空间耦合低密度奇偶校验码残差滑窗译码算法

针对空间耦合低密度奇偶校验(SC-LDPC)码滑窗译码(SWD)算法中错误传播导致的高误码率问题,该文提出基于动态残差的滑窗译码(RSWD)算法。通过在窗口内计算边信息更新前后的残差值,动态选择可靠度最低(残差值最大)的边信息优先更新,降低边信息无效更新的频率,提高窗内译码收敛速度。仿真结果表明:相比于传统SWD算法,RSWD算法在窗口中各位置的误比特数明显降低,抑制错误传播效果明显;在高信噪比(SNR)区域或者低迭代次数的情况下,RSWD算法的误码率性能优于SWD算法;此外,将动态残差应用到消息复用(MR)和窗口扩展(WE)两种窗译码算法中,亦能得到类似结论,提升窗译码性能。

空间耦合低密度奇偶校验码的深度迭代译码算法设计

空间耦合低密度奇偶校验(spatially coupled low density parity check,SC-LDPC)码在次最优迭代译码算法下能够达到最大后验概率(maximum a posterior,MAP)译码性能,但其优异的性能需要在码长很长迭代次数很多时才能实现。当采用传统迭代译码算法时,实现的复杂度将以指数增加,无法应用。为有效降低译码复杂度,滑窗译码算法被应用于空间耦合LDPC码的译码,但由于引入窗口截断,会造成译码性能的损失。针对上述问题,结合深度学习技术提出了一种空间耦合LDPC码的深度迭代译码算法。通过在消息传递过程中引入权重系数并采用深度神经网络对其进行训练获取权重系数,以此优化消息的可靠性度量值,从而加快译码收敛速度,提升译码性能。仿真结果表明:当传输在加性高斯白噪声信道时,所提的深度迭代译码算法在相同迭代次数下的译码性能均优于传统迭代译码算法和滑窗译码算法。

块衰落信道下串联多链空间耦合LDPC码设计

为改善空间耦合低密度奇偶校验码在块衰落信道下的性能,基于空间耦合低密度奇偶校验码的原模图结构特性,提出一种能够实现满分集的串联多链空间耦合低密度奇偶校验码集。该码集通过交换各子链相同位置上变量节点的边连接将多条子链进行耦合,使不同衰落块之间具有强相关性,从而能有效地避免由于信道深衰落引起的中断。根据原模图外信息转移算法,分析了该码集的无限长性能,并进一步通过置信传播译码算法得到该码集的有限长性能。仿真结果表明,所提出的串联多链空间耦合低密度奇偶校验码集能够有效地提升空间耦合低密度奇偶校验码在块衰落信道下的性能。

窗口大小自适应的空间耦合LDPC码译码算法

空间耦合低密度奇偶校验(Spatially-Coupled Low-Density Parity-Check,SC-LDPC)码具有接近香农限性能,基于置信传播译码算法,窗口译码(Windowed Decoding,WD)能够获得较小延时的同时也存在一定的局限性。为了进一步提高WD的译码性能,对SC-LDPC码的窗口译码算法提出了提前终止译码和动态调整窗口大小相结合的改进方法。该方法监测窗口大小的动态变化及相应窗口的平均迭代次数,通过加性高斯白噪声信道下的仿真分析,与传统窗口译码相比,其误码率降低,且计算复杂度更低。

窗口可变的空间耦合LDPC码滑窗译码算法

空间耦合低密度奇偶校验码采用滑动窗口译码能够以较小的译码延迟获得较好的译码性能。为进一步提高其滑窗译码性能,提出一种窗口扩展改进方案。与传统的滑窗译码相比,该方案的窗口大小可以根据目标符号的平均对数似然比而变化。在当前窗口的迭代译码过程中,若目标符号的平均对数似然比小于预设阈值,则译码窗口大小加1后重新进行迭代,重复此过程,直至目标符号满足阈值条件或达到窗口大小的最大值,然后在新的窗口大小下译码目标符号。该方案可以在译码性能、复杂度和延迟之间进行折中权衡。在加性高斯白噪声信道下的仿真结果表明,该方案可以显著提高空间耦合低密度奇偶校验码的滑窗译码性能。

空间耦合LDPC码的分层译码算法

针对长码长空间耦合低密度奇偶校验(SC-LDPC)码译码时延较长的问题,该文提出了分层滑动窗译码(LSWD)算法。该算法利用SC-LDPC子码码块的准循环特性和滑动窗内校验矩阵的层次结构,通过在滑动窗内对校验矩阵进行分层处理,优化层与层之间消息传递,从而加快窗内译码的收敛速度,减少了译码迭代次数。仿真和分析结果表明:在相同的信噪比(SNR)条件和相同的误码性能要求下,LSWD算法所需的迭代次数少于滑动窗译码(SWD)算法,特别在高信噪比下,LSWD算法的迭代次数约为SWD算法的一半,从而有效缩短全局译码时延;在相同译码迭代次数下,LSWD算法的译码性能优于SWD算法,而其计算复杂度增加不大。

瑞利衰落信道中SC-LDPC码滑窗译码算法

空间耦合低密度奇偶校验码的滑窗译码具有译码延迟低、复杂度低、所需存储空间小等优点,成为近期研究热点。但目前的研究大都专注于高斯信道。在瑞利衰落信道下,提出了一种根据信道状态信息来扩展译码窗口大小的改进方案,其中采用信噪比估计来获取信道状态信息。在译码过程中,若当前窗口的平均接收信噪比小于预设阈值,则扩展译码窗口的大小后重新迭代。重复上述过程直至当前窗口的平均接收信噪比大于预设阈值或窗口大小扩展到其最大值。最后基于扩展后的窗口进行译码。仿真结果表明,空间耦合低密度奇偶校验码的滑窗译码在瑞利衰落信道下具有较好的性能,且该算法的性能明显优于传统的滑窗译码算法。

BEC上基于内插算法的多元SC-LDPC码BP译码波速度分析

针对多元空间耦合低密度奇偶校验(Spatially-Coupled Low-Density Parity-Check,SC-LDPC)码在二进制擦除信道(Binary Erasure Channel,BEC)上置信传播(Belief Propagation,BP)译码的译码波速度分析复杂度较高的问题,提出了内插密度演进(Density Evolution,DE)算法。内插DE算法利用一维函数在非耦合DE递归式的不动点间插值密度来近似表示轮廓译码(Decoding Profile,DP),避免了高维耦合DE递归式的迭代,从而降低了计算复杂度。仿真和分析结果表明,在相同的度分布和信道条件下,内插DE算法计算的译码波速度与传统的耦合DE算法计算的译码波速度误差在[0,0.05],特别在信道删除概率为耦合DE算法的BP阈值时,两者测得速度相等;由内插DE算法计算所得的BP阈值与耦合DE算法的BP阈值相等。

基于OFDM的自由空间光通信中LDPC码性能分析

自由空间光通信作为一种新型宽带无线接入方式备受关注,同时LDPC编码与OFDM调制也是无线通信中提升信息传输速率与可靠性的关键技术。为了分析LDPC码在自由空间OFDM光通信中的传输性能,从子载波调制方式、码长码率以及迭代次数等方面对系统进行建模仿真。

垂直链路下的空间脉冲位置调制系统信道编码研究

针对垂直链路下空间脉冲位置调制(SPPM)误码性能较差的问题,采用级联信道编码改善系统误码性能,对比分析了低密度奇偶校验(LDPC)码和极化(Polar)码在不同码长、不同码率下的误码性能。仿真结果表明:在码率为0.5、误比特率为10-4时,Polar码具有优于LDPC码2 dB左右的性能;在码率为0.8时,二者的误码性能几乎相同,且在码率增大时,性能差距逐渐缩小;在SPPM系统中级联信道编码能够有效改善系统误码性能。

自由空间光通信的Fast QC-LDPC编码

自由空间光通信(FSO)系统采用大气信道作为传输媒介,而大气湍流效应引入了与信号强度相关的乘性噪声。为了消除乘性噪声所引起的信号衰落,引入了低密度奇偶校验码(LDPC),作为一种具有稀疏矩阵线性且性能接近香农(Shannon)限的号码,目前已有的研究成果都集中在高斯信道和瑞利信道上。根据大气信道的特点,主要针对对数正态分布和K分布,构造一种特殊的QC-LDPC码,推导对数似然比(LLR)。最后经置信译码(BP)结果显示,随着信噪比(SNR)的增加,系统误码率(BER)明显下降。由此可知,LDPC信道编码技术能够有效地改善FSO系统的性能。

基于预编码系统的LDPC-SSD性能研究

为有效提高通信系统在无线衰落信道中的性能,提出一种基于预编码的低密度奇偶校验码编码的信号空间分集(LDPC-SSD)系统。将信号空间分集旋转矩阵看作一个码率为1的编码器。在信号空间分集矩阵前加入一个预编码器。给出预编码器的3个设计准则。在无线衰落信道下,仿真基于预编码的LDPC-SSD系统。仿真结果表明,该方案比没有预编码的LDPC-SSD系统在衰落信道下具有更好的性能。

基于APD接收机的LDPC精确译码算法

从研究APD光电检测接收机被检测光场的量子统计模型出发,构造了一种适用于强度调制/直接检测的自由空间光通信系统中LDPC译码的精确实现方法。该方法在APD接收机输出统计模型（Webb-Gaussian模型）的基础上,推导了M-PPM的LDPC译码算法中初始似然比值的精确计算方法,并给出了详细的译码过程。理论分析和仿真结果表明,与目前普遍采用的APD近似非对称Gaussian统计模型下的译码性能相比较,在相同的信道条件下,该方法可以获得大约1~2 d B的性能增益。这为进一步提高自由空间光通信系统的性能提供了一定的理论依据。

基于纠删码的遥测链路丢帧恢复技术

针对遥测系统在恶劣天气条件、航天器姿态调整、天线指向偏离、脉冲干扰等各种因素影响下出现的遥测信号闪断以至接收机丢帧问题,提出一种适用于闪断信道的纠删码技术,用于恢复丢失的数据帧。首先介绍LDPC(低密度奇偶校验)纠删码的编译码算法,然后构造一种以短码长的随机码为外码、IRA(不规则重复累积)LDPC码为内码的级联纠删码,最后给出纠删码的应用策略和实现纠删码所需的CCSDS(空间数据系统咨询委员会)协议扩展。通过仿真实验和分析,得到了LDPC纠删码和级联纠删码的纠删性能,得出级联纠删码与LDPC纠删码均可获得接近理想的纠删性能的结论,且级联纠删码的构造更为灵活,可适应不同的应用环境,对CCSDS协议进行适当扩展后即可支持纠删码在CCSDS遥测链路中的应用。

LDPC码在深空通信中的兼容编码技术

信道编码是提高卫星通信数据传输链路可靠性的关键技术,空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准推荐了1组适用于深空通信的低密度奇偶校验(LDPC)码。针对卫星通信信道的不同需求,设计了1个可以实现CCSDS标准中推荐的适于深空通信的所有LDPC码编码的兼容编码器,从而节省星上硬件资源,提高星载的可靠性和可移植性。利用VHDL语言在FPGA上实现了该编码器,通过仿真验证,表明该编码器在大大节省硬件资源的同时,能够正确完成编码。

LDPC码对无源互调干扰下通信性能改善研究

针对无源互调干扰信号的时变性和间断性特点,提出了利用低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码抗突发差错的特性来减弱无源互调干扰影响的方法。文章设计了LDPC编译码方案,采用了基于准循环矩阵的编码方案,并着重分析了译码环节,译码算法最终选定具有低迭代时延特点的基于行信息传递(Row Message Passing,RMP)调度的最小和译码算法。译码仿真结果显示,用占空比为10%的脉冲模拟无源互调干扰,信噪比为3.1dB时,编码增益约为8.2dB。实测结果显示,信干比为2dB时,带有LDPC编码的系统误码率为0.002 69,信干比增益超过10dB。

FSO中基于LDPC码的编码多级调制方式研究

为降低自由空间光(FSO:Free Space Optical)通信系统中由大气湍流引起的误码率影响,提出基于低密度奇偶校验(LDPC:Low-Density Parity-Check)码的编码多级调制方式,该方式将LDPC码与二进制相移键控(BPSK:Binary Phase-Shift Keying)和脉冲位置调制(PPM:Pulse Position Modulation)复用的调制方式相结合,以提升FSO系统的性能。设计了基于PPM-BPSK-LDPC编码多级调制方式的发射机以及接收机系统模型。通过在弱湍流信道和平均功率约束下的仿真证明,所提的PPM-BPSK-LDPC编码多级调制方式与基础的PPM-LDPC编码调制方式相比,其频带利用率更高,平均误码率性能更好。

CCSDS标准信道码技术

随着太空资源的研究与开发,深空通信技术受到越来越广泛的重视。空间数据系统咨询委员会(CCSDS)逐步为深空通信中遥控遥测及高级在轨系统(AOS)制定了一系列推荐性标准。介绍了深空通信信道研究的意义,其信道特点决定了低信噪比条件下信道码对深空通信可靠性的重要作用。分析了该标准中各类信道码技术,探讨了信道码性能,为该标准的工程应用提供参考。

一种CCSDS深空标准的LDPC码高效实现

针对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)深空通信标准LDPC(低密度奇偶校验码),为减少定点量化后的译码性能损失,提出了一种改进的译码修正算法。通过分析矩阵结构特点,并引入交错译码结构以及流水结构,设计了一种适合该标准深空通信LDPC码编译码器的高效实现结构。使用此结构,在Xilinx公司的XC5VSX95T芯片上实现了CCSDS深空通信标准的(8 192,4 096)LDPC码,在40次迭代情况下可以达到47m的吞吐率。实践表明:该设计可以灵活地移植应用于其他码率的CCSDS深空通信标准LDPC编译码器设计。

用于GSM系统的低复杂度ML检测的双层LDPC码

为降低最大似然(maximum-likelihood,ML)检测在广义空间调制(generalized spatial modulation,GSM)系统中的复杂度,提出了双层低密度奇偶校验(two-layer low-density parity-check,TL-LDPC)码,并且对TL-LDPC编码的GSM系统和常规低密度奇偶校验(low-density parity-check,LDPC)编码的GSM系统分别做了仿真试验。结果表明,在误码率轻微增高的前提下,TL-LDPC编码的GSM系统中ML检测的复杂度远低于常规LDPC编码的GSM系统。