无人机数据链信道编码方法研究

信道编码是提高通信可靠性的重要途径,针对无人机数据链传输遥控/遥测指令时的高可靠性要求,研究了无人机数据链不同码率的卷积码、Turbo码和LDPC码三种信道编码方法,结合无人机信道的特点,仿真验证了无人机数据链的三种信道编码与解码方案;三种编码方式都带来了较大增益,其中LDPC码的性能略优于Turbo码,卷积码性能相比最差,但三种编码方式都可以使数据链的误码率达到了10-5以下,满足了无人机数据链高可靠性要求。     

瑞利衰落信道下基于生成矩阵的LDPC性能研究

LDPC码是一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码。LDPC码作为高传输速率通信系统的信道编码,具有吞吐量大、高速译码速率和较低错误率的优点,但存在编码复杂度较高和编码时延较长的缺点。笔者针对LDPC码进行改进,设计一种基于生成矩阵构造的LDPC码,从而实现线性编码,并通过仿真研究其在瑞利衰落信道下的性能,得出系统的误码率曲线。     

基于CCSDS建议的纠错码技术研究

CCSDS标准的信道编码技术包括级联码和低密度奇偶校验码2种。论文首先介绍了级联码的基本原理和性能,然后深入研究了低密度奇偶校验码的体系结构和纠错性能,最后比较了CCSDS标准与DVB-S2标准、IESS标准信道编码技术在航天系统中的优势。相比于DVB-S2标准,CCSDS标准LDPC码的FPGA实现更加简单和灵活,相比于IESS标准级联码,CCSDS标准LDPC码拥有更高的编码增益和更高的编码效率。     

基于简化高阶调制算法的LDPC编码OFDM系统

低密度校验码（Low Density Parity Check codes）的重新发现是继turbo码之后信道编码领域又一里程碑事件。LDPC码凭借其优异的性能和较低的译码复杂度,被广泛的运用于各种高速通信系统。本文提出了采用简化高阶QAM的LDPC编码OFDM系统（LDPC-COFDM）,在保证高效可靠传输的同时降低了实现复杂度。仿真结果显示这种算法在AWGN和多径衰落信道下均具有良好的性能。     

一种中继节点上的网络-信道编码联合设计方案

网络编码技术由于其能提高网络吞吐量、具有较好的鲁棒性、能有效提高中继节点转发效率等优点成为目前广泛关注的研究热点。在中继节点上,采用网络一信道编码联合设计方案能进一步提高系统的误码性能。基于Razaghi等人研究的两种双层LDPC码（Bilayer LDPC,分为删余型和延长型）,设计了一种在中继节点上联合设计的网络双层LDPC延长码（Network Bilayer Lengthened LDPC,NBL—LDPC）。给出了此码的编译码过程,并针对此码,对高斯密度进化算法进行改进,计算误码率并完成误码性能仿真。仿真结果表明,所提出的编码方案性能要优于利用双层LDPC删余码设计的网络双层LDPC删余码（Network Bilayer Expurgated LDPC,NBE—LDPC）。     

PEG GLDPC码设计与性能分析

针对深空通信中高信道编码增益的需求,设计了一种新颖的基于按边增长(Progressive edge-growth,PEG)算法的广义低密度奇偶校验(Generalized LDPC,GLDPC)码.基于稀疏矩阵的二分图,首先改进了PEG算法用以构造规则LDPC,然后用BCH码作子码替换LDPC中的单奇偶校验码来构造PEG-GLDPC,最后重点研究了PEG-GLDPC的译码算法,提出一种联合BCH比特栅格译码与置信传播(Belief propagation,BP)算法的迭代译码机制.AWGN信道下的仿真结果表明,PEG-GLDPC译码性能优于LDPC以及传统GLDPC,适用于深空通信等低信噪比通信系统.     

无人机数据链信道编码模拟方法研究

信道编码是提高通信可靠性的重要途径,针对无人机数据链传输遥控/遥测指令时的高可靠性要求,研究了无人机数据链信道编码模拟方法;该方法通过信道编码码流生成、传输信道模型的解算与加载、微波仪表实时驱动、多线程编程与线程同步等技术,在微波暗室环境内模拟了码率可变的卷积码、Turbo码、LDPC码的编解码算法;仿真验证结果表明,通过信道编码模拟方法,验证了无人机效据链的信道编码与解码方案,使数据链的误码率达到了10-5以下,满足了无人机数据链高可靠性要求.     

国数字地面电视标准中LDPC码的半并行译码结构设计*

中国数字地面电视广播标准采用准循环低密度校验码（QC-LDPC）作为其信道编码的内码。根据该类LDPC码的准循环特性,提出了一种基于后验概率的简化最小和算法及其对应的半并行译码结构。其可实现在同一接收机中尽量复用硬件资源并减少消耗情况下LDPC码的多码率译码。最后,使用可编程门阵列实现了此结构并验证了其性能,实验表明,该方法比传统的最小和算法性能略有降低,但可节约大量存储器资源。     

低编码复杂度不规则准循环LDPC码的构造方法

针对不规则低密度奇偶校验码（LDPC码）误码性能好,但编码复杂度高的问题,利用重复积累码（RA码）能有效编码的特性和掩模技术,提出了一种不规则LDPC码的构造方法,该码具有线性复杂度的编码算法。该构造方法,首先对RA码的校验矩阵进行了改进,消除了RA码常产生的错误平层效应;然后基于范德蒙矩阵构造了一种新的校验矩阵,该校验矩阵具有代数结构,易于硬件实现。理论分析和实验结果表明,构造的不规则LDPC码的编码复杂度低于Mackay随机码,在加性高斯白噪声（AWGN）信道条件下,误码率为1.0×10^-4时,比Mackay随机码性能提高约0.4~0.6 dB。     

借助LDPC码提高数字水印鲁棒性

根据数字水印系统与通信系统模型的等效性，本文提出了一种基于LDPC码的鲁棒性图像数字水印方案。该之置采用LDPC码作为水印信道编码，对图像水印传输进行差错控制， 把用心码编码后的水印序列嵌入原始图像的频域，在提取水印时采用LPDC码的迭代译码算法。仿真实验结果表明，该方案降低了水印在传输过程中的误码率，提高了水印的抗 抗攻击能力，具有很好的鲁棒性和视觉不可见性。     

基于GPU的低密度奇偶校验码译码加速技术

随着通信技术的发展,通信终端逐渐采用软件的方式来兼容多种通信制式和协议。针对以计算机中央处理器（CPU）作为运算单元的传统软件无线电架构,无法满足高速无线通信系统如多进多出（MIMO）等宽带数据的吞吐率要求问题,提出了一种基于图形处理器（GPU）的低密度奇偶校验（LDPC）码译码器的加速方法。首先,根据GPU并行加速异构计算在GNU Radio 4G/5G物理层信号处理模块中的加速表现的理论分析,采用了并行效率更高的分层归一化最小和（LNMS）算法;其次,通过使用全局同步策略、合理分配GPU内存空间以及流并行机制等方法减少了译码器的译码时延,同时配合GPU多线程并行技术对LDPC码的译码流程进行了并行优化;最后,在软件无线电平台上对提出的GPU加速译码器进行了实现与验证,并分析了该并行译码器的误码率性能和加速性能的瓶颈。实验结果表明,与传统的CPU串行码处理方式相比,CPU+GPU异构平台对LDPC码的译码速率可提升至原来的200倍左右,译码器的吞吐量可以达到1 Gb/s以上,特别是在大规模数据的情况下对传统译码器的译码性有着较大的提升。     

基于多进制LDPC码的分布式视频编码

对基于多进制低密度奇偶校验(LDPC)码的分布式视频编码性能进行研究。根据多进制信源的特性,利用拉普拉斯分布改进多进制信源的相关模型,并修正多进制LDPC码的快速译码算法FFT-BP,使其适用于分布式视频编码系统。仿真结果表明,在峰值信噪比相同的条件下,与基于二进制LDPC码的系统相比,基于四进制LDPC码的系统码率平均降低0.028 3 bit/pixel,基于八进制LDPC码的系统码率平均降低0.037 0 bit/pixel,相比同类分布式信源编码系统,该系统的译码速度更快、复杂度更低。     

高性能准循环低密度奇偶校验码在导航信号中的应用

全球定位系统(GPS)在其现代化计划中选择低密度奇偶校验(LDPC)码作为其将来的L1C电文的信道编码方案,能够获得优异的译码性能,但复杂度也相对提高,所采用随机LDPC码的编码器和解码器的硬件实现较为困难。在802.16e协议中提出的LDPC码的基础上,提出一种增强型的准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC) 码,其校验矩阵同时具有准循环结构和近似下三角结构,且最小圈长为8,克服了随机LDPC码的缺点。仿真结果表明,所构造的QC-LDPC码性能优于802.16e协议中的LDPC码和GPS L1C电文中采用的LDPC码,对我国“COMPASS”导航系统的信道编码方案具有参考价值。     

字节型CRC算法分析与实现

循环冗余码校验CRC是计算机网络通信中最常采用的数据校验方法之一,CRC方法能够很好地降低数据传输的误码率。本文分析了CRC算法的原理和CRC算法的校验规则,针对字节型CRC算法,提出一种直观、紧凑、易于理解的表驱动字节型算法描述,给出了严格的数学证明,通过实例详细演绎了算法的实现过程。同时,设计了相关的类汇编语言CRC-ITU算法,简要讨论了使用F(x)/G(x)的直接余式作为监督码的方法。     

LDPC码的不等差错保护策略在SVC中的应用

在分析信源信道联合编码的基础上,提出了一种使用LDPC码对SVC比特流进行不等差错保护的策略,能够使端到端的视频序列失真最小化。该不等差错保护策略根据各帧对重建图像的贡献量大小为其进行合理的比特分配,并对每一帧的各质量层实施最佳的非均衡差错保护。实验结果表明,与基于拉格朗日的优化方法相比,该方法更为简单,重建视频的峰值信噪比（PSNR）性能也有明显改进。     

多元LDPC码在扩频水声通信中的研究

水声信道多径时变、高噪声和严重衰落等特点使接收信号畸变失真,产生的突发和随机错误使系统误码率较高,可靠性难以保证。提出基于多元LDPC码的扩频水声通信系统,采用具有下三角结构的Qc-LDPC码校验矩阵,利用基于符号的迭代编译码算法有效纠正突发和随机错误,且与高阶调制结合提高水下有限频谱利用率时不存在符号与比特转化的信息损失。理论分析和仿真结果表明：相比基于比特的LDPC码、turbo码和卷积码,基于符号的多元LDPC码能以更低信噪比达到扩频水声通信系统误码率指标的要求,证明了方案的有效性。     

5G低密度奇偶校验码的低复杂度偏移最小和算法

为了提高低密度奇偶校验（LDPC）码偏移最小和（OMS）算法的误码性能,基于5G NR标准提出了一种5G LDPC码的低复杂度OMS算法。针对传统算法中偏移因子值计算不够准确问题,使用密度进化获取更加精准的偏移因子值,用于校验节点更新,以增强OMS算法的性能;并使用线性近似方法对获得的偏移因子值进行近似处理,在保证译码性能的情况下降低了算法的复杂度。针对变量节点振荡现象对译码的影响,将节点更新前后的对数似然比（LLR）消息值加权处理,削减变量节点的振荡性,提高了译码器收敛速度。仿真结果表明,与归一化最小和（NMS）算法和OMS算法相比,在误比特率（BER）为10^-5时所提算法译码性能可以获得0.3~0.5 dB的增益,平均迭代次数分别降低了48.1%和24.3%,同时与对数似然比-置信传播（LLR-BP）算法也只相差近0.1 dB。     

基于GPU的LDPC增强准最大似然译码器并行实现

增强准最大似然(EQML)译码器对于码长较短的低密度奇偶校验(LDPC)码的译码性能优于传统置信传播(BP)译码器,可较好满足5G移动通信的高可靠性要求,但由于其计算结构复杂导致译码速度大幅降低。为提高EQML译码器的译码速度,提出一种基于GPU的EQML译码器并行化加速方案,压缩并存储不规则LDPC码的奇偶校验矩阵,通过对传统BP译码算法进行重新排序以最大化利用Kernel中的线程,并对再处理过程中的每个阶段进行多码字并行译码,实现内存访问优化及流并行译码。实验结果表明,基于GPU的EQML译码器在保持纠错性能的同时,相比基于CPU的EQML译码器的译码速度约提升了2个数量级。     

一种低密度奇偶校验码矩阵的设计方法

提出一种以硬件实现的各种条件为约束设计准循环的低密度奇偶校验码的校验矩阵方法,以简化硬件结构,采用行列交换及寻找最大平均环提升译码性能的方法。设计码长为1200的校验矩阵,对该矩阵的译码电路进行RTL实现,采用SMIC0.13μm标准CMOS工艺综合实现660Mb/s吞吐率,面积为3.1mm2,以该方法设计的矩阵可用于实现低复杂度的LDPC译码电路。     

量子LDPC码在BB84协议中的应用研究

针对BB84量子密钥分配协议中量子信道存在噪声,设计一种带有量子纠错码的改进的BB84协议模型,在模型中用量子低密度奇偶校验码（量子LDPC）作为纠错码对发送量子态进行编码。通过数值仿真,从密钥传输效率的角度分析量子纠错编码对BB84协议的影响。结果表明量子LDPC码能克服噪声,提高了密钥传输效率,验证了在含噪量子信道中改进的BB84协议模型的有效性。