基于LDPC码的编码调制技术的研究

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本论文主要研究基于LDPC(Low-Density Parity-Check)码的编码调制技术。LDPC码是一种能够逼近Shannon限性能的好码。它具有译码简单,易于构造的特点。编码调制技术是通信系统中的关键技术之一,它能够在资源受限的情况下,提高系统的频谱利用率。本文根据不同类型LDPC码的特点,分别设计了三种基于LDPC码的编码调制方案。这三种方案能够在相对较低的编码、译码算法复杂度的情况下,使系统的译码性能逼近Shannon限。   首先,本文提出了一种具有快速译码算法的GLDPC(Generalized-LDPC)码。GLDPC码是LDPC码的扩展,它的译码性能要优于LDPC码;而且GLDPC码的译码性能中几乎没有译码错误平层。因此,在一些特殊的通信系统中,LDPC码将会被GLDPC码所替代。然而,GLDPC码良好的译码性能是以较高的译码复杂度为代价的。在给定Tanner图的情况下,GLDPC码的译码复杂性完全由其子码的译码复杂性来决定。因此,本文为GLDPC码设计了一类特殊的子码。这类子码可以看作是符号级上的校验码,并且可以通过快速傅立叶变换进行译码。实验结果与复杂度分析表明,本文所设计的GLDPC码在保持较好译码性能的情况下,译码复杂度得到明显降低。   其次,本文提出了一种基于二元LDPC码的多层叠加编码调制系统。该系统通过一个线性叠加映射器,将基于LDPC码的多层编码技术与调制技术结合到一起。该系统具有译码简单,易于实现,易于扩展等特点。因为功率分配问题是影响多层叠加编码调制系统性能好坏的核心问题,所以本文还提出了一种基于LDPC码的EXIT(EXtrinsic Information Transfer)算法的功率分配方案。实验结果表明,多层叠加LDPC码编码调制系统可以在不牺牲带宽的同时获得较好的性能。   最后,本文提出了一类具有快速编码算法的多元LDPC码。该多元LDPC码的校验矩阵由分块循环子矩阵构成,因此对存储空间的需求相对较少。该多元LDPC码是一种系统码,其编码算法的复杂度随着码长的增加而线性增加。另外,本文还在此多元LDPC码的基础上设计出一类适用于自适应编码调制系统的可变速率/可变域的多元LDPC码。其中,可变速率功能是通过信息缩短技术来实现的;而可变域功能是通过非零元素的替换技术来实现的。文中指出,这类可变速率/可变域的多元LDPC码的编、译码算法可以由一套编、译码器来实现;而且这类码可以获得较宽的频谱范围。实验结果表明,无论在恒定的通信系统或者自适应通信系统中,本文所构造的多元LDPC码都具有很好的译码性能。
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