??数??｜?单元?加???］?ｒ??１??初似?細最大迭Ｌ??■——丨?Ｉ?微数?ｎ??１?达到最大迭??初始化初始信＿??＊?＾?代次数??道似然值存储?判决处理??？?????—＿—Ｉ?判决输出??图３．３置信传播译码流程图??具体译码算法如下：??首先，初始化，最大迭代次数为，接受译码的序列为ｒ，把所有从校验节点到??变量节点的信息Ｉ＊?设置为〇。??Ｃｊ－＞ｖ，??其次，变量节点到校验节点的消息传递，根据公式（３．１８），计算置信度消息为??为校验节点到变量节点的信息传递做准备。??然后，校验节点到变量节点的信息传递，根据公式（３．１９），计算置信度消息为五＿。??为重置变量节点的值做准备。??最后，译码判决，根据公式（３．１８），计算从变量节点到校验节点的消息传递??２５??
【参考文献】
本文编号：2847511
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN911.22
【部分图文】：
??环。如图２．１给出ＬＤＰＣ码Ｔａｎｎｅｒ图：??校验节点??ｒ、广、）ｒ、产、ｒ、、广、??Ｗ?Ｗ?＼Ｊ??变量节点??图２．１校验矩阵孖（６，２，３）的Ｔａｎｎｅｒ图??图２＿１，就是根据上面所讲的，把校验矩阵转化为Ｔａｎｎｅｒ图，即由上面的校验矩阵７／??转化而来，从图２．１来看，其中所对应的４个校验节点，６个变量节点，每个校验节点??与三个变量节点相连，与丑矩阵每行有３个１对应，每个变量节点与两个校验节点相连，??与丹矩阵每列有２个１对应。??２．２?ＬＤＰＣ码的构造??ＬＤＰＣ码的编译码性能，与其码的构造方法是分不开的，在上一节的两种校验矩阵??表示上我们能够直观看出重要的影响因素是系数矩阵和环的长度。因此，我们在构造??ＬＤＰＣ码时，需要按照某一既定的规则或者方式方法来进行生成校验矩阵。目前，ＬＤＰＣ??码的构造方法一般的归为随机构造法和代数构造法［３９］。随机构造法主要是提高译码的性??能
??１??图２．３下三角形式的矩阵??将丑’矩阵分解成［尽，丑２］，其中是ｒａｘ（ｗ－ｗ）的矩阵，／＾是／Ｍｘｍ的矩阵，然??后将码字比特向量ｘ分成两个部分，一般地，ｓ信息位，”是校验位，可以得到＝??再根据下边公式：??［Ｈ［，Ｈ＇２］ｐＴＴ?＝０?（２．７）??ｓ?Ｊ??得到：??Ｈ＇ｌＰＴ?＋?Ｈ＇２ｓＴ?＝?０?（２．８）??因此，最终得到校验位：??ｐＴ＝－｛Ｈ＼ｒｌＨ＇２ｓＴ?（２．９）??２．３．２基于ＬＵ分解的编码算法??本节将基于ＬＵ分解降低这种编码的复杂度。利用上文ｇ的稀疏特性，对上小结的??公式做出如下改变：??Ｈ＼ｐＴ?＝Ｈ＇２ｓｔ?（２．１０）??此时，令ｊ；＝戌／，得：??Ｈ［ｐＴ＝ｙ?（２．１１）??对耗进行ＬＵ分解［４２］（Ｕ代表为上三角矩阵，Ｌ代表为下三角矩阵），若丑；为奇异矩
??上述两个公式也进一步描述了译码过程中变量节点和校验节点之间消息传递的规??律。图３．３给出ＬＬＲ?ＢＰ译码或者基于ＬＬＲ?ＢＰ译码算法的统一流程思想：??ＢＩＡＷ？｝信道??？迭代次数为１??Ｔ?????Ｉ校验节点处理Ｌ?￣??——±——?Ｉ单元?ｒ?｜?迭??接收ＢＰＳＫ信号?代??????＊?！?次??变量节点处理??数??｜?单元?加???］?ｒ??１??初似?細最大迭Ｌ??■——丨?Ｉ?微数?ｎ??１?达到最大迭??初始化初始信＿??＊?＾?代次数??道似然值存储?判决处理??？?????—＿—Ｉ?判决输出??图３．３置信传播译码流程图??具体译码算法如下：??首先，初始化，最大迭代次数为，接受译码的序列为ｒ，把所有从校验节点到??变量节点的信息Ｉ＊?设置为〇。??Ｃｊ－＞ｖ，??其次，变量节点到校验节点的消息传递，根据公式（３．１８），计算置信度消息为??为校验节点到变量节点的信息传递做准备。??然后，校验节点到变量节点的信息传递，根据公式（３．１９），计算置信度消息为五＿。??为重置变量节点的值做准备。??最后，译码判决，根据公式（３．１８），计算从变量节点到校验节点的消息传递??２５??
【参考文献】
相关硕士学位论文 前3条
1 孔宪章;LDPC编译码技术的研究与实现[D];电子科技大学;2015年
2 方帆;LDPC码的构造与低错误平层译码算法研究[D];西安电子科技大学;2012年
3 肖禺;LDPC码校验矩阵构造及编码研究[D];重庆大学;2008年
本文编号：2847511
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