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LDPC码在COFDM通信系统下的研究与实现

作　者: 曹飞
导　师: 张义德
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: LDPC码 OFDM 自适应技术 部分并行
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近年来,低密度奇偶校验(Low Density Parity Check LDPC)码作为一种可以接近香农极限性能的纠错码技术,逐渐成为信道编码理论研究的热点,在无线通信、深空通信、光和磁记录等领域得到广泛应用。随着下一代无线通信系统的研究,具有超强纠错性能的LDPC码技术和频谱利用率高、抗干扰能力强的OFDM技术,成为提高通信质量和数据传输速率的两大关键技术,受到人们的广泛关注。为此,本文研究与分析了LDPC码的编译码算法,并结合OFDM系统探讨和分析了改进型LDPC-OFDM方案,最后设计与实现了准循环LDPC码的译码器。基于以上思路,现将本文的主要工作归纳如下:(1) LDPC码编译码算法的研究分析。首先阐述了线性分组码的基本原理;其次,重点介绍了LDPC码的定义、几种重要的LDPC码构造和编码算法;最后,分析了LDPC码的基本译码原理和常用算法,同时重点研究和分析了概率域BP算法、对数域BP算法以及基于校验信息修正处理方式的BP-Based算法、Normalized BP-Based算法和Offset BP-Based算法,并对这五种译码算法的纠错性能和译码复杂度进行比较论证,选择适合硬件实现的译码方案。(2) LDPC码在OFDM通信系统中的应用与性能分析。首先,详细分析了OFDM系统特征;其次,从理论上对自适应调制技术、自适应比特分配、自适应功率分配技术以及信道估计技术进行深入研究;最后,结合LDPC码技术,针对通用LDPC-OFDM通信系统缺陷,提出改进型LDPC-OFDM方案,同时仿真并分析了LDPC码技术对该方案系统性能的影响。仿真结果表明,将LDPC码应用于该方案中可以获得很大的性能提升,为适用于未来宽带无线通信系统的LDPC-OFDM系统提供了一个很好的参考方案。(3)准循环LDPC码译码器的FPGA实现。针对传统译码器架构方案的缺陷,提出一种改进型部分并行译码器架构,系统采用自顶向下的设计方式,使用VHDL硬件描述语言进行RTL级描述,采用Altera公司的Quartus II软件进行综合、布局布线,最终在Cyclone II EP2C70F896C6 FPGA芯片平台上完成设计实现与功能和时序验证。同时,对于给定码长码型的QC-LDPC码,本文提出了提高译码器吞吐率的两种有效途径:流水线处理和折叠算法。实验结果表明,该译码器具有时序控制简单、译码时延小和资源利用率高的特点。当迭代次数为10次,系统时钟为190.99MHz时,基于折叠算法的改进型(1536,3,6)规则QC-LDPC码译码器的吞吐率可达104.18 M,基本可以满足未来宽带无线通信系统的吞吐率要求。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-13
第一章 绪论  13-17
  1.1 研究背景与意义  13-14
  1.2 LDPC 码发展现状  14
  1.3 OFDM 技术发展现状  14-16
  1.4 本文主要工作  16-17
第二章 LDPC 码原理及其构造  17-27
  2.1 LDPC 码的概述  17-22
    2.1.1 线形分组码  17-18
    2.1.2 LDPC 码定义  18
    2.1.3 LDPC 码的二分图表示  18-21
    2.1.4 QC-LDPC 码简介  21-22
  2.2 LDPC 码的构造方法  22-24
    2.2.1 LDPC 码传统的构造方法  22-23
    2.2.2 QC-LDPC 码的构造方法  23-24
  2.3 LDPC 码的编码原理  24-26
    2.3.1 LDPC 码传统的编码算法  24-25
    2.3.2 QC-LDPC 码的编码算法  25-26
  2.4 本章总结  26-27
第三章 LDPC 码的译码算法  27-35
  3.1 因子图  27
  3.2 比特翻转译码算法  27-28
  3.3 基于置信传播的译码算法  28-34
    3.3.1 概率域BP 译码算法  28-30
    3.3.2 对数域BP 译码算法  30-31
    3.3.3 BP-Based 译码算法  31-33
    3.3.4 Normalized BP-Based 译码算法和Offset BP-Based 译码算法  33
    3.3.5 译码算法复杂度比较  33-34
  3.4 本章总结  34-35
第四章 OFDM 系统的基本原理与关键技术  35-47
  4.1 OFDM 通信系统基本模型  35-37
    4.1.1 信道特征  35-36
    4.1.2 OFDM 系统原理  36-37
  4.2 子载波调制  37-38
  4.3 离散傅里叶变换  38-39
  4.4 循环前缀  39
  4.5 OFDM 系统信号检测技术  39-42
    4.5.1 慢衰落信道下的信道估计算法  40-42
    4.5.2 快衰落信道下的信道估计算法  42
  4.6 OFDM 系统中的自适应技术  42-46
    4.6.1 自适应功率分配  43-44
    4.6.2 自适应比特分配  44-46
    4.6.3 自适应调制技术  46
  4.7 本章总结  46-47
第五章 LDPC 码在COFDM 通信系统下的仿真研究  47-58
  5.1 LDPC 码译码初始化算法  47-48
  5.2 简单的LDPC-OFDM 通信系统仿真  48-53
    5.2.1 简单的LDPC-OFDM 通信系统仿真模型构建  48
    5.2.2 仿真参数  48-50
    5.2.3 仿真结果分析  50-53
  5.3 改进型LDPC-COFDM 通信系统仿真  53-57
    5.3.1 改进型LDPC-COFDM 通信系统仿真模型构建  53-54
    5.3.2 仿真参数  54-55
    5.3.3 仿真结果分析  55-57
  5.4 本章总结  57-58
第六章 QC-LDPC 码译码器的实现  58-74
  6.1 FPGA 设计流程以及设计平台  58
  6.2 传统译码器结构设计缺陷  58-60
  6.3 改进型QC-LDPC 码译码器结构与原理  60-63
    6.3.1 译码器架构方案  60-61
    6.3.2 各模块功能说明  61-63
  6.4 改进型QC-LDPC 码译码器存储器组织方案  63-64
  6.5 改进型QC-LDPC 码译码器数据通路方案  64-66
    6.5.1 校验节点处理单元  64-65
    6.5.2 变量节点处理单元  65
    6.5.3 置信信息交互网络  65-66
  6.6 改进型QC-LDPC 码译码器吞吐率优化方案  66-68
    6.6.1 流水线处理  66-67
    6.6.2 折叠处理  67-68
  6.7 基于FPGA 的译码器验证  68-73
    6.7.1 验证方案  68-69
    6.7.2 验证结果  69-73
    6.7.3 性能分析  73
  6.8 本章总结  73-74
第七章 总结和展望  74-76
  7.1 论文总结  74-75
  7.2 进一步研究的工作  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-81
攻硕期间取得的研究成果  81-82
  1 攻硕期间完成的论文  81
  2 攻硕期间参加的科研工作  81-82

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 数据通信 > 数据传输技术
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