空间耦合LDPC码在AWGN信道下的性能分析

空间耦合LDPC(Spatially Coupled LDPC,SC-LDPC)码由于阈值饱和特性,被证明是未来无线通信系统的有力候选码型。SC-LDPC码是一种卷积LDPC码,在二元无记忆对称信道下采用置信传播译码算法时具有逼近香农限的性能。对SC-LDPC码的构造及其经典的置信传播译码算法进行了阐述,并在加性高斯白噪声信道下进行了性能仿真和分析。仿真结果表明,SC-LDPC码的约束长度越长或最大迭代次数越大,其性能就越逼近香农容量限。SC-LDPC码在误码率为10-5、最大迭代次数为100时,码长20000比码长10000大约有0.68 dB的增益;在误码率为10-5、码长为10000时,最大迭代次数100的SC-LDPC码比最大迭代次数10的码大约有0.66 dB的增益。仿真结果有效验证了SCLDPC码在无线通信系统中的良好性能。     

一种低迭代次数的极化码置信传播译码算法

针对置信传播(Belief Propagation,BP)译码算法在迭代次数较多时吞吐量和译码时延性能提升受限的问题,提出了一种低迭代次数的极化码BP译码算法,通过采用比特翻转和子信道冻结的方式,降低译码过程中的迭代次数.仿真结果表明,相对于传统极化码BP译码算法(设置最大迭代次数为40次),所提算法在信噪比为3 dB时可将平均迭代次数减少约53％,处理单元平均计算次数减少约68％.该算法所带来的低时延和低功耗效益可运用在对功耗要求较高的大规模机器类型通信,以及对时延要求较高的超可靠低延迟通信等5G场景下的极化码译码中.     

LDPC码的信道自适应迭代译码算法

中短长度LDPC码采用BP迭代译码时,在低信噪比区,大量的经过多次迭代仍不能纠正的错误帧造成了平均迭代次数的大大增加;在中高信噪比区,比特对数似然比值的振荡造成了译码性能的降低。为了减少低信噪比区的平均迭代次数,提高中高信噪比区的译码性能,本文提出了一种LDPC码的信道自适应迭代译码算法。该算法采用基于校验和错误模式的预判决机制和消息加权平均算法,通过低信噪比区预判决机制的主导作用来减少平均迭代次数,通过中高信噪比区消息加权平均算法的主导作用来抑制因比特LLR值振荡而形成的错误帧,从而实现译码算法与信道变化特征的自适应,提高了译码效率。仿真结果显示,相对于BP译码算法,该译码算法在低信噪比区减少了平均迭代次数而译码性能没有显著变化,在中高信噪比区提高了译码性能而平均迭代次数没有明显增加。     

极化码置信传播算法早期终止准则的研究

适用于极化码置信传播(Belief Propagation, BP)算法的早期终止准则研究具有实际意义。本文提出将循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check,CRC）作为极化码BP算法的早期终止准则（简称为BP-CRC）,当BP算法迭代次数大于门限后,如果信源估计值符合CRC校验,提前终止迭代;否则,就按固定迭代次数执行完BP算法。（1024,512）极化码通过二进制输入高斯白噪声信道后,提出的BP-CRC与基于生成矩阵G的早期终止准则（简称为BP-Gmatrix）做对比。仿真结果表明:在译码性能上,BP-CRC与原始BP算法基本一致;在平均迭代次数减少的效果上,和BP-Gmatrix一致;随着信噪比的增大,两者平均迭代次数减少的次数更明显。CRC比生成矩阵G检测的计算复杂度更低。平均迭代次数的减低,可以有效降低BP译码器的时延和能耗。因此,CRC是有效的低能耗和低复杂度的极化码BP算法早期终止准则。      

串行Turbo译码器窗口二分法改进与FPGA实现

提出了一种比滑动窗算法更为有效的窗口二分法,该算法在相同译码参数情况下比滑动窗时序节省更多的时间,同时消除了滑动窗时序所带来的码性能下降,将该算法应用于串行译码中,通过Matlab仿真,并用Vefilog语言硬件化,在Xilinx公司的XC3S 1500 FPGA上实现.结果表明,该算法降低了译码时延,并保证了码性能.     

消息复用下的空间耦合LDPC码窗译码优化算法

空间耦合低密度奇偶校验（Spatially Coupled Low Density Parity Check,SC-LDPC）码由于其奇偶校验矩阵呈现对角带非零项的特点,采用窗译码可获得较低的时延及复杂度。针对SC-LDPC码窗译码性能损失、译码复杂度依然较高的问题,提出了消息复用（Message Reuse for Window Decoding,MR-WD）算法和动态多目标符号输出（Dynamic Multi-target-symbol Output for Window Decoding,DMO-WD）算法。消息复用算法以外部对数似然比值作为边信息传入窗口,与传统窗译码相比,译码性能得到了提升,译码复杂度降低。动态多目标符号输出算法在连续若干个窗口均满足奇偶校验方程判定为零时,增加目标符号的输出数量,反之减少目标符号的输出数量。该算法在误码率损失可忽略不计的情况下降低译码复杂度最大达20%,且在动态多目标符号窗译码中使用消息复用更新边信息时,相比于传统窗译码性能提升约0.2 dB,复杂度下降约35%。     

BCH-Turbo码的设计与仿真实现

本文针对Turbo码在低信噪比下迭代次数多、译码时延长问题,在分析了Turbo码的编译码原理和算法基础上,提出一种可以有效降低平均迭代次数、减少译码时延的基于BCH迭代停止准则的Turbo码迭代译码的设计方案.本方案采用BCH码作为Turbo迭代译码的停止准则,并对每一个分量译码器结果都进行判断,可提前停止迭代.通过Monte Carlo仿真表明在AWGN信道下,误码率有所降低,Turbo码译码的平均迭代次数与交叉熵准则相比有明显下降.本文还分析了BCH码编码效率和分组长度的选择对系统性能的影响.     

BCH-Turbo编码的设计与仿真实现

本文针对Turbo码在低信噪比下迭代次数多、译码时延长问题,在分析了Turbo码的编译码原理和算法基础上,提出一种可以有效降低平均迭代次数、减少译码时延的基于BCH迭代停止准则的Turbo码迭代译码的设计方案。本方案采用BCH码作为Turbo迭代译码的停止准则。并对每一个分量译码器结果都进行判断。可提前停止迭代。通过Monte Carlo仿真表明在AWGN信道下,误码率有所降低。Turbo码译码的平均迭代次数与交叉熵准则相比有明显下降。本文还分析了BCH码编码效率和分组长度的选择对系统性能的影响。     

一种用于LTE的提前终止Turbo码算法仿真

Turbo编码是Long Time Evolution(LTE)定义的信道编码形式,可以获得逼近香香农理论极限的译码性能,目前广泛应用于第3代和第4代移动通信系统中。为了解决Turbo译码时延长和计算复杂度的问题,研究了一种可以应用于LTE系统中的基于循环冗余校验的改进Turbo译码算法,在Turbo译码器中增加循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check,CRC)提前终止准则,在译码迭代结束时检验是否存在错误比特码,在无CRC校验错误时提前终止迭代译码,在不影响译码性能的同时降低译码复杂度。Matlab仿真结果表明,与固定迭代次数的Turbo码算法相比,译码延迟得到了显著改善。     

一种应用于不可分层LDPC码的并行分层译码算法

该文针对不可分层LDPC码无法利用分层算法进行译码的问题,提出了一种并行分层置信度传播(Parallel-Layered Belief-Propagation,PLBP)译码算法。与传统分层算法不同,该算法在译码时并行进行各层更新,串行进行层内各行更新。这种译码机制使得同一变量节点在各层内不同时进行更新,从而实现各变量节点在一次迭代中分层递进更新的算法目标。仿真表明,在不增加译码复杂度的情况下,该文提出的PLBP算法与传统的洪水算法相比,误码性能更优,而且所需要的平均迭代次数降低了约50%。此外,PLBP算法采用了合并的节点更新运算,最终使该算法达到的译码速度约为洪水算法的4倍。     

Modified Iterative Decoding Algorithm for Polar Code Using Maximum Likelihood Estimation

The key challenges in real time voice communication in long term evolution mobile are reduction in complexity and latency. Efficient encoding and decoding algorithms can cater to these. The implementation of such polar code based efficient algorithms is proposed in this paper. The overall latency of 3.8 ms is needed to process 8 bit block length. The novel sub-matrix near to identity matrix is presented. This resulted into minimization of loops among least reliable bits due to iterated parity check matrix. Look-up table based memory mapping is used in encoder to reduce latency while Euclidian decoding technique is used in decoder. The number of iterations is reduced by 50%. The experimentation is performed with additive white Gaussian noise and QPSK modulation. The proposed modified iterative decoding algorithm requires SNR of 5.5 dB and 192 computations for targeted bit error rate of 10^?4. The second proposed method needs 9 dB, 2 iterations for 384 computations. The penalty paid is quantization error of 0.63% due to restricting computations to fourth order series of hyperbolic function with same 8 bit block length.     

基于分段循环冗余校验的极化码自适应连续取消列表译码算法

针对极化码连续取消列表(SCL)译码算法为获取较好性能而采用较多的保留路径数,导致译码复杂度较高的缺点,自适应SCL译码算法虽然在高信噪比下降低了一定的计算量,却带来了较高的译码延时。根据极化码的顺序译码结构,该文提出了一种分段循环冗余校验(CRC)与自适应选择保留路径数量相结合的SCL译码算法。仿真结果表明,与传统CRC辅助SCL译码算法、自适应SCL译码算法相比,该算法在码率R=0.5时,低信噪比下(–1 dB)复杂度降低了约21.6%,在高信噪比下(3 dB)复杂度降低了约64%,同时获得较好的译码性能。     

LDPC-Turbo级联码的优化设计

在分析LDPC-Turbo级联码的性能、译码复杂性和时延性的基础上,提出了一种可以提高LDPC-Turbo级联码性能的优化设计,即在LDPC编码器和Turbo编码器之间使用交织器。仿真结果表明,改进后LDPC-Turbo码不仅可以提高性能,而且可以有效地减少平均迭代次数和译码时延,尤其是在大信噪比时,效果更好。     

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。     

极化码中关键信息比特集合的非均匀奇偶校验级联方案

在中短码长条件下极化码信道极化不完全,在奇偶校验级联码的译码过程中容易发生错误传播影响译码算法性能.为了降低错误传播对奇偶校验级联性能的影响,设计了一种新型奇偶校验级联方法.该方法通过高斯估计选取部分关键易错信息比特进行非均匀分段校验,能够有效降低错误传播对奇偶校验性能的影响,同时与循环冗余校验级联选择正确路径,可以提升译码算法在大列表和高信噪比条件下的译码性能.仿真表明应用新型级联码相比于CA-SCL(Cyclic-redundancy-check Aided Successive Cancellation List)平均能提升0.1～0.15 dB译码性能.此外,新型级联码结合自适应算法,可以利用译码算法性能的提升使自适应算法在更小列表下译码成功,降低自适应算法在较低信噪比下6％～25％的译码复杂度.     

基于改进最小和算法的LDPC解码器的优化

对一种基于改进最小和算法的LDPC解码器做了优化,分析了由于量化引起的误差在解码过程中的变化过程,给出了优化后解码器的一种硬件结构。并在一个码长为504,码率为1/2的低密度奇偶校验码上,对优化前、后两种结构进行了分析和仿真,证明新结构与旧结构相比,在相同误比特率下所需信噪比节省约0.05dB,相同信噪比下成功解码所需平均迭代次数减少约3%