分块结构LDPC码构造和性能分析

发布时间：2017-08-15 12:22

  本文关键词：分块结构LDPC码构造和性能分析

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【摘要】：LDPC码是19世纪60年代初由Gallager提出的一类由一个稀疏校验矩阵定义的线性分组码,具有渐进香农限的译码性能。但由于校验矩阵的随机构造和稀疏特性,导致“1”的位置随意性太大,增加了编码器设计的难度,所以具有规则结构的BC-LDPC码得到了广泛的应用。与一般的LDPC码不同BC-LDPC码的校验矩阵可看作由分块的子矩阵构成,每个子分块阵可用一个整数标记,从而整个BC-LDPC码校验矩阵可通过一个较低维度的基矩阵来表示,极大地降低了编译码复杂度。本文将对BC-LDPC码的编译码算法、构造方案以及性能优化展开深入研究。首先,论文研究了BC-LDPC码的编译码算法。论文介绍了LDPC码的编码算法以及相应的算法复杂度。在此基础上针对BC-LDPC码常用的“α-0-α”结构和双对角结构,给出该结构BC-LDPC码的编码算法和算法复杂度。论文主要研究了BC-LDPC码的置信传播类算法,包括BP算法、MS算法以及修正的MS算法。论文详细阐述了上述三种常用译码算法的具体步骤和相应的译码复杂度,同时结合具体码字对它们的译码性能仿真结果进行了比较分析。接着,论文研究了用于分析LDPC码译码门限的密度演变算法。论文详细介绍了两种类型的DE算法的计算步骤——离散型DE算法和高斯估计的DE算法,每种类型的DE算法均包含基于BP算法的DE算法和基于MS算法的DE算法。论文仔细研究了离散型DE算法遍历优化BC-LDPC码节点分布的过程,给出了DE算法优化BC-LDPC码基矩阵节点的例子,根据优化结果构造BC-LDPC码,并且进行性能仿真,与由DE算法计算的译码门限作比较分析。仿真结果显示在设定基矩阵行列重的情况下,结合BC-LDPC码结构和行列块数有限的特性,利用DE算法遍历优化基矩阵的分布,可以构造性能优异的BC-LDPC码。论文详细叙述了利用DE算法协助NMS算法选择修正因子的实现过程,针对不同修正因子下得到的基矩阵节点分布构造BC-LDPC码。仿真结果验证了通过DE算法帮助NMS算法寻找修正因子的可靠性。然后,论文重点对BC-LDPC码的构造方案进行了研究,主要讨论了掩模构造、联合优化圈的外信息度大小和圈长两种方案。论文在详细分析了两种方法原理的基础上,对两种方法构造的BC-LDPC码分别进行了性能仿真。论文针对构造高码率BC-LDPC码过程中遇到列重大于行数的情况,提出了在单个分块矩阵中嵌入多重循环移位矩阵的方案。论文给出该构造方案在给定BC-LDPC码结构下的性能仿真,其中IEEE 802.11n中的一组高码率BC-LDPC码仿真结果显示,最大列重为12较最大列重为4的性能在BER@-5处约有0.11dB的增益。最后,论文主要研究了具有Raptor-like结构的低码率BC-LDPC码的构造和门限优化问题。论文分析由DE算法和PEXIT算法计算一般低码率BC-LDPC码的译码门限,并详细阐述说明了其中存在的问题。论文引入由CRC公司和ETR1联合提出的Raptor-like结构,利用PEXIT算法分析优化具有该结构的BC-LDPC码的译码门限,给出了具体的优化分析门限过程。根据优化结果构造Raptor-like结构的低码率BC-LDPC码,并对得到的BC-LDPC码进行性能仿真,与QUALCOMM等公司提出的类似码字作比较,仿真结果表明新优化构造的低码率码字有明显的性能增益。
【关键词】：分块结构LDPC码 密度演变算法 置信传播算法 Raptor-like结构 PEXIT算法
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.22
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 本论文专用术语的注释表13-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 LDPC码的应用与意义14-15
• 1.2 LDPC码的定义和描述15-18
• 1.2.1 LDPC码的编译码16-17
• 1.2.2 BC-LDPC码的简介17-18
• 1.3 论文的研究内容18-20
• 第二章 BC-LDPC码的编译码算法20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 BC-LDPC码编码方法20-23
• 2.2.1 编码的复杂度问题20-21
• 2.2.2 近似下三角矩阵的编码方法21-22
• 2.2.3 BC-LDPC码的编码方案22-23
• 2.3 BC-LDPC码的译码算法23-27
• 2.3.1 对数似然比域BP算法24-25
• 2.3.2 MS算法以及归一化MS算法25-27
• 2.4 译码算法的性能仿真27-30
• 第三章 BC-LDPC码性能分析30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 离散型DE算法30-33
• 3.3 高斯估计的DE算法33-36
• 3.3.1 基于BP算法的密度演变算法33-34
• 3.3.2 基于MS算法的密度演变算法34-36
• 3.4 BC-LDPC码的分布优化36-44
• 第四章 BC-LDPC码分块结构的设计44-58
• 4.1 BC-LDPC码构造特点44-50
• 4.1.1 PEG方法简介45-46
• 4.1.2 掩模构造方法46-49
• 4.1.3 联合ACE和圈长优化的构造方法49-50
• 4.2 单个分块矩阵中嵌入多重循环移位矩阵的构造方法50-54
• 4.3 仿真结果分析54-58
• 第五章 低码率BC-LDPC码的构造58-70
• 5.1 引言58
• 5.2 低码率BC-LDPC码的PEXIT算法分析58-63
• 5.3 RL码的构造及优化结果的门限分析63-66
• 5.4 仿真结果的比较分析66-70
• 第六章 全文总结70-72
• 6.1 论文内容总结70-71
• 6.2 有待进一步研究的问题71-72
• 参考文献72-76
• 附录A BC-LDPC码的基矩阵分布76-82
• 作者简介82-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 姜明;何善宝;窦金芳;赵春明;王晨;;适用于卫星导航系统的结构化LDPC码[J];中国空间科学技术;2010年06期

2 林炳;姜明;赵春明;;基于二维优化的QC-LDPC码构造方法[J];东南大学学报(自然科学版);2010年01期

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本文编号：678136