宽带数字通信系统中低密度奇偶校验码的研究

摘要

低密度奇偶校验(LDPC)码作为一种能够逼近香农限的纠错编码，多年来一直是信道编码领域的研究热点。尤其是进入新世纪以来，随着关于这种码的理论体系逐步完善，以及各种适于实际应用的码字结构被提出，LDPC码已经越来越多地在标准通信系统中得到应用。随着应用场景的不断拓宽，LDPC码也面临着许多来自实际应用场景的挑战。　　 本文将着重对LDPC码的码字设计、译码算法改进、码字截短以及编码与高阶调制的结合等四个方面进行研究。首先，本文提出一种基于栅格平面的码字设计方法。这种方法所设计的校验矩阵具有结构简单、便于描述的特点，行列重量比例可以贴近度分布的要求；通过行列变换这种码可以转化为准循环的形式，便于并行编译码的处理；利用提出的算法，文中针对DVB-C2/T2/S2和DTMB标准的码长和码率要求设计了两个IRA类的LDPC码，仿真显示，设计码字的译码性能均优于标准中的现有码字。其次，本文提出一种基于外信息符号变化的改进译码算法，这种算法旨在改进置信传播算法中校验节点对外信息处理的天然不足。通过修正因子对校验节点发出的变号外信息加以抑制，可以降低迭代译码过程中错误数的波动，提高译码收敛的概率。这种算法还可以同行列联合类的置信传播算法进行结合。仿真显示，采用改进算法的传统BP算法和行列联合的BP算法的译码性能均有所提高。再次，本文提出一种对已知LDPC码截短的算法。为了降低截短码字的译码门限和提高算法的效率，文中将讨论信息节点的选取问题和删除准则：利用提出的算法和准则，对DTMB标准中的LDPC码进行了截短，仿真结果印证了译码门限的改善。最后，本文提出了非规则LDPC码与PAM/QAM调制结合的比特映射结构。为了综合利用高阶调制的分级保护特性和非规则LDPC码信息节点度值多样化的特性，本文引入了比特映射多项式的概念，借以描述编码与调制之间的对应关系。通过对映射多项式系数的优化，进而可以降低编码调制下LDPC码的译码门限。本文利用提出的优化算法，对DTMB标准中三种的码字和两种调制的组合进行了映射多项式优化，通过仿真比较，比特映射后的译码性能改善与门限改善的预期取得了一致。