LDPC码的高效译码算法研究

对于LDPC码的译码算法即和积算法,目前的简化算法多在对数域中进行。提出了一种新的基于差分的译码算法,其主要思想是：在LDPC码的二部图上所传递的消息是概率的差分值,而对于校验节点和消息节点的更新都是在特定的加法域中进行。针对校验节点的更新,还可以选择若干个绝对值最小的差分值进行运算,以进一步降低复杂度。与传统的基于对数似然比的译码方法相比,该算法的计算复杂度有很大降低,而译码性能和收敛速度没有明显损失。     

基于准循环LDPC码译码软信息的码辅助帧同步算法

确保较低信噪比条件下的系统帧同步,是LDPC码在系统应用中的关键问题。基于最大似然的准则,提出了一种适合准循环LDPC编码系统的码辅助盲帧同步算法。该算法通过计算不同帧偏移处的信道输出软信息向量满足LDPC码校验矩阵中所有校验方程的概率与违背所有方程的概率的对数似然比值,再根据最大似然值对应的信息向量确定最终的帧同步边界。新算法可借助译码器的部分资源来实现帧同步搜索,提高了译码器的利用率,降低了实现复杂度;无需一次完整的迭代译码过程,减少了同步捕获的时间。仿真结果表明,相比已有的码辅助盲帧同步算法,新算法具有较好的帧同步性能;借助新同步算法仿真获得的系统误比特率和帧错误率接近已有的码辅助帧同步算法的译码性能。     

软判决在纠错编码中的应用

纠错编码中解调后对输出信息不判决而直接送给译码器进行译码的方法称为软判决方法,这样得到的信息就是软信息.从信息论的角度分析了软判决和硬判决时的信道容量,通过数学推导得到两种判决方式下信道容量的表达式,简要介绍了卷积码和Turbo码的编译码方法,并将软判决的观点应用于卷积码和Turbo码中.仿真结果表明,在解调器的输出端使用软判决的方法对这两种纠错编码方式来说都可以得到2dB左右的编码增益.     

残留频偏下LDPC-MSK系统码辅助载波同步算法

针对低信噪比条件下低密度奇偶校验码〖CD*2〗最小频移键控系统载波同步实现困难的问题,提出了一种新的码辅助载波同步算法。该算法将译码软信息分别运用到基于代价函数的载波粗同步和基于最大似然迭代的载波细同步之中,将同步器、解调器与译码器联合迭代,从而实现较理想的载波同步。理论研究和仿真结果表明,在低信噪比条件下,该算法能够在大频偏、大相偏范围内实现有效的载波同步,并以较低系统复杂度的代价,获得近似理想的系统性能。     

Walsh码软扩频信号降噪算法

针对低信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)条件下, Walsh码软扩频信号盲解扩以及多址信号盲分离难以实现的问题,提出一种Walsh码软扩频信号降噪算法。首先,采用经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)算法将Walsh码软扩频信号分解为有限个本征模态函数(intrinsic mode function, IMF),分界点位置可通过Walsh码软扩频信号和噪声的IMF自相关函数收敛速度的差异进行判断。然后,采用小波软阈值滤波算法处理分界点之前的IMF。最后,利用处理后的低阶IMF和分界点后的IMF重构Walsh码软扩频信号,减少由于降噪造成的信号损失。仿真结果表明,在一定低SNR范围内,降噪算法以较低误码率(bit error rate, BER)实现解调,信号损失较少。     

基于FPGA的Turbo码译码算法实现

在分析Turbo码编译码中MAP类译码算法的基础上,重点研究了Max-Log-MAP译码算法的工程实现方法.为解决Turbo码译码嚣FPGA实现时的复杂性高、存储量大的问题,提出了一种基于FPGA的优化译码器结构和译码算法实现方案,有效减少了存储容量,提高了处理速度,并在Altera的EP2S90芯片上实现了10MHz速率的Turbo码译码器,通过时序仿真验证了译码结构的有效性.     

迭代接收机中软译码算法的低复杂度实现

Max-Log-MAP算法因其更适于迭代处理已成为解决低信噪比条件下信号接收问题中的常用译码算法.提出一种新颖的性能/复杂度折衷策略来解决算法的实用化问题.新算法的巧妙之处在于利用MAP算法中误比特率最小的特点,通过简单的全局路径对比实现状态缩减;分析译码软输出对接收机迭代性能的影响,提出大噪声环境下的可靠度放大策略以改善性能.仿真结果表明,该算法在信噪比小于5dB时,能够十分逼近 Log-MAP 的误码性能,同时其实现复杂度只为Max-Log-MAP算法的40%～50%.     

一种LDPC码的联合译码算法

在加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise, AWGN)信道中设计一种低密度奇偶校验(low-density parity-check, LDPC)码的最大似然译码算法是一项具有挑战性的工作。麦克斯韦译码算法在二进制擦除信道下具有优越的性能,但把这种算法移植到其他信道却非常困难。引入了信道转换的思想实现两个不同信道之间的转换,并利用该方法成功地将麦克斯韦算法应用到AWGN信道中,提出了一种将信度传播算法和麦克斯韦算法有机结合的联合译码算法,即信度传播麦克斯韦译码算法,该算法可缩小与最大似然译码算法之间的性能差距。仿真表明,该译码算法可打破大多数小陷阱集从而获得比信度传播译码算法更低的误帧率,并且可消除大多数信度传播译码后出现的小错误。     

RaptorQ喷泉码编译码算法分析及优化

RaptorQ喷泉码是喷泉码的最新研究成果,理论分析和仿真验证表明,RaptorQ喷泉码是性能最好的喷泉码,同时也是编译码复杂度最高的喷泉码。针对RaptorQ喷泉码编译码复杂度高这一问题,以国际标准RFC6330所设计的RaptorQ码编译码流程为基础,提出一种RaptorQ编译码算法的优化版本。新的编译码流程通过固定生成矩阵的方式提前计算好生成矩阵并存储,方便随时调用;通过提前列变换的方式规避多次寻找标准行和高斯消去操作,以及通过去稀疏化的方式,减少编译码过程中的矩阵乘法和异或运算。仿真比较优化前后的编译码算法,结果表明,优化后的RaptorQ码编译码流程能够在保证传输性能不变的同时,减少RaptorQ喷泉码编译码基本运算次数、缩短RaptorQ喷泉码编译码的时间,降低了编译码的计算复杂度,并保持了传输性能。     

LDPC码混合加权比特翻转译码算法

为了减少比特翻转算法中环路振荡引起的误码,提出了一种低密度奇偶校验（low-density parity-check, LDPC)码并行混合加权比特翻转译码算法。该算法采用多比特翻转方式,当出现环路振荡时,加入一随机扰动改变目标函数来减少由于环路振荡引起的误码,同时从数学角度分析了其误码产生的原因。仿真表明,与原有的比特翻转算法相比,该算法以较低的复杂度获取了误码率性能的改善和收敛特性的提高。     

超宽带通信中空时分组码的一种闭式盲解码法

针对应用于超宽带(UWB)通信中的正交空时分组码提出了一种计算复杂度较低的盲解码方法。利用正交空时分组码的特性,估计出信道矩阵,并将该信道矩阵用于最大似然接收机,从而得到发送信号的估计。平坦衰落环境中的仿真表明,该方法能够实现和相关接收相同的分集增益;并且随着信道相关时间的增加,性能逐渐接近于相关接收。     

Weighted symbol-flipping decoding algorithm for nonbinary LDPC codes with flipping patterns

A novel low-complexity weighted symbol-flipping algorithm with flipping patterns to decode nonbinary low-density parity-check codes is proposed.The proposed decoding procedure updates the hard-decision received symbol vector iteratively in search of a valid codeword in the symbol vector space.Only one symbol is flipped in each iteration,and symbol flipping function,which is employed as the symbol flipping metric,combines the number of failed checks and the reliabilities of the received bits and calculated symbols.A scheme to avoid infinite loops and select one symbol to flip in high order Galois field search is also proposed.The design of flipping pattern’s order and depth,which is dependent of the computational requirement and error performance,is also proposed and exemplified.Simulation results show that the algorithm achieves an appealing tradeoff between performance and computational requirement over relatively low Galois field for short to medium code length.     

Optimal and suboptimal structured algorithms of binary linear block codes

The optimal and suboptimal structured algorithms of linear block codes from the geometrical perspective are represented.The minimum distance and weight property lemmas and the theorem are proved for the generator matrix.Based upon the property of generator matrix,the structured algorithms of linear block codes are demonstrated.Since the complexity of optimal structured algorithm is very high,the binary linear block codes is searched by using the suboptimal structured algorithm.The comparison with Bose-Chaudhuri-Hocquenqhem(BCH) codes shows that the searched linear block codes are equivalent on minimum distance and can be designed for more block lengths.Because the linear block codes are used widely in communication systems and digital applications,the optimal and suboptimal structured algorithms must have great future being widely used in many applications and perspectives.     

广义交叉乘积累加码

为设计具有线性编、译码复杂度及逼近香农限性能的信道编码结构,在并行级联的单奇偶校验码之间引入交叉结构以构成外码,以累加器为内码,提出了一种新的串行级联编码--广义交叉乘积累加码。以外信息转移图为工具对广义交叉乘积累加码进行设计,并给出一个广义交叉乘积累加码的设计示例。分析及仿真结果表明,该示例具有线性编、译码复杂度,其收敛门限距香农限仅有约0.32 dB的距离。     

基于共轭梯度求解代价函数的卷积码参数识别算法

卷积码常作为级联码、Turbo码等高性能编码的子码,正确识别出卷积码的参数是级联码、Turbo码参数识别的基础,这要求卷积码参数识别算法具有较强的抗噪能力。利用解调软判决序列可以有效提高识别算法的抗噪能力。根据递归系统卷积码编码码元间的线性约束关系构造了一个基于指数函数的代价函数模型,将生成矩阵的识别问题转化成求解代价函数极小值的最优化问题,并采用共轭梯度法不断逼近极小点。仿真结果显示,与现有算法相比,所提方法显著提高了抗噪能力,且适用性强、收敛速度快。     

一种基于SOM解码的多类支持向量机

提出了一种基于自组织映射(self-organizing map,SOM)解码的多类SVM算法。该方法首先按照纠错输出编码(error correcting output codes,ECOC)训练子SVM二分类器,然后根据训练样本的输出训练SOM网络,得到其最优权值,最后对未知数据进行分类,这样充分考虑到了二分类器的输出置信度,而且有效地克服了同时和多个类别的距离最小的情况。通过对实际的Iris数据和Yale人脸库的分类实验,结果表明,新算法对于解决多类SVM的分类问题是很有效的。     

脉冲信道下基于深度学习的BP译码方法

在脉冲信道下,针对置信传播(belief propagation, BP)算法对短码长的低密度奇偶校验(low-density parity-check, LDPC)码译码性能差的问题,提出了一种基于深度学习的BP译码方法。首先,根据Tanner图构建两种深度神经网络模型,通过对Tanner图中边的权重重新赋值来提升译码性能。然后,简化信道对数似然比(log-likelihood ratio, LLR)的计算方法,通过模型训练优化近似计算参数,得到对参数γ鲁棒的译码模型。最后,构造鲁棒训练集,训练得到对参数α和γ鲁棒的译码模型。仿真结果表明,在高码率时,该方法相对于传统BP译码算法性能显著提升,且在近似计算信道LLR值时,译码性能在不同参数的脉冲信道下均具有鲁棒性。     

从π-旋转LDPC码到Q-矩阵LDPC码的演进

介绍了基于π 旋转矩阵的低密度奇偶校验码(LDPC码)的构造方法,对π 旋转矩阵进行了研究和改造,对其约束条件进行加强,在此基础上定义了Q 矩阵,并提出Q 矩阵LDPC码的构造方法。Q 矩阵是约束满足问题的解,具有快速搜索算法,并能用循环移位的方法获得Q 矩阵集。利用Q 矩阵能快速灵活地构造不含4线循环的大型稀疏奇偶校验矩阵,从而生成LDPC码。提出的编码器设计基本思想是按照有利于LDPC码的构成及其电路设计的方式将奇偶校验矩阵H分解成两个子矩阵,通过对H的分解与重构运算直接构成码字。由于不需生成矩阵G,使LDPC码编码器的实现代价大幅度的降低。