基于有限域空间耦合LDPC码的构造与设计

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空间耦合 LDPC 码(Spatially-Coupled LDPC,SC-LDPC)源自于 LDPC 卷积码,由于其优良的阈值而受到人们的广泛关注。对于二元无记忆对称信道,已经证明了规则LDPC码的最大后验概率(Maximum a Posterior,MAP)阈值可以通过空间耦合一系列原始LDPC码生成的码集的置信传播(Belief Propagation,BP)阈值来逼近,这就是所谓的阈值饱和现象。准循环LDPC码(Quasi-Cyclic LDPC,QC-LDPC)由于其低复杂度和高度并行的编码和译码,已被各种通信系统标准化。由于QC-LDPC码和SC-LDPC码的优点,本文主要从理论上研究了在任意有限域上具有准循环结构的SC-LDPC码的构造,此类码称之为SC-QC-LDPC码(Spatially-Coupled Quasi-Cyclic LDPC,SC-QC-LDPC)。本文构造SC-QC-LDPC 码是基于有限域的确定性构造,这避免了耗时的计算机搜索,同时确保了校验矩阵的Tanner图的围长至少为6,这也通常保证了码的优良性能。具体内容如下:(1)LDPC码的基本原理与SC-LDPC码的基本结构介绍。首先,针对影响LDPC码性能的重要因素——围长,提出了一种基于有限域构造SC-LDPC码的一般方法,由此构造出的SC-LDPC码的校验矩阵所对应的Tanner的围长至少为6。然后,基于一般方法,并结合RS码的特性,给出了基于RS码SC-LDPC码的构造方法。(2)研究了基于有限域二进制和多进制SC-LDPC码的构造。首先,基于SC-LDPC码、QC-LDPC的基本结构,提出了一种构造二进制和多进制SC-QC-LDPC码的一般方法,所提出的方法是基于在有限域GF(q)上对满足2 × 2子矩阵约束的修饰基矩阵的阵列散列,由此导出的稀疏校验矩阵所对应的Tanner图的围长至少为6。然后,基于一般方法,提出了 3种构造二进制和多进制SC-QC-LDPC码的特定方法,由此构造出了 6类二进制SC-QC-LDPC码和多进制SC-QC-LDPC码。(3)研究了基于RS码SC-LDPC码的构造。首先,基于一类特殊RS码的通用校验矩阵,给出了基矩阵和修饰矩阵的构造,根据(2)中的一般方法构造出的SC-LDPC码的稀疏校验矩阵所对应的Tanner图的围长至少为6。然后,基于RS码构造的结构化SC-LDPC码,给出了基矩阵和修饰矩阵的构造,根据(2)中的一般方法构造出的SC-LDPC码的稀疏校验矩阵所对应的Tanner图的围长至少为6。
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