【摘要】：通信系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵問題是如何在信道條件不理想的條件下實(shí)現(xiàn)可靠通信,為了達(dá)到該要求,不可避免的要采用信道編碼技術(shù)來提升傳輸?shù)目煽啃�。信道編碼技術(shù)從本質(zhì)上講,就是在要傳輸?shù)男畔⒅屑尤肴哂辔?并在接收端利用加入的冗余信息來判斷信息在傳輸過程中是否發(fā)生了錯(cuò)誤,并對錯(cuò)誤的信息加以糾正,以此達(dá)到可靠通信的目的。香農(nóng)的信道編碼定理給出了在碼長無限長,碼率低于信道容量并且采用最大似然譯碼的條件下,可以實(shí)現(xiàn)無誤碼的可靠傳輸,自此各種各樣的信道編碼不斷地涌現(xiàn)出來。目前在所有這些編碼中,LDPC碼是性能最接近香農(nóng)限的一種碼,然而當(dāng)碼率較低時(shí),它的性能比同等碼率下的Turbo碼要差,因此為了彌補(bǔ)LDPC碼在低碼率時(shí)的不足,本文結(jié)合原模圖LDPC碼的優(yōu)勢和并行級聯(lián)結(jié)構(gòu),對低碼率LDPC碼的設(shè)計(jì)和構(gòu)造方法進(jìn)行了深入且系統(tǒng)的研究,主要內(nèi)容如下:首先,論文提出了具有并行級聯(lián)結(jié)構(gòu)的原模圖(Parallel Concatenated Structured Protographs,PCSP)的概念,并利用原模圖的理論分析工具和并行級聯(lián)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),給出了PCSP的優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,然后在該準(zhǔn)則的指導(dǎo)下提出了PCSP的分級設(shè)計(jì)方法,并利用該方法設(shè)計(jì)了碼率為1/3的PCSP碼。采用PEXIT分析方法對設(shè)計(jì)的PCSP碼的誤碼性能進(jìn)行了理論分析,并給出了在BPSK調(diào)制和AWGN信道下的理論誤比特曲線。文中采用蒙特卡洛方法對設(shè)計(jì)的PCSP碼的誤碼性能進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,在誤比特率為610?的條件下,PCSP碼距離1/3碼率香農(nóng)限約為1.107dB;在碼長為4096比特時(shí),距離PCSP的理論誤碼性能僅為0.4dB,達(dá)到了與同等條件下Turbo碼相當(dāng)?shù)男阅芷浯?為了能使設(shè)計(jì)的PCSP碼具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值,論文提出了一種原模圖的聯(lián)合擴(kuò)展算法:最大圍長循環(huán)PEG(Max Girth Circulant PEG,MG-CPEG)算法。該算法分兩步對原模圖進(jìn)行擴(kuò)展,每步均采用結(jié)構(gòu)化的擴(kuò)展算法,其中第一步采用MG擴(kuò)展算法,擴(kuò)展因子為4,消除原模圖中的重邊,并達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)圍長;第二步采用調(diào)整后的循環(huán)PEG擴(kuò)展算法得到最終的校驗(yàn)矩陣,通過調(diào)整擴(kuò)展因子,可以得到任意碼長的原模圖LDPC碼。通過分析圍長直方圖和仿真實(shí)驗(yàn)證明了MG-CPEG算法擴(kuò)展得到的原模圖LDPC碼相比于通過循環(huán)PEG算法擴(kuò)展的碼擁有更大編碼增益。然后利用校驗(yàn)矩陣的準(zhǔn)循環(huán)特性構(gòu)造了結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)生成矩陣,結(jié)果表明,該生成矩陣中的p矩陣有一半以上是稀疏的,因此設(shè)計(jì)的PCSP碼大大降低了編譯碼復(fù)雜度。最后,為了進(jìn)一步提高串行消息傳播譯碼算法的性能,論文提出了交疊的Shuffled-BP(OSBP)譯碼算法和交疊的Layerd-BP(OLBP)譯碼算法。在這兩中算法中,考慮到越晚更新的節(jié)點(diǎn)信息的可靠度越高,將各子譯碼器以不同的順序進(jìn)行更新,相互之間生成并傳遞更可靠的信息,以此提高譯碼的收斂速度,并降低誤比特率。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)均表明OSBP算法和OLBP算法相比于串行消息傳播譯碼算法具有更優(yōu)的誤碼性能,并且對于規(guī)則和非規(guī)則LDPC碼以及PCSP碼均有效,因而在實(shí)際工程應(yīng)用中,提出的算法可以帶來更大的編碼增益和更低的譯碼延時(shí)。
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【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2364029