LDGM码及其在协作编码中的应用研究

摘要

随着移动通信技术的发展，下一代移动通信系统需要支持高达1Gb/s的高速通信。由于越来越紧张的频谱资源，要支持高速无线数据传输就必须要充分而高效地利用有限的频带资源，这也是未来移动通信网络需要解决的主要问题。近年来的研究表明，分布式无线通信技术将有望成为解决高速数据传输和大范围网络覆盖的关键技术。协作编译码是适合于分布式无线通信技术要求的信道编译码技术实现方案，而分布式处理和协作通信是协作编译码技术实现的本质特征，显然性能优异、实现复杂度低的协作编译码技术是无线协作通信系统需要深入研究的一个关键问题。作为一类特殊的LDPC码，LDGM码有着编泽码实现更为简单的优点，因此研究基于LDGM码的高性能协作编译码技术方案和自适应协作编译码技术方案具有重要的理论和实用价值。
　　 论文在介绍LDPC码编译码原理的基础上，详细介绍了LDGM编译码技术与LDPC编译码技术的异同以及各自的特点，并通过仿真验证了概率域下置信传播(BP)译码算法性能。相关分析表明，LDGM码的性能与编码构造相关。在一定的码长条件下，不同参数设置的稀疏矩阵会表现出不同的性能。其次，当稀疏矩阵参数选取相似，但选择不同码长时，码长越长性能越好。与LDPC码类似，随着信噪比的增加，LDGM码会出现错误平层，但由于LDGM稀疏的校验矩阵存在单位阵，采用BP译码时部分信息传递更新不足，LDGM码的错误平层性能要劣于LDPC码。通过二进制对称信道BSC条件下的译码性能分析，论文分析了LDGM编译码存在错误平层的原因在于LDGM码存在度为1或2的变量节点，这些变量节点与校验节点之间传递的消息不能得到足够的更新或者几乎得不到更新。为了有效克服LDGM码所存在的错误平层问题，可以采用级联编码的方法。论文在阐释级联LDGM码改进LDGM码错误平层原理的基础上，分析了基于双单位阵的级联编译码方法，并通过实际仿真验证了级联LDGM码的性能。相关分析表明，采用级联的方式可以有效地控制LDGM码的错误平层。通过合理选择编码参数，基于串行级联LDGM编码方案的协作编码，在保持其实现复杂度低的同时可以大幅度改善译码性能。
　　 Turbo码和LDPC码这两类具有优异纠错性能的信道编码方案均可应用于中继通信模型，以获得逼近中继容量下的协作编译码技术方案。针对半双工中继通信模型，论文研究了基于级联LDGM码的协作编译码技术方案，研究结果表明，在信源-中继-信宿的三节点协作中继模型中，采用级联LDGM码同样可以获得逼近中继容量限下的协作编译码技术方案。由于LDGM码具有更低的编译码复杂度，因此中继通信模型下基于级联LDGM码的协作编译码技术是实际可行的。最近的研究结果表明，网络节点间的拓扑连接关系可以被转换成为一种编码约束关系。论文借鉴基于网络拓扑匹配的自适应协作编码技术方案的研究成果，将网络拓扑结构映射为LDGM编码中的编码约束关系，实现了一类基于LDGM码的自适应网络协作编码技术。论文的研究结果验证了将网络拓扑结构映射为LDGM编码中的编码约束关系，而无需额外引入编码冗余即可以实现基于LDGM码的自适应网络协作编码可以获得良好的协作编译码性能。
　　 论文的研究验证了LDGM码在协作编译码和自适应协作编译码技术中的应用价值，对于类似相关研究有参考和借鉴价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1信道编码理论及其发展演进

1.2 LDGM码编译码技术及其研究现状

1.3协作编码技术及其研究现状

1.4本文工作内容和主要结论

1.5论文结构安排

第2章LDGM码编译码原理

2.1 LDGM码编码构造

2.1.1 LDGM码生成矩阵与校验矩阵结构

2.1.2稀疏校验矩阵结构及构造方法

2.2 LDGM码的译码

2.2.1概率域BP译码算法

2.2.2对数域BP译码算法

2.3 LDGM码性能仿真

2.4本章小结

第3章级联LDGM编译码

3.1 LDGM码错误平层分析

3.2级联LDGM码编码构造

3.3基于双单位阵的级联LDGM码译码方法

3.4级联LDGM码性能仿真

3.5本章小结

第4章 中继通信模型中基于LDGM码的协作编译码

4.1中继协作通信模型及协作编码方案

4.1.1基于卷积码的分布式协作编译码技术

4.1.2基于Turbo码的协作编译码技术

4.1.3基于LDPC码的协作编译码技术

4.2基于LDGM码的协作编译码技术

4.2.1基于LDGM码的协作编码方案

4.2.2基于LDGM码的协作译码方法

4.2.3基于LDGM码的协作编码性能仿真

4.3.3中继协作通信模型下协作编译码技术性能比较

4.3逼近中继容量限的LDGM码协作编译码技术方案

4.3.1中继通信模型下的可达信息速率与容量限

4.3.2逼近中继容量限的LDGM码协作编码方案

4.3.3逼近中继容量限的LDGM码协作译码方案

4.3.4逼近中继容量限的协作编译码技术性能比较

4.4本章小结

第5章基于LDGM码的自适应网络协作编码技术

5.1基于网络拓扑结构的自适应网络编码协作原理

5.2基于LDGM码的自适应网络协作编码

5.3仿真分析

5.4本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目