结构化LDPC码的构造及在下一代高速WLAN中的应用

摘要

移动通信的魅力就是它能为人们提供固话所不及的灵活、高效的通信方式，但也使移动通信系统的开发和实现比有线通信系统更困难。实际上，移动无线信道是通信中难预测的通信信道之一。为此，人们不断地研究和寻找多种先进的通信技术以提高移动通信的性能，纠错编码就是这样一种技术。如在下一代高速WLAN的IEEE802.11n的提案中，都提到了采用低密度校验码(Lower-DensityParity-Checkcode，LDPCcode)。LDPC码是当今编码领域的研究热点，它是一种具有稀疏校验矩阵的线性分组纠错码，它的性能逼近香农限，描述和实现简单，易于进行理论分析和研究，译码简单且可实行并行操作，适合硬件实现，相比传统的纠错码有优异的特点，具有广泛的应用前景。 传统的LDPC码的构造采用计算机随机搜索，耗时长，实现复杂，相比之下，利用图论、组合代数等结构化方法来设计LDPC能有效地降低构造复杂度，并且保证了性能优良，在未来移动通信系统中是一种极有潜力的编码方式。 本论文研究了结构化LDPC码的构造，包括基于欧氏几何空间的EG(EuclideanGeometries)方法、基于组合代数的BIBD(BalancedIncompleteBlockDesign)方法、半随机半结构化的π-旋转构造法，以及我们提出的基于矢量矩阵的结构化构造方法。本论文通过理论分析和仿真实现比较了结构化方法和随机方法构造的LDPC码的性能；同时比较了不同结构化方法之间的仿真性能和实现的复杂度。在基于矢量矩阵的结构化方法中，通过对矢量矩阵进行一系列特殊处理可以构造出稀疏的‘0’、‘1’校验矩阵，而校验矩阵中的双对角结构易于构造出相应的LDPC码字，仿真表明，采用矢量矩阵的结构化方法具有和π-旋转构造法相当的性能，但是实现的复杂度大于π-旋转构造法，同时码率和码长受到一定的限制，这也是未来需要研究的方向。 本论文还研究了WWiSE和TGnSync中的编译码方案，并通过仿真证明了采用提案的编码方式构造的LDPC码的性能优异，实现的复杂度低，并且在TGnSync提案的构造中，作了一些局部优化，降低了构造复杂度。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图目录、表目录、缩略字表、符号表

独创性说明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1本论文的研究背景和意义

1.2 LDPC的研究现状

1.2.1 LDPC的理论研究

1.2.2 LDPC在下一代高速WLAN中的应用研究

1.3本论文的主要研究内容和贡献

1.3.1课题来源

1.3.2本论文的主要贡献

1.4本论文的结构安排

第二章LDPC码的理论基础

2.1差错控制系统和信道编码的特点

2.2线性分组码

2.3生成矩阵和校验矩阵

2.4 LDPC码

2.4.1 LDPC码的定义

2.4.2 LDPC码的分类

2.4.3 二分图

2.5 LDPC的译码算法

2.5.1 BF译码算法

2.5.2 BP译码算法

2.6 LDPC的随机构造方法

2.6.1 Gallager的构造方法

2.6.2 MacKay的构造方法

2.7本章小结

第三章几种结构化LDPC码的构造方法及性能

3.1有限域几何构造法

3.1.1欧氏几何构造LDPC法(EG-LDPC)

3.1.2校验矩阵的行列分解

3.2均衡不完全区组构造LDPC法(BIBD-LDPC)

3.3π-旋转构造法

3.3.1校验矩阵的构造

3.3.2编码器的设计

3.4基于矢量矩阵的结构化LDPC码的构造及性能

3.4.1基本概念

3.4.2校验矩阵的构造

3.4.3 LDPC码的构造

3.5几种结构化和随机LDPC码的仿真性能与复杂度比较

3.6本章小结

第四章结构化LDPC码在下一代高速WLAN系统中的应用及性能

4.1 IEEE 802.11n的介绍

4.2 LDPC码在WWiSE系统中的应用

4.2.1 WWiSE物理层链路系统结构

4.2.2链路系统参数

4.2.3 LDPC码的编译码方案

4.2.4计算机仿真结果及分析

4.3 LDPC码在TGn Sync系统中的应用

4.3.1 TGn Sync物理层链路系统结构

4.3.2链路系统参数

4.3.3 LDPC码的编译码方案

4.3.4局部优化和仿真性能

4.4本章小结

第五章全文总结及未来研究方向

5.1全文总结

5.2对下一步工作的建议以及未来研究方向

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

个人简历