信道編碼是一種可以提高信息傳輸可靠性的通信技術(shù),并且已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。LDPC碼是一種性能逼近香農(nóng)限的線性分組碼,其優(yōu)異的糾錯(cuò)能力和較小的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度使其躋身于目前信道編碼領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。LDPC碼自身的碼率并不能隨意更改,因此本文將LDPC碼與碼率兼容算法結(jié)合起來,以提高LDPC碼對不同信道環(huán)境的適應(yīng)能力,同時(shí)在FPGA上實(shí)現(xiàn)碼率兼容LDPC碼編譯碼器。首先,本文介紹了LDPC碼的相關(guān)理論,包括LDPC碼的矩陣表示形式及其Tanner圖,并且在此基礎(chǔ)上引申出LDPC碼中環(huán)的概念和節(jié)點(diǎn)的度分布。隨后,介紹了三種常見的LDPC碼編碼算法與各種軟硬判決譯碼算法,比較分析其編譯碼復(fù)雜度和優(yōu)缺點(diǎn)。接著,介紹碼率兼容算法中基于恢復(fù)樹的打孔算法,包括恢復(fù)樹的概念以及分組/排序算法、集中打孔算法這兩種打孔算法,從理論層面上介紹基于恢復(fù)樹的打孔算法的原理。其次,分析CCSDS標(biāo)準(zhǔn)下應(yīng)用于深空通信的(2048,1024)LDPC碼校驗(yàn)矩陣和生成矩陣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并依此選擇合適的編譯碼器實(shí)現(xiàn)并行度。通過MATLAB仿真結(jié)果確定譯碼實(shí)現(xiàn)方案的主要參數(shù),包括量化方式和迭代次數(shù)。同時(shí),對集中打孔算法提出改進(jìn)方案,通過改進(jìn)打孔變量節(jié)點(diǎn)的位置選擇方式,使經(jīng)過改進(jìn)后的算法打孔的LDPC碼比經(jīng)過原算法打孔的LDPC碼在碼率相同時(shí)得到更大的編碼增益,這種編碼增益的差距在高碼率LDPC碼上更加顯著。最后,實(shí)現(xiàn)基于FPGA的碼率兼容LDPC碼編譯碼器。編碼器采用基于SRAA電路的部分并行編碼架構(gòu),譯碼器結(jié)構(gòu)為基于最小和算法的部分并行譯碼架構(gòu)。硬件實(shí)現(xiàn)采用自上而下的模塊化設(shè)計(jì)思想,對編碼器和譯碼器進(jìn)行了上板測試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。最終,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了碼率范圍為0.4~0.8的LDPC碼編譯碼器,該編譯碼器在保證通信可靠性的前提下靈活調(diào)整信息傳輸速率。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN911.22
【部分圖文】：

圖 3-1 (2048,1024)LDPC 碼的校驗(yàn)矩陣此時(shí)，CCSDS 標(biāo)準(zhǔn)推薦劃分的子矩陣自身仍是一個(gè)準(zhǔn)循環(huán)矩陣。為了硬件實(shí)現(xiàn)方便，可將校驗(yàn)矩陣 H 的子矩陣進(jìn)一步劃分成若干個(gè)維度為128 1 28的子矩陣，具體劃分方法可用圖 3-2 表示。圖 3-2 (2048,1024)LDPC 碼的校驗(yàn)矩陣 H 子矩陣的劃分方法I 的劃分已經(jīng)在圖

W 維度均為1024 1 024，W 是將W 刪去最后 512 列后剩余的部分。矩陣W 可用圖 3-3 表示。圖 3-3 (2048,1024)LDPC 碼的生成矩陣的W 部分由圖 3-3 可知，該生成矩陣不再滿足稀疏條件。在 CCSDS 的推薦方案中，矩陣W 的最后 512 列對應(yīng)的編碼結(jié)果并未生效，(2048,1024)的 LDPC 碼可看作是由在碼率為 0.4 的母碼上打孔 512 位后得到的結(jié)果，通過倒序打孔操作，將碼率提升至 0.5。3.2 基于 SRAA 的準(zhǔn)循環(huán)編碼方案2.2.3 節(jié)已經(jīng)介紹了準(zhǔn)循環(huán)編碼方法，該方法只需要知道生成矩陣中每個(gè)子矩陣的第一行或者第一列就可算出所有生成矩陣的信息，在硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)有利于節(jié)省存儲空間，降低硬件資源利用率。且該算法只需要進(jìn)行信息位向量與生成矩陣的相乘

本節(jié)通過 MATLAB 仿真確定上述兩個(gè)主要的譯碼關(guān)鍵參代次數(shù)察迭代次數(shù)對 LDPC 碼譯碼性能的影響，選定 LDPC 碼碼(2048,1024)LDPC 碼，迭代次數(shù)分別為 1 次、5 次、10 次、BPSK 調(diào)制信號經(jīng) AWGN 信道的性能曲線如圖 3-11。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 肖婧婷;低復(fù)雜度LDPC碼編譯碼算法研究與實(shí)現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 馬福利;LDPC碼率兼容打孔算法[D];北京交通大學(xué);2012年

本文編號：2867814