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二维码
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基于交叉结构的信道编码技术研究

郭凯  
【摘要】: 用于保障信息可靠传输的信道编码技术是数字通信系统中不可或缺的重要组成部分。近年来,现代信道编码技术已成为信道编码领域的研究重点。Turbo码、低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check, LDPC)码以及广义低密度奇偶校验(Generalized LDPC, GLDPC)码等编码结构都属于典型的现代信道编码。结合已有编码结构的研究成果和分析方法,本文对具有较低编、译码复杂度,以及较好误比特率性能的新型信道编码进行了研究,所进行的研究工作以及取得的研究成果如下: 1.对交叉乘积累加(Crossover Product Accumulate, CPA)码的性能进行了仿真研究,提出了一种有效的迭代停止准则。并利用外信息转移(Extrinsic Information Transfer, EXIT)图对CPA码及乘积累加码的迭代译码收敛门限进行了分析,结果表明两种码的收敛门限基本一致。为设计具有更低收敛门限的编码结构,对CPA码外码中的交叉结构进一步拓展,提出了广义交叉乘积累加(Generalized Crossover Product Accumulate, GCPA)码。利用EXIT图对具有较低收敛门限的GCPA码进行搜索,得到了收敛门限距香农限约0.22dB的GCPA码。 2.在多维并行级联单奇偶校验(Multiple Parallel-Concatenated Single Parity-Check, M-PC-SPC)码的并行分量码之间引入交叉结构,提出了一种新的编码结构—多维交叉并联单奇偶校验(Multiple Crossover-Parallel-Concatenated SPC, M-CPC-SPC)码。根据M-CPC-SPC码编码结构的特点,提出了以局部译码为基础的迭代译码算法。重点研究了一种具有累加型交叉结构的M-CPC-SPC码,即多维累加型交叉并联单奇偶校验(Multiple Accumulated-Crossover-Parallel-Concatenated SPC, M-ACPC-SPC)码,该码可采用基于双向消息传递原则的和积译码算法进行局部译码,具有较低的编、译码复杂度。利用联合界技术给出了M-ACPC-SPC码的一个比特错误概率上界,分析了M-ACPC-SPC码在不同随机交织器上的平均误比特率性能。最后对M-ACPC-SPC码的交织器进行了设计,以改善其译码性能。分析与仿真结果表明,与(37,21)Turbo码相比,5维的M-ACPC-SPC码具有更低的错误平层;所提出的交织规则可以有效地降低M-ACPC-SPC码的错误平层;对于较短的码长,5维的M-ACPC-SPC码的误比特率性能优于(3,6)LDPC码,并接近于非规则LDPC码。 3.将M-ACPC-SPC码的校验比特分组,通过对校验比特按组删余的方法构造了一种速率兼容(Rate Compatible,RC)编码,即RC-M-ACPC-SPC码。利用基于高斯近似的密度进化方法确定了各校验比特组的删余优先级别。分析及仿真结果表明,RC-M-ACPC-SPC码的删余方案简单,并具有较好的误比特率性能。 4.在低密度生成矩阵码的基础上,以之型码作为分量码,构造了一种具有系统码形式的广义低密度奇偶校验码,称之为Zigzag-based Systematic GLDPC(ZS-GLDPC)码。该码具有线性编码复杂度,可采用和积译码算法实现迭代译码。利用联合界技术和基于高斯近似的密度进化方法对ZS-GLDPC码的比特错误概率上界和收敛门限进行了分析。分析结果表明,ZS-GLDPC码在选择不同参数时,存在收敛门限和错误平层之间的折衷。仿真结果表明,若选取合适的参数,ZS-GLDPC码在码长较短时具有良好的误比特率性能。


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