Rice信道下LDPC码密度进化的研究

应用低密度奇偶校验(LDPC)码译码消息的密度进化可以得到码集的噪声门限,依此评价不同译码算法的性能,并可以用来优化非正则LDPC码的次数分布对。该文首先以Rice信道下正则LDPC码为例,讨论了不同量化阶数及步长时BP,BP-based 和offset BP-based 3种译码算法的DDE(Discrete Density Evolution)分析,接着在offset BP-based译码算法的DDE分析基础上,采用差分进化方法对Rice信道下非正则LDPC码的次数分布对进行了优化,得出了相应的噪声门限。最后,给出了Rice信道下码率为1/2的优化非正则LDPC码的概率聚集函数(PMF)进化曲线。     

不规则LDPC码度分布的优化设计研究

针对非规则LDPC码的度分布优化,研究了差分进化算法,并利用差分进化算法得到了最大门限的度分布序列,同时在AWGN信道下,通过高斯近似方法得到了在该度分布对下的较精确的LDPC译码门限。通过仿真发现,在改进后的优化算法中的度分布对得到了更高的门限值。同时高斯近似还能应用到其他高效纠错码,对现代高效纠错码具有重要的指导意义。     

Optimization Design of Degree Distributions for Irregular LDPC Codes

针对非规则LDPC码的度分布优化,研究了差分进化算法,并利用差分进化算法得到了最大门限的度分布序列,同时在AWGN信道下,通过高斯近似方法得到了在该度分布对下的较精确的LDPC译码门限.通过仿真发现,在改进后的优化算法中的度分布对得到了更高的门限值.同时高斯近似还能应用到其他高效纠错码,对现代高效纠错码具有重要的指导意义.     

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。     

高阶调制系统下LDPC码优化设计

为了提高编码调制系统的整体编码增益,提出一种高阶调制系统下LDPC码的度分布优化方法.根据高阶调制符号中不同比特的误比特特性,将调制符号所经历信道建模为一组对称二进制输入加性高斯信道.在此基础上,推导了高阶调制系统下LDPC码高斯近似密度进化分析方法,并得到译码收敛条件.结合度分布约束关系及译码收敛条件,提出高阶调制系统下LDPC码的度分布优化问题及差分进化实现方法.仿真结果表明,设计的LDPC码在高阶调制系统中的渐进性能和误码性能优于基于比特优化映射的编码调制方案.     

译码转发中继系统基于校验分裂的IRA码设计

在译码转发中继系统中,非规则重复累积(IRA)码的设计本质是设计码率兼容IRA码.由于通过校验分裂得到的码字的不同部分经历不同的信噪比,因此给出了基于校验分裂的修正的高斯近似的密度进化算法来分析IRA码的门限并且用差分进化算法对其优化.实验仿真证明与传统的密度进化算法得到的IRA码相比,当误帧率是10~(-3)时,优化得到的码字大约有0.5dB的增益.     

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。     

规则LDPC码的密度进化方法及其高斯近似

密度进化方法是分析现代高效纠错编译码渐进性能的新方法.在简要阐述LDPC码及其和积算法的基础上,较系统的论述了密度进化方法的基本原理,并详细给出了在AwGN信道下密度进化方法的近似形式,即高斯近似方法.针对规则LDPC码,将其应用于对该码门限值的确定.该方法可操作性强,能在未进行误比特率(BER)仿真的情况下得出编译码渐进性能的观察,这对高效纠错编译码的优化设计具有重要的指导作用.     

不规则LDPC码的密度进化方法及其门限值确定

该文针对不规则LDPC码阐述密度进化原理,比较分析了具体算法的特点与应用。对离散密度进化和高斯近似算法进行了仿真分析,寻找到一些好的分布对。这对促进LDPC码以及其它现代高效纠错码的理论分析和应用研究具有重要指导意义。     

卫星通信系统中可变码率LDPC码设计方法

提出了一种基于准循环置换扩展的卫星通信系统可变码率LDPC码设计方法.分析了卫星通信信道的Loo模型及莱斯分布简化模型以计算置信传播解码算法中反映信道特征的初始消息密度,然后使用离散密度进化和粒子群优化在莱斯信道下搜索有较高噪声门限的度分布对,接着利用PEG方法构造具有双对角线结构、围长大于4的基本矩阵,从而确保构造的LDPC码性能较高,最后通过准循环置换扩展基本矩阵得到了多种码率的LDPC码.仿真结果表明,在中低度遮蔽情况下莱斯分布简化模型能很好地近似Loo模型,设计的LDPC码具有线性的编码复杂度,易于工程实现,且性能优良.     

Analysis of sum-product decoding of low-density parity-check codesusing a Gaussian approximation

Density evolution is an algorithm for computing the capacity of low-density parity-check (LDPC) codes under message-passing decoding. For memoryless binary-input continuous-output additive white Gaussian noise (AWGN) channels and sum-product decoders, we use a Gaussian approximation for message densities under density evolution to simplify the analysis of the decoding algorithm. We convert the infinite-dimensional problem of iteratively calculating message densities, which is needed to find the exact threshold, to a one-dimensional problem of updating the means of the Gaussian densities. This simplification not only allows us to calculate the threshold quickly and to understand the behavior of the decoder better, but also makes it easier to design good irregular LDPC codes for AWGN channels. For various regular LDPC codes we have examined, thresholds can be estimated within 0.1 dB of the exact value. For rates between 0.5 and 0.9, codes designed using the Gaussian approximation perform within 0.02 dB of the best performing codes found so far by using density evolution when the maximum variable degree is 10. We show that by using the Gaussian approximation, we can visualize the sum-product decoding algorithm. We also show that the optimization of degree distributions can be understood and done graphically using the visualization     

一种优化Girth分布的准循环LDPC码设计方法研究

在准循环LDPC码的构造中,校验矩阵拥有尽可能好的girth分布对于改善码的性能有着重要的意义。该文提出了构造准循环LDPC码的GirthOpt-DE算法,优化设计以获得具有好girth分布的移位参数矩阵为目标。仿真结果表明,该文方法得到的准循环LDPC码在BER性能和最小距离上均要优于固定生成函数的准循环LDPC码,Arrary码和Tanner码,并且使用上更为灵活,可以指定码长,码率及尽可能好的girth分布。     

Design of efficiently encodable moderate-length high-rate irregular LDPC codes

This paper presents a new class of irregular low-density parity-check (LDPC) codes of moderate length (10/sup 3//spl les/n/spl les/10/sup 4/) and high rate (R/spl ges/3/4). Codes in this class admit low-complexity encoding and have lower error-rate floors than other irregular LDPC code-design approaches. It is also shown that this class of LDPC codes is equivalent to a class of systematic serial turbo codes and is an extension of irregular repeat-accumulate codes. A code design algorithm based on the combination of density evolution and differential evolution optimization with a modified cost function is presented. Moderate-length, high-rate codes with no error-rate floors down to a bit-error rate of 10/sup -9/ are presented. Although our focus is on moderate-length, high-rate codes, the proposed coding scheme is applicable to irregular LDPC codes with other lengths and rates.     

Optimization of LDPC codes for modulation and detection in layered multi-antenna architectures

In this paper we first perform the density evolution of LDPC codes in layered multi-antenna architectures using bitinterleaved coded modulation and detection based on successive decoding and interference cancellation. The noise thresholds of LDPC codes are shown to be achieved within 1.2 dB of the capacity for these architectures. We then present a rate allocation method which optimizes the performance of a layered architecture and find good degree distributions for LDPC codes with the rates allocated by our method. Simulation results show that the performance for an optimized layered architecture is better by 4 dB than that for the layered architecture using LDPC codes with the same rate in all layers.     

基于EXIT图和自适应微粒群算法的度分布对优化方法

综合EXIT图法和自适应微粒群优化(APSO)算法的优点,该文提出了一种基于EXIT图和APSO算法的非正则LDPC码度分布对优化方法。该方法设计了衡量EXIT曲线匹配程度的全局代价函数,并运用APSO算法对度分布对进行快速迭代优化,迭代过程中不需要固定CND曲线,可以获得EXIT曲线更加匹配的优化度分布对,以及更高的噪声门限。仿真结果表明,该方法在码结构优化方面有着很好的性能,且优化速度较高斯逼近法有了较大提高。     

Hybrid Hard-Decision Iterative Decoding of Irregular Low-Density Parity-Check Codes

Time-invariant hybrid (Hscr_TI) decoding of irregular low-density parity-check (LDPC) codes is studied. Focusing on Hscr_TI algorithms with majority-based (MB) binary message-passing constituents, we use density evolution (DE) and finite-length simulation to analyze the performance and the convergence properties of these algorithms over (memoryless) binary symmetric channels. To apply DE, we generalize degree distributions to have the irregularity of both the code and the decoding algorithm embedded in them. A tight upper bound on the threshold of MB Hscr_TI algorithms is derived, and it is proven that the asymptotic error probability for these algorithms tends to zero, at least exponentially, with the number of iterations. We devise optimal MB Hscr_TI algorithms for irregular LDPC codes, and show that these algorithms outperform Gallager's algorithm A applied to optimized irregular LDPC codes. We also show that compared to switch-type algorithms, such as Gallager's algorithm B, where a comparable improvement is obtained by switching between different MB algorithms, MB Hscr_TI algorithms are more robust and can better cope with unknown channel conditions, and thus can be practically more attractive     

非规则LDPC码度分布对的优化方法

得到性能接近香农极限的LDPC好码的难点在于非规则LDPC码度分布对的优化。文章将自适应微粒群优化（APSO）算法和高斯近似（GA）算法相结合，用GA算法得到AWGN下近似门限值。用加特殊约束的APSO算法进行度分布对的优化。这种优化方法计算量小，且优化得到的度分布对性能接近于香农限．这对于在无线通信系统和光通信系统中如何构造好的LDPC码具有重要的指导意义。