低密度奇偶校验码在DAMB和VWDK系统中的应用研究

摘要

最近的研究表明低密度奇偶校验(LDPC)码能以较低的译码复杂度，取得逼近Shannon限的性能，引起了纠错编码领域极大的关注。本文针对无线信道的编码数据传输，研究了LDPC码在数字调幅广播(DAMB)和最小波形差键控fVWDK：Very-minimtlm Waveform Difference Keying)系统中的应用。 DAMB带宽只有9/10 kHz且信道极恶劣，欲获得优良音质和高速传输，需要高效的信道编码调制方案。本文存深入研究DRM(Digital Radio Mondiale)标准中的编码调制方案的基础上，提出了基于非正则LDPC码的一系列编码调制技术。首先，深入研究了DRM标准的编码调制技术，提出 3 种基于软判决的译码方案；接着，针对DAMB系统提出了基于LDPC码的比特交织编码调制方案、多层编码方案和迭代解调译码方案；最后，设计了适合DAMB系统的非正则LDPC码。与国际标准相比，本文所提出的方案不仅性能优异而且具有更低的译码复杂度，同时经过精心设计的LDPC码性能优于采用Turbo码的方案。LDPC码极有可能成为下一代通信系统的首选，因此本文的研究可为我国的数字广播系统提供参考。 VWDK用二进制码元直接控制两个差别很小的类正弦载波而实现调制，虽使超窄带传输成为可能，但接收端的相关检测却变得困难。因此，高效信道编码方案的引入，对于采用VWDK调制的通信系统至关重要。本文针对VWDK系统对非正则LDPC码的性能进行分析与仿真，推导了VWDK系统的信道容量，修正了置信传播译码算法，证明了在VWDK调制下信道输出信号仍满足对称性，给出了译码稳定性条件，最后利用外部信息图技巧设计了适合VWDK系统的非正则LDPC码。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1课题背景

1.1.1 DAMB发展历程

1.1.2 DRM技术要点

1.1.3我国发展DAMB的意义

1.2信道编码

1.2.1发展历程

1.2.2 LDPC码的引入

1.3论文的主要工作与结构

第2章低密度奇偶校验码的基本理论

2.1 LDPC码的结构

2.1.1LDPC码的校验矩阵表示

2.1.2 LDPC码的图表示

2.1.3 Tanner图的cycle，girth和stopping set

2.2 LDPC码的构造

2.2.1 Gallager码

2.2.2 MacKay码

2.2.3有限几何码

2.2.4 Array码

2.3迭代译码算法

2.4 LDPC码的设计

2.4.1密度演化

2.4.2离散密度演化

2.4.3高斯逼近

2.5小结

第3章LDPC编码的DAMB系统性能评价

3.1引言

3.2系统模型

3.2.1 OFDM简介

3.2.2信道模型

3.2.3信道估计

3.3基于RCPC码的多层编码调制方案

3.3.1多层编码与调制

3.3.2多级译码

3.3.3迭代多级译码

3.3.4并行译码

3.3.5仿真分析

3.4针对DRM系统的LDPC码比特交织编码调制方案

3.4.1比特交织编码调制

3.4.2LDPC码的高效编码

3.4.3对数域译码算法及其修正

3.4.4仿真分析

3.5小结

第4章DAMB系统中基于LDPC码的多层编码

4.1编码调制理论

4.2码率设计

4.2.1信道容量规则

4.2.2均衡距离规则

4.2.3多进制调制信道容量

4.2.4等价信道容量

4.3基于可靠信息的多级译码方案

4.4仿真分析

4.5小结

第5章DAMB系统中LDPC码的迭代解调译码

5.1引言

5.2 Turbo码及其迭代译码算法

5.2.1编译码结构

5.2.2迭代译码算法

5.3系统模型

5.4迭代解调和译码

5.4.1过程描述

5.4.2映射方式

5.4.3译码复杂度

5.5仿真分析

5.6小结

第6章设计适于DAMB的非正则LDPC码

6.1引言

6.2非正则LDPC码的设计工具

6.2.1 PEG算法

6.2.2外部信息转移图

6.3用于DAMB系统的非正则LDPC码设计

6.3.1设计过程

6.3.2设计结果

6.4仿真分析

6.5小结

第7章VWDK调制中的LDPC码性能分析

7.1概述

7.2系统描述

7.2.1 VWDK调制

7.2.2 LDPC编码的VWDK系统

7.2.3 VWDK调制的信道容量计算

7.3译码算法

7.3.1置信传播译码算法的修正

7.3.2对称性与稳定性

7.4适于VWDK调制的非正则LDPC码设计

7.4.1设计过程

7.4.2设计结果

7.5仿真分析

7.6小结

第8章结束语

8.1 论文总结

8.2论文创新

8.3研究展望

参考文献

作者攻读博士学位期间的科研工作和成果

致谢