面向磁记录信道的原模图LDPC码译码器的FPGA设计

针对传统原模图低密度奇偶校验（low density parity check,LDPC）码在译码硬件实现中,由于采用随机扩展方式,导致数据拥塞和布线困难,继而产生译码延时和资源消耗的提高及吞吐量的下降问题,通过2步准循环扩展得到了适于硬件实现的码字结构,设计了一种面向磁记录信道的原模图LDPC码译码器。该译码器信息更新采用基于TDMP（turbo decoding message passing）分层译码的归一化Min-Sum算法使得译码器具有部分并行架构;同时为了降低译码时间及功耗,给出一种低资源消耗的提前终止迭代策略。硬件实现结果表明,该译码器的译码性能十分接近相应的浮点算法,在低资源消耗的前提下,工作频率可达183.9 MHz,吞吐量为63.3 Mbit/s,并可同时适用于多种原模图LDPC码。     

GPU的QC-LDPC码译码器设计与实现

在连续变量量子密钥分发(continuous variable quantum key distribution,CV-QKD)系统中,通信双方需要在远距离低信噪比的条件下进行密钥协商,必须选用码率较低,码长较长的码字.设计了一种基于图形处理器(graphics processing unit,GPU)的准循环低密度奇偶校验(quasi-cyclic low density parity check,QC-LDPC)码的高速译码器.该译码器采用收敛速度更快的分层置信传播译码算法(layered belief propagation algorithm,LBPA)实现,减少了所需的译码循环次数,并且该译码器译码扩展因子较大的QC-LDPC码,在全矩阵大小恒定的情况下,使得子矩阵的数量相对较少,从而减少了串行译码的数量.该译码器分配GPU线程对应变量节点,增加了线程的利用率,并且将所需的基矩阵信息进行合并存储,减少了GPU内存的占用.仿真结果表明,在译码长为106,码率为0.1的码字,且同时译码16个码字,迭代50次的情况下,该译码器达到了41.50 Mbits/s的吞吐量.     

一种改进的LDPC码BP译码算法

通过对LDPC码经典的BP译码算法进行研究,针对算法译码复杂度非常大、迭代次数多、不利于硬件实现的问题,提出了一种改进的BP译码算法.改进算法通过实时监控在连续3次迭代中译码是否稳定来减少在信噪比低于译码阈值时的迭代次数.同时,在变量消息更新过程中对传递的校验信息进行数据约束,防止由于数据溢出而导致的译码失败.仿真结果表明,改进的BP算法,在性能损失不大的情况下可以有效地降低译码的复杂度,从而更利于硬件的实现.     

MIMO系统中基于预编码的IR—HARQ方案

多输入多输出系统与混合自动请求重传技术的结合,能够实现高的传输速率,提高系统的可靠性．该文主要针对多输入多输出系统中基于预编码的混合自动请求重传技术,提出将递增冗余的合并技术代替传统的Chase合并方案,递增冗余合并主要通过递增发送的码字的冗余度,以增大正确译码的概率,从而增加数据吞吐量．仿真结果表明,无论是误比特率还是信息速率,采用递增冗余的方案都能给系统带来增益．     

基于稀疏序列LDPC的多层码的迭代译码

提出一种稀疏二进制序列构造的LDPC码作为分量码,译码采用串行迭代的多层码方案.每次串行迭代译码逐层进行,低层向高层传递译码软信息.采用该方案分别对8PSK和16QAM调制的多层码进行串行迭代译码和并行迭代译码的性能仿真.仿真结果表明:该方案的编码复杂度较低,相比于并行迭代译码,串行迭代译码简化了译码结构,且2种迭代译码算法复杂度相同;在AWGN信道和平坦瑞利衰落信道中,串行迭代译码的误比特性能优于并行迭代译码.     

低密度校验码编码系统混合ARQ协议设计

分析了低密度校验(LDPC)码译码所产生的错误码字中码位的译码输出量可靠度信息的统计特性。结合自动重传请求(ARQ)协议提出了一种简单高效的混合ARQ方案,和基于译码可靠度的混合ARQ方案（RB-HARQ）的性能进行了比较。仿真结果说明,在考虑反向信道重传请求消息信息比特功率的条件下,混合ARQ方案的总体性能超过RB-HARQ方案,具有较强的实际应用价值。     

基于FPGA的准循环LDPC码低时延译码器设计

针对准循环低密度奇偶校验码(LDPC码),提出一种基于FPGA的低延时译码器硬件实现结构. 该译码器基于最小和译码算法,充分利用FPGA的RAM存储结构及流水线运算方式提高译码吞吐量,降低译码时延. 该结构适用于大部分准循环LDPC码,且译码迭代一次只需约2倍缩放因子大小的时钟数量. 与非流水线译码结构相比,在不增加资源占有率的情况下,译码时延降低到原来的1/7.      

一种基于伴随式的乘积码迭代译码算法

通过改进传统线性分组码的伴随式译码算法，提出了一种低复杂度的列表译码算法，该算法通过组合线性分组码校验矩阵中权重较小的列向量进行译码并正确计算出各码字元素的软输出信息，应用该算法可以构造乘积码迭代译码器，比较其他同类算法，该算法不仅性能较好，适用码型范围较广，而且可以根据具体情况在译码复杂度和译码性能两者之间做出折衷选择，分析和仿真结果表明，该译码算法在误码性能和译码复杂度方面都优于传统的乘积码失代译码算法，能够有效应用于通信系统中实现纠错，具有很大的实际应用价值。     

改进的TPC译码器设计与实现

为改进Turbo乘积码(TPC)硬件译码器的性能和降低实现复杂性,采用理论分析和实现仿真的方法,通过对TPC码基本编译码原理的深入分析,基于Chase2软判决译码算法的迭代译码过程的研究和仿真基础上,提出改进迭代译码过程中外部信息计算的方法,给出了其FPGA设计和实现方法.研究结果表明:使用的改进算法对编码参数为(64,57,4)的TPC码进行译码在译码迭代次数为3次、不可靠位数选择为3位时,在误比特率为10-6条件下,编码增益能达到6.8 dB.     

一种改进的LDPC码的PEG构造算法

PEG构造算法是迄今为止构造性能优异的中短码长LDPC码的一种有效的构造方法,然而直接采用该算法构造LDPC码的编码复杂度正比于码长的平方,使其成为实用化过程中的一个瓶颈.针对该问题,基于具有线性编码复杂度的迭代编码算法,提出了一种改进的PEG构造算法.仿真结果表明,在MSK调制情况下,虽然改进的PEG构造算法构造的LDPC码码字与PEG构造算法构造的码字的纠错性能基本一致,但是其最大的优势在于具有更低的硬件实现复杂度.     

Kite code-based incremental redundancy hybrid ARQ scheme for fast-fading channels

Incremental redundancy hybrid automatic repeat request （IR HARQ） has been extensively studied for reliable data transmission over slow-fading or quasi-static channels. With the increase in movement speed of users and the use of long code words for data transmission, IR HARQ strategy in fast-fading channels is starting to attract attention in the academia. This paper studies the perfor- mance of the IR HARQ strategy based on Kite codes （a class of rateless codes） in the finite regime over fast-fading channels where a number of channel realizations are experienced in each retransmission round. We propose an algorithm that exploits current decoding reliability to determine the size of subsequent retransmissions. Long- term throughput and delay constraint throughput are ana- lyzed and compared. Furthermore, in HARQ systems available, most of the computation power is consumed on failed decoding if a code word is retransmitted many times, which is not energy-efficient. Therefore, to improve theenergy efficiency, we propose two efficient algorithms （early stopping algorithm and freezing node algorithm） for incremental decoding, which reduce the computational complexity of the most time-consuming steps in decoding procedure. Simulation results show that the substantial complexity reduction is achieved in terms of the total required number of decoding iterations and the required node operation complexity compared to conventional incremental decoding scheme.     

移动通信中基于Turbo码的混合ARQ方案

在移动环境中,由于信道的时变特性,单纯的FEC或ARQ机制往往无法提供所希望的系统性能。为了提高数据及图像的传输可靠性,需采用ARQ与FEC相结合的混合ARQ差错控制方案。首先介绍了几种常见的以Turbo码作为纠错码的混合ARQ方案,然后研究了基于Turbo码组合译码的有限次重传混合ARQ方案,给出了传输方案及组合译码算法。仿真结果表明,低Eb/No时,该方案对通过率有明显改善。     

改进的Turbo码自适应迭代译码算法及其性能仿真

获得优良的差错控制特性和多次迭代处理产生大的时间延迟是一对矛盾.为了有效解决这一问题,对Turbo码机理和迭代译码技术进行了深入研究,在此基础上,提出一种改进的自适应迭代译码算法.该算法的实质在于其新颖的译码迭代终止判决策略.通过使用译码器产生的尾比特进行错误检测并设计合适的最小迭代译码次数Imin,可以确保在较低的误码率情况下,有效地减少平均译码处理的迭代次数.计算机仿真以及对仿真结果的比较分析证明了这种改进的Turbo译码算法能够有效减少译码时间延迟.     

截短Turbo混合ARQ及衰落信道下的性能

为了提高移动通信中数据及图象的传输可靠性 ,需采用自动重传请求 (ARQ)与前向纠错 (FEC)相结合的混合ARQ信道编码 (HARQ)技术 ,该文提出了基于 Turbo码编码的有限次重传 HARQ方案。给出了传输结构及组合译码算法 ,分析了系统通过率 ,讨论了该方案 Turbo码译码迭代次数及帧长度对系统性能的影响。通过分析仿真 ,说明了本方案具有数据存贮量小、系统通过率高、延迟小并易于实现的优点     

LT码的标记重传BP译码算法

当通信系统允许反馈时,LT码可以利用重传信息分组获得良好的性能,但是多次请求重传造成接收端等待时间过长,导致整个译码时间增加.为了减少重传次数和译码时间,提出了MR-BP(mark and retransmission belief propagation)译码算法.在BP(belief propagation)译码失败后,利用标记向量标记需要重传的信息分组,选取标记的信息分组.假设这个信息分组已经解码,把向量与分组的值作为整体继续BP译码.接收端只需要收到请求标记矩阵中标记的信息分组即可成功解码.MR-BP译码算法不仅解决了BP译码算法失败率大的问题,而且一次请求信息分组也明显地减少了译码时间.经过仿真验证,在重传分组数相同的情况下,译码时间明显减少.     

基于AWGN信道下Turbo码的性能仿真及分析

给出Turbo码在AWGN信道下的仿真系统结构。仿真系统的Turbo编码器由2个相同的分量编码器通过交织器并行级联而成，编、译码器中所用的交织器为随机交织器，SISO译码算法采用Log—MAP算法，通过计算机仿真，对RSC结构、交织器长度、凿孔和循环迭代次数等主要因素进行分析。结果表明：由于Turbo码很好利用迭代译码方法以及香农信道编码定理中的随机性编码译码条件，在AWGN信道的低倍噪比条件下Turbo码能发挥良好性能。     

基于和积算法的汉明码迭代译码性能分析

现代高效纠错码采用了迭代译码，极大地提高了系统的纠错性能，因此用迭代译码对汉明码译码系统进行了设计，并且用因子图与和积算法等现代编译码理论对汉明码的迭代译码过程进行了理论分析。实验结果表明，在加性高斯信道下，在误码率为10^-2时，汉明码迭代译码较古典译码仿真结果大概提高了3dB，同时，汉明码的迭代译码方式与最佳的枚举译码方式的性能相当，但译码复杂度有显著下降，这使得迭代译码在汉明码中的实际运用具有重要价值。     

一种改进的多进制LDPC码的译码算法

提出了一种多进制LDPC码基于EMS的改进算法,从译码效率的角度分析计算复杂度.利用变量节点的可靠程度随迭代次数的增加而增加的特点,采用每个变量节点的非法校验值结合变量节点的最大伪后验概率来判断变量节点的可靠性,通过判断准则让一部分节点提前终止迭代,减少迭代过程中不必要的校验节点和变量节点的更新,从而降低复杂度,提高译码效率.对该算法在高斯白噪声信道,基于GF(4)有限域,码率0.5的规则LDPC码(8 192,3,6)进行了仿真,结果显示:改进的EMS译码算法相对传统的EMS译码算法,在误码性能上的损失极小(当误码率10-4时,信噪比损失大约0.05 dB),而且随着信道条件的改善,这种损失进一步减少,但计算复杂度大大降低,译码效率大大提高.     

一种提高喷泉码译码成功率的算法

喷泉码采用的信度传播(BP)译码算法与最大似然译码相比具有低复杂度的优势,然而受到编码随机性的影响,其失败概率也较高。该文提出一种改进译码算法,在传统的BP译码失败时,通过将未译出的数据包假设为已知,使得迭代译码的条件重新满足,译码过程得以延续,并通过后续的译码过程求出假设包的真实值,从而译出更多的数据包。研究了该算法中假设包选取策略和假设包数等参数的设置问题。仿真结果表明,对于码长为10000,译码开销为5%的LT码,采用最大度选取策略,假设包数为20时,该算法使译码成功率达到98.2%,比现有BP译码算法提高约18.3%。