恶劣广播信道传输文件的纠错研究

摘要

广播通信系统采用无线传输后，实现了更加自由、快捷、无障碍的信息传递与交换，在全世界范围内得到了广泛的应用。但是由于广播信道传输路径的开放性和特殊性，在其中传输的电磁波信号极易受到外界的干扰并产生衰减、衰落的现象，造成接收端错码的出现;此外对传输文件的高倍压缩使文件数据更加脆弱，一位出错就可能造成大范围的误码扩散，严重影响广播质量;同时采用一对多的工作模式决定了广播系统只能进行单向传输（即单工通信）并且无法确定单个用户的具体位置。因而如何控制信道误码率（误比特率），保证传输的可靠性，特别是恶劣广播信道条件下保证文件传输的准确性，一直是人们研究的热点。
　　信道编码是目前通信系统中最常用的控制差错的有效方法，其原理是通过增加数据冗余的方式对传输文件进行抗差错保护。但是在恶劣广播信道中，单纯依靠信道编码已无法保证对误码率的控制，可能产生较高的误码率或者最终误码率无法达到预期要求。本文正是以此作为研究背景，以如何进一步降低信道误码率为目标，开展了对恶劣广播信道中传输文件的纠错研究，主要体现在以下几个方面:
　　1.深入研究RS码和LDPC码两种纠错码，包括它们的构造法、编译码算法等;在AWGN信道条件下对两种码字进行了仿真实验，分析了相关参数对译码性能的影响;并且在相同仿真条件下，给出相同比特码长和码率的LDPC码和RS码的性能比较，实验结果表明LDPC码的性能都要优于RS码。
　　2.LDPC码的编译码复杂度相对较高，出于降低复杂度的考虑，本文在第四章中重点研究了LDPC码的一个特殊子类，QC-LDPC码。在深入研究其构造法的基础上，提出了一种改进的BIBD构造法，并通过仿真实验证明，利用新构造法生成的QC-LDPC码的性能要优于传统BIBD构造法生成的码字，并且与参数相近的随机码性能相当。
　　3.分析了广播信道的复杂性与特殊性，并在此基础上，利用信道编码技术和纠错码理论，提出了二次编码方案来解决恶劣广播信道中单纯只依靠信道编码无法保证低误比特率的问题。对二次编码方案进行了详细解释与说明，并通过仿真实验证明二次编码方案能够有效纠正随机错码和突发错码，达到降低初始误比特率的目的。
　　4.对二次编码的纠错码选择进行了深入研究，以RS码和QC-LDPC码作为纠错码对象进行仿真对比实验，结果表明:在初始误比特率较高的情况下，QC-LDPC码因其优越的译码性能适用于二次编码方案中;而在初始误比特率较低但无法达到预期要求时，RS码以其较短的码长、较低的编译码复杂度以及更高的码率（冗余可以控制在7％之内）等优势更适合作为二次编码的纠错码。仿真结果为二次编码在实际使用中选择合适的纠错码提供了参考依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 广播通信的发展

1．2．2 信道编码的发展

1．3 论文的内容及结构

第二章 LDPC码和RS码基础理论

2．1 线性分组码

2．2 LDPC码

2．2．1 LDPC码的基础知识

2．2．2 LDPC的图形表示

2．2．3 LDPC码的构造方法

2．2．4 LDPC码的译码算法

2．3 RS码

2．3．1 RS码的基础知识

2．3．2 RS码的纠错能力

2．3．3 RS码的编码算法

2．3．4 RS码的译码算法

2．4 本章小结

第三章 LDPC码与RS码的性能仿真与比较分析

3．1 仿真模型

3．2 LDPC码的性能仿真

3．2．1 码长和码率对LDPC码的性能影响

3．2．2 迭代次数对LDPC码的性能影响

3．2．3 不同译码算法对LDPC码的性能影响

3．3 RS码性能仿真

3．3．1 码长和码率对RS码的性能影响

3．3．2 不同译码算法对RS码的性能影响

3．4 LDPC码与RS码性能比较

3．5 本章小结

第四章 准循环LDPC码的构造与改进

4．1 QC-LDPC码的定义

4．2 BIBD构造方法

4．3 改进的BIBD构造法

4．3．1 关联矩阵行维数的扩展

4．3．2 引入乘法群运算

4．4 性能仿真及结果分析

4．5 本章小结

第五章 恶劣广播信道的二次编码方案

5．1 广播信道的特点及存在问题

5．2 二次编码方案

5．2．1 二次编码的原理

5．2．2 二次编码的结构

5．2．3 二次编码纠错码的选择

5．2．4 二次编码译码算法的选择

5．3 仿真与结果分析

5．3．1 仿真模型

5．3．2 错码注入模型

5．3．3 仿真结果与分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文主要工作成果

6．2 未来工作方向

致谢

参考文献