基于双原模图低密度奇偶校验码的联合信源信道编译码系统优化设计

香农经典信息论表明信源信道分离编码是渐进最优的,然而该理论自身的局限性使其在实际应用场景中的性能并不是最优的.与传统的信源信道分离级联系统相比,联合信源信道编译码系统可以更加有效地挖掘信源或者信道的特征,进而获得更好的性能,更适合未来无线通信的需求.本文主要基于双原模图低密度奇偶校验(double protograph low-density parity-check,DP-LDPC)码的联合信源信道编码(joint source-channel coding,JSCC)系统,从编码和解码两个方面对近些年针对该系统在标准信道环境下的编译码优化设计工作进行了综述,并对未来的研究工作进行了展望.

基于二分图低密度奇偶校验码围长计算方法

对于任意给定的低密度奇偶校验(LDPC)码,快速计算其围长具有重要意义。通过对基于二分图LDPC码围长计算方法进行研究,提出了一种快速计算围长并能给出各校验节点(或信息节点)上经过的最短环个数的算法。通过MATLAB仿真测试表明,该算法对于PEGReg504x1008这样大规模的LDPC码H矩阵,只需2.876s即可计算出该码的围长和各校验节点上经过的最短环个数,更说明该算法具有快速计算围长的能力。

基于加权图的准循环低密度奇偶校验码构造算法

提出了大围长准循环低密度奇偶校验码低复杂度构造方法,主要基于加权图来确定满足大围长基矩阵待定位置容许值集合.这些集合无须通过逐一试用所有可能数值来确定,因而大大降低了准循环低密度奇偶校验码的构造复杂度.仿真表明该算法构造出的准循环低密度奇偶校验码具有大围长,且具有好的性能.

快速检测低密度奇偶校验码围长的新算法

针对低密度奇偶校验码(LDPC)的围长计算复杂度较高的问题,结合Dijkstra算法及Tanner图的结构特点提出一种快速检测围长的新算法,该算法的时间复杂度较低。与目前的算法相比,该算法不仅计算速度快,且能一次性给出围长的大小及所经过的边,避免冗余计算。最后,通过实例仿真验证了该算法的可行性和高效性。

有限长低密度奇偶校验码的去环分析

针对低密度奇偶校验码(LDPC)中环的存在影响LDPC码性能的问题,研究了基于校验阵的有限长LDPC码的去环和优化,指出搜索随机矩阵的方法比较直观,但计算量是码长和列重乘积的指数函数。给出了搜索并替换的去环方法,该方法能够显著减小短环对译码性能的影响。计算机仿真结果表明,去除长度为4和6的环能够在误比特率为10-5时获得0.5dB的编码增益。讨论了去环图的优化和判定准则,计算机仿真结果表明,优选的去环编码方案的性能要好于未经优选的方案。

低密度奇偶校验码及其应用前景

低密度奇偶校验码(LDPC)以二分图表示,译码采用迭代方式。它对具有相同节点度数分布的码集合进行渐近分析,然后通过密度进化,计算出置信传播算法的门限值或传输容量。LDPC可应用于新一代高速数据电台或参与系统ARQ和信道估计。

低密度奇偶校验码码字构造的消环算法

低密度奇偶校验码(LDPC)的性能取决于多种因素,包括度分布对、码字的长度以及环的分布。环的存在会影响LDPC码的译码门限和误码平层,尤其是长度比较小的环对LDPC码的性能影响很大。因此,有必要在构造LDPC码时消去长度比较小的环。文中提供了一种有效的消环算法,降低了LDPC码的误码平层。

低密度校验码的研究进展

本文对低密度校验(LDPC)码的奇偶校验矩阵的构造方法和编译码方法进行了分析和总结,对LDPC码的应用及未来的研究方向进行了展望。

基于EXIT图的PCGC码子码校验矩阵研究及仿真分析

传统的PCGC(Parallel Concatenated Gallager Code,并行级联Gallager码)在设计子码时主要依据子码的MCW(Mean Column Weight,平均列重)参数,没有考虑信息节点的度分布的影响。利用基于互信息的EXIT(Extrinsic Information Transfer,边信息转移)图工具,通过计算机仿真,分析获得子码输出增益曲线,并通过构造迭代轨迹来对比分析校验矩阵信息节点度分布对译码性能的影响。仿真结果表明,传统的LDPC(Low Density Parity Check,低密度奇偶校验)码校验矩阵设计的设计准则在PCGC子码设计中并不适用。

基于水印位的信道估计对100 Gb/sPDM-DQPSK光通信系统中低密度奇偶校验码纠错性能的提升

针对高速光通信系统中高斯白噪声和偏振模色散(PMD)引起的干扰问题,研究了一种改进的前向纠错方法,通过向低密度奇偶校验(LDPC)码中插入具有固定信息的比特位("水印位")来估计信道,并将其与译码算法结合构成新的算法。研究发现,若以误比特率(BER)低于10-9为标准,则在纠错性能方面,高斯信道中含16、32位水印位的LDPC码与卡方信道中传统的LDPC码相比,所需的光信噪比(OSNR)值可分别减少约0.25dB、0.35dB;当考虑高速光通信中的PMD时,在差分群时延(DGD)为20ps和30ps时,含16、32位水印位的LDPC码与传统LDPC码字相比,所需OSNR值可分别减少约0.63dB、0.98dB和1.16dB、1.87dB。

基于原型图的低码率LDPC码最小和译码算法改进方案

低密度奇偶校验(LDPC)码的译码硬件实现方案大多采用计算复杂度较低的修正最小和(NMS)算法,然而对于低码率LDPC码,由于校验节点度数低,NMS算法的修正误差较大,导致其译码性能和标准的置信传播(BP)算法相比有较大差异。该文针对基于原图构造的一类低码率LDPC码,提出了在NMS迭代译码中结合震荡抵消(OSC)处理和多系数(MF)修正技术的方案。结合低码率原型图LDPC码行重分布差异较大的特点,MF修正算法可以有效地减少计算误差,从而改善译码性能。另外低码率原型图LDPC码的收敛较慢,而OSC处理则可以较好地抑制正反馈信息,进一步提高NMS算法的性能增益。仿真结果表明,对于此类低码率LDPC码,MF-OSC-NMS算法可以达到接近BP算法的性能。OSC处理和MF修正技术硬件实现简单,与NMS算法相比几乎没有增加计算复杂度,因此MF-OSC-NMS算法是译码算法复杂度和性能之间一个较好的折中处理方案。

LDPC编码MC-LDS系统联合因子图的改进PEG设计

作为非正交多址(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)技术之一,基于稀疏因子图的多载波低密度序列(Multi-carrier Low-density Signature,MC-LDS)技术由于其译码复杂度较低,可以与同样基于稀疏因子图的低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Code,LDPC)同时使用。MC-LDS技术的检测算法和LDPC的译码算法都是基于稀疏因子图上的消息传递算法(Message Passing Algorithm,MPA),但现有研究中,对于MC-LDS和LDPC稀疏因子图的设计一般独立进行,得到的结果往往不是最优的。为此,提出一种将LDPC与MC-LDS稀疏因子图进行联合分析设计的方法,采用改进的渐进边增长(Progressive Edge Growth,PEG)方法,消除了MC-LDS与LDPC联合因子图中各自的因子图之间互相耦合导致的短环,构建了性能良好的联合稀疏因子图。仿真结果表明,对于不同的LDPC码长,所提方案获得了0.5~0.6 dB的性能增益。

基于EXIT图分析的PCGC译码器最优设计

PCGC(Parallel Concatenated Gallager Code,并行级联Gallager码)是一种将LDPC(Low Density Parity Check,低密度奇偶校验)码与并行级联编码相结合的信道编码。传统的PCGC译码器参数通过仿真获得,有可能导致不必要的译码迭代。通过分析PCGC码的边信息转移图,以获得PCGC码子译码器的最优参数。仿真结果表明,通过EXIT(Extrinsic Information Transfer,边信息转移)图分析获得的译码器最优参数设置可以在不影响误码率性能的基础上,有效地节省译码器运算量。

基于因子图的SCMA和LDPC联合检测和译码

稀疏码分多址(SCMA)和低密度奇偶校验码(LDPC)是未来移动通信系统中重要的多用户接入和信道编码备选方案。针对SCMA多用户检测性能不理想的问题,该文提出了基于因子图的SCMA和LDPC联合检测和译码方案(JDD),利用LDPC译码的外信息辅助SCMA的多用户检测,仿真结果表明,JDD方案能够获得显著的SCMA检测和LDPC译码性能增益,并使得译码性能逼近理想的单用户传输系统。为了实现算法性能与复杂度之间的折中,该文还提出了基于Jacobi对数近似和消息阻尼(Damping)技术的低复杂度联合检测和译码方案(RC-JDD),仿真和复杂度分析结果表明RC-JDD方案能够在保证译码性能的同时显著降低算法复杂度。

状态网格图的LDPC码在OFDM系统中的应用

介绍了LDPC码的编译码技术,提出了一种新颖的2状态网格图译码算法,研究了该码在OFDM系统中的性能,对不同的译码算法进行了比较。仿真结果表明,LDPC码在OFDM基带传输系统中用2状态网格图对其译码能够更好的对错误码进行纠错,提高码字性能,信息传输速率会大大提高。

原型图LDPC码编码的高谱效率BICM交织器优化

对于原型图低密度奇偶校验(P-LDPC)码的比特交织编码调制系统,P-LDPC码和比特交织器是系统获得良好性能的关键.针对高阶QAM调制的P-LDPC码编码调制系统,采用修正的EXIT方法分析了不同变量节点度数匹配交织映射方案下系统的收敛门限,从而提出一种基于节点度数匹配的通用交织优化设计准则.数值分析和仿真结果验证了优化准则的正确性.

一种多模LDPC译码器的可重构结构

在分析低密度奇偶校验码(LDPC)算法的基础上,根据可重构思想,提出了一种支持12种模式LDPC的可重构结构。调用不同配置参数,重新组合译码器结构,实现可重构译码。利用接收到的移位配置信息,重构不同位宽的数据循环移位网络。采用NMS优化的TDMP算法,降低了系统硬件开销和系统级应用的复杂度,节省了芯片面积。该译码器基于TSMC 0.13μm CMOS工艺进行设计。结果表明,该译码器的最大时钟频率达240 MHz,最高吞吐率达1.568Gbit/s。相比于其他可重构结构的译码器,该译码器的芯片面积更小,支持的模式更多。

天基信息传输高效低复杂度LDPC译码算法研究

军事卫星通信由于需满足信息实时性、传输速率高、通信容量大以及符合星间链路信道的时变特性等要求,通常采用高编码增益、高吞吐量的信道编码方案。低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check,LDPC)码由于具备接近Shannon极限的优异纠错性能和可并行计算的特性成为卫星通信主导信道编码标准之一。目前卫星通信接收机的译码器模块设计仍存在诸如无法实时在线判断迭代停止、系统吞吐量受限、大量判决电路影响核心译码电路的低功耗和实时性等问题。考虑上述问题,以因子图模型为基础,针对空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS)标准深空通信码型,将校验节点归一化满足概率进化图案与LDPC译码器状态紧密耦合,给出可实时在线判断迭代停止的最优停止准则,实现高性能、低复杂度的停止准则译码算法设计。当优先考虑高吞吐量时,误码率(Bit Error Rate,BER)性能退化0.13 dB,中低信噪比平均迭代次数(Average Number of Iteration,ANI)降低50%以上;当优先考虑纠错性能时,BER性能仅退化0.02 dB,同时大幅降低ANI。该译码算法为高效低复杂度LDPC译码器设计提供有效解决方案。

针对IRA-LDPC码类的半随机半代数结构设计

提出用半随机半代数结构的设计方法来构造IRA-LDPC码的信息位所对应的奇偶校验矩阵H d。与现有结构化LDPC码相比,所给出的H d矩阵的结构化紧凑表示阵列的独特优势在于:可使H d矩阵中每个1元素的位置坐标均能用数学表达式计算得到,不仅极大地降低了随机奇偶校验矩阵对存储资源的消耗,而且还为LDPC编解码器的低复杂度硬件实现提供了可能性。与现有工业标准中的LDPC码相比,所提出的IRA-LDPC码在误码率与信噪比的仿真性能方面也占有优势。

一种构造八环准循环LDLC码的搜索算法

为了找到一种结构简单,又具有逼近香农限的线性码,应用构造准循环LDPC(low density parity check)码的算法思想,结合LDLC(low density lattice codes)的特点,对该算法进行改进,用以构造八环LDLC校验矩阵。保证LDLC生成序列在各行或各列中顺序和正负号的随机性以及在每行每列中元素分布的均匀性。同时分析了该算法的复杂度。在AWGN信道下仿真结果显示:用这种算法构造的八环LDLC的性能明显地好于现有的六环LDLC码的性能。