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《ldpc碼實(shí)現(xiàn)及性能研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、信息系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)課程報(bào)告LDPC碼實(shí)現(xiàn)及性能研究19/19前言里斯本時(shí)間，2016年10月14號(hào)凌晨，3GPPRAN1會(huì)議確定5G將使用LDPC碼作為移動(dòng)寬帶（eMBB）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的長(zhǎng)碼塊編碼方案。在問(wèn)世53年之后，LDPC終于被主流移動(dòng)通信系統(tǒng)接納。故而我們對(duì)LDPC碼的編碼理論進(jìn)行了研究整理。本報(bào)告主要對(duì)LDPC碼的整體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行仿真，包括校驗(yàn)矩陣生成、信道編碼、譯碼各個(gè)部分，并在不同的碼長(zhǎng)、碼率條件下分析驗(yàn)證了其實(shí)際誤碼性能。一課題背景1信道編碼在移動(dòng)通信中，由于存在干擾和衰落，信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，所以
2、需要對(duì)數(shù)字信號(hào)采用糾、檢錯(cuò)技術(shù)，即糾、檢錯(cuò)編碼技術(shù)，以增強(qiáng)數(shù)據(jù)在信道中傳輸時(shí)抵御各種干擾的能力，提高系統(tǒng)的可靠性。對(duì)要在信道中傳送的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行的糾、檢錯(cuò)編碼就是信道編碼。信道編碼是為了降低誤碼率和提高數(shù)字通信的可靠性而采取的編碼。信道編碼之所以能夠檢出和校正接收比特流中的差錯(cuò)，是因?yàn)榧尤胍恍┤哂啾忍?，把幾個(gè)比特上攜帶的信息擴(kuò)散到更多的比特上。為此付出的代價(jià)是必須傳送比該信息所需要的更多的比特。傳統(tǒng)的信號(hào)編碼有漢明碼、BCH碼、RS碼和卷積碼。目前應(yīng)用較廣的有Turbo碼，以及5G即將使用的LDPC碼，還有具有應(yīng)用潛
3、力的Polar碼等。不同的信道編碼，其編譯碼方法也有所不同，性能也有所差異。2LDPC碼19/19從1964年Gallager發(fā)表的《Low-DensityCheck-ParityCode》一文標(biāo)志著LDPC碼的誕生，在文章中，他證明了LDPC碼性能接近于香農(nóng)極限，同時(shí)在文章中也提出了構(gòu)建H矩陣的一種方法，以及兩種解碼方法和示意性的硬件電路原理圖，但是由于當(dāng)時(shí)科技水平有限，硬件條件的限制，LDPC碼并沒(méi)有得到重視和推廣。直到1996年D.MacKay和R.Neal證明了LDPC碼性能和成本都優(yōu)于Turbo碼，LDPC
4、碼才有進(jìn)入人們的視野，掀起了一番研究的熱潮。隨后學(xué)術(shù)界對(duì)LDPC投入了大量的關(guān)注，對(duì)編碼矩陣構(gòu)造、譯碼算法優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究。其中比較關(guān)鍵的研究突破包括：高通的ThomasJ.Richardson提出的Multi-Edge構(gòu)造方法可以靈活的得到不同速率LDPC碼，非常適合通信系統(tǒng)的遞增冗余（IR-HARQ）技術(shù)；再加上LDPC的并行譯碼可以大幅度降低LDPC碼的解碼時(shí)間和復(fù)雜度，LDPC從理論進(jìn)入通信系統(tǒng)的障礙被全部掃清了。現(xiàn)在，LDPC碼被公認(rèn)為是性能最接近香農(nóng)極限的信道編碼之一。方法描述LDPC碼實(shí)際是一種線(xiàn)
5、性分組碼，即分為固定長(zhǎng)度的碼組，每一組內(nèi)k個(gè)信息位被編為n位碼組長(zhǎng)度，而（m=n-k）個(gè)監(jiān)督位被加到信息位之后形成新碼以實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)與糾錯(cuò)，記為(n,k)碼。當(dāng)分組碼的信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系為線(xiàn)性關(guān)系時(shí)，這種分組碼就稱(chēng)為線(xiàn)性分組碼。因此LDPC的編碼關(guān)鍵就在于從k比特的信息到長(zhǎng)度為n比特的碼組上的映射關(guān)系，通常由一個(gè)對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)矩陣H來(lái)表示。LDPC碼的主要特點(diǎn)在于其校驗(yàn)矩陣H的稀疏性，此種特性使得LDPC碼具有更好的易實(shí)現(xiàn)性。19/19LDPC碼的具體實(shí)現(xiàn)首先需要校驗(yàn)矩陣H的設(shè)計(jì)，隨后根據(jù)H陣即可相應(yīng)地生成編碼序列
6、完成編碼過(guò)程；通過(guò)信道傳輸之后對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)地譯碼，判決出原有信息位。每一部分的具體原理與過(guò)程在下文詳細(xì)闡述。1校驗(yàn)矩陣生成1.1基本校驗(yàn)矩陣的生成LDPC碼作為一種線(xiàn)性分組碼，可由其校驗(yàn)矩陣H陣唯一確定。而由于LDPC碼H矩陣的稀疏特性，矩陣中非零元素很少，因此每一LDPC碼所對(duì)應(yīng)的H陣又可由相應(yīng)的二分圖表示，稱(chēng)為該碼的Tanner圖。Tanner圖中的變量（比特）節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)至H矩陣中的每一列，也即對(duì)應(yīng)LDPC碼的每一碼比特；Tanner圖中的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)到H矩陣的每一行，也即對(duì)應(yīng)LDPC碼中的校驗(yàn)比特。
7、兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)之間的連接情況對(duì)應(yīng)H矩陣中元素的取值：若第i個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與第j個(gè)變量節(jié)點(diǎn)之間存在連接，則代表H矩陣的(i,j)個(gè)元素取值為1；若無(wú)連接則對(duì)應(yīng)元素為零。圖二.1與圖二.2分別是一個(gè)(16,8)LDPC碼的H陣與Tanner圖。圖Error!Notextofspecifiedstyleindocument..1(16,8)LDPC碼H陣19/19圖Error!Notextofspecifiedstyleindocument..2(16,8)LDPC碼Tanner圖在碼長(zhǎng)較長(zhǎng)的情況下，LDPC碼的H矩陣會(huì)十分龐大。因
8、此通常將H矩陣分塊表示：完整的H矩陣視作由多個(gè)Z*Z的子矩陣生成，原始的H矩陣即可由一個(gè)mb×nb的基本矩陣Hb表示（mb=mz,?nb=nz），Hb中每一元素對(duì)應(yīng)一個(gè)Z*Z子矩陣，Z被稱(chēng)為擴(kuò)展因子。其中準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼（QC-LDPC）較為常用，其特點(diǎn)在于每一子矩陣為全零方陣或單位陣向右循環(huán)移位得到的置換矩陣，因此各子矩陣都可由循環(huán)移位的位數(shù)
