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宽带数字通信系统中的纠错码技术和应用研究

徐胤  
【摘要】:纠错码理论的逐渐完善,使得结构简单、复杂度低、纠错能力强、效率高的编译码方法和编译码架构得以实现。里德所罗门码(RS)级联网格调制(TCM)系统因其同时具有可对抗随机错误、突发错误和带宽效率高的特点被美国数字电视传输标准(ATSC)、中国数字地面电视传输方案(ADTB-T)等所采纳;而低密度奇偶校验码(LDPC)则因为其逼近香农限、编译码复杂度低等特点一直是编码领域和应用领域的热门话题。基于以上的热点,本文主要研究并解决了三个方面的问题:提出了一种RS级联TCM系统的迭代译码算法和译码器架构;提出基于广义互信息LDPC的修正因子自适应译码算法;以及在截短领域,提出了利用已知信息截短的概念以及给出了一种改进的LDPC截短算法。 RS级联TCM系统的传统译码方案为Berlekamp算法和维特比(Viterbi)算法的结合,其纠错性能正面临着LDPC、Turbo等码字的激烈竞争;学者为此提出了一些基于RS软判决的改进译码方法,但均由于复杂度太高未能应用;为此,本论文在低复杂度的传统译码架构的基础上,提出了一种基于信道软值修改的迭代译码算法,该算法将Berlekamp算法所输出的错误位置指示信息反馈到Viterbi译码输入端,并基于“欧几里得距离最小”的准则修正信道软值,提出的算法具有与传统算法相似的低复杂度,易于实现,同时仿真结果表明提出的算法在纠错性能上能大大改进传统的译码方案;除此之外,我们进一步设计了一种迭代译码器结构,该结构基于一种循环读写的乒乓RAM架构,经分析表明,提出的迭代结构比传统的流水线迭代结构消耗更少的硬件资源。 对于LDPC译码算法,目前主要应用的是基于置信传播(Belief Propagation,BP)的偏移(Offset BP-based)和归一化(Normalized BP-based)算法,他们分别减去和乘以一个常数修正因子来近似BP算法的处理,均有性能的损失。本论文基于广义互信息(GMI)的概念,提出了针对Offset BP-based和Normalized BP-based算法的广义互信息计算公式,进而基于密度进化理论和“最大广义互信息”准则,提出了修正因子自适应的译码算法。仿真结果表明,提出的算法具有更为出色的纠错性能。 利用传输中的已知信息对LDPC码字进行截短,实现多码率传输,是本文提出的应用上的创新,但该应用同时其涉及到度分布、码字性能等理论上的问题。本文首先分析了传统截短LES算法中“最小列度信息”准则的不足,提出了一种“行重方差最小”的截短准则,并基于此给出了一种改进的SRVP截短算法。基于Exit Chart的理论分析以及大量仿真曲线表明了提出的SRVP算法比传统的LES算法性能更为优越,同时仿真结果也指示了截短信息列所占所有信息列比例的不同与码字性能之间的关系,为实际应用提供了很好的参考。


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