基于因子圖的低密度校驗碼關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著對寬帶、高速通信業(yè)務需求的不斷增加和通信技術(shù)的不斷進步,作為一種提高信息傳輸?shù)目煽啃院陀行缘闹匾侄蔚那跋蚣m錯碼技術(shù)近年來獲得了快速的發(fā)展,同時作為通信理論的重要組成部分,更有效可靠的糾錯碼技術(shù)的理論研究與應用正在越來越受到人們的關(guān)注與重視。本文正是在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)“數(shù)字音視頻編碼、傳輸、測試與應用示范”(No.2002AA119010)的子課題“基于無線環(huán)境的聯(lián)合信源信道系統(tǒng)框架研究”、國家自然科學基金重大

2、項目“未來移動通信系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究(No.60496315)”等研究項目的資助下,對近年來在糾錯碼領(lǐng)域表現(xiàn)搶眼的低密度校驗碼(Low-Density Parity-Check Codes,LDPC)的若干關(guān)鍵技術(shù)展開了研究。 LDPC最早是在1962年由Robert G.Gallager提出的,它是一類可以用稀疏校驗矩陣或因子圖進行描述的線性分組碼,具有接近Shannon限的良好性能和因子圖等有效的分析工具,因而近年來成為

3、糾錯碼領(lǐng)域的研究熱點。因子圖最早是由Tanner提出的,它是表征校驗節(jié)點與變量節(jié)點關(guān)系的二部圖。因子圖與校驗矩陣一一對應,當校驗矩陣的某位置為“1”時,在因子圖上分別對應校驗矩陣的行和列的校驗節(jié)點與變量節(jié)點之間就有一條邊相連。本文正是利用因子圖這個工具,對LDPC碼的編碼、譯碼和密度進化這幾個方面的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。 在進行后續(xù)研究前,本文首先全面的介紹了LDPC碼起源、發(fā)展和當前的研究與應用情況,給出了它的因子圖表示和校驗約

4、束編碼結(jié)構(gòu),并基于因子圖推導了譯碼后驗概率的表達式;介紹了規(guī)則碼、非規(guī)則碼和基于GF(q)域的LDPC碼的編碼結(jié)構(gòu),對不同編碼結(jié)構(gòu)下LDPC的性能進行了討論,結(jié)果表明,非規(guī)則碼性能優(yōu)于規(guī)則碼,在GF(q)域的LDPC碼性能要好于二元LDPC碼,域值越高性能越好。 為了獲得不含短環(huán)的LDPC碼的編碼算法,對因子圖進行了具體的分析,探討了因子圖中環(huán)對碼性能影響的成因,利用圖論工具和構(gòu)造輔助的校驗點結(jié)構(gòu)圖鄰接矩陣的方法,分析了因子圖中

5、形成環(huán)校驗節(jié)點之間的關(guān)系,獲得了一些有用的定理和性質(zhì),并在這些定理和性質(zhì)的基礎(chǔ)上提出了一種新的構(gòu)造算法。新的構(gòu)造算法能夠有效的避免短環(huán)的出現(xiàn),文章給出了無4-環(huán)、6-環(huán)和8-環(huán)的LDPC碼的具體構(gòu)造算法,在仿真實驗中顯示了比隨機生成算法更好的性能。本文提出的構(gòu)造算法并不限定于規(guī)則碼或是非規(guī)則碼,可根據(jù)設(shè)定的列重序列生成符合要求的規(guī)則碼或是非規(guī)則碼,因而具有更好的通用性。 在LDPC碼的譯碼算法研究方面,為了獲得置信傳播迭代譯碼算

6、法的高性能,需要能減少因子圖中環(huán)對它的影響,因此,在本文譯碼算法的研究部分分析了因子圖中存在的環(huán)對置信傳播譯碼算法的影響,給出了一種優(yōu)化的譯碼算法。該算法在譯碼中通過動態(tài)檢測信息的傳遞路徑,適時的切斷通過因子圖上的環(huán)傳回的消息,能夠在一定程度上消除因子圖中環(huán)對置信傳播譯碼算法的影響,使原始信息在不受到經(jīng)環(huán)傳回的重復信息的污染下傳播到盡可能多的節(jié)點。在仿真實驗中,我們對比了本文算法與傳統(tǒng)算法,分析了兩種算法的計算復雜度與性能,結(jié)果表明,該

7、算法在中短碼長的情況下表現(xiàn)出比傳統(tǒng)算法更好的性能,在信道狀況較差時,在不降低性能的情況下,本文算法具有更小的計算復雜度。 在LDPC碼密度進化理論分析方面,由于現(xiàn)有的密度進化理論是建立在基于無環(huán)因子圖假設(shè)的基礎(chǔ)上的,沒有考慮因子圖上存在的環(huán)以及環(huán)對迭代譯碼消息進化的影響。因此,本文通過討論,獲得了一般LDPC碼因子圖上環(huán)存在的概率表述,在這個概率表述基礎(chǔ)上,對離散密度進化和連續(xù)密度進化在AWGN信道上的表現(xiàn)分別進行了分析。在離散

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