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DVB-S.2标准中LDPC码的研究

作　者: 尹延辉
导　师: 刘彤
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: DVB-S.2标准 LDPC-码 BP算法 低复杂度译码算法
分类号: TN911.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


DVB-S.2是DVB组织在2004年6月颁布的新一代卫星电视标准,主要在三个方面采用了较大的革新：纠错编码方式采用LDPC与BCH级联编码,调制方式采用8PSK、16APSK、32APSK,工作模式采用VCM(可变编码调制)与ACM(自适应编码调制)相结合。相比于DVB-S, DVB-S.2在带宽利用率方面有显著的提高(同等功耗水平下带宽提升35%),LDPC与BCH的级联编码在其中起到了主要作用。低密度奇偶校验码(Low-Density Parity Check Codes, LDPC码)是一种具有稀疏检验矩阵的线性分组码,因为其校验矩阵含有大多数的0而仅含有少数的1而得名,是一类用稀疏校验矩阵定义的线性分组纠错码。它的特点是：在许多场合下性能优于Turbo码；具有较大的灵活性和较低的差错平底特性；描述简单,对严格的理论分析具有可验证性；译码复杂度低于Turbo码,算法是完全并行的,因此译码速度极高,硬件复杂度低,因而适合硬件实现；吞吐量大,具有高速译码潜力。具有逼近Shannon限的译码性能的LDPC码应用前景良好,在DVB-S.2标准中将LDPC码作为内码与作为外码的BCH码级联,进一步提升了纠错能力。本文针对DVB-S.2标准下LDPC码的特点,进行了以下方面的研究：1.建立了一套通用LDPC码编译码仿真系统,由稀疏矩阵构造模块产生校验矩阵,信源模块产生均匀分布的信源序列,输出给编码模块生成LDPC码字,信道模块加入多种参数可调的噪声信道模型,译码模块根据内部提供的译码算法将受到信道噪声干扰的码字还原成原始信源信息,最后由校验模块计算误比特率。仿真系统具备MacKay构造法生成稀疏矩阵矩阵模块,RA、RU编码算法,BP/LLR-BP、最小和译码算法,以及特殊稀疏矩阵、编码算法、译码算法接口；具备自动搜寻实验点能力,可以快速仿真出绘制SNR-BER曲线所需的最少实验点；全部代码基于C语言编写,采用模块化设计,能够实现高效、高精度的仿真,可移植性强,编码、译码算法函数作少量修改即可用于硬件实现。2.研究DVB-S.2标准中LDPC码的结构及编码算法,根据算法的循环累加特点,解决了直接编码法带来的编码复杂度高和存储量大的问题,并藉此原理设计一款线性编码复杂度的LDPC编码器。由于采用特殊编码算法,只需要存储一个较小的编码表文件而不需要存储生成矩阵,可以方便的用于快速编码器的硬件实现。3.研究了Gallgaer概率译码算法、BP/LLR-BP算法、最小和算法及其改进型算法,在此基础上提出一种低复杂度新型LDPC译码算法。初始化信息节点后,迭代更新校验节点,每次迭代中校验节点从相邻信息节点获得消息处理后返回到信息节点,采用分段常量查表运算来代替此过程涉及到的核心非线性运算双曲正切函数,大大降低了算法复杂度。最后基于该算法实现了基于该译码算法的LDPC译码器,仿真结果表明该算法以极低的译码复杂度获得高译码性能(迭代50次时比BP算法性能损失<0.05dB),该LDPC译码器对运算平台的CPU字长、运算速度要求很低,具备较高的实用价值。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章 绪论  12-19
  1.1 课题背景  12-14
    1.1.1 DVB-S.2标准简介  12-13
    1.1.2 信道编码与LDPC码  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-17
    1.2.1 LDPC码的结构  14-15
    1.2.2 LDPC码的编码  15
    1.2.3 LDPC码的译码  15-16
    1.2.4 LDPC码的性能分析  16
    1.2.5 LDPC码的应用与实现  16-17
  1.3 本课题的系统框架  17
  1.4 本文研究重点及章节安排  17-19
第2章 LDPC纠错码技术  19-29
  2.1 分组纠错码的基本概念  19-20
  2.2 线性分组码  20-21
  2.3 低密度奇偶校验码(LDPC)基础  21-24
    2.3.1 LDPC码发展简史  21
    2.3.2 稀疏矩阵  21-22
    2.3.3 二分图(Tanner图)  22
    2.3.4 度数分布  22-23
    2.3.5 环长  23-24
  2.4 LDPC码分类与构造方法  24-28
    2.4.1 规则LDPC码与非规则LDPC码  24-25
    2.4.2 LDPC码的构造方法  25-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章 DVB-S.2标准下LDPC码的编码方法研究  29-40
  3.1 LDPC码常用编码算法  29-34
    3.1.1 RA编码算法  30
    3.1.2 RU编码算法  30-32
    3.1.3 β-矩阵编码算法  32-34
  3.2 DVB-S.2标准中LDPC码编码算法  34-36
  3.3 DVB-S.2标准中LDPC码编码编码器的实现  36-39
    3.3.1 信源产生模块原理分析  36-37
    3.3.2 LDPC编码器结构分析与设计  37-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章 LDPC码译码算法的研究  40-61
  4.1 Gallgaer概率译码算法  40-44
  4.2 BP算法  44-50
    4.2.1 BP算法的提出及步骤  44-48
    4.2.2 LLR-BP算法  48-50
  4.3 最小和(BP-Based)算法  50-54
    4.3.1 标准最小和算法  51
    4.3.2 Normalized BP-Based算法和Offset BP-Based算法  51-54
    4.3.3 Normalized BP算法和Offset BP算法  54
  4.4 一种低复杂度高性能译码算法  54-60
    4.4.1 LLR-BP算法的另一种形式  54-55
    4.4.2 分段量化替代函数  55-56
    4.4.3 算法描述与实现步骤  56
    4.4.4 运算量分析  56-57
    4.4.5 算法性能仿真  57-60
  4.5 本章小结  60-61
第5章 DVB-S.2系统中LDPC译码器的设计  61-73
  5.1 DVB-S.2标准的前向纠错系统  61-65
    5.1.1 BCH码基本原理  62-63
    5.1.2 LDPC码Tanner图表示  63-65
  5.2 DVB-S.2标准下LDPC码性能仿真  65-72
    5.2.1 系统仿真方案设计  65-68
    5.2.2 仿真结果及分析  68-72
  5.3 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  78-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信理论 > 信息论 > 信道编码理论
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