基于重复累积结构的高性能喷泉码研究

摘要

随着互联网的迅猛发展，如何准确、高效地使大规模数据进行可靠传输成了研究的热点。传统信道编码的码率固定，而喷泉码的提出打破了此约束，满足了大规模数据的可靠传输等需求。考虑到系统码和RA码的优良特性，于是基于重复累积结构的SRLDPC码和Kite码的研究就显得尤为必要。
　　首先，本文介绍了该课题的研究背景，BEC信道和AWGN信道模型以及喷泉码在不同信道上的研究现状。接着，详细阐述了RA码和几种基于重复累积结构的喷泉码，包括规则RA码和非规则RA码的编码器及Tanner图；SRLDPC码、Kite码和SR-Kite码的构造与编码方法等。
　　其次，本文深入研究了BEC信道上无速率码的编译码算法，并对编码和译码算法作了改进，主要以SRLDPC码为例。通过对比SRLDPC码和Kite码的编码结构，提出了改进的SRLDPC码的编码结构，我们称之为单对角线编码结构，此结构大大降低了SRLDPC码的编码复杂度。接着讨论了BEC信道上最常用的迭代删除填充(IEF)译码算法，在此算法的基础上给出了保留式IEF译码算法，相比前者，复杂度得到进一步降低。结合高斯消去(GE)算法复杂度较高但译码效率也高的特点，考虑将二者糅合在一块，提出了基于GE算法的保留式迭代删除填充（保留式IEF-GE）算法。通过蒙特卡罗仿真定量分析了各算法的复杂度和性能。
　　最后，本文着重对AWGN信道上无速率码的译码算法展开研究并进行了改进，主要以SR-Kite码为例。首先介绍了三种传统的译码算法，包括：和积译码算法(SPA)、最小和译码算法(MSA)和归一化最小和译码算法(NMSA)。在此基础上了给出了保留式和积译码算法（保留式SPA）、保留式最小和译码算法（保留式MSA）和保留式归一化最小和译码算法（保留式NMSA），理论分析和仿真结果表明它们均比各自对应的传统算法运算量低。接着，针对NMSA和保留式NMSA算法校验节点更新特点，分别作了两种改进，提出四种改进算法，我们称之为NNMSA、保留式NNMSA、ONMSA和保留式ONMSA算法。将上述算法与SPA、保留式SPA、NMSA、保留式NMSA共8种算法分成如下三类从复杂度、运算量和性能方面进行实验仿真、分析与对比：（1）保留式NNMSA、保留式ONMSA与NNMSA、ONMSA算法对比；（2）保留式NNMSA、保留式ONMSA与保留式SPA、保留式NMSA对比；（3）NNMSA、ONMSA与SPA、NMSA对比。通过对比得出结论：在以上译码算法中，保留式ONMSA是最优的，做到了复杂度与性能的良好折衷。

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第一章 绪论

1.2 研究现状

1.3 本文的研究工作和内容安排

第二章 基于重复累积结构的喷泉码的编码算法

2.1 RA码

2.2 SRLDPC码

2.3 Kite码和SR-Kite码

2.4 本章小结

第三章 BEC信道上的无速率码的编译码算法

3.1 改进的SRLDPC码的编码结构

3.2 SRLDPC码的迭代删除填充译码算法

3.3 改进的保留式迭代删除填充算法

3.4 本章小结

第四章 AWGN信道上的无速率码的译码算法

4.1 传统的译码算法

4.2 保留式译码算法

4.3 四种改进的归一化最小和算法

4.4 改进的译码算法的性能分析

4.5 各译码算法间的关系

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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