面向6G的QC-LDPC码

在各无线通信标准中,如Wi-Fi、WiMAX和5G标准等,都采用了QC-LDPC码作为数据信道的纠错编码方案。QCLDPC码的译码具有较高并行度,非常适合于高数据传输速率的通信系统。目前5G的QC-LDPC码虽然可以满足上行10 Gbps和下行20 Gbps的峰值速率需求。然而,面对未来6G无线移动通信系统对超过100 Gbps峰值速率的迫切需求,现有QC-LDPC编码正面临着前所未有的挑战。鉴于此,基于迭代阈值和距离上限等设计新QC-LDPC码,其最大提升值为1024,对应的基础矩阵兼容5G-BG1,可以兼容5G的译码方法。仿真结果表明,新LDPC码具有更高的译码吞吐量和更低的差错平层性能。

低时延QC-LDPC编码在遥测系统中的应用

本文介绍了一种基于QC-LDPC编码的遥测系统应用方案,提出了编码码长与遥测帧长的联合设计方法,该设计方法对频谱资源、信道质量以及硬件能力进行综合考量,给出最优的设计方案。针对所采用的RU编码算法以及LLR BP译码算法,基于FPGA与AD936X架构给出了遥测系统的硬件实现路线。按照技术路线对系统的编码增益进行了仿真计算,结合理论分析与仿真结果,可以看出所提出的遥测系统设计方法同时具备低时延和高增益的优势。该方法克服了传统遥测系统中信道编码延迟较大的问题,以极小的编码延时带来了约8 dB的编码增益,在未来的遥测系统中具备一定的应用价值。

基于电压图方法研究QC-LDPC码的围长问题

针对围长影响准循环低密度奇偶校验码译码性能的问题,提出了基于电压图方法研究QC-LDPC码围长。该法简化研究围长的计算,并通过电压图的生成树边和非生成树边不同赋值,证明出提升图围长[g]范围的影响。

天基物联多码率QC-LDPC码构造方法研究

针对天基物联场景中的小数据传输进行多码率QC-LDPC码研究,结合5G标准中LDPC码校验矩阵的设计方法与DVB-S2X标准中不同码率条件下编码长度不变的特性,探索适用于卫星通信中针对短码在固定编码长度条件下实现多码率QC-LDPC码的设计方案,并进行仿真验证;其中,校验矩阵是通过基于代数法的QC-LDPC码的叠加构造方法进行设计,结合缩短与扩展操作来构造具有固定编码长度且能实现多码率的循环移位矩阵,该矩阵同时保持了5G LDPC编码标准中的类Raptor结构;最后通过所设计方案与IEEE802.11n标准进行误比特率仿真对比,根据仿真结果显示,所设计方案与IEEE802.11n标准性能相差较小,且误比特率能到10-7,达到了预期的效果。

基于CPM的双对角结构QC-LDPC码在水声信道的性能研究

为提高水声通信系统的可靠性,提出一种基于循环置换矩阵(Circulent Permutation Matrix,CPM)的双对角结构准循环LDPC码(Quasi Cyclic-Low Density Parity Check,QC-LDPC)的构造方法。首先设计阈值满足要求的双对角结构QCLDPC码基矩阵,其次通过优化算法优化循环移位矩阵的循环移位系数,最后通过CPM方法构造出最终的双对角结构QC-LDPC码校验矩阵。仿真结果表明,通过该方法构造的QC-LDPC码相比于随机构造的QC-LDPC码有明显的性能提升,能够有效降低编译码复杂度,且在误码率降至10-5时无明显错误平层。

利用遗传算法构造QC-LDPC码

考虑到围长(girth)对低密度奇偶校验(LDPC)码的影响,提出了一种利用遗传算法构造大girth的准循环LDPC(QC-LDPC)码的新方法。该方法借助于计算机搜索,多次运用遗传算法,分步提高girth,在得到大girth的同时,构造出具有准循环结构的LDPC码。分析发现,该构造方法的复杂度与码长成线性关系。仿真结果表明:在误码率(BER)为10-6时,新方法构造的QC-LDPC码比基于欧式几何构造方法、Gallager和Mackay构造法分别获得约0.15dB、0.5dB和0.2dB的净编码增益(NCG),且因具有准循环结构更易于存储和硬件实现。

基于Fibonacci数列对QC-LDPC码的一种新颖构造方法

基于斐波那契数列(Fibonacci sequence,FS)提出了一种准循环低密度奇偶校验(quasi-cyclic lowdensity parity-check,QC-LDPC)码的新颖构造方法,该构造方法能避免四环的产生,具有较好的纠错性能,可通过改变参数值进而改变码长和码率。仿真结果表明:当误码率(bit error rate,BER)为10-6时,利用该构造方法所构造的QC-LDPC(6200,3103)码的净编码增益(net coding gain,NCG)比同码率的基于大衍数列(Dayan sequence,DS)构造的QC-LDPC(6204,3105)码以及基于等差数列(arithmetic progression sequence,APS)构造的QC-LDPC(6200,3103)码的NCG分别提高了0.3d B和1.4d B。

基于滑动矩形窗和准三对角线结构的QC-LDPC码

针对IEEE 802.16e标准QC-LDPC码的码长和码率有限,及其采用的准双对角线结构包含大量度为2的变量节点导致较高错误平层的缺陷,提出一种基于滑动矩形窗和准三对角线结构的QC-LDPC码的快速编码算法,可以灵活地扩展码长和码率的范围,改善纠错性能,降低编码复杂度,适合于变速率的自适应传输系统。

基于Hoey序列的QC-LDPC码构造方法

基于Hoey序列提出了一种列重为3,并环长至少为8的准循环低密度奇偶校验(quasi-cyclic low-density parity-check,QC-LDPC)码的新颖构造方法,该构造方法能避免短环的产生,有较好的纠错性能,可通过改变参数值进而改变码长和码率。对提出的构造方法进行了环长至少为8的证明,用Matlab搭建了通信系统的仿真模型,并在此模型基础上对基于该构造方法构造的QC-LDPC(900,452)码进行了仿真分析,仿真平台是在高斯白噪声(additive white Gaussian noise,AWGN)信道下,调制方式为二进制相移键控(binary phase shift keying,BPSK)调制,译码算法为和积算法(sum product algorithm,SPA)。仿真结果表明,当误码率(bit error rate,BER)相同时,利用该构造方法所构造的QC-LDPC(900,452)码的净编码增益(net coding gain,NCG)比基于等差数列(arithmetic progression sequence,APS)构造的QC-LDPC(896,452)码以及基于最大公约数(greatest common divisor,GCD)构造的QC-LDPC(900,453)码的NCG都提高了,且所有码的码率均为0.5。

高性能QC-LDPC码译码器的VLSI实现

基于改进的最小和(Min-Sum)译码算法,提出一种高速半并行准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码译码器结构.设计了对数桶型移位器来传递数据,以降低译码器内部连线的复杂度;引入微指令控制技术,使译码器的硬件结构独立于具体的码率和码的规则性,可以在不改变硬件的情况下支持任意码率;采用动态功耗管理技术,译码器可以随信道好坏自动控制功耗.基于该结构实现了一个适合中国数字电视地面传输标准(GB20600—2006)系统的LDPC码译码器,在SMIC0.18μm标准CMOS工艺下综合,总面积仅为62万等效门,频率最高可达100MHz.

非规则QC-LDPC码联合自适应均衡技术在浅海水声信道研究

浅海水声信道具有长时延、多途强、起伏快等特点,为提高数据传输可靠性,采用纠错能力强、编译码复杂度低的非规则准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码作为信道纠错码方案,并联合自适应判决反馈均衡器(DFE)作为接收机结构以消除码间干扰(ISI).综合考虑非规则QC-LDPC码编译码参数选择、自适应均衡器中的最小均方差(LMS)、可变步长LMS(SVSLMS)和递归最小二乘(RLS)等3种算法的性能与复杂度权衡问题,结合福建泉港浅海域实测水声信道特性,研究了该接收机的性能.仿真结果表明:非规则QC-LDPC码的性能优于随机构造的规则LDPC码;联合自适应均衡的非规则QC-LDPC码可显著提高浅海水声通信系统性能,在较高信噪比(SNR)下,选用RLS算法时,误码率(BER)可降为0(15dB),选用低复杂度的SVSLMS算法BER可达到10-4(18dB).

一种用于规则QC-LDPC码的高效译码方法

针对一类规则QC-LDPC码,提出一种高效的Log-BP译码方法,通过矩阵分裂,将原监督矩阵分裂成多个小矩阵,将原本的校验节点更新运算拆分成多次处理,以降低log-BP迭代运算的复杂度,给出该方法的迭代运算顺序。与现有的log-BP译码方法相比,该方法在相同的码速率下,校验节点运算单元与变量节点运算单元总规模减小了1/3;在相同的硬件资源下,译码速率提高了1/3,且校验节点运算单元与变量节点运算单元结构趋于对称,有利于设置更少的流水线级数、获得更好的时钟性能。

光通信系统中基于BIBD对QC-LDPC码的研究

基于平衡不完全区组设计(BIBD),深入分析与研究了准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码的一种新颖构造方法,并通过该构造方法构造了3种同码率不同码长的QC-LDPC码,通过对这3种QC-LDPC码的仿真分析表明,同码率下,码长越长性能越好。同时在BER=10-6时码率均为93.7%的情况下,所构造的BIBD-QC-LDPC(5392,5056)码的净编码增益(NCG)比已广泛应用于光通信系统中的经典RS(255,239)码和ITU-T G.975.1中的LDPC(32640,30592)码分别提高了约2.13dB和1.41dB。因而其纠错性能更强,更适用于高速长距离光通信系统。该新颖构造方法简单灵活且编译码更容易实现。

基于改进2-DGRS码的QC-LDPC码高效构造

利用GRS(generalized reed-solomon)码的生成多项式提出了基于改进的2-D GRS(two-dimensional GRS)码设计和构造QC-LDPC(quasi-cyclic low density parity-check)码的方法,使所构造的码具有较好的译码性能。同时在码的构造过程中,考虑到了准双对角线结构和合适的度分布。不同码率的LDPC码用于和新设计的QC-LDPC码进行测试和比较。实验结果表明,所提出的码构造方法可加快LDPC码校验矩阵的构造,同时基于所提出方法构造的QC-LDPC码可提高译码性能,并降低编码复杂度。

码率兼容QC-LDPC码在水声通信中的应用

针对水声信道复杂多变、强多途和大起伏干扰等特点,提出采用码率兼容QC-LDPC码的自适应信道编码技术,以提高水声数据传输的可靠性和水声信道的信道吞吐率。建立了码率兼容QC-LDPC码在水声信道中的仿真模型,构造码率为1/2、2/3…5/6等一系列QC-LDPC码,在三种典型的水声信道中对其性能进行仿真。结果表明所设计的码率兼容QC-LDPC码在三种不同信道下可行有效,能较大地提高水声通信系统的性能。由于信道时延越长、信噪比越低,满足通信指标的码率就越低;并给出码率兼容QC-LDPC码在浅海水声信道中不同信噪比下满足通信性能指标的编码码率的查找表。码率兼容QC-LDPC码提高了水声通信的信道利用率,具有灵活的编译码性能,在水声自适应通信中具有很好的应用前景。

基于中国剩余定理和贪婪算法扩展的QC-LDPC码

在缩短阵列码的基础上运用中国剩余定理(CRT)和贪婪算法提出了一种新颖的大围长、码长更加灵活的QC-LDPC构造方法,且所构造的码字的校验矩阵采用楼梯矩阵循环置换而成。与传统CRT构造方法相比,只需已知一个分量码——缩短阵列码,同时新构造QC-LDPC码码长与码率选择比较灵活,围长更大,如果围长一样,则使最短环数量尽可能地少。仿真分析表明:在误码率为10-6时,在相同码率和码长的条件下,利用所提出的构造方法所构造的girth-8(4,k)QC-LDPC码在加性高斯白噪声(AWGN)和瑞利衰落信道中分别与缩短阵列码相比可获得约1.2 d B和2.0 d B的净编码增益,与CRT码相比分别改善了0.3 d B和0.7 d B的净编码增益,且性能与Gallager随机码性能相似但编码复杂度大大降低。

NBJ抑制的QC-LDPC协同混沌DSSS方案

为改善低信噪比窄带干扰条件下的信息传输性能,在现阶段宽带数据链的基础上,提出了一种结合QC-LDPC和混沌DSSS的协同窄带干扰抑制方案。该方案在提出单位阵取反变换的直积构造方法来生成校验矩阵的基础上,采用Moore-Penrose逆——满秩分解方法完成了QC-LDPC的编码;针对直序扩频系统,在分析了改进型Logistic映射序列性能的基础上,使用混沌扩频序列提高抗干扰能力。仿真验证了该方案的有效性,结果表明:在JSR为20dB时,与现阶段传输标准相比,该方案可以获得8.2dB的信噪比增益。

浅海水声信道中QC-LDPC码性能研究

针对大起伏、强多途、窄带宽的浅海水声信道需采用码长短、性能好、易于实时处理的信道纠错码技术才能提高水声通信系统可靠性的问题，提出了准循环低密度奇偶校验（QC-LDPC）码作为浅海水声信道的信道纠错编码方案。建立了QC—LDPC码在水声信道中的仿真模型，采用BP译码算法，在典型3径浅海水声信道中就码率、围长等参数对误码率的影响进行了仿真，比较了其在不同海洋信道条件下的性能，在厦门港浅海域典型水声信道模型下，仿真研究了QC-LDPC码的性能。结果表明编码复杂度较低的．QC—LDPC码，性能接近于复杂度高、随机构造的（3，6）-LDPC码，在水声通信中具有良好的应用前景。

基于QC-LDPC-Chebyshev混沌序列优选的CDL抗干扰研究

为实现干扰条件下低信噪比的通用数据链信息可靠传输,提出了一种基于QC-LDPC和CDSSS的通用数据链协同抗干扰方案;该方案在提出单位阵取反变换的直积构造方法来生成校验矩阵的基础上,采用LU分解方案完成了QC-LDPC的编码,使用Min-Sum算法完成译码;在直序扩频系统中分析了Chebyshev混沌映射序列性能和优选方法,采用优选的混沌扩频序列提高抗干扰能力;最后通过不同干扰条件的仿真验证了方案的有效性,结果表明,协同方案比相同条件下的Mackay码字性能更优。

基于等差数列与原模图的QC-LDPC码构造方法

针对准循环低密度奇偶校验(quasi-cyclic low-density parity-check, QC-LDPC)码循环置换矩阵的移位次数确定问题,提出一种基于等差数列与原模图(arithmetic progression and protograph, APP)构造QC-LDPC码的新方法。该方法通过特殊等差算法得出等差数列,原模图结合该等差数列得到待扩展的基矩阵。该方法所构造的QC-LDPC码可灵活地选择码长和码率,而且其校验矩阵的围长至少为8。使用Matlab搭建了通信系统仿真模型,并在此模型基础上基于该构造方法构造的APP-QC-LDPC(4000,2000)码进行了模拟仿真。仿真结果表明,在相同条件下,当误比特率(bit error rate, BER)为10 -6 时,所构造码率为0.5的APP-QC-LDPC(4000,2000)码相对于基于渐进边增长(progressive edge growth, PEG)算法构造的PEG-QC-LDPC(4000,2000)码、基于等差数列(arithmetic progression, AP)算法构造的AP-QC-LDPC(4000,2000)、基于修饰(masking, M)技术所构造的M-QC-LDPC(4000,2000)码和基于最大公约数(greatest common divisor, GCD)算法所构造的GCD-QC-LDPC(4000,2000)码分别能改善约0.46,0.55,0.9和1.06 dB的净编码增益(net coding gain, NCG),具有较好的纠错性能。