非二进制准循环低密度校验码的性能研究

为提高100Gbit/s光通信系统的传输距离,构造了高增益的NB-QC-LDPC(非二进制准循环低密度校验码),这种纠错码构建在伽罗华域上,适合于采用QPSK(正交相移键控)或DQPSK(差分正交相移键控)调制格式的100Gbit/s系统。文章采用对数傅里叶和积译码算法分析了NB-QC-LDPC的误码性能。结果表明,与二进制准循环低密度校验码相比,码长为500、码率为0.8的NB-QC-LDPC,在误码率为10-8时可提供约1dB的编码增益。同样,在误码率为10-8时,若码率从0.9降低至0.8,NB-QC-LDPC能多提供约0.6dB的编码增益,即在低码率时,NB-QC-LDPC具有更好的性能。

围长为8的较大列重准循环低密度奇偶校验码的行重普适代数构造

适合于任意行重(即行重普适(RWU))的无小环准循环(QC)低密度奇偶校验(LDPC)短码,对于LDPC码的理论研究和工程应用具有重要意义。具有行重普适特性且消除4环6环的现有构造方法,只能针对列重为3和4的情况提供QC-LDPC短码。该文在最大公约数(GCD)框架的基础上,对于列重为5和6的情况,提出了3种具有行重普适特性且消除4环6环的构造方法。与现有的行重普适方法相比,新方法提供的码长从目前的与行重呈4次方关系锐减至与行重呈3次方关系,因而可以为QC-LDPC码的复合构造和高级优化等需要较大列重基础码的场合提供行重普适的无4环无6环短码。此外,与基于计算机搜索的对称结构QC-LDPC码相比,新码不仅无需搜索、描述复杂度更低,而且具有更好的译码性能。

基于基矩阵排列优化算法的非规则准循环低密度奇偶校验码构造

为了提升非规则准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码的误码率性能、降低构造算法的复杂度,该文提出一种基于基矩阵排列优化算法的非规则QC-LDPC码构造方法。首先,利用基于外部信息传递(EXIT)图的阈值分析算法得到满足码率和列重要求的非规则QC-LDPC码的最优度分布,然后将围长和短环数量作为新的约束条件对具有最优度分布的码集进行分析,得到具有最优度分布和最少短环数量的最优基矩阵排列结构,最后,根据得到的基矩阵对规则指数矩阵进行置零操作得到目标非规则QC-LDPC码。该构造方法相对于随机构造方法具有更低的实现复杂度,同时可以通过改变算法的参数值实现码长和码率的灵活设计。仿真结果表明,与现有的一些构造方法相比,所提方法构造的非规则QC-LDPC码在加性高斯白噪声(AWGN)信道上具有更好的误码率性能。

基于稀疏二进制序列的低密度奇偶校验码

通过对低密度奇偶校验(LDPC)码构造的研究,提出了一种利用稀疏二进制序列构造规则LDPC码的新颖而简单的方法。在构造中,还提出了奇偶校验矩阵里元素‘1’的分布矩阵的概念。为了确保码Tanner图的最小圈长为8,利用了序列的周期自相关函数和周期互相关函数。通过仿真表明构造的新码在和积算法下进行迭代解码性能优异。由于产生的LDPC码本身固有的准循环结构,还能得到较低的编码复杂度。

利用等差数列构造大围长准循环低密度奇偶校验码

针对准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码中准循环基矩阵的移位系数确定问题,该文提出基于等差数列(AP)的确定方法。该方法构造的校验矩阵的围长至少为8,移位系数由简单的数学表达式确定,节省了编解码存储空间。研究结果表明,该方法对码长和码率参数的设计具有较好的灵活性。同时表明在加性高斯白噪声(AWGN)信道和置信传播(BP)译码算法下,该方法构造的码字在码长为1008、误比特率为510-时,信噪比优于渐进边增长(PEG)码近0.3 d B。

基于素域构造的准循环低密度校验码

该文提出一种基于素域构造准循环低密度校验码的方法。该方法是Lan等所提出基于有限域构造准循环低密度校验码的方法在素域上的推广,给出了一类更广泛的基于素域构造的准循环低密度校验码。通过仿真结果证实:所构造的这一类准循环低密度校验码在高斯白噪声信道上采用迭代译码时具有优良的纠错性能。

一类具有低密度生成矩阵的非二元准循环LDPC码

提出一类非二元准循环低密度校验(QC-LDPC)码,其校验矩阵的列重为2.通过精心设计校验矩阵,使得对应的生成矩阵具有一些优良的性质:系统性;准循环;低密度.因此,可通过简单的移位寄存器电路实现低复杂度并行编码.仿真结果表明,提出的码和随机码的性能相当.

基于BP译码算法的准循环低密度奇偶校验码量化问题研究

基于改进的BP译码算法—LLR BP译码算法,在AWGN信道下,在量化范围、量化比特数、量化方式选择这三方面分别对输入信号和中间变量进行了性能仿真与对比,最后经过分析比较,提出了一种新型和有效的量化方案.笔者采用的奇偶校验码为基于802.16e标准的准循环低密度奇偶校验码(QC-LDPC).在假设输入信号为等概输入,且设置译码算法中最大迭代次数为10的前提下,通过MATLAB仿真,可发现准循环低密度奇偶校验码不但具有良好的性能,而且更有利于硬件的实现.与此同时,与未量化的LLR BP译码算法相比,文中提出的方案不但可以保持较低误码率,而且还极大的减小了硬件复杂度.

基于准循环低密度奇偶校验码的压缩感知测量矩阵

针对随机测量矩阵元素随机产生、不易于硬件实现的缺点,利用有限域上准循环低密度奇偶校验（QCLDPC）码奇偶校验矩阵的构造方法,设计了一种确定性的结构化稀疏测量矩阵。由于QC-LDPC码的信道编解码性能较好,故以此为基础构造压缩感知（CS）测量矩阵预计有较好的性能。分别用一维和二维信号的CS重建实验验证新矩阵的性能,结果表明,与常用的测量矩阵相比,在相同的重建算法和压缩比条件下,新矩阵对应的重建误差较低,在峰值信噪比（PSNR）的评价指标上有所提高（0.5~1 dB）。特别地,所提的确定性测量矩阵在结构上具有对称特性和准循环特性,如将其应用于硬件实现,可降低物理内存的需求量与硬件实现的复杂度。

准循环低密度校验码的筛选算法

文中提出了一种用筛选算法寻找指数矩阵的新方法.利用计算机搜索得到的最小值p在理论上达到了Fossorier给出的最小下界.

高性能准循环低密度奇偶校验码的构造

提出了一种高性能QC-LDPC码的构造模式,通过扩展码长较短的LDPC码得到码长比较长的QC-LDPC码。仿真结果表明,该构造模式具有线性编码复杂度,编码性能和随机构造的LDPC码相当。

基于准循环低密度奇偶校验码的签密方案研究

签密是一个能同时实现数字签名和公钥加密的密码原语,并且其数据量要远低于传统的先签名后加密的方法。基于编码的密码体制是后量子密码中的一个重要方案,具有较高的计算效率,但是有密钥量过大的问题。针对这一问题,文章尝试利用准循环低密度奇偶校验码,在随机预言机的模型下,构造了一个可证明安全的签密方案。由于QC-LDPC的校验矩阵的准循环特性,可以有效地减小密钥量,与传统的先签名后加密的方法相比,密文减少了15.7%,与"一石二鸟"等基于数论的签密方案相比,计算效率有较大提高。安全性表明,方案在随机预言机模型下能达到IND-CCA2和EUF-CMA安全。

多进制准循环LDPC码满秩校验矩阵构造及系统编码

提出了一种多进制准循环低密度奇偶校验(low-density parity-check,LDPC)码满秩校验矩阵的构造方法。该方法基于循环置换方阵,利用随机掩蔽的方法构造出满秩校验矩阵,从而得到具有循环阵形式的系统生成矩阵,并设计出具有线性复杂度的串行和并行多进制LDPC码编码器。仿真结果表明,由此构造出的规则和非规则多进制准循环LDPC码相比于掩蔽前的码字取得了更为优越的误码和收敛性能。

基于循环差集的低密度奇偶校验码的构造

基于组合设计中的循环差集,提出一种构造准循环低密度校验(Quasi-Cyclic LDPC)码的方法。所构造的正则Quasi-Cyclic LDPC码的校验矩阵中不存在长度为4的环,并且可以用简单线性移位寄存器实现编码。仿真结果表明,在和积迭代译码下,采用该方法构造的码具有较好的性能。

低错误平层数列分割移位低密度奇偶校验码构造算法

为降低LDPC(低密度奇偶校验码)码错误平层,提出一种基于环分类搜索的APPS-LDPC(数列分割移位的LDPC)码构造算法。该算法具有码长、码率和列重的任意可设性,同时该类码的Tanner图围长至少为8。循环移位因子可以通过简单的代数表达式描述,从而降低内存需求。仿真结果表明,当误码率达到10-5时,APPS-LDPC码(496,248)相对于PEG-LDPC(渐进边增长LDPC)码获得了约1.9 d B的性能提升;随着信噪比的升高,两条译码性能曲线之间的差距将更大。此外,列重为3的APPS-LDPC码(6144,5376)在信噪比4.6 d B以后并未出现明显的错误平层。该构造算法与PS-LDPC码相比,在误码率达到10-8时大约获得0.25 d B增益;与围长为4和6的PEG构造算法相比,在错误平层区域其译码性能极优;同时相较于此两者,其构造复杂度和耗时也展现出一定优势。通过基于Tanner图的诱捕集分析方法,统计APPS-LDPC码(496,248)中由8环组成的部分小型诱捕集并不存在,从而证明了其错误平层降低的原因。

非二进制级联码的性能评估

提出了一种非二进制级联码结构,将非二进制LDPC码(码率R=0.9)和Turbo码(码率R=0.5)串行级联,利用非二进制LDPC码在高信噪比时性能较佳,Turbo码在低信噪比时性能较佳的优势,进一步提高级联码在低信噪比和高信噪比的性能.分析了新的级联码系统在白噪声信道的性能,并与RS码和卷积码级联的RS级联码系统、二进制LDPC码和Turbo码级联的二进制级联码系统在高斯白噪声信道的误码性能和复杂度作了比较,仿真结果显示:在纠错能力方面,二进制和非二进制级联码系统的纠错能力大大优于RS级联码系统,非二进制级联码系统优于二进制级联码系统,在复杂度方面,新的级联码系统的复杂度高于RS级联码系统,但与二进制级联码系统相比,复杂度降低了.

用Richardson-Urbanke算法实现有效编码的非二元准循环LDPC码

为了实现有效编码,提出一类可以利用Richardson-Urbanke算法的非二元准循环低密度校验码(QC-LDPC)码.校验矩阵的右侧部分列重均为2,可用来构造规则和非规则码.对校验矩阵的约束保证了这类码具有线性编码复杂度.仿真结果表明,所提出的码和高阶调制结合,其性能优于渐进边增长(PEG)构造的码,并可获得接近Shannon限的性能.

基于BIBD的多进制准循环LDPC码构造

随机多进制低密度奇偶校验码(low-density parity-check,LDPC)的编码相当复杂,而具有特定结构的准循环LDPC码具有线性复杂度编码的特点。提出基于均衡不完全区组设计(balanced incomplete block design,BIBD)的具有高性能且能有效编码的多进制准循环LDPC码代数构造方法,构造出的多进制校验矩阵非零值的位置和数值分别建立于2个不同的域。结合BIBD和新定义的多进制位置向量进行广义二维扩展生成素数大小的多进制准循环矩阵,由此构造出的3类多进制LDPC码girth均不小于6。仿真结果表明,采用FFTQSPA对构造的LDPC码进行译码,在AWGN信道下相比于同等比特长度同等码率的RS码来说可以取得明显的编码增益。

大girth多进制阵列准循环LDPC码

Tanner图中girth的大小和分布影响着码字的误码性能,通过适当地增加girth值可进一步提升多进制准循环LDPC(Low-Density Parity-Check)码性能。采用直接构造法确定短环线性约束方程,构造出满足大girth的指数矩阵,提出了基于不同域的广义二维扩展方法,进而与大girth阵列码结合构造出了大girth多进制阵列码。仿真结果表明,在高斯白噪声信道中构造出的码字具有较强的纠错性能,且在一定范围内更大的girth可取得更大的编码增益,利于有效快速的编译码,保证信息的可靠传输,满足高频带利用率。

准循环LDPC码最小汉明距离的计算与校验矩阵的改善

基于线性代数的基本原理和线性分组码的结构特点,提出了能准确计算QC LDPC码最小汉明距离的方法,并对计算复杂度进行估计;然后针对QCLDPC码的结构特点,对其校验矩阵进行改善,以增大码字的最小汉明距离,从而得到更好的译码性能.其中,计算最小汉明距离的方法同样适用于普通的线性分组码.