深空通信中LDPC码编码方法研究

摘要

深空通信具有信噪比低、信号损失严重的特点，需要性能良好的信道编码技术来保证信息传输的可靠性。作为一种高增益的信道编码技术，低密度奇偶校验(LDPC)码具有诸多优点，在深空通信领域具有广阔的应用前景。如何设计出适合于深空通信的实用LDPC码，是一个值得研究的问题。 首先，在讨论LDPC码理论的基础上，分析对比了几种常用的校验矩阵构造方法及其编译码算法。实验表明，RU算法可以有效解决LDPC码的快速编码问题，和积译码算法可以获得优良的译码性能，二者均可应用于深空通信中。 然后，结合深空通信的特点，重点研究了LDPC码的校验矩阵构造问题。将两种适合于深空通信的校验矩阵构造方法相结合，提出了一种新的QCE-PEG算法。该方法设计的校验矩阵，围长较大且分布均匀，同时能够满足优化度分布的要求。实验表明，用QCE-PEG法设计的LDPC码，其性能不仅优于PEG码，且其设计简单，编码快速，有着良好的应用前景。 最后，对正则与非正则LDPC码的性能进行了分析，分析认为1/3码率的非正则LDPC码更适合于深空通信的要求。设计方案时先采用QCE-PEG法构造校验矩阵，用RU算法进行快速编码，然后采用和积译码算法进行译码，并联合SPC码进一步降低译码门限与误码平层，进而设计出了适合于深空通信的具体编译码方案。结果表明，所设计的LDPC码在接收信噪比Eb/N0>0.7dB时，能够达到BER<10-5要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2深空通信与信道编码

1.3 LDPC码的发展及研究现状

1.4论文的主要内容及章节安排

第二章LDPC码理论基础

2.1线性分组码

2.1.1线性分组码的生成矩阵和校验矩阵

2.1.2线性分组码的伴随式译码

2.2 LDPC码的定义与结构

2.2.2 LDPC码的定义及其描述

2.2.3 LDPC码的Tanner图表示

2.2.4正则与非正则的LDPC码

2.2.5二元域与多元域的LDPC码

2.3本章小结

第三章LDPC码的编译码算法

3.1校验矩阵的构造

3.1.1 Gallager的构造方法

3.1.2 MacKay的构造方法

3.1.3组合构造方法

3.1.4几何构造方法

3.2 LDPC码的编码算法

3.2.1高斯消去法直接编码

3.2.2 RU快速编码算法

3.3 LDPC码的译码算法

3.3.1概率域上的BP算法

3.3.2和积译码算法

3.4仿真实验与性能分析

3.5本章小结

第四章深空通信中的校验矩阵构造方法

4.1常用构造方法

4.1.1准循环扩展(QCE)法

4.1.2渐进边增长(PEG)法

4.2 QCE-PEG算法

4.2.1构造模型

4.2.2偏移量的设置

4.3仿真实验与性能分析

4.4本章小结

第五章深空通信中的LDPC码编码方案

5.1 LDPC码的性能分析

5.1.1规则LDPC码的性能分析

5.1.2非规则LDPC码的性能分析

5.2LDPC-SPC联合编码

5.3具体方案设计

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2未来展望

致谢

参考文献

作者在读期间的研究成果