LDPC碼的實現及其應用.pdf

1、隨著無線通信技術的不斷發(fā)展與進步，數字電視廣播、移動視頻點播等對數據吞吐量要求很高的業(yè)務逐漸變得可能。為了在有限的帶寬內用有限的發(fā)射功率保證信息在空間傳播時的可靠性，需要在系統(tǒng)中引入具有很強糾錯能力的信道編碼技術。低密度奇偶校驗碼（LDPC）碼具有與香農限非常接近的糾錯性能，因此成為現代通信系統(tǒng)中信道編碼的強有力競爭者。 隨著近年來LDPC碼的理論研究的不斷成熟，LDPC碼開始逐漸被新一代無線通信系統(tǒng)采用。目前，包括歐洲數字電視

2、衛(wèi)星廣播標準DVB-S2、中國數字電視地面廣播標準CDTV-T等在內的標準已經將LDPC碼作為信道編碼的解決方案，而IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等無線局/城域網標準也將LDPC碼作為一種候選方案。隨著LDPC碼進入應用的腳步不斷加快，有必要對LDPC碼在實現過程中存在的問題和困難進行研究并加以解決和克服，這也正是本文對LDPC碼的實現與應用進行研究的出發(fā)點。 本文首先對LDPC碼的技術背景與發(fā)展歷史作了簡要

3、的回顧，然后對LDPC碼目前進入實現和應用領域的現狀進行了分析，指出了LDPC碼在實現和應用過程中一些重要的研究課題，包括適合硬件實現的高效譯碼算法的研究、適用于現代通信系統(tǒng)的高效譯碼器結構設計以及基于LDPC碼的混合ARQ（HARQ）方案設計。 在對這些課題展開深入研究前，本文首先回顧了LDPC碼的基本原理，由于譯碼器的設計已經不再是一件完全脫離碼字構造與編碼方法的工作，因此為了設計一種性能與復雜度兼顧的LDPC碼譯碼器，必須

4、首先對LDPC碼的碼字構造方法、編碼算法有比較全面的了解和認識。 本文接著對LDPC碼的譯碼算法展開了深入的研究，從二分圖、Turbo迭代譯碼等角度對LDPC碼信息傳播譯碼算法中最基本的置信傳播（BP）算法的原理進行了分析，揭示了這種算法取得優(yōu)異性能的原因以及這種算法在碼長有限情況下的局限性。隨后本文對從BP算法衍生出來的其他信息傳播算法進行了大量的研究，其中從數學上重點分析了最小和(MS)算法以及修正的MS算法以較小的性能損失

5、為代價簡化譯碼算法復雜度的根本原因，并提出一種改進的修正的MS算法，在保持與BP算法幾乎相同性能的同時進一步降低了算法的復雜度。此外，本文還分析了分層的BP算法，并將分層的BP算法與修正的MS算法結合起來得到一種新的分層的修正的MS算法，在性能與復雜度之間取得了很好的折中。最后，本文還介紹了硬判譯碼算法中的比特翻轉(BF)算法及其各種改進算法，從性能和復雜度兩方面分析了這些算法的優(yōu)缺點。 隨后，本文結合國家863 FuTURE計

6、劃Beyond 3G(B3G)項目物理層中對信道編碼的性能與吞吐量的要求，提出了一種基于修正的MS算法的LDPC碼譯碼器結構，成功地在Xilinx XC2VP70 FPGA上實現了320Mbps編碼后吞吐量的譯碼器。接著，結合未來無線局/城域網的特點，提出了一種基于分層的修正的MS算法的LDPC碼譯碼器結構并在FPGA上實現了相應的譯碼器。 最后，本文還對基于LDPC碼的HARQ方案進行了研究，通過分析現有的基于LDPC碼的增量