码率兼容LDPC码的设计与应用

论文摘要

由于低密度校验码具有接近相农限的纠错性能以及较低的译码复杂度,在过去的十年间低密度校验码得到了广泛的研究。近年来由于编译码算法的改进,使得LDPC码的实现变得更加简单,现在DVB-S2、802.16e、802.11n以及中国移动多媒体CMMB等各种标准广泛的采用了LDPC码。然而LDPC码的码率没有Turbo码那样灵活可变,如果采用类似Turbo码的打孔方式实现码率的可变性,必将带来性能损失,这一缺点限制了LDPC码在移动通信等系统中的应用。本课题旨在解决LDPC码的这一问题,促进LDPC码更为广泛的应用。本课题主要从研究LDPC码的结构出发,通过外信息转移图优化出适合于实现码率兼容LDPC码的度分布对,并采用PEG算法构造出具有码率兼容特性的LDPC码的校验矩阵。这种结构的码率兼容LDPC码在各个码率下均与单个构造的具有最优度分布对的相同码长的LDPC码具有相同的性能。在对上述码率兼容结构的LDPC码做出了改进之后本文还提出了一种可分解的码率兼容LDPC码的构造方法,并且在此基础上研究出了一种高效的HARQ方法,在低信噪比的环境下,使用该方法能够极大的提高系统的吞吐量,以上研究结果使得码率兼容LDPC码在实现时能够减少所需的硬件资源,同时不带来任何性能损失。因此,这一研究结果解决了传统的实现码率兼容LDPC码时带来的性能损失问题。与之相对应的高效的HARQ方案的提出也必将进一步促进LDPC码的应用。本课题还没有解决任意码率、任意码长的LDPC码的构造的问题,在现有基础上,进一步改善码率、码长的灵活可变性将是今后的进一步研究重点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 LDPC 码的研究背景以及现状
• 1.2 本课题研究的意义及研究工作成果
• 2 LDPC 码的编译码算法
• 2.1 LDPC 码的基本概念
• 2.2 LDPC 码的编码算法
• 2.2.1 传统的编码方法
• 2.2.2 RU 算法
• 2.3 LDPC 码的译码算法
• 2.3.1 BP 算法
• 2.3.2 最小和算法
• 2.4 本章小结
• 3 LDPC 码的分析与优化方法
• 3.1 密度演化算法
• 3.1.1 密度演化算法的基本原理
• 3.1.2 密度演化算法的应用
• 3.2 高斯估计
• 3.3 外信息转移图
• 3.3.1 EXIT Charts 原理及计算
• 3.3.2 EXIT Charts 在 LDPC 码中的应用
• 3.3.3 分析与优化结果
• 3.4 本章小结
• 4 LDPC 码的构造方法
• 4.1 基本概念
• 4.2 算法流程与伪代码
• 4.3 构造实例与仿真
• 4.4 利用PEG 算法进行矩阵扩展
• 4.5 本章小结
• 5 可分解的码率兼容 LDPC 码的设计与应用
• 5.1 码率兼容LDPC 码与HARQ 的设计
• 5.1.1 基于打孔的码率兼容LDPC 码设计
• 5.1.2 基于度分布对的混合自动重传
• 5.1.3 基于Z 字型H 矩阵的LDPC 码的增量冗余混合自动重传
• 5.2 基于EXIT CHARTS的码率兼容LDPC 码设计
• 5.2.1 基于EXIT Charts 的非规则RC-LDPC 码的构造
• 5.2.2 基于EXIT Charts 的非规则RC-LDPC 码的编码
• 5.3 可分解的码率兼容LDPC 码的构造
• 5.3.1 D-RC-LDPC 码的构造
• 5.3.2 D-RC-LDPC 码的特性
• 5.4 基于可分解的码率兼容LDPC 码的HARQ 方案
• 5.4.1 II 型 HARQ
• 5.4.2 改进的 DB-HARQ 方案的设计
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 攻读学位期间申请的专利