QC-LDPC码构造优化及其在分布式信源压缩中的应用研究

发布时间：2017-03-17 09:02

  本文关键词：QC-LDPC码构造优化及其在分布式信源压缩中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：寻找无限接近香农限的高性能信道编码一直是人们所关注的焦点。低密度奇偶校验(LDPC, Low-density Parity-check)码作为其卓越性能的领跑者之一,其复杂的编译码结构阻碍了其发展的空间。准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC, Quasi-Cyclic Low-density Parity-check)码作为LDPC码特殊结构中的一种,由于其简单的编译码结构,使其获得了比LDPC码更广阔的应用前景。然而,其相应校验矩阵Tanner图中短环的存在会严重影响其码的译码性能。因此,如何能够精准、有效定位Tanner图中的短环,降低其对译码性能的影响,构造出无限接近香农限的QC-LDPC码已经成为近年来该领域的研究热点。 本文从LDPC码的基本理论和相关技术的研究出发,围绕着如何减少QC-LDPC码校验矩阵中短环数量,构造性能优良的QC-LDPC码进行了深入的研究,提出了基于完全树展开的QC-LDPC码环长统计算法,以及QC-LDPC码的结构化构造算法,并将其所构造的QC-LDPC码应用于光通信网络中,纠正其所产生的误码。然后,进一步开展了QC-LDPC码在分布式信源压缩和联合迭代译码算法中的应用研究,提出了基于Kalman滤波器和QC-LDPC码的数据压缩算法和三相关信源联合迭代译码算法。本文研究内容和创新成果如下： 1.针对精确统计QC-LDPC码校验矩阵中短环分布的问题,提出了一种基于基矩阵完全树展开的QC-LDPC码环长统计算法。该算法通过对文中所提几种特殊环结构的研究,能够达到精确统计任意环长的目的,同时,相比于其它算法而言,还进一揭示了基矩阵与校验矩阵之间环的内在联系,这对于预测其码的性能和纠正其构造环节过程中的部分差错将起到积极的作用。 2.针对最大化QC-LDPC码最大围长的问题,提出了一种优化循环转移矩阵偏移量集合的QC-LDPC码结构化构造算法。该算法首先在保证基础矩阵环长最大的基础上；接着,根据基矩阵同校验矩阵之间环的内在联系,计算出基矩阵中每一个循环转移矩阵的偏移量候选集合；然后,对这一集合进行优化,从而达到减少短环数量、最大化围长和提高QC-LDPC码的译码性能的目的；最后,提出了利用所构造的QC-LDPC码纠正其基于光纤参量放大器的光通信系统中误码的解决方案。该方案对系统中由于光纤和系统自身原因所造成的误码进行了深入的研究,最后选择通过QC-LDPC码对这些误码进行纠正,从而达到了提高系统性能和编码增益的目的。 3.针对于减少无线传感网中传感器节点发送数据量的问题,本文将QC-LDPC码同分布式信源编码(DSC, Distributed Source Coding)相结合,提出了一种基于Kalman滤波器和QC-LDPC码的DSC数据压缩算法。该算法根据信源之间的相关性,采用基于QC-LDPC码校验子的方式对无线传感网中的传感器数据进行压缩。当压缩数据到达接收端后,使用Kalman滤波器对发送端被压缩数据进行预测,并将该预测数据作为边信息连同所接收的数据进行联合信源信道译码,最终达到正确恢复发送端数据的目的。 4.针对于如何进一步提升传统联合信源信道译码算法性能的问题,本文提出一种联合迭代信源信道译码算法。该译码算法包括标准迭代和外迭代两个过程。该算法通过在内迭代译码算法的基础上增加一层外迭代的方法来提高译码器之间外信息的交换量,从而达到更新新一轮传统联合译码算法的译码信息的目的。该算法不仅能提高传统联合译码的性能,而且还获得了更高的编码增益。 以上研究成果,分别以学术论文的形式发表在不同的期刊和会议上。
【关键词】：分布式信源编码 数据压缩 完全树展开 短环 围长 Kalman滤波器 联合迭代信源信道译码 光纤参量放大器 准循环低密奇偶校验码
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.22
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 目录9-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 论文研究背景12-14
• 1.2 研究现状概述14-20
• 1.2.1 QC-LDPC码研究现状14-18
• 1.2.2 分布式信源编码研究现状18-20
• 1.3 论文的研究内容及组织结构20-23
• 1.3.1 主要研究内容20-21
• 1.3.2 组织结构21-23
• 第2章 QC-LDPC码基本理论23-41
• 2.1 引言23
• 2.2 QC-LDPC码概述23-28
• 2.2.1 LDPC码定义及其图形表示23-25
• 2.2.2 QC-LDPC码定义及其图形表示25-28
• 2.3 QC-LDPC码的编码结构28-29
• 2.4 迭代译码算法29-33
• 2.5 校验矩阵构造算法33-40
• 2.5.1 渐近边构造算法33-36
• 2.5.2 改进渐近边构造算法36-40
• 2.5.2.1 变量节点的连接属性36-37
• 2.5.2.2 改进PEG算法37-39
• 2.5.2.3 基于ACE和EMD值的改进PEG算法39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第3章 QC-LDPC码环长及其结构化构造算法的研究41-77
• 3.1 引言41
• 3.2 基于QC-LDPC码校验矩阵完全树展开的环长统计41-56
• 3.2.1 引言41-42
• 3.2.2 相关工作42-44
• 3.2.3 QC-LDPC码的环的性质和结构44-47
• 3.2.4 QC-LDPC码基矩阵的完全树展开47-50
• 3.2.5 环的特殊结构及其环长统计算法50-54
• 3.2.6 仿真结果分析54-56
• 3.2.7 结论56
• 3.3 优化循环转移矩阵偏移量的QC-LDPC码构造算法56-64
• 3.3.1 引言56-57
• 3.3.2 相关工作57-58
• 3.3.3 QC-LDPC码构造算法58-61
• 3.3.3.1 QC-LDPC码基矩阵的构造59-60
• 3.3.3.2 基矩阵中循环转移矩阵偏移量的优化60-61
• 3.3.4 OSV算法复杂度分析61-62
• 3.3.5 仿真结果分析62-64
• 3.3.6 结论64
• 3.4 QC-LDPC码在非归零差分相移键控光通信系统中的应用研究64-76
• 3.4.1 引言64-65
• 3.4.2 相关工作65-66
• 3.4.3 光学参量放大器66-69
• 3.4.3.1 光学放大器66-67
• 3.4.3.2 光学参量放大器67-69
• 3.4.4 系统模型69-73
• 3.4.5 基于QC-LDPC码的光通信系统误码纠错算法73-74
• 3.4.6 仿真结果分析74-76
• 3.4.7 结论76
• 3.5 本章小结76-77
• 第4章 基于QC-LDPC码的分布式信源压缩算法的研究77-95
• 4.1 引言77
• 4.2 Slepian-Wolf编码和Wyner-Ziv编码77-81
• 4.2.1 Slepian-Wolf编码77-79
• 4.2.2 Wyner-Ziv编码79-81
• 4.3 基于Kalman滤波器和QC-LDPC码的无线传感网数据压缩算法81-94
• 4.3.1 引言81-82
• 4.3.2 相关工作82-85
• 4.3.3 系统模型85-86
• 4.3.4 基于QC-LDPC码的数据压缩方案86-87
• 4.3.5 基于滑动平均模型和线性回归的Kalman滤波器87-92
• 4.3.5.1 基于滑动平均和线性回归的Kalman滤波器设计87-90
• 4.3.5.2 基于Kalman滤波器的边信息和可达速率域分析90-92
• 4.3.5.3 联合信源信道译码算法的对数似然比92
• 4.3.6 仿真结果分析92-94
• 4.4 本章小结94-95
• 第5章 联合迭代信源信道译码算法研究95-108
• 5.1 引言95
• 5.2 相关工作95-97
• 5.3 迭代译码算法的理论基础97-98
• 5.4 两相关信源的联合迭代译码算法98-102
• 5.5 三相关信源的联合迭代译码算法102-106
• 5.6 仿真结果分析106-107
• 5.7 本章小结107-108
• 第6章 总结与展望108-111
• 6.1 论文总结108-109
• 6.2 进一步的研究工作109-111
• 参考文献111-124
• 缩略语124-125
• 致谢125-126
• 博士在读期间已发表和在投论文列表126

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 袁建国;王望;梁天宇;;一种高速长距离光通信系统中QC-LDPC码的构造方法[J];光电子.激光;2012年05期

2 向劲松;马圣明;刘飞;杨松;;空间光通信APD接收机下LDPC码译码方法及性能分析[J];光电子.激光;2013年04期

3 韩大海;席丽霞;李敏良;陈浩然;刘菲菲;;Impact of the distribution pattern of fast polarization scrambler on the performance of PMD mitigation with FEC for DQPSK optical system[J];Chinese Optics Letters;2011年07期

4 吴永胜;杨爱英;冯立辉;孙雨南;;Efficient transmission based on RGB LED lamp for indoor visible light communication[J];Chinese Optics Letters;2013年03期

5 ;Ruling out small stopping sets and small girth in Tanner graph of QC-LDPC code[J];Journal of Systems Engineering and Electronics;2010年01期

  本文关键词：QC-LDPC码构造优化及其在分布式信源压缩中的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：252628