碼率自適應(yīng)LDPC碼的研究.pdf

1、低密度奇偶校驗(yàn)(low-density parity-check code,LDPC)碼具有逼近Shannon限的性能、較低的誤碼平臺(tái)(error floor)和線性的譯碼復(fù)雜度,在現(xiàn)代信道糾錯(cuò)編碼領(lǐng)域中備受關(guān)注。隨著現(xiàn)代通信服務(wù)從單一的低速話音業(yè)務(wù)邁向各種高速多媒體業(yè)務(wù),傳輸速率與傳輸條件多樣性日益增長(zhǎng),使得通信系統(tǒng)的信道編碼技術(shù)不僅要具備糾錯(cuò)功能,而且還必須能夠根據(jù)傳輸速率和傳輸條件的變化而自適應(yīng)地改變碼率。面對(duì)這一新需求,研究碼率

2、自適應(yīng)LDPC(mte-compatible LDPC,RC-LDPC)碼,使其在延續(xù)LDPC碼各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)的同時(shí),碼率能夠自適應(yīng)地靈活調(diào)整,對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)LDPC碼的應(yīng)用化進(jìn)程具有重要的意義和價(jià)值。
　　 本文以近年來RC-LDPC碼的發(fā)展趨勢(shì)為導(dǎo)向,針對(duì)一般LDPC碼以及幾種常見的結(jié)構(gòu)型LDPC碼,提出了碼率自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)算法,同時(shí)研究了信源信道聯(lián)合編碼系統(tǒng)中的碼率自適應(yīng)問題。主要工作和研究成果如下:
　　 1、研究了有限碼

3、長(zhǎng)情況下的碼率自適應(yīng)刪余型LDPC碼,分析了當(dāng)前一種較為通用的刪余算法——分組-揀選(grouping and sorting)算法的局限性,證明該算法存在刪余碼率的上限,即無法實(shí)現(xiàn)較高碼率的自適應(yīng)功能;提出改進(jìn)的分組.揀選算法,在保證性能的前提下,解決了刪余碼率的瓶頸問題。本文進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)并論證了校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)所連接的刪余變量節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)是影響碼型性能的關(guān)鍵因素之一,在此基礎(chǔ)上提出了雙準(zhǔn)則揀選算法,仿真結(jié)果顯示該算法的性能好于前兩種算法。本文所提

4、出的這后兩種刪余算法均適用于任意LDPC碼,且刪余碼率能夠無限接近1。
　　 2、鑒于各種反饋重傳系統(tǒng)對(duì)高碼率性能的首要需求,本文根據(jù)不規(guī)則重復(fù)積累(irregular repeat-accumulate,IRA)碼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),首先揭示了刪余和分裂這兩種方法的互逆關(guān)系,進(jìn)而提出分裂刪余聯(lián)合算法。不同于傳統(tǒng)的、單方向設(shè)計(jì)思路(直接由母碼向高碼率或者是低碼率設(shè)計(jì)),本文提出的算法是從性能優(yōu)秀的高碼率母碼開始,先分裂母碼得到低碼率代理

5、碼,再通過刪余代理碼實(shí)現(xiàn)碼率從低到高的自適應(yīng)。這樣一個(gè)新的設(shè)計(jì)思路結(jié)合了分裂和刪余這兩種方法的長(zhǎng)處,既能夠像分裂方法一樣保證高碼率的性能,又兼具刪余方法低實(shí)現(xiàn)成本的優(yōu)點(diǎn)。仿真結(jié)果顯示,分裂刪余聯(lián)合算法所設(shè)計(jì)出的碼率自適應(yīng)IRA碼不僅在高碼率上好于現(xiàn)有各種碼率自適應(yīng)IRA碼,而且在其他碼率上也有明顯的性能優(yōu)勢(shì)。
　　 3、考慮到大部分碼率自適應(yīng)方法都需要用到高碼率碼型作為母碼,而兩邊類型LDPC(two-edge type LDP

6、C,TET-LDPC)碼在高碼率情況下的性能遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)LDPC碼。本文首先推導(dǎo)了TET-LDPC碼的外信息轉(zhuǎn)移(extrinsic informationtransfer,EXIT)函數(shù),并借助EXIT方法優(yōu)化該碼型的門限值,進(jìn)而針對(duì)TET-LDPC碼中導(dǎo)致誤碼平臺(tái)的陷阱集(trapping set),提出兩個(gè)構(gòu)造準(zhǔn)則以降低該碼型的誤碼平臺(tái)。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的TET-LDPC碼好于傳統(tǒng)TET-LDPC碼。
　　 4、為了研究

7、多邊類型LDPC(multi-edge type LDPC,MET-LDPC)碼在較廣范圍內(nèi)的碼率自適應(yīng)問題,本文選取一類中等碼率(0.5)、性能優(yōu)秀的MET-LDPC碼作為母碼,根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了分級(jí)刪余算法和分級(jí).分組擴(kuò)展算法,以分別實(shí)現(xiàn)碼率從0.5～0.8以及0.5～0.2的自適應(yīng)功能。其中分級(jí)刪余算法借鑒并簡(jiǎn)化了研究成果1中的雙準(zhǔn)則揀選算法,而分級(jí)-分組擴(kuò)展算法與傳統(tǒng)擴(kuò)展算法的區(qū)別在于不是從校驗(yàn)矩陣的角度而是從Tanner圖

8、的角度進(jìn)行擴(kuò)展,能夠更直接地提高性能。
　　 5、分析了一類信源信道聯(lián)合編碼系統(tǒng)——雙LDPC碼系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)對(duì)信源熵十分敏感,當(dāng)信源熵增加時(shí),性能會(huì)急劇惡化,此時(shí)提高信源碼率可以明顯改善這一狀況。本文首先利用EXIT方法估計(jì)出該系統(tǒng)的信源碼率門限值和信源熵門限值,進(jìn)而引入碼率自適應(yīng)縮短型LDPC碼,設(shè)計(jì)了具有碼率自適應(yīng)功能的雙LDPC碼系統(tǒng)。仿真結(jié)果顯示,對(duì)于不同的信源熵,本文所提出的碼率自適應(yīng)雙LDPC碼系統(tǒng)的誤碼平臺(tái)比傳