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卫星导航系统中LDPC码的研究

卫星导航系统中LDPC码的研究

作者：滕光耀哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

卫星导航系统能够提供导航、定位和授时等服务，是现代化生活中不可或缺的一部分。导航系统中的信道编码直接影响着导航系统的服务质量，信道编码的选择是导航系统设计的重要部分。LDPC码作为一种接近香农限的差错控制编码，近年来得到... 详细信息

卫星导航系统能够提供导航、定位和授时等服务，是现代化生活中不可或缺的一部分。导航系统中的信道编码直接影响着导航系统的服务质量，信道编码的选择是导航系统设计的重要部分。LDPC码作为一种接近香农限的差错控制编码，近年来得到了越来越多的应用。用LDPC码代替目前导航系统中所使用的卷积码，能够提升导航系统的性能。GPS系统会于2013年首次尝试使用LDPC码编码的导航电文，这将进一步推动卫星导航系统的现代化。本文对LDPC码的构造方法以及LDPC码在卫星导航系统中的应用做了探讨。本文首先介绍了卫星导航系统的基本知识，研究全球主要卫星导航系统的导航电文结构，分析了各大导航系统所采用的信道编码方法。然后介绍了LDPC码的基本知识，讨论了LDPC码的编译码方法，介绍了快速编码算法和易于软硬件实现的译码算法。介绍了基于有限域几何与基于循环置换矩阵构造准循环LDPC码的方法，在此基础上，提出了辅助的方法使得有限域几何法能够构造码长与码率灵活多变的LDPC码。采用下山法和分层法来构造大环长的循环置换矩，提出了能够加快搜索速度的快速下山法，针对下山法和分层法提出了一种易于编码的结构。对设计的LDPC码进行了仿真，验证了所提方法的性能和可行性。对采用卷积编码的三种导航电文在高斯白噪声信道下的性能进行了仿真。利用有限域几何法与循环置换矩阵的方法设计了多组符合GPS CNAV-2电文参数的LDPC码，进行了性能仿真，并与采用卷积编码方式的导航电文进行了性能对比。计算了LDPC码的编译码复杂度，分析了编码延迟对LDPC码在导航系统中应用的影响，列举了LDPC选取时的注意事项。阐述了LDPC码在导航系统中的应用前景。

关键词：卫星导航系统导航电文 LDPC码有限域几何循环置换矩阵

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QC-LDPC码打孔算法研究与设计

QC-LDPC码打孔算法研究与设计

作者：薛宇丛南京信息工程大学

学位级别：硕士

低密度奇偶校验码,即LDPC(Low-Density Parity-Check Codes)码,因具有接近Shannon极限的纠错、检错性能以及较低的译码复杂度,在过去的十年间得到广泛研究。得益于LDPC码编码、译码方案的不断改进,LDPC码的适用性和可操作性大大提高。... 详细信息

低密度奇偶校验码,即LDPC(Low-Density Parity-Check Codes)码,因具有接近Shannon极限的纠错、检错性能以及较低的译码复杂度,在过去的十年间得到广泛研究。得益于LDPC码编码、译码方案的不断改进,LDPC码的适用性和可操作性大大提高。为使数字通信系统获得更高的容量和频谱利用率,通常采用打孔(puncturing)的方法实现码率自适应,即根据信道的实时性能自适应地改变编码方式和调制方案等。然而打孔通过删余部分码元信息来调整码率大小,破坏了校验矩阵中置信信息的完整性,对LDPC码的纠错能力造成影响,这一缺点限制了LDPC码在移动通信等系统中的应用。本课题旨在解决LDPC码的这一问题,促进LDPC码更为广泛的应用。准循环低密度奇偶校验(Quasi-Cyclic Low-Density Parity-Check,QC-LDPC)码是一种高度结构化的LDPC码,其自身的准循环特性能够简化编码过程,同时提高译码效率。为降低QC-LDPC码在译码过程中的误码率和误帧率,改善通信系统在有噪信道中的性能,本课题从研究QC-LDPC码的结构出发,结合QC-LDPC码Tanner图的环路特性,提出一套改进的打孔方案。首先设计合适的基于循环置换矩阵的QC-LDPC码,从校验矩阵的构造上简化编码程序,根据其编码实现给出对应的二分图表示形式。结合QC-LDPC码校验矩阵结构和译码性能的理论关系,提出一种检测最小环路围长的方法,并给出算法方案的详细描述和流程图。其次,基于此算法构造一组最小环路围长递增的QC-LDPC码校验矩阵,选择合适的最大迭代次数,在高斯白噪声信道下进行误码率和误帧率仿真,以检测矩阵最小环路围长对译码性能的影响,从而验证算法的合理性和适用性。在此算法的基础上,解决有限码长的QC-LDPC码的打孔问题。已知打孔方案的选取会影响译码性能,本课题提出基于最小环路围长的一系列打孔位置和打孔数量的选取方案,控制变量进行仿真和对照,并与现有的打孔方案对比,比较各打孔方案的优劣。最终明确最小环路围长对于打孔位置和打孔数量的影响,并保留最佳方案。

关键词： QC-LDPC码最小环路循环置换矩阵打孔

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码长码率变化的QC-LDPC码

电子质量 2022年第5期 1-4,35页

作者：薛辉厦门九华通信设备厂福建厦门361000

提出了一种构造准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码的方法,它利用一个环长(girth)较大的QC-LDPC码作为基准码,对其校验矩阵中的循环置换矩阵进行压缩和行合并,从而构造出不同码长码率的码字。分析和仿真结果表明,采用这种方法构造出的码... 详细信息

提出了一种构造准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码的方法,它利用一个环长(girth)较大的QC-LDPC码作为基准码,对其校验矩阵中的循环置换矩阵进行压缩和行合并,从而构造出不同码长码率的码字。分析和仿真结果表明,采用这种方法构造出的码字比采用传统的PEG(progressiveedge-growth)算法构造出的码字具有优越的误码率性能和较低的实现复杂度。

关键词：低密度奇偶校验码循环置换矩阵压缩行合并

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一种基于循环矩阵扩展的广义RA码优化设计

军事通信技术 2010年第2期31卷 15-18+52页

作者：刘朋利徐友云李杰解放军理工大学通信工程学院研究生3队解放军理工大学通信工程学院无线通信系

由重复器、交织器、组合器和广义累加器组成的广义系统RA码,在译码时可采用置信传播译码算法,其性能受校验矩阵的小环影响较大。文章通过先进行交织器设计,后进行循环移位矩阵填充的方式,给出了一种广义RA码的优化设计方法。仿真结果表... 详细信息

由重复器、交织器、组合器和广义累加器组成的广义系统RA码,在译码时可采用置信传播译码算法,其性能受校验矩阵的小环影响较大。文章通过先进行交织器设计,后进行循环移位矩阵填充的方式,给出了一种广义RA码的优化设计方法。仿真结果表明,该设计方法可以有效缩少校验矩阵中短环的数量,从而提高误码性能,且结构简单,易于实现。

关键词：低密度奇偶校验码广义重复累积码循环置换矩阵交织器

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欧氏几何准循环LDPC码构造方法改进

西安邮电学院学报 2013年第2期18卷 14-17,21页

作者：刘原华张美玲何华西安邮电大学通信与信息工程学院陕西西安710121

为降低短环对低密度奇偶校验(low-density parity-check,LDPC)码迭代译码性能的影响,提出一种改进的基于欧氏几何的准循环LDPC码构造方法。利用已有的欧氏几何方法构造出不含4环的大矩阵,统计其中的短环分布并逐步将参与短环数最多的行... 详细信息

为降低短环对低密度奇偶校验(low-density parity-check,LDPC)码迭代译码性能的影响,提出一种改进的基于欧氏几何的准循环LDPC码构造方法。利用已有的欧氏几何方法构造出不含4环的大矩阵,统计其中的短环分布并逐步将参与短环数最多的行和列删除,使构造出的准循环LDPC码包含较少的短环,从而降低短环对迭代译码性能的影响。仿真结果表明,与已有欧氏几何LDPC码相比,改进方法构造的LDPC码具有更少的短环,可获得更好的纠错性能。

关键词：低密度奇偶校验码准循环循环置换矩阵

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基于移位矩阵优化的LDPC码构造

信息安全与通信保密 2011年第3期9卷 55-57,60页

作者：薛栋亮李祥学郑东上海交通大学信息安全工程学院上海200240 华东师范大学计算机科学与技术系上海200241 杭州师范大学杭州市电子商务与信息安全重点实验室浙江杭州310036

环的存在对准循环LDPC(Low Density Parity Code)码的译码效率造成很大影响,拥有尽可能好的girth分布的校验矩阵对于码的性能改善有着重要的意义。首先对准循环LDPC码校验矩阵的girth分布进行分析,然后在母矩阵和移位矩阵之间设定一个... 详细信息

环的存在对准循环LDPC(Low Density Parity Code)码的译码效率造成很大影响,拥有尽可能好的girth分布的校验矩阵对于码的性能改善有着重要的意义。首先对准循环LDPC码校验矩阵的girth分布进行分析,然后在母矩阵和移位矩阵之间设定一个合理的约束关系,使得构造后的校验矩阵最小环长及平均最小环长追求最大化,最后提出了一种易于实现的具有高girth的QC-LDPC(Quasi cyclic-Low Density Parity Code)码构造方法。仿真结果表明,该方法尽量减少码中的短循环,能构造实用化的好码。

关键词： QC-LDPC Bit-filling算法循环置换矩阵环

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异构分布式存储系统中部分重复码的构造

信息通信 2019年第1期32卷 111-112页

作者：王甜甜余春雷长安大学信息工程学院陕西西安710064

部分重复(FR)码因对故障节点提供精确无编码修复,能够提高分布式存储系统的修复效率和可靠性。异构分布式存储系统中FR码的构造更接近于存储数据的实际应用,即每个节点的存储容量和数据块的重复度不同。考虑到用户访问数据的不均衡性,... 详细信息

部分重复(FR)码因对故障节点提供精确无编码修复,能够提高分布式存储系统的修复效率和可靠性。异构分布式存储系统中FR码的构造更接近于存储数据的实际应用,即每个节点的存储容量和数据块的重复度不同。考虑到用户访问数据的不均衡性,基于数据热度不同重复度不同的思想,文章提出了基于循环置换矩阵(CPMs)与映射置换矩阵(APMs)的异构分布式存储系统中部分重复码的构造。性能分析表明,异构分布式存储系统中的部分重复码可实现存储系统中故障节点的快速修复,具有较低的修复局部性;相对于RS编码以及简单再生码,部分重复码具有更优的修复带宽开销和修复复杂度。

关键词：部分重复码无编码修复异构分布式存储系统循环置换矩阵映射置换矩阵

光通信中基于BIBD对QC-LDPC码的一种新颖构造方法

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电气应用 2015年第14期34卷 106-108页

作者：化希耀苏博妮王睿塔里木大学西域文化研究院四川文理学院哈尔滨移动公司无线优化室

为了满足光通信对纠错码高码率和低误码率的要求,基于平衡不完全区组设计(BIBD)、循环矩阵分解和循环置换矩阵,提出了准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码的一种新颖构造方法。该方法利用Bose的第二类方法来构造低密度校验矩阵,并对其进行... 详细信息

为了满足光通信对纠错码高码率和低误码率的要求,基于平衡不完全区组设计(BIBD)、循环矩阵分解和循环置换矩阵,提出了准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码的一种新颖构造方法。该方法利用Bose的第二类方法来构造低密度校验矩阵,并对其进行循环列分解得到相应的模板矩阵,再利用合适的循环置换矩阵对其进行扩展。采用该方法所构造的QC-LDPC码具有良好的结构,且可根据实际需要来灵活地选择调整码长和码率。仿真分析表明:在误码率为10-6时其码率均为93.7%的情况下,用该方法构造所的新颖QC-LDPC(20208,18948)码比ITU-T G.975中RS(255,239)码的净编码增益(NCG)改善了约2.2 d B,且比ITU-T G.975.1中LDPC(32640,30592)码的NCG改善了约1.6 d B。因此该方法所构造的QC-LDPC码具有更好的纠错性能,更适合高速长距离的光通信系统。

关键词：光通信系统平衡不完全区组设计准循环低密度奇偶校验码循环矩阵分解循环置换矩阵

光传输系统中基于Bose第一类方法对QC-LDPC码的一种新颖构造方法

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广西通信技术 2014年第3期 48-50,58页

作者：袁建国杨松舒梁博张杰重庆邮电大学光纤通信技术重点实验室重庆400065

基于平衡不完全区组设计(BIBD)、循环矩阵分解和循环置换矩阵,提出了一种适用于光传输系统的新颖准循环低密度奇偶校验码(QC-LDPC)构造方法。利用Bose的第一类方法构造的低密度校验矩阵对其进行循环列分解得到相应的模板矩阵,再利用合... 详细信息

基于平衡不完全区组设计(BIBD)、循环矩阵分解和循环置换矩阵,提出了一种适用于光传输系统的新颖准循环低密度奇偶校验码(QC-LDPC)构造方法。利用Bose的第一类方法构造的低密度校验矩阵对其进行循环列分解得到相应的模板矩阵,再利用合适的循环置换矩阵对其进行扩展。采用该方法构造的QC-LDPC码具有良好的结构,且可根据实际需要来灵活地选择码长和码率。仿真结果表明:在误码率为10-6时其码率均为93.7%的情况下,该方法构造的novel-QC-LDPC(10992,10305)码比ITU-T G.975中RS(255,239)码的净编码增益(NCG)改善了约1.8d B。因此该构造方法所构造的QC-LDPC码具有更好的纠错性能,更适合高速长距离的光传输系统。

关键词：平衡不完全区组设计准循环低密度奇偶校验码循环矩阵分解循环置换矩阵净编码增益