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结构化LDPC码的构造及在CMMB中的应用研究

作　者: 王彬
导　师: 许宗泽
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 低密度奇偶校验码结构化构造掩蔽矩阵准循环中国移动多媒体广播衰落信道
分类号: TN911.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 209次
引　用: 4次
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内容摘要

低密度奇偶校验码(Low-Density Parity-Check code,LDPC code)是一种基于稀疏校验矩阵的线性分组纠错码,在利用迭代译码时具有逼近香农限的性能。LDPC具有编码增益高、码率灵活、译码简单快捷且可实现并行操作、适合硬件实现等优点,是当今信道编码领域最令人瞩目的研究热点之一。传统的LDPC码的构造采用计算机随机搜索,耗时长、实现复杂,相比之下,利用有限几何、区组设计等结构化方法设计出的LDPC码能有效地降低构造复杂度,并且保证了性能优良,是一种在实践应用中十分可行、极有潜力的构造方式。本文研究了结构化LDPC码的构造,包括基于欧氏几何空间的EG(Euclidean Geometries)方法、基于区组设计的BIBD(Balanced Incomplete Block Design)方法。在基于欧氏几何分解的结构化LDPC码的构造过程中,本文提出采用掩蔽矩阵来减少校验矩阵中6环的个数,并适当降低校验矩阵的行重和列重,使之与随机构造的码相近。另一种结构化构造方法采用区组设计,通过计算机搜索基本关联向量,其余向量由基本关联向量通过循环移位获得,以构成校验矩阵,且通过这种方法构造的校验矩阵具有准循环结构。本文研究了准循环结构的LDPC码生成矩阵的求解及其对应的编码方案。这些特殊结构的LDPC码不仅可以压缩编译码所需的矩阵储存空间,而且还能有效地降低编码复杂度,这对工程上实现LDPC码的应用具有重要的意义。本文详细介绍了LDPC码的硬判决译码算法和软判决译码算法,重点分析了目前最为常用的置信传播(Belief Propagation )算法,对结构化LDPC码在AWGN信道下采用BPSK调制的性能进行了仿真,结果表明,合理设计的结构化LDPC码的性能可以达到甚至超过随机构造的LDPC码的性能。本文还对LDPC码在中国移动多媒体广播(CMBB)中的最新应用进行了研究。对CMMB提出的一种高度结构化的LDPC码的构造方法进行了探讨,并研究了BP译码算法在多进制调制和无线衰落信道(瑞利信道和莱斯信道)的初始化问题。最后,我们对CMMB-LDPC码的性能进行了仿真,结果表明,这类高度结构化的LDPC码具有良好的抵御移动信道中的多径衰落的性能。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-21
  1.1 数字通信系统和信道编码理论  13-14
  1.2 纠错编码的发展  14-16
  1.3 LDPC 码的研究现状  16-19
    1.3.1 LDPC 码的理论研究  16-18
    1.3.2 LDPC 码在移动多媒体广播中的应用  18-19
  1.4 本文的主要工作和内容安排  19-21
第二章 LDPC 码的理论基础  21-28
  2.1 线性分组码概述  21-22
  2.2 LDPC 码的定义和表示方法  22-24
    2.2.1 LDPC 码定义  22
    2.2.2 LDPC 码的Tanner 图表示法  22-24
  2.3 LDPC 码的分类  24-27
    2.3.1 规则（Regular）LDPC 码  24-25
    2.3.2 非规则（Irregular）LDPC 码  25-26
    2.3.3 基于二元域和多元域的码  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章 LDPC 码的结构化构造方法  28-46
  3.1 LDPC 码的随机构造方法  28-30
    3.1.1 Gallager 的构造方法  28-29
    3.1.2 MacKay 的构造方法  29-30
    3.1.3 PEG 构造法  30
  3.2 LDPC 码的结构化构造方法  30-45
    3.2.1 有限几何构造法  30-36
      3.2.1.1 有限几何预备知识  30-32
      3.2.1.2 构造EG-LDPC 码  32-36
    3.2.2 构造基于欧氏几何分解的LDPC 码  36-40
      3.2.2.1 欧氏几何分解  36-39
      3.2.2.2 通过掩蔽操作构造一类规则LDPC 码  39-40
    3.2.3 基于BIBD 的半随机构造法  40-45
      3.2.3.1 平衡不完全区组设计  40-41
      3.2.3.2 部分平衡不完全区组设计  41-42
      3.2.3.3 基本向量的搜索方法  42-43
      3.2.3.4 基本向量的数量  43-45
  3.3 本章小结  45-46
第四章结构化LDPC 码的编码  46-55
  4.1 从H 矩阵生成G 矩阵  46-48
    4.1.1 传统算法  46-47
    4.1.2 基于循环特性的算法  47-48
  4.2 EG-LDPC 码的串、并行编码  48-51
  4.3 EG-LDPC 码的两步骤编码方法  51-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章结构化LDPC 码的性能分析  55-67
  5.1 LDPC 的译码算法  55-62
    5.1.1 比特翻转译码算法(BF)  55-56
    5.1.2 加权比特翻转译码算法(WBF)  56-57
    5.1.3 软判决BP 译码算法  57-62
      5.1.3.1 概率域上的BP 算法  57-59
      5.1.3.2 对数域上的BP 算法  59-60
      5.1.3.3 UMP BP-based 算法  60-61
      5.1.3.4 Normalized BP-based 算法  61-62
  5.2 结构化LDPC 码性能分析  62-66
  5.3 本章小节  66-67
第六章结构化LDPC 码在移动多媒体广播中的应用  67-79
  6.1 CMMB 介绍  67-69
  6.2 BP 译码算法在CMMB 的中的改进  69-71
    6.2.1 多进制调制下BP 算法的初始化  69-70
    6.2.2 衰落信道下BP 算法的初始化  70-71
  6.3 CMMB 标准中高度结构化LDPC 码的构造  71-75
  6.4 仿真系统构建与性能分析  75-79
    6.4.1 仿真系统构建  76-77
    6.4.2 仿真系统性能分析  77-79
第七章总结和展望  79-80
  7.1 全文总结  79
  7.2 对下一步工作的建议以及未来研究方向  79-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
在学期间的研究成果及发表的学术论文  84

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