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无线宽带传输系统中LDPC码的研究与实现

张罗鸣  
【摘要】: LDPC码是一种能逼近香农限的前向纠错码。由于LDPC码具有纠错能力强、译码复杂度低等显著优点,作为未来通信发展趋势之一的无线宽带传输系统,越来越多的开始采用LDPC码作为其信道编码方案。伴随着LDPC码的实用化进程,无线宽带传输系统对LDPC码也提出了一些新的需求。围绕着推进LDPC码在当代无线宽带传输系统中的实用化应用这一话题,本文将对LDPC的码字构造、译码算法原理及译码器实现复杂度的降低等一系列问题展开研究。 首先,本文对LDPC码现有的技术做一个总结和归纳。这其中包括LDPC码目前的发展状况,LDPC码的一些基础以及对LDPC码现有的一些构造方法进行分析和比较。同时,本文还系统地总结LDPC码基于概率域的译码算法原理。 其次,本文还研究了对现有的密度演化算法和度分布优化算法改进。密度演化算法通过一系列合理的假设,建立了一个完整的数学模型,使得对迭代译码过程中信息的概率密度跟踪成为可能。因此,如何精确而快速地实现这一算法将为构造出译码误码性能好的码字提供坚实基础。针对这个问题,本文提出了一种基于查表的方法直接计算信息在置信传播算法下的密度演化。利用运算函数的对称性,这种基于查表的方法能在保证运算精度的同时大大提高密度演化计算的效率。在此基础上,结合构造方法所需的参数,本文提出了一种结合度分布的优化算法,从而得到实用的最优度分布,为构造LDPC码提供支持。 然后,针对有的无线宽带多媒体传输系统对LDPC码码长要短、编码复杂度要低的要求,本文还探讨了新的LDPC码构造方法。作为LDPC码的子类,eIRA码具有低编码复杂度的串行编码结构,同时也具有良好的误码纠错性能。基于eIRA码这个特点,本文提出了两种构造eIRA码的方法。这两种方法所构造出来的码字根据其特点分别称为分组块状eIRA码和分组伪随机eIRA码。通过仿真发现,这两种方法构造出来的码字在中短码长时具有较好的误码纠错性能。同时,由于保持了eIRA码编码简单的结构,所构造出来的码字其编码复杂度也相对较低。 最后,本文探讨了多码率准循环LDPC码译码器的设计问题。本文设计了一种基于准循环基矩阵的译码器结构,以及一种新的变量节点的信息更新模块,有利于不同节点、不同码率码字节点信息更新模块的复用,从而有效降低了实现多码率译码器的复杂度。 同时,由于所设计的LDPC码译码器充分利用了准循环码非零位置的规律性,这种译码器结构具有灵活配置的特点。在当前无线宽带传输系统逐渐朝着分级传输的方向发展这一趋势下,这种多码率译码器结构具有很好的应用价值。


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