基于非正规LDPC码的中继协作通信及其联合迭代译码的性能研究

 本文构造了一种适用于中继协作通信的非正规LDPC系统码,并将双非正规LDPC系统码应用于中继协作系统中. 提出了目的点接收机基于双LDPC码联合Tanner图的对多路接收信号进行联合迭代译码的新算法. 理论分析和数值模拟表明本文所提出的新方法将高效信道编码和协作技术有机地结合起来以充分实现编码协作所具有的潜在分集和编码增益,与非协作系统相比可显著地提高系统性能.     

低复杂度的LDPC码联合编译码构造方法研究

LDPC码因为其具有接近香农限的译码性能和适合高速译码的并行结构,已经成为纠错编码领域的研究热点。LDPC码校验矩阵的构造是基于稀疏的随机图,所以该类码字编码和译码的硬件实现比较复杂。以单位阵的循环移位阵为基本单元,构造LDPC码的校验矩阵,降低了LDPC码在和积算法下的译码复杂度。同时考虑到LDPC码的编码复杂度,给出了一种可以简化编码的结构。针对该方案构造的LDPC码,提出了消除其二分图上的短圈的方法。通过大量的仿真和计算分析,本文比较了这种LDPC码和随机构造的LDPC码在误码率性能,圈长分布以及最小码间距估计上的差异。     

基于循环移位矩阵的LDPC码构造方法研究

论文提出了一种将矩阵分块并以单位阵的循环移位阵为基本单元构造LDPC码的校验矩阵的方法,降低了LDPC码在和积算法下的译码复杂度。同时,基于这种循环移位矩阵构造的类下三角结构可以减小编码复杂度。仿真和分析结果表明,这种LDPC码相对于随机构造的LDPC码在环长分布、最小汉明距离以及误码率性能方面也具有优越性。     

编码协作系统准循环重复累积码的联合设计与性能分析

重复累积(RA)码是一种特殊结构的低密度奇偶校验(LDPC)码,不仅具有LDPC码的优点,还能实现差分编码。针对LDPC编码协作系统编码复杂度高、时延长的问题,该文引入准循环RA(QC-RA)码,推导出信源节点和中继节点采用的QC-RA码对应的联合校验矩阵,基于公差构造方法设计该联合校验矩阵,并证明该方法设计的联合校验矩阵不存在围长为girth-4, girth-6的短环。理论分析和仿真结果表明,同等条件下该系统比相应点对点系统具有更优异的误码率性能。仿真结果同时表明,与采用一般构造QC-RA码或基于Z型构造QC-RA码相比,采用基于公差构造的联合设计QC-RA码的多信源多中继协作均可获得更高的编码增益。     

编码协作系统准循环重复累积码的联合设计与性能分析

重复累积(RA)码是一种特殊结构的低密度奇偶校验(LDPC)码,不仅具有LDPC码的优点,还能实现差分编码。针对LDPC编码协作系统编码复杂度高、时延长的问题,该文引入准循环RA(QC-RA)码,推导出信源节点和中继节点采用的QC-RA码对应的联合校验矩阵,基于公差构造方法设计该联合校验矩阵,并证明该方法设计的联合校验矩阵不存在围长为girth-4, girth-6的短环。理论分析和仿真结果表明,同等条件下该系统比相应点对点系统具有更优异的误码率性能。仿真结果同时表明,与采用一般构造QC-RA码或基于Z型构造QC-RA码相比,采用基于公差构造的联合设计QC-RA码的多信源多中继协作均可获得更高的编码增益。     

RIS辅助的LDPC乘积码编码中继协作系统构建与性能分析

为实现极其可靠信息传输,针对融合可重构智能表面（RIS）技术与编码中继协作技术系统展开研究,建立了RIS辅助的低密度奇偶校验（LDPC）乘积码编码中继协作系统模型;利用LDPC乘积码,信源节点对信息矩阵行编码,中继节点对信息矩阵列编码;提出了一种高效联合迭代译码算法,目的节点对接收的两路信号分别进行LDPC行译码与LDPC列译码,并迭代更新信息位的对数似然比,再判决输出。理论推导了所提系统的中断概率以及有限码长信道容量的闭合解。理论分析与仿真结果表明,所提系统性能明显优于传统编码中继协作系统,而且随着RIS反射单元数量增加,优势变得更明显;随着LDPC乘积码码长增加,所提系统的有限码长信道容量逐渐逼近理想信道容量。     

多信源多中继编码协作系统准循环LDPC码的联合设计与性能分析

为解决多信源多中继低密度奇偶校验(LDPC)码编码协作系统编码复杂度高、编码时延长的问题,该文引入一种特殊结构的LDPC码—基于生成矩阵的准循环LDPC码(QC-LDPC)码。该类码结合了QC-LDPC码与基于生成矩阵LDPC (G-LDPC)码的特点,可直接实现完全并行编码,极大地降低了中继节点的编码时延及编码复杂度。在此基础上,推导出对应于信源节点和中继节点采用的QC-LDPC码的联合校验矩阵,并基于最大公约数(GCD)定理联合设计该矩阵以消除其所有围长为4, 6(girth-4, girth-6)的短环。理论分析和仿真结果表明,在同等条件下该系统的误码率(BER)性能优于相应的点对点系统。仿真结果还表明,与采用显式算法构造QC-LDPC码或一般构造QC-LDPC码的协作系统相比,采用联合设计QC-LDPC码的系统均可获得更高的编码增益。     

解码前传半双工中继信道下协作LDPC码设计

为逼近解码前传半双工中继信道容量,该文提出一种协作LDPC编码结构及度分布优化方法。与双层删除LDPC码不同,该结构将中继校验比特视为协作LDPC码的一部分,目的端利用从信源和中继接收的消息进行联合译码获得信源信息。为了分析协作LDPC码性能,拓展传统外信息转移(EXIT)图,推导了基于消息错误概率的双层EXIT图噪声门限分析方法。在此基础上,提出了协作LDPC码度分布优化方法,采用差分进化算法搜索了一组具有最大噪声门限的协作LDPC码。实验仿真证明,与双层删除LDPC码相比,协作LDPC码的性能得到了不同程度的改善。     

一种可快速编码的QC-LDPC码构造新方法

为解决LDPC码的编码复杂度问题,使其更易于硬件实现,提出了一种可快速编码的准循环LDPC码构造方法。该方法以基于循环置换矩阵的准循环LDPC码为基础,通过适当的打孔和行置换操作,使构造码的校验矩阵具有准双对角线结构,可利用校验矩阵直接进行快速编码,有效降低了LDPC码的编码复杂度。仿真结果表明,与IEEE 802.16e中的LDPC码相比,新方法构造的LDPC码在低编码复杂度的基础上获得了更好的纠错性能。     

非理想中继协作通信及其联合迭代译码技术

研究了基于非正规LDPC系统码的非理想中继协作通信系统.为了进一步提高编码系统性能,提出了有效的联合迭代译码技术和新颖的预译码技术.联合迭代译码技术是指目的节点借助一个联合校验矩阵对源节点和中继节点传送的信息同时进行译码,而预译码技术是指在联合迭代译码前首先对它们分别译码,然后对信息位初始化.理论分析和计算机模拟表明,通过译码-前向模式,中继协作通信系统性能得到了显著改善.     

一种低码率的LDPC码在LTE-A中的性能研究

本文通过分析LTE-Advanced系统中准循环LDPC码校验矩阵的构造方法,在不改变母码矩阵的基础上,采用一种灵活的扩展方法,构造了一种低码率的LDPC码。采用一种很实用的编码算法和差分译码算法,在MATLAB仿真平台下,比较了这种LDPC码和Turbo码的性能。结果表明：在短码情况下,这种LDPC码在低信噪比下性能略低于Turbo码,但随着信噪比的增加,LDPC码性能优于Turbo码;在长码情况下,LDPC码的性能明显优于Turbo码。为LTE-Advanced系统的信道编解码器的硬件设计提供了一套有效的编译码算法方案,具有较好的实用价值。     

半双工中继信道下联合LDPC码设计

为了提高解码前传半双工中继通信系统的编码增益,提出了一种联合LDPC码编码结构及其度分布优化方法。该结构视信源和中继子码为联合LDPC码的一部分,目的端根据从信源和中继接收的消息进行联合译码,同时获得信源和中继的信息。为了分析联合LDPC码的渐进性能,推导了AWGN信道下联合LDPC码的高斯近似密度进化算法。结合译码收敛条件和度分布约束关系,提出联合LDPC码的度分布优化问题。仿真结果表明：联合LDPC码的渐进性能及误码性能优于BE-LDPC码和独立处理（SP）码。     

HIGH-PERFORMANCE SIMPLE-ENCODING GENERATOR-BASED SYSTEMATIC IRREGULAR LDPC CODES AND RESULTED PRODUCT CODES

Low-Density Parity-Check (LDPC) code is one of the most exciting topics among the coding theory community.It is of great importance in both theory and practical communications over noisy channels.The most advantage of LDPC codes is their relatively lower decoding complexity compared with turbo codes,while the disadvantage is its higher encoding complexity.In this paper,a new ap- proach is first proposed to construct high performance irregular systematic LDPC codes based on sparse generator matrix,which can significantly reduce the encoding complexity under the same de- coding complexity as that of regular or irregular LDPC codes defined by traditional sparse parity-check matrix.Then,the proposed generator-based systematic irregular LDPC codes are adopted as con- stituent block codes in rows and columns to design a new kind of product codes family,which also can be interpreted as irregular LDPC codes characterized by graph and thus decoded iteratively.Finally, the performance of the generator-based LDPC codes and the resultant product codes is investigated over an Additive White Gaussian Noise (AWGN) and also compared with the conventional LDPC codes under the same conditions of decoding complexity and channel noise.     

联合度分布优化下扩展双对角线LDPC码构造

具有低编码复杂度和低存储量的LDPC码构造算法一直是纠错编码领域的研究热点。本文根据现有对eIRA码和QC-LDPC码的研究,提出一类具有扩展双对角线的LDPC码构造算法。该码以eIRA码作为QC-LDPC码的基码,同时具有两者低编码复杂度和低存储量的特性。为了减少该结构下基矩阵扩展后引入的多个度为1的节点对码性能造成影响,本文结合该码的结构特点提出一种基于EXIT图的联合度分布全局优化算法,有效提高了码的性能。实验结果表明,相较于IEEE802.16e与IEEE802.11n标准中相同条件下的标准码,本文所构造的QC-LDPC码的性能可提高约0.1dB。      

空时分组码在编码协作通信中的性能研究

为提高系统性能,有效抵抗衰落,提出了采用空时分组码的双中继编码协作通信系统,并给出了中继点使用Alamouti码的发送方式。根据源点和中继点产生LDPC码的整体校验矩阵,导出了目的点进行联合迭代译码所需的初始化消息。理论分析和数值模拟表明,在相同条件下,采用Alamouti码可以明显提高系统性能。当误比特率达到10-4,Alamouti码编码协作通信系统较相应的普通编码协作具有1.6 dB增益。     

Quasi-cyclic LDPC codes using overlapping matrices and their layered decoders

Quasi-cyclic (QC) low-density parity-check (LDPC) codes have the parity-check matrices consisting of circulant matrices. Since QC LDPC codes whose parity-check matrices consist of only circulant permutation matrices are difficult to support layered decoding and, at the same time, have a good degree distribution with respect to error correcting performance, adopting multi-weight circulant matrices to parity-check matrices is useful but it has not been much researched. In this paper, we propose a new code structure for QC LDPC codes with multi-weight circulant matrices by introducing overlapping matrices. This structure enables a system to operate on dual mode in an efficient manner, that is, a standard QC LDPC code is used when the channel is relatively good and an enhanced QC LDPC code adopting an overlapping matrix is used otherwise. We also propose a new dual mode parallel decoder which supports the layered decoding both for the standard QC LDPC codes and the enhanced QC LDPC codes. Simulation results show that QC LDPC codes with the proposed structure have considerably improved error correcting performance and decoding throughput.     

一种高性能全分集LDPC码的构造方法

块衰落信道上全分集LDPC的构造与性能分析成为近期研究的热点。ML译码算法下全分集LDPC码可以通过设计列满秩的校验子矩阵来实现。然而,基于ML准则的全分集码字,采用迭代译码算法时,不能保证全分集。因此,该文通过设计特定结构的校验矩阵,实现了在迭代译码算法下能取得全分集的LDPC码,分析了其密度演化过程。 在此基础上,进一步研究了全分集LDPC码字结构与性能的关系,提出了提高全分集LDPC码编码增益的方法。仿真结果表明,该文构造的LDPC码不仅能够取得全分集,并且具有较高的编码增益。     

Joint iterative decoding for simple-encoding systematic irregular-LDPC-based coded cooperation in non-ideal relay channel

In this paper, a new kind of simple-encoding irregular systematic LDPC codes suitable for one-relay coded cooperation is designed, where the proposed joint iterative decoding is effectively performed in the destination which is in accordance with the corresponding joint Tanner graph characterizing two different component LDPC codes used by the source and relay in ideal and non-ideal relay cooperations. The theoretical analysis and simulations show that the coded cooperation scheme obviously outperforms the coded non-cooperation one under the same code rate and decoding complex. The significant performance improvement can be virtually credited to the additional mutual exchange of the extrinsic information resulted by the LDPC code employed by the source and its counterpart used by the relay in both ideal and non-ideal cooperations.     

瑞利衰落信道下基于LDPC码USTM的MIMO系统

研究了一种联合低密度校验(LDPC,Low-Density Parity-Check)码和酉空时调制(USTM,Unitary Space-Time Modulation)技术在不相关瑞利平坦衰落(Rayleigh flat fading)下的多输入多输出信道(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)系统的性能.在无信道状态信息下,采用可并行操作的和积译码算法(SPA,Sum-Product Algorithm)的LDPCC-USTM级联系统具有优异的性能,并分析了不同LDPC码集下对系统性能的影响.仿真结果表明LDPCC-USTM级联系统比与未级联的相比有近23dB的编码增益,与基于Turbo码的USTM[6]系统相比有5dB多的编码增益,且基于非规则的LDPC码的级联系统比基于规则码有近1dB的编码增益.     

LDPC编译码算法分析

低密度奇偶校验(LDPC)码是一种线性分组码,其纠错能力可以接近香农极限。针对LDPC码的编译码问题,分析了校验矩阵的构造方法。给出了LDPC码的编码算法以及算法的实现结构。分析了基于软判决的置信传播(BP)译码算法,并给出了可以进一步降低计算复杂度的简化译码方法。通过仿真对比了不同的译码算法在高斯信道下的译码性能。