LDPC码编码理论及应用研究

admin · 发表于 13 小时前

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低密度奇偶校验（Low Destiny Parity Check-LDPC）码最早由Gallager于1962年提出，但是由于当时的硬件水平无法满足LDPC码编译码器的实现需求，所以直到1996年MacKay的研究工作才使其重新得到重视。近年来，LDPC码由于其接近香农极限的纠错性能以及可进行高速编译码的特性受到了国内外广泛的关注，人们研究发现，LDPC码在采用软判决译码的情况下能达到逼近香农限的纠错性能，同时具有很低的误码平层，而且具有相对简单的编译码器结构以及适合高速编译码等优点，所以，LDPC码已经应用于一系列的工业标准中，例如欧洲第二代数字电视卫星传输标准DVB-S2，中国数字电视地面传输标准DTTB，IEEE 802.16e以及IEEE 802.11n等，但是作为一种高复杂度的信道编码，LDPC码在实际应用中还存在编译码复杂度高，编译码速率慢以及实现成本高等一系列题目。本文以LDPC码的实现与系统应用为目标，以降低实现复杂度并保持其纠错性能为原则，对LDPC码的编码方法、译码算法以及FPGA实现等领域进行深入研究并取得了一系列研究成果，并在DTTB中得到应用。本论文主要包括LDPC码基础知识，LDPC码编码方法研究，多码率LDPC码译码方法研究以及LDPC码高效译码算法研究四个方面。本文首先介绍了信道编码理论及其发展历史，概括了LDPC码的主要研究方向以及研究现状，讲述了本论文的研究背景及研究意义。本文的第二章简要叙述了LDPC码的表示方法以及典型的构造方法并给出了LDPC码基本的编译码算法。本文的第三章针对目前常用的一类LDPC码——QC-LDPC（准循环LDPC）码，提出了多码率LDPC码的两种编码方法并进行了讨论，给出了适用范围。最后按照本文所提的编码方法，使用FPGA实现了DTTB中使用的三种码率的编码器，并成功应用到符合DTTB的发射机样机中。本文的第四章提出了一种多码率LDPC码的译码器设计方法，在此多码率译码器结构中，进行迭代的运算单元被分成若干个更小的基本运算单元，根据码率的不同，对这些基本运算单元进行动态组合，从而减小了多码率译码器对不同码率码字进行译码时的冗余，提高了硬件利用率。同样以DTTB中使用的三种码率的LDPC码为例，给出了FPGA的实现结果。此多码率译码器结构已经用在符合DTTB标准的全模式接收机中。针对行重相差不大的LDPC码，本文于第五章提出了一种LDPC码的高效的译码算法——L-TPMP算法。在L-TPMP译码算法中，校验矩阵按行被分成若干个大小相等的层。各层的迭代译码运算可以交叠进行从而获得高的HUE。相对于现有的译码算法，L-TPMP算法具有更快的译码速率。此外，本文在第五章还提出了一种适合于L-TPMP译码算法的存储器组织方法，使得译码器对小块存储器数目的要求大大降低，使得使用低端FPGA实现LDPC码译码器成为可能。针对列重相差不大的LDPC码，本文于第六章提出了另一种LDPC码的高效的译码算法——G-TPMP算法。在G-TPMP译码算法中，校验矩阵按行被分成若干个大小相等的分组。各分组的迭代译码运算可以交叠进行从而获得高的HUE。G-TPMP算法弥补了L-TPMP算法的不足，更适合于列重相差不大和高码率的LDPC码。L-TPMP算法与G-TPMP算法能适用于目前大多数LDPC码，包括子矩阵重量大于1的LDPC码，并且，两者较现有的译码方法能更为灵活地在译码速率与硬件资源之间取得折中。再优秀的信道编码只有能实现才能体现出它的价值，本文的研究成果使得LDPC码在实际系统中的应用更为简单，对其他研究人员在LDPC码应用领域的研究具有一定的借鉴意义。

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