低复杂度的LDPC码快速译码算法研究

论文摘要

LDPC码（低密度校验码）是一类可以用非常稀疏的奇偶校验矩阵定义的线性分组纠错码,具有逼近香农限的性能。通常地,评估一种LDP+6吗C码译码算法的指标有三个:译码速度、计算复杂度、译码性能。那么,如何从这三个方面着手,对当前常用的LDPC码译码算法—BP算法进行改进,以得到一种低复杂度、性能优异的快速LDPC码译码算法是一个非常有意义的课题。本文的工作可概括为以下五个方面:1、阐述分析了LDPC码中环对译码性能的影响,在用一个简单的范例说明了消息传递的本质之后,详细描述了基于常用的几种不同消息传递机制的LLR-BP译码算法,利用密度进化分析方法对它们的收敛性进行了分析比较。2、鉴于洪水译码算法实现复杂度高、串行译码算法译码速度慢的缺点,本文深入研究了一种介于全并行消息传递与串行消息传递之间的混合消息传递机制——分组串行消息传递机制,通过对校验节点分组,在不同分组之间串行地进行消息传递和更新,同一分组内部并行地进行消息传递和更新,从而在串行译码算法基础上提高了译码的速度,在洪水译码算法的基础上降低了实现复杂度,在译码速度和复杂度之间取得了很好的折衷。3、研究了QC-LDPC码的码结构,通过研究发现其独特的结构特点使其非常适合采用分组串行译码算法进行译码,从而提出了一种快速的QC-LDPC码译码算法,它能在串行译码算法的基础上成倍地提高译码速度。4、分析了变量节点ex-LLR值发生振荡的原因,并提出了两种基于变量节点ex-LLR值振荡的改进的BP译码算法,IOB BPⅠ和IOB BPⅡ,这两种算法都是通过修正变量节点发生振荡的ex-LLR值,来降低振荡带来的性能恶化程度。在基本不增加译码复杂度的情况下,能改善传统的BP译码算法的性能。5、借鉴强迫收敛的思想,对IOB BPⅡ算法进行改进,使得改进算法能够在BP算法基础上提高性能的同时,进一步降低译码复杂度,很好地兼顾了译码性能和计算复杂度。针对在采用BP译码算法译码收敛到错误码字时各变量节点判决消息绝对值均值趋于平稳的现象,提出了一种新的迭代停止判决准则,将其应用到IOB BPⅡ算法,从另外一个角度达到了提高译码算法性能的同时降低译码复杂度的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纠错编码的译码算法研究
• 1.2.1 译码算法分类
• 1.2.2 消息传递算法研究现状
• 1.3 本文主要内容及结构
• 第二章 不同消息传递机制下的BP 译码算法
• 2.1 LDPC 码的表征
• 2.1.1 LDPC 码的校验矩阵表征
• 2.1.2 LDPC 码的Tanner 图表征
• 2.2 环
• 2.3 消息传递机制
• 2.3.1 消息传递的本质
• 2.3.2 洪水消息传递机制
• 2.3.3 串行消息传递机制
• 2.3.4 分组串行消息传递机制
• 2.4 本章小结
• 第三章 准循环LDPC 码的快速BP 译码算法
• 3.1 校验节点分组方法
• 3.2 基于QC-LDPC 码的快速译码算法
• 3.2.1 QC-LDPC 码
• 3.2.2 快速分组串行译码算法
• 3.3 译码性能仿真结果及分析
• 3.4 密度进化分析方法
• 3.4.1 BP 算法的密度进化原理
• 3.4.2 BP 算法中密度进化思想及递归算法
• 3.5 不同消息传递机制下的译码算法收敛性分析
• 3.5.1 半串行译码算法
• 3.5.2 半串行译码算法的密度进化
• 3.5.3 洪水译码算法与半串行译码算法收敛性比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于ex-LLR 值振荡的改进BP 译码算法
• 4.1 LDPC 码译码错误分类
• 4.2 变量节点ex-LLR 值及判决消息值的振荡
• 4.2.1 振荡的定义
• 4.2.2 产生振荡的原因
• 4.3 改进的LLR-BP 译码算法
• 4.3.1 Oscillation-based LLR-BP 译码算法
• 4.3.2 Improved Oscillation-based LLR-BP 译码算法Ⅰ
• 4.3.3 Improved Oscillation-based LLR-BP 译码算法Ⅱ
• 4.4 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 低复杂度的改进BP 译码算法
• 5.1 NMS 算法
• 5.1.1 NMS 算法概述
• 5.1.2 译码性能仿真及复杂度分析
• 5.2 基于强迫收敛的低复杂度译码算法
• 5.2.1 强迫收敛机制
• 5.2.2 基于强迫收敛机制的IOB BPⅡ算法
• 5.3 一种新的迭代停止判决准则下的改进BP 译码算法
• 5.3.1 一种新的迭代停止判决准则
• 5.3.2 基于新的迭代停止判决准则的改进BP 译码算法
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果