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LDPC码的编译码算法研究与实现

作　者: 杨光
导　师: 黄正兴
学　校: 大连理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 低密度奇偶校验码 LU分解法编码器最小和算法译码器
分类号: TN911.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 55次
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内容摘要

低密度奇偶校验(LDPC)码能够提供逼近Shannon限的优良性能,具有简单的迭代译码算法,能够并行运算的特点,在纠错编码领域异军突起,已经在卫星通信、移动通信、无线通信以及存储系统等领域有着广泛的应用。高效快速且具有优良性能的编译码算法及其硬件的实现是LDPC码的研究热点,本文重点研究了基于LU分解的LDPC码的编码算法以及编码器实现,最小和译码算法以及基于分层归一化最小和算法的译码器实现。首先,结合理论分析与MATLAB仿真,对编码器的硬件实现中的主要问题进行研究。通过分析几种常用的编码算法,得出对于不具备准循环结构的LDPC码的通用编码方法即基于LU分解法的编码方法,该编码方法具有线性复杂度,能够对码长较长的LDPC码进行编码。比较分析了两种主要的LU分解方法对CMMB标准中0.5码率的LDPC码的分解情况。详细介绍了编码器的整体结构,稀疏矩阵存储及各个模块的实现方法,最后对编码器的正确性进行了仿真验证。其次,仿真分析了最小和译码算法、偏移量最小和译码算法及归一化最小和译码算法的译码性能。改进了归一化最小和算法,采用了两个归一化因子进行修正补偿,在信噪比为1.6dB时改进的译码算法的误码率在10-6左右,相比原来的归一化最小和算法性能提升了一个数量级,并通过浮点仿真确定了两个归一化因子的最优取值。对译码初始化信息以及中间变量进行定点量化仿真,采用一种基于扩展因子的量化方案,在不同信噪比范围采用不同的扩展因子,增加了译码迭代信息的有效性,提高了0.2dB左右的译码性能。最后,选用分层的改进归一化最小和算法进行译码器的硬件实现。设计一种符合该算法的译码器结构,并应用已经确定的最优参数。详细介绍了关键模块的设计思路,该译码器消耗存储资源少,译码速度快,信息交换网络简单。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 数字通信系统  8-9
  1.2 LDPC码发展及研究现状  9-11
    1.2.1 LDPC码的构造  10
    1.2.2 LDPC码的编译码算法  10-11
    1.2.3 LDPC码的实际应用  11
  1.3 论文主要工作及章节安排  11-13
2 LDPC码原理及编码方法  13-22
  2.1 线性分组码  13-15
  2.2 LDPC码的表示方法  15-17
    2.2.1 LDPC码的矩阵表示  15-16
    2.2.2 LDPC码的Tanner图表示  16-17
  2.3 LDPC码的主要编码方法  17-21
    2.3.1 基于生成矩阵的编码方法  17
    2.3.2 基于RU算法的编码方法  17-19
    2.3.3 基于LU分解法的编码方法  19-20
    2.3.4 基于准循环LDPC码的编码方法  20-21
  2.4 本章小结  21-22
3 LU分解法的编码算法分析与实现  22-36
  3.1 LU分解算法  22-25
    3.1.1 最小行重分解法  22-23
    3.1.2 最小行列重分解法  23
    3.1.3 两种分解方法的分析  23-25
  3.2 LDPC码的构造  25-27
  3.3 LU分解法的编码器设计实现  27-35
    3.3.1 稀疏矩阵的存储方法  28-29
    3.3.2 矩阵向量乘法器  29-32
    3.3.3 前向迭代运算器  32-34
    3.3.4 码字重排  34-35
  3.4 编码器仿真结果及分析  35
  3.5 本章小结  35-36
4 LDPC码译码器的设计与实现  36-63
  4.1 LDPC码的译码算法  36-40
    4.1.1 比特翻转译码算法  36-37
    4.1.2 BP译码算法  37-40
  4.2 BP译码算法的改进算法  40-48
    4.2.1 最小和算法  41-42
    4.2.2 归一化最小和算法  42
    4.2.3 偏移量最小和算法  42
    4.2.4 分层的译码算法  42-43
    4.2.5 译码算法的性能仿真  43-48
  4.3 改进的归一化最小和算法及性能仿真  48-56
    4.3.1 改进的归一化最小和算法  49-50
    4.3.2 归一化因子的选取  50-52
    4.3.3 基于扩展因子的量化方案  52-56
  4.4 LDPC码译码器的总体架构及主要模块  56-60
    4.4.1 校验节点单元运算模块  57-59
    4.4.2 信息存储模块  59-60
    4.4.3 信息交换网络模块  60
  4.5 译码器仿真结果  60-61
  4.6 本章小结  61-63
结论  63-64
参考文献  64-67
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  67-68
致谢  68-69

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