ldpc 碼在地空通信中的應(yīng)用

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1、LDPC碼在地空通信中的應(yīng)用文/李琳　拜俊鵬近些年來(lái)對(duì)無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域的研究越來(lái)越多，這些技術(shù)在地空通信中逐漸成為熱點(diǎn)。LDPC碼是一種線性的分組碼，它是基于稀疏校驗(yàn)矩陣的。本論文簡(jiǎn)要介紹了LDPC碼的編碼算法和譯碼算法，以及在地空通信中的應(yīng)用。【關(guān)鍵詞】LDPC碼地空通信編碼1LDPC碼簡(jiǎn)介1.1提出LDPC碼的背景衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展越來(lái)越成熟，最近研發(fā)的衛(wèi)星通信技術(shù)能夠通過(guò)空間衛(wèi)星進(jìn)行地空通信。LDPC碼是其中非常重要的一環(huán)，這是因?yàn)長(zhǎng)DPC碼具有強(qiáng)大的糾錯(cuò)能力，具有很低的復(fù)雜度等。LDPC碼具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，同時(shí)還具有低復(fù)雜度的快速譯碼算法和比較好的特性結(jié)構(gòu)，所以在最新的帶

2、寬無(wú)線多媒體的通信系統(tǒng)中，LDPC碼成為了能夠傳播高質(zhì)量的通信以及視頻信號(hào)的關(guān)鍵性技術(shù)。同時(shí)LDPC碼已經(jīng)廣泛被歐洲等國(guó)家的衛(wèi)星使用。1.2LDPC碼的基本概念LDPC碼的全稱為低密度奇偶校驗(yàn)，1960年后Gallager第一次提出這個(gè)概念。LDPC碼是一種線性的分組碼，它是基于稀疏校驗(yàn)矩陣的。LDPC碼的編碼是一種隨機(jī)碼。由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和條件都十分落后，LDPC碼并沒(méi)有廣泛應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)了Turbo碼，但是Turbo碼在本質(zhì)上就是LDPC碼。LDPC碼的糾錯(cuò)性能十分優(yōu)異，近些年來(lái)越來(lái)越受到人們的重視。LDPC碼的譯碼采用軟判決的置信傳播迭代譯碼算法。正是由于這個(gè)原

3、因，LDPC碼在給定誤碼率的情況下，信息的傳輸速率和Shannon限很接近。在某種程度上，LDPC碼的糾錯(cuò)性比Turbo碼強(qiáng)出了很多很多。我們都知道，譯碼的復(fù)雜度與碼長(zhǎng)有關(guān)，而且是線性的關(guān)系。要想實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)編碼分組的應(yīng)用，就必須克服分組碼在長(zhǎng)碼的時(shí)候譯碼的計(jì)算量問(wèn)題。2DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)的前向糾錯(cuò)系統(tǒng)LDPC碼的編譯方法有許多，本論文簡(jiǎn)要介紹一下介紹LDPC碼的DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)編譯碼方法。第一代DVB標(biāo)準(zhǔn)是1994年提出來(lái)的，它采用RS碼，QPSK調(diào)制和級(jí)聯(lián)卷積碼的方式。但是伴隨VLSI技術(shù)的發(fā)展，就出現(xiàn)了更高效率的編碼方式。DVB-S2項(xiàng)目組的目標(biāo)旨在帶寬和功率不增加的情況下，增加百

4、分之30的傳輸量。DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)主要由三個(gè)部分組成：BCH（前向糾錯(cuò)系統(tǒng)由外編碼）、LDPC（內(nèi)編碼）和比特交織。同時(shí)輸入流包括BBFRAMES（基本比特幀）和FECFRAMES（外流前向糾錯(cuò)幀）。FEC系統(tǒng)處理完每個(gè)BBFRAME（kbch位）之后，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)FEC-FRAME（nldpc）。系統(tǒng)BCH外碼的奇偶校驗(yàn)比特(BCHFEC)被加到BBFRAME，LDPC內(nèi)碼的奇偶校驗(yàn)比特被加到BCHFEC后面。3LDPC碼的算法3.1LDPC碼編碼算法傳統(tǒng)的規(guī)則LDPC碼的編碼主要可以分為四步，分別如下。其框圖如圖1所示，編碼步驟如下：（1）明確規(guī)則LDPC碼的H矩陣的列重和行

5、重。（2）構(gòu)造LDPC碼的H矩陣。（3）將校驗(yàn)矩陣H轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)形式。（4）根據(jù)線性分組碼系統(tǒng)形式的校驗(yàn)矩陣與生成矩陣之間的關(guān)系得到相應(yīng)的生成矩陣G，編碼生成的碼字為C=uG。3.2LDPC碼的譯碼算法LDPC碼有很多種譯碼方式，常見的譯碼方式主要有：加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)譯碼、比特翻轉(zhuǎn)譯碼、大數(shù)邏輯譯碼、后驗(yàn)概率譯碼以及和積算法譯碼等。本論文簡(jiǎn)要介紹和積算法。所謂和積算法，就是一種迭代譯碼算法，它的傳播是基于置信度的。下一次迭代的輸入，是上一次譯碼結(jié)束時(shí)可靠度量度的計(jì)算結(jié)果。直到達(dá)到了某個(gè)特定的條件后，譯碼的迭代過(guò)程才會(huì)停止，進(jìn)而系統(tǒng)會(huì)作出硬判決。4我國(guó)的LDPC碼在將來(lái)地空通信中的應(yīng)用地

6、空通信具有許多特點(diǎn)，比如信號(hào)的能量衰減比較嚴(yán)重，信息的傳輸延時(shí)比較大等等。因此必須采取特殊的方法，才能夠保證信息傳輸時(shí)的可靠性。地空通信信道對(duì)于信道編碼是一種理想的信道。（1）地空通信信道和無(wú)記憶的高斯信道很相似，都是Shannon編碼理論的信道模型。（2）地空通信信道可以使用很低的頻帶利用率的編碼和二進(jìn)制調(diào)制方案，因?yàn)榈乜胀ㄐ判诺谰哂泻茇S富的帶寬。（3）由于地空通信中傳輸距離非常遠(yuǎn)，信號(hào)的能量衰減比較多，所以采用的都是低碼速率通信。以前地空通信使用的都是Turbo碼。Turbo碼具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如誤碼性能很好，但是仍然存在著誤碼平臺(tái)。相對(duì)于Turbo碼，LDPC碼更適合作為地空

7、通信的信道編碼，這是因?yàn)長(zhǎng)DPC碼具有很低的譯碼復(fù)雜度、更低的誤碼平臺(tái)以及更大的吞吐量。要想設(shè)計(jì)出更加適合于地空通信的LDPC碼，還需要考慮到功耗效率、編碼器和譯碼器的結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜度等等。作為一種重要的信道編碼，LDPC碼必將會(huì)在地空通信中發(fā)揮重要的作用。5總結(jié)近些年來(lái)對(duì)無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域的研究越來(lái)越多，這些技術(shù)在地空通信中逐漸成為熱點(diǎn)。LDPC碼是一種線性的分組碼，它是基于稀疏校驗(yàn)矩陣的。本論文簡(jiǎn)要介紹了LDPC碼的編碼算法和譯碼算法，以及在地空通信中的應(yīng)用。