多元LDPC码拓展最小和译码算法的研究

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数字通信已经广泛应用在日常生活的方方面面,包括手机、WIFI、有线电视等。在数字通信的相关技术之中,信道编码,也叫差错控制编码,是所有现代通信系统中不缺少的重要一环。其职责主要是保证信宿准确无误的会恢复出信源发出的消息,克服无线通信中干扰和衰落导致的传输差错,增强数据在信道中传输时抵御各种干扰的能力。低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check,LDPC codes)是近年来信道编码领域的热点,其具有很强的译码纠错性能和高速译码的潜力。与二元LDPC码相比,多元LDPC码表现出更好的纠错性能,当发生连续错误时,多元LDPC码不需要进行深度交织就能获得很好的纠错性能。这使得多元LDPC码能更好的满足未来无线通信系统的需求。EMS算法作为多元LDPC码译码算法中最具实用性的一类算法,其具有相当低计算量的特点。而随着硬件水平的不断发展,当前译码计算量已经不再是一个严苛的问题,现在的研究已经转而谋求纠错性能的改善。如何尽可能的保留EMS算法在译码计算量上的各种优势,同时获得更加优秀的纠错性能,是LDPC码研究中的关键问题之一,同时也会影响到未来通信系统研究。本文将从校验节点更新、变量节点调度等方面对EMS算法进行研究,提出了多种改进方法取得了EMS译码算法纠错性能的改善,并保持了译码计算量的优势,为在研项目提供了理论支撑。首先,本文引入了遗传算法,通过整理了多元LDPC码与遗传算法两者相互结合的思想将遗传思想其应用到EMS译码算法中,提出了G-EMS算法。其核心点是基于可靠性提出了两个约束条件来筛选可靠变量节点在译码过程中,当译码达到k次迭代之后,通过约束筛选高可靠度的变量节点并进行消息优化。这种方法使G-EMS算法在EMS算法的基础上提升了译码性能。其次,本文基于可靠性的思想,从LDPC码译码算法调度策略的角度出发,制定了校验节点可靠性的动态调度策略,即CRS策略。这种策略根据校验节点的可靠性判决其是否进行更新,进而部分变量节点也可以不再更新,此外根据实时调度的结果优化了部分变量节点的消息。相比于通常算法的洪泛机制和LBP调度,这种调度策略通过选择部分节点进行译码以及进行消息优化,改善了纠错性能,同时在译码计算量上并没有明显增加。最后,本文在CRS策略的基础上进一步研究,针对EMS算法的校验节点的相关细节,即因子修正与偏差值修正导致的收敛速度降低问题提出了基于硬信息的校验节点可靠消息修正,这种方法针对CRS策略中的部分次可靠校验节点提出,将选择出来的校验节点可靠消息进行优化以改善常规修正方法导致的收敛速度降低问题。由于此方法是基于CRS策略,当同时使用时可以进一步改进纠错性能,但几乎不再增加计算量。
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