HARQ系统中的码率兼容LDPC码设计

摘要

在HARQ系统中,需要根据信道状态动态地选择编码速率,以提高无线通信的吞吐率,而固定码率的编码方式不能满足系统的需要,码率兼容LDPC码可以根据信道状态自适应的改变码率,是解决这一问题的有效编解码方法。近年来码率兼容LDPC码的优化删除和构造方法成为国内外研究的热点,研究结果表明:通过优化删除得到的一系列码率兼容LDPC子码性能优于随机删除算法,然而常用构造方法得到的编码校验矩阵并不适合删除,删除后得到的一系列子码码率动态范围小,不能满足HARQ系统的需要;基于码率兼容LDPC码的构造方法生成的系列子码性能均优于直接优化删除算法,并且码率动态范围得到提升,但是现有的构造方法大多针对特定的度分布,适应性较差。针对以上问题,本文重点研究了RC-LDPC码母码的度分布优化设计、构造及删除算法,主要内容包括:
　　(1)为了提高码率兼容LDPC码母码的性能,在仿真分析常用的LDPC码性能分析工具的基础上,研究了LDPC码的度分布优化方法,采用差分进化搜索具有最大噪声门限的非规则LDPC码度分布,设计了一组AWGN信道下非规则LDPC码,实验结果证明该方法设计的LDPC码性能优于传统线性规划算法。
　　(2)研究了码率兼容LDPC码的删除算法,验证了几种主要的删除算法性能,实验结果表明优化的删除算法在长度为中短码时性能优于其他删除算法。译码过程中删除节点消息恢复的特点表明:删除后系列子码的性能不仅与删除策略有关,而且与码字编码的网络结构相关,采用随机构造得到的编码矩阵结构限制了子码可达到的最高码率。采用编码有效的码率兼容(E2RC)LDPC码构造方法虽然能够扩大码率动态范围,且子码性能优于直接优化删除算法,但这种方法只适合特定度分布的LDPC码,并且母码具有很高的误码平台。为解决以上问题,结合优化删除规则,提出了一种码率兼容LDPC码的构造方法,构造适合删除的LDPC码编码矩阵,实验结果表明,该方法拓展了码字适用范围并且当所采用LDPC码的码长为2000时,与直接优化删除相比,采用新构造方法产生的一系列删除子码性能获得了1dB-2.7dB的提高。

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第一章 绪论

§1.1 LDPC码研究背景及意义

§1.2 HARQ系统概述

§1.3 LDPC码在HARQ系统中的应用

§1.4本文的主要工作及内容安排

第二章 LDPC码基本理论

§2.1 LDPC码的基本概念

§2.2 LDPC码的编译码算法简介

§2.3 LDPC码校验矩阵的构造方法

§2.4本章小结

第三章 LDPC码的性能分析与优化方法

§3.1 LDPC码的性能分析

§3.2 RC-LDPC的母码度分布优化

§3.3差分进化极值搜索算法

§3.4改进的差分算法

§3.5性能仿真

§3.6小结

第四章 RC-LDPC优化构造方法

§4.1码率兼容码的实现方法

§4.2 RC-LDPC的母码构造方法

§4.3改进的RC-LDPC优化构造方法

§4.4性能仿真

§4.5 小结

第五章 全文总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果