LDPC码在BPSK通信系统中的性能分析

LDPC编码在长码条件下具有接近Shannon极限的纠错能力,但是译码较为复杂,因此分析LDPC编码在短码条件下的编译码性能对于扩大LDPC编码的应用范围,降低译码设备的复杂度有着重要的意义。针对较短LDPC编码情况下的判决译码在BPSK系统中的应用,对基于BP算法的几种软判决译码算法进行了介绍,对算法在BPSK系统中的译码性能进行了仿真,仿真结果表明:基于对数测度的BP算法在LDPC短码条件下有着优良的译码性能,能够有效降低通信系统中编译码的复杂度。     

基于原型图的低码率LDPC码最小和译码算法改进方案

低密度奇偶校验(LDPC)码的译码硬件实现方案大多采用计算复杂度较低的修正最小和(NMS)算法,然而对于低码率LDPC码,由于校验节点度数低,NMS算法的修正误差较大,导致其译码性能和标准的置信传播(BP)算法相比有较大差异。该文针对基于原图构造的一类低码率LDPC码,提出了在NMS迭代译码中结合震荡抵消(OSC)处理和多系数(MF)修正技术的方案。结合低码率原型图LDPC码行重分布差异较大的特点,MF修正算法可以有效地减少计算误差,从而改善译码性能。另外低码率原型图LDPC码的收敛较慢,而OSC处理则可以较好地抑制正反馈信息,进一步提高NMS算法的性能增益。仿真结果表明,对于此类低码率LDPC码, MF-OSC-NMS算法可以达到接近BP算法的性能。OSC处理和MF修正技术硬件实现简单,与NMS算法相比几乎没有增加计算复杂度,因此MF-OSC-NMS算法是译码算法复杂度和性能之间一个较好的折中处理方案。     

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。     

一种高性能低复杂度的LDPC译码器的FPGA实现

低密度校验码(LDPC码)所具有的优越性能和实用价值使其已经成为编码领域研究的热点。然而实际中LD-PC码的应用还有许多具有挑战性的问题,像如何降低译码的复杂度以及如何减少译码所需的大量硬件资源等。基于以上原因,研究一种高性能、低复杂度的软判决译码算法。这种译码算法较常用的硬判决译码算法性能出色,同时较一般的迭代译码算法的收敛速度快,并且可以部分并行译码,需要的存储量很小,能够大幅度降低LDPC译码的硬件实现复杂度,具有实际应用价值。     

AWGN信道下LDPC码的译码算法研究

在高斯白噪声(AWGN)信道情况下,针对LDPC码的译码算法进行深入分析后,对适用于低密度奇偶校验(LDPC)码的硬判决译码算法与软判决译码算法进行了仿真与对比分析,并通过引入乘性校正因子以降低软判决算法中对数域置信传播(LLR-BP)算法的变量消息相关性。仿真分析表明改进后的LLR-BP算法与原算法相比,在几乎不增加计算复杂度的情况下,其译码纠错性能得到了明显的改善。因而改进后的LLR-BP算法具有明显的优越性。     

一种LDPC码混合迭代译码算法研究

根据LDPC码RRWBF算法和UMP BP-Based算法,提出一种混合迭代译码算法。该算法充分利用硬判决算法具有复杂度低和软判决算法性能好的优点,实现了在误码率性能没有下降的前提下,译码复杂度明显降低的效果,进而使传播时延得到减小。仿真结果表明,经过精心设计的不同迭代次数的MIA算法与性能相当的UMP BP-Based算法相比,译码复杂度降低28.5%。     

DVB-S2标准IRA-LDPC译码算法研究与改进

首先对DVB-S2标准LDPC码编码原理、IRA码以及校验矩阵的特征进行了分析,接着对该标准中LDPC码的Tanner图参数进行了总结,然后对不同的译码算法从性能和复杂度方面进行了比较,并且对不同迭代次数时LDPC码的判决信息的分布进行了分析,最后对各种译码算法的性能和复杂度进行了总结.仿真结果表明,SPA译码算法性能最优但是复杂度最大,MinSum算法的复杂度最低但是性能最差,而改进的MinSum算法则在复杂度和性能方面是前面两种算法的折中,对实际工程的应用有较强的借鉴作用.     

一种改进的LDPC码硬判决译码算法

LDPC码的硬判决译码通常是利用比特翻转算法(BF)以及在其基础上改进的加权比特翻转算法(WBF)来实现的,但是前者算法性能较差,而后者的复杂度较高,为了让译码算法能够兼顾其性能和复杂度,针对之前的BF以及WBF算法,提出了一种改进的LDPC码硬判决译码算法,该算法能够在前两次迭代中完成多个比特位的翻转.仿真结果表明,这种改进的算法可以在性能损失较小的条件下,大大降低算法的复杂度,从而提高译码的效率,减轻硬件的负担.     

基于联合判决消息传递机制的LDPC码译码算法研究

采用消息传递算法(Message passing algorithm)对LDPC码进行译码时,变量消息的振荡会引起错误的发生.本文以(600.300)非规则LDPC码仿真实验为例分析了不同译码效果下判决消息均值的分布特点,并结合环的特点,分析了译码产生错误判决的原因.研究了"纠删"型消息传递机制和联合判决迭代停止准则,针对判决消息出现振荡情况,提出以"纠删"方式处理变量消息的更新,并结合变量节点判决消息均值分布趋势与伴随式结果确定迭代终止条件.在此基础上,提出一种新的LDPC码译码算法.仿真分析表明,新的译码算法能够在减少迭代次数和降低译码复杂度的同时,有效提高译码的纠错性能.     

一种适用于大数逻辑可译LDPC码的自适应译码算法

大数逻辑可译低密度奇偶校验(LDPC)码是一类具有较大列重的码,针对此类特殊的LDPC码,提出了一种基于整数可靠度的低复杂度自适应译码算法。在译码的过程中,算法对每个校验节点分别引入不同的自适应修正因子对外信息进行修正。仿真表明提出的自适应译码算法的性能与和积译码算法的性能相当,在误码率(BER)约为10-5时两种算法性能之间仅有0.1 d B的差异。所提算法具有复杂度低、可并行操作、全整数的信息传递等优点,十分有利于工程实现。     

CORDIC instructions for LDPC decoding on SDR platforms

Wireless protocols strive to increase spectral efficiency and achieve high data throughput. Low-density parity-check (LDPC) codes are advanced forward error correction (FEC) codes that use iterative decoding techniques to achieve close to the Shannon capacity. Due to their superior performance, state-of-art wireless protocols, such as WiMAX and LTE Advanced, are adopting LDPC codes. LDPC codes come with the high cost of drastically increased computational effort for decoding. Among the proposed decoding algorithms, the belief propagation (BP) algorithm leads to a good approximation of an optimal decoder; however, it uses compute-intensive hyperbolic trigonometric functions. To reduce the computational complexity, typical LDPC decoder implementations use simplified algorithms, such as the min-sum algorithm, at the expense of reduced signal processing performance. Efficient and accurate methods to compute hyperbolic trigonometric functions can facilitate the use of the BP algorithm in real-time LDPC decoder implementations. This paper investigates hyperbolic COordinate Rotation DIgital Computer (CORDIC) instruction set architecture (ISA) extensions for software-defined radio (SDR) processors to compute the hyperbolic trigonometric functions for LDPC decoding efficiently. The CORDIC ISA extensions are evaluated on the low-power multi-threaded Sandbridge Sandblaster? SB3000 platform. The computational performance, numerical accuracy, hardware estimates, power consumption estimates, and memory requirements with the CORDIC ISA extensions are compared to a baseline implementation without these extensions on the SB3000.     

基于SSCANL译码器的联合迭代检测译码算法

为了提升基于极化码的稀疏码多址接入（sparse code multiple access,SCMA）系统接收机性能,提出了基于简化软消除列表（simplify soft cancellation list,SSCANL）译码器的循环冗余校验（cyclic redundancy check,CRC）辅助联合迭代检测译码接收机方案。该方案中极化码译码器使用SSCANL译码算法,采用译码节点删除技术对软消除列表（soft cancellation list,SCANL）算法所需要的L次软消除译码（soft cancellation, SCAN）进行简化,通过近似删除冻结位节点,简化节点间软信息更新计算过程,从而降低译码算法的计算复杂度。仿真结果表明,SSCANL算法可获得与SCANL算法一致的性能,其计算复杂度与SCANL算法相比有所降低,码率越低,算法复杂度降低效果越好;且基于SSCANL译码器的CRC 辅助联合迭代检测译码接收机方案相较基于SCAN译码器的联合迭代检测译码（joint iterative detection and decoding based on SCAN decoder, JIDD-SCAN）方案、基于SCAN译码器的CRC辅助联合迭代检测译码（CRC aided joint iterative detection and decoding based on SCAN decoder,C-JIDD-SCAN）方案,在误码率为10^-4时,性能分别提升了约0.65 dB、0.59 dB。     

一种改进的无线光通信LDPC码译码算法

针对无线光通信中低密度奇偶校验码(LDPC)置信传播(BP)译码算法复杂度高及置信度振荡造成译码错误等缺点,基于对数BP算法提出了一种改进的译码算法。改进的译码算法在校验节点运算时,判断输入到校验节点消息的最小值与某个门限的大小,根据比较结果,分别用消息最小值或若干个最小值进行运算,在损失很少性能的情况下降低了运算复杂度;同时在比特节点采用振荡抵消处理运算,提高了算法的性能增益。最后在对数正态分布湍流信道模型下,分别对比特充分交织和交织深度为16的情况进行了仿真实验。仿真结果表明,改进的译码算法与BP算法相比,大幅度降低了计算复杂度,而且译码性能有一定的优势,收敛速度损失很少;而相对于最小和算法,改进的算法虽然译码复杂度有所增加,但误码率性能有明显的优势,并且收敛速度也优于最小和算法。因此,改进的译码算法是无线光通信中LDPC码译码算法复杂度和性能之间一个较好的折中处理方案。     

Estimation of Bit and Frame Error Rates of Finite-Length Low-Density Parity-Check Codes on Binary Symmetric Channels

A method for estimating the performance of low-density parity-check (LDPC) codes decoded by hard-decision iterative decoding algorithms on binary symmetric channels (BSCs) is proposed. Based on the enumeration of the smallest weight error patterns that cannot be all corrected by the decoder, this method estimates both the frame error rate (FER) and the bit error rate (BER) of a given LDPC code with very good precision for all crossover probabilities of practical interest. Through a number of examples, we show that the proposed method can be effectively applied to both regular and irregular LDPC codes and to a variety of hard-decision iterative decoding algorithms. Compared with the conventional Monte Carlo simulation, the proposed method has a much smaller computational complexity, particularly for lower error rates.     

一种改进的极化码置信译码器

在极化码置信（ BP）译码的因子图中,当承载确定信息的节点的对数似然信息计算错误时,可以被检测到。此时,对于因子图中参与该似然信息计算的节点,引入一个修正参数,以修正该节点承载的信息的对数似然信息。修正参数可以由密度进化的高斯近似算法得到。给出了置信译码原理及相应的改进算法,最后给出了复杂度分析和性能仿真。数据结果表明,在牺牲很小的复杂度的条件下,相比原算法,修正算法能够获得0.2 dB左右的比特信噪比增益。     

多元LDPC码Min-max自适应译码算法

为了降低多元低密度奇偶校验(Low-density parity check,LDPC)码Min-max译码算法的运算量,提出一种自适应Min-max(Adaptive Min-max,AMM)译码算法.该方法以Min-max算法为基础,以每次迭代后的校验节点错误率(Check-node Error Rate,CER)为调节参数,采用自适应算法对变量节点的向量长度进行截短,去除置信度较低的分量,仅对置信度较高的分量进行更新.当CER降低到一定程度时,对校验节点个数进行自适应截短,仅对不满足校验方程的校验节点进行消息迭代更新,进一步降低AMM算法的复杂度.仿真结果表明,在相同误码性能条件下,AMM算法运算量较固定长度截短的Min-max算法减少20％.     

硬件可实现的LDPC译码算法研究

低密度奇偶校验(LDPC)码有着较强的纠错能力,已被确定为第四代移动通信技术中首选码字。分析对比了几种LDPC译码算法的过程,基于硬件可实现性这一研究热点,对传统的译码算法进行了优化,提出一种易于硬件实现的LDPC译码算法。仿真结果表明:归一化最小和算法在不增加迭代次数,码长较长的情况下也有着很好的译码性能,适合在LDPC译码器的硬件实现中推广。     

三维TPC译码器的设计及FPGA实现

Turbo乘积码（TPC）是一种性能优秀的纠错编码方法,它具有译码复杂度低、译码延时小等优点,且在低信噪比下可以获得近似最优的性能。介绍了基于Chase算法的三维TPC软输入软输出（SISO）迭代译码算法,提出了三维TPC译码器硬件设计方案并在FPGA芯片上进行了仿真和验证。测试结果表明,该译码器具有较高的纠错能力,满足移动通信误码率的要求。     

IEEE802.16e标准LDPC译码器设计与实现

LDPC码自在上个世纪90年代被重新发现以来,以其接近香农极限的差错控制性能,以及译码复杂度低、吞吐率高的优点引起了人们的关注,成为继Turbo码之后信道编码界的又一研究热点。利用FPGA设计并实现了一种基于IEEE802.16e标准的LDPC码译码器。该译码器采用偏移最小和（Offset Min-Sum）算法,其偏移因子β取值为0.125,具有接近置信传播（Belief Propagation）算法浮点的性能。译码器在结构上采用了部分并行结构,可以灵活支持标准中定义的所有码率和码长的LDPC码的译码。此外,该译码器还支持对连续输入的数据块进行处理,并具有动态停止迭代功能。硬件综合结果表明,该译码器工作频率为150MHz时,固定15次迭代,最低可达到95Mb/s的译码吞吐率,完全满足802.16e标准的要求。     

LDPC码在IEEE802.16e标准中的编译码分析

为了能够在保证译码性能的同时进一步降低译码的复杂度,该标准还在译码的过程中引入由M Fossorier等人提出的BP-Based算法,并分析了这两类算法的实际译码性能。实验仿真结果表明,BP-Based算法与LLR-BP算法相比,在不同码长及不同码率条件下可以更好地实现译码算法度和译码性能的有效均衡,因而更加适合作为硬件译码器的优化算法而应用到实际的通信系统中。