低密度奇偶校验码译码算法及应用研究

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随着Turbo码的发明和迭代译码技术实现条件的成熟,低密度奇偶校验(LDPC)码这类基于稀疏图形定义的纠错码也重新被发现并逐渐成为编解码领域研究的热点。由于LDPC码构造方法灵活多变,同时具有多种可以高速并行实现的迭代译码算法,许多通信和存储系统已经或计划将LDPC码作为其核心纠错码方案。 LDPC码的标准软判决译码算法称为和积算法或置信传播(BP)算法,是一种基于信息传播机制的迭代译码算法。在实际应用中,由于码块长度的限制导致校验矩阵存在短圈,LDPC码在标准BP算法下的性能与最大似然译码性能相比还存在一定的差距。由于短圈对BP算法性能的影响,不同的退火机制被应用于BP算法的改进,我们提出一种适用于有限几何域构造的LDPC码的BP算法改进。标准的BP算法迭代机制称为流水机制,迭代过程中节点间的信息传递像流水般不间断的进行,对迭代机制的改进也可以改善BP算法的收敛性能。针对目前实际应用的LDPC码结构,我们提出一种校验节点和变量节点之间同步并行的迭代机制,在不增加硬件实现复杂度和译码延时的条件下,加快译码收敛速度,改善译码性能。 最小和算法是BP算法的一种有效的简化算法,原本复杂的校验节点计算被简化成求最小值的运算。由于最小值近似与标准的结果之间存在较大误差,有条件修正和无条件修正两种修正方案被用于最小和算法的改进,修正因子的优化分别通过对单个校验式的近似或密度演变算法来确定。我们结合上述两种修正方案的优点,提出~种自适应修正方法。对于中等以上长度的LDPC码,新修正方案有效地提高了译码性能,缩小了最小和算法和标准BP算法之间的件能差距。 比特翻转算法是LDPC码所特有的一种硬判决译码算法,它具有计算复杂度低,硬件实现简单,可快速并行译码等优势。加权比特翻转算法在比特翻转迭代译码的结构中引入部分来自信道的接收信息,作为比特翻转判据的权重因子,提高了硬判决算法的纠错能力。目前已有不少方案对加权比特翻转算法的加权因子或算法结构进行修正,在适当增加译码复杂度的条件下改善译码性能。我们综合考虑LDPC码校验式可靠度信息和置信传播机制,对加权比特翻转算法做出修正,提出两种实用的改进算法,使得基于比特翻转的算法性能进一步逼近软判决迭代译码算法。 BP算法和其他译码方案相结合,可以有效地克服短圈的影响,提高中短长度LDPC码的纠错能力。迭代排序统计译码算法将BP算法输出的软信息和排序统计译码算法相结合,改善了LDPC码的译码性能。但由于排序统计译码算法复杂度接近码长的三次方,较多的排序统计译码处理会给BP迭代算法带来比较长的译码时延。利用迭代过程中的累积对数似然比信息,我们提出一种改进的低复杂度迭代排序统计译码算法。在此基础上,排序统计译码算法可以和BP算法并行处理,在BP算法译码结束的同时给出排序统计译码算法的译码结果,在不增加译码延时的条件下提高译码性能。由于LDPC码具有较强的自检错能力,结合LDPC码编码的混合自动重传请求机制得到了广泛的关注和研究。针对递增冗余或数据打孔这些不同的重传机制,如何设计LDPC码的校验矩阵是提高系统吞吐量的关键问题。我们对数据打孔方式下的LDPC码的校验矩阵做了相应的优化。在不增加编译码复杂度的条件下,新的校验矩阵结合混合自动重传请求协议明显提高了数据通过率。
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