LDPC碼的實(shí)現(xiàn)及其應(yīng)用.pdf

1、隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，數(shù)字電視廣播、移動(dòng)視頻點(diǎn)播等對(duì)數(shù)據(jù)吞吐量要求很高的業(yè)務(wù)逐漸變得可能。為了在有限的帶寬內(nèi)用有限的發(fā)射功率保證信息在空間傳播時(shí)的可靠性，需要在系統(tǒng)中引入具有很強(qiáng)糾錯(cuò)能力的信道編碼技術(shù)。低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC）碼具有與香農(nóng)限非常接近的糾錯(cuò)性能，因此成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)中信道編碼的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者。 隨著近年來(lái)LDPC碼的理論研究的不斷成熟，LDPC碼開(kāi)始逐漸被新一代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)采用。目前，包括歐洲數(shù)字電視

2、衛(wèi)星廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2、中國(guó)數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)CDTV-T等在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)將LDPC碼作為信道編碼的解決方案，而IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等無(wú)線(xiàn)局/城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)也將LDPC碼作為一種候選方案。隨著LDPC碼進(jìn)入應(yīng)用的腳步不斷加快，有必要對(duì)LDPC碼在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題和困難進(jìn)行研究并加以解決和克服，這也正是本文對(duì)LDPC碼的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用進(jìn)行研究的出發(fā)點(diǎn)。 本文首先對(duì)LDPC碼的技術(shù)背景與發(fā)展歷史作了簡(jiǎn)要

3、的回顧，然后對(duì)LDPC碼目前進(jìn)入實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出了LDPC碼在實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用過(guò)程中一些重要的研究課題，包括適合硬件實(shí)現(xiàn)的高效譯碼算法的研究、適用于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的高效譯碼器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及基于LDPC碼的混合ARQ（HARQ）方案設(shè)計(jì)。 在對(duì)這些課題展開(kāi)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(shè)計(jì)已經(jīng)不再是一件完全脫離碼字構(gòu)造與編碼方法的工作，因此為了設(shè)計(jì)一種性能與復(fù)雜度兼顧的LDPC碼譯碼器，必須

4、首先對(duì)LDPC碼的碼字構(gòu)造方法、編碼算法有比較全面的了解和認(rèn)識(shí)。 本文接著對(duì)LDPC碼的譯碼算法展開(kāi)了深入的研究，從二分圖、Turbo迭代譯碼等角度對(duì)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(jìn)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(zhǎng)有限情況下的局限性。隨后本文對(duì)從BP算法衍生出來(lái)的其他信息傳播算法進(jìn)行了大量的研究，其中從數(shù)學(xué)上重點(diǎn)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(jià)簡(jiǎn)化譯碼算法復(fù)雜度的根本原因，并提出一種改進(jìn)的修正的MS算法，在保持與BP算法幾乎相同性能的同時(shí)進(jìn)一步降低了算法的復(fù)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(jié)合起來(lái)得到一種新的分層的修正的MS算法，在性能與復(fù)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(zhuǎn)(BF)算法及其各種改進(jìn)算法，從性能和復(fù)雜度兩方面分析了這些算法的優(yōu)缺點(diǎn)。 隨后，本文結(jié)合國(guó)家863 FuTURE計(jì)

6、劃Beyond 3G(B3G)項(xiàng)目物理層中對(duì)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(jié)構(gòu)，成功地在Xilinx XC2VP70 FPGA上實(shí)現(xiàn)了320Mbps編碼后吞吐量的譯碼器。接著，結(jié)合未來(lái)無(wú)線(xiàn)局/城域網(wǎng)的特點(diǎn)，提出了一種基于分層的修正的MS算法的LDPC碼譯碼器結(jié)構(gòu)并在FPGA上實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的譯碼器。 最后，本文還對(duì)基于LDPC碼的HARQ方案進(jìn)行了研究，通過(guò)分析現(xiàn)有的基于LDPC碼的增量