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基于节点动态时序的空间耦合LDPC码滑窗译码

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电讯技术 2024年

作者：周华徐辰辰李子杰 1.南京信息工程大学电子与信息工程学院 2.南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京信息工程大学电子与信息工程学院南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心

为提升基于原模图构造的空间耦合低密度奇偶校验（Spatially-Coupled Low-Density Parity-Check，SC-LDPC）码滑窗译码（Sliding Window Decoding，SWD）算法译码性能，残差滑窗译码（Residual SWD，RSWD）算法被提出，通过动态选择可... 详细信息

为提升基于原模图构造的空间耦合低密度奇偶校验（Spatially-Coupled Low-Density Parity-Check，SC-LDPC）码滑窗译码（Sliding Window Decoding，SWD）算法译码性能，残差滑窗译码（Residual SWD，RSWD）算法被提出，通过动态选择可靠度最低（残差值最大）的边信息优先传输，降低边信息无效更新次数，提高了译码性能。RSWD译码在窗口内易出现贪婪组和静默节点现象，导致译码误码率（Bit Error Rate，BER）恶化，为改善这一问题，提出基于节点的残差滑窗译码（Node-wise RSWD，NW-RSWD）算法和消除静默节点残差滑窗译码（Eliminating Silent Node RSWD，ESN-RSWD）算法。NW-RSWD算法在译码过程中以变量节点为单位，动态更新窗口内最大残差所在边的变量节点。ESN-RSWD算法在译码过程中根据残差值大小，遍历更新窗口内每一个变量节点，使更多的信息参与到窗口译码，避免滑窗译码陷入局部区域更新。仿真结果表明，信噪比处于3～3.5 dB区间时，相较于SWD算法，NW-RSWD算法复杂度增加约15%、ESN-RSWD算法复杂度增加约25%。在窗口大小W=8时，为了达到误码率BER=10-6，相较于SWD算法，NW-RSWD算法提升约0.7 dB，ESN-RSWD算法提升约0.85 dB。在误码率BER=10-3时，SWD算法、NW-RSWD算法和ESN-RSWD算法分别需要约50次、10次和8次迭代次数能够达到相同的误码性能。所提算法以增加较少计算复杂度为代价，降低了译码误码率，减少了译码平均迭代次数。

关键词：空间耦合低密度奇偶校验码滑窗译码信息传递节点残差算法消除静默节点残差算法

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空间耦合低密度奇偶校验码残差滑窗译码算法

电子与信息学报 2023年

作者：周华李子杰南京信息工程大学电子与信息工程学院

针对空间耦合低密度奇偶校验(SC-LDPC)码滑窗译码(SWD)算法中错误传播导致的高误码率问题，该文提出基于动态残差的滑窗译码(RSWD)算法。通过在窗口内计算边信息更新前后的残差值，动态选择可靠度最低(残差值最大)的边信息优先传输，降... 详细信息

针对空间耦合低密度奇偶校验(SC-LDPC)码滑窗译码(SWD)算法中错误传播导致的高误码率问题，该文提出基于动态残差的滑窗译码(RSWD)算法。通过在窗口内计算边信息更新前后的残差值，动态选择可靠度最低(残差值最大)的边信息优先传输，降低边信息无效更新的频率，提高窗内译码收敛速度。仿真结果表明：相比于传统SWD算法，RSWD算法在窗口中各位置的误比特数明显降低，抑制错误传播效果明显；在高信噪比(SNR)区域或者低迭代次数的情况下，RSWD算法的误码率性能优于SWD算法；此外，将动态残差应用到消息复用(MR)和窗口扩展(WE)两种窗译码算法中，亦能得到类似结论，提升窗译码性能。

关键词：空间耦合低密度奇偶校验码错误传播滑窗译码残差算法

瑞利衰落信道中SC-LDPC码滑窗译码算法

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西安电子科技大学学报 2020年第6期47卷 78-83页

作者：张娅妹周林陈辰陈启望贺玉成华侨大学信息学院厦门市移动多媒体通信重点实验室福建厦门361021 西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室陕西西安710071

空间耦合低密度奇偶校验码的滑窗译码具有译码延迟低、复杂度低、所需存储空间小等优点,成为近期研究热点。但目前的研究大都专注于高斯信道。在瑞利衰落信道下,提出了一种根据信道状态信息来扩展译码窗口大小的改进方案,其中采用信噪... 详细信息

空间耦合低密度奇偶校验码的滑窗译码具有译码延迟低、复杂度低、所需存储空间小等优点,成为近期研究热点。但目前的研究大都专注于高斯信道。在瑞利衰落信道下,提出了一种根据信道状态信息来扩展译码窗口大小的改进方案,其中采用信噪比估计来获取信道状态信息。在译码过程中,若当前窗口的平均接收信噪比小于预设阈值,则扩展译码窗口的大小后重新迭代。重复上述过程直至当前窗口的平均接收信噪比大于预设阈值或窗口大小扩展到其最大值。最后基于扩展后的窗口进行译码。仿真结果表明,空间耦合低密度奇偶校验码的滑窗译码在瑞利衰落信道下具有较好的性能,且该算法的性能明显优于传统的滑窗译码算法。

关键词：空间耦合低密度奇偶校验码瑞利衰落信道滑窗译码

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窗口可变的空间耦合LDPC码滑窗译码算法

西安电子科技大学学报 2020年第3期47卷 128-134页

作者：张娅妹周林陈辰郭荣新贺玉成华侨大学厦门市移动多媒体通信重点实验室福建厦门361021 西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室陕西西安710071

空间耦合低密度奇偶校验码采用滑动窗口译码能够以较小的译码延迟获得较好的译码性能。为进一步提高其滑窗译码性能,提出一种窗口扩展改进方案。与传统的滑窗译码相比,该方案的窗口大小可以根据目标符号的平均对数似然比而变化。在当前... 详细信息

空间耦合低密度奇偶校验码采用滑动窗口译码能够以较小的译码延迟获得较好的译码性能。为进一步提高其滑窗译码性能,提出一种窗口扩展改进方案。与传统的滑窗译码相比,该方案的窗口大小可以根据目标符号的平均对数似然比而变化。在当前窗口的迭代译码过程中,若目标符号的平均对数似然比小于预设阈值,则译码窗口大小加1后重新进行迭代,重复此过程,直至目标符号满足阈值条件或达到窗口大小的最大值,然后在新的窗口大小下译码目标符号。该方案可以在译码性能、复杂度和延迟之间进行折中权衡。在加性高斯白噪声信道下的仿真结果表明,该方案可以显著提高空间耦合低密度奇偶校验码的滑窗译码性能。

关键词：空间耦合低密度奇偶校验码滑窗译码窗口扩展

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分组马尔可夫叠加传输的神经网络译码

通信学报 2020年第9期41卷 202-209页

作者：王千帆毕胜陈曾喆陈立马啸中山大学电子与通信工程学院广东广州510006 中山大学数据科学与计算机学院广东广州510006 中山大学广东省信息安全重点实验室广东广州510006 中山大学电子与信息工程学院广东广州5100063

研究了分组马尔可夫叠加传输的神经网络(NN)译码方案。利用NN,实现了不同网络结构、数据表征形式的基本码译码器。在此基础上,将所实现的基本码译码器嵌入迭代译码机制中,提出了基于NN的分组马尔可夫叠加传输的滑窗译码算法,并分析了其... 详细信息

研究了分组马尔可夫叠加传输的神经网络(NN)译码方案。利用NN,实现了不同网络结构、数据表征形式的基本码译码器。在此基础上,将所实现的基本码译码器嵌入迭代译码机制中,提出了基于NN的分组马尔可夫叠加传输的滑窗译码算法,并分析了其对应的性能下界。所提出的译码算法提供了一种将NN运用到长码译码的解决思路,即用NN替代译码中的部分模块。仿真结果表明,利用NN实现的基本码译码器可以达到最大似然译码性能。基于NN的分组马尔可夫叠加传输的滑窗译码算法性能在中高信噪比区域与对应精灵辅助下界贴合,获得了额外的编码增益。

关键词：分组马尔可夫叠加传输精灵辅助下界神经网络滑窗译码

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光通信中空间耦合码的设计与译码算法研究

光通信中空间耦合码的设计与译码算法研究

作者：窦欣西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着信息量呈指数爆炸性增长,高速率大容量的光通信得到了越来越多的关注和应用。同电波通信,光通信也分为有线和无线两种。在有线接入方面,光传输网络正朝向诸如400 Gb/s的速率迈进;在无线接入方面,传统电波通信正陷入频谱短缺... 详细信息

近年来,随着信息量呈指数爆炸性增长,高速率大容量的光通信得到了越来越多的关注和应用。同电波通信,光通信也分为有线和无线两种。在有线接入方面,光传输网络正朝向诸如400 Gb/s的速率迈进;在无线接入方面,传统电波通信正陷入频谱短缺的窘境,而无线光通信因其传输容量大、组网灵活、保密性好等优势而受到广泛关注。面对高速率大容量的光通信,为保证光链路的可靠传输,业界一直在寻找逼近信道容量的编码方式。空间耦合码是现有编码方式的扩展,其编码思想组合了分组编码和递归卷积编码。渐近容量可达的特性使得空间耦合码成为未来光通信具有竞争力的候选编码方案。作为空间耦合码的一种,staircase码因其优异的性能现已入选光通信标准。本论文面向光通信,对空间耦合码的设计与译码算法进行了研究,具体工作总结如下:1.研究了无线光通信系统中的信道环境,给出了无线光通信的常用信道模型及调制技术,对具有普适性的Gamma-Gamma模型及OOK和PPM调制进行了实现,搭建了无线光通信系统的仿真平台。2.对于已作为光通信标准的staircase码,重点研究了其译码算法。首先综述了多种硬判决译码算法,并从信息交换及复杂度等方面进行了比较。仿真结果说明了不同算法的性能差异以及staircase码与乘积码的性能差异。相比于乘积码,采用相同分量码的staircase码可以获得更优的性能。为进一步提高staircase码的译码性能,提出了一种基于软判决的滑窗译码算法。以一定的复杂度增加为代价,该算法可以获得0.3 d B～2 d B的性能增益。同时为适应信道条件的变化,并降低软判决译码的复杂度,又设计了一种自适应软判决译码算法。最后,面向突发删除场景,研究了乘积码的性能,并对staircase码在突发删除场景中的应用进行了初步分析。3.为保证无线光链路的可靠传输,研究了两类空间耦合码在无线光通信系统中的性能。首先给出了BMST编码OOK及PPM调制下无线光通信系统的性能。接着,针对无线光通信,设计了一种braided自正交码,并提出了一种迭代双滑窗译码算法,即braided自正交码采用迭代滑窗译码算法,同时分量自正交码也采用滑窗BP算法进行译码。该译码策略可以有效地降低译码时延及译码复杂度。仿真结果表明,在braided自正交码编码PPM调制的无线光通信系统中,braided自正交码可以很好地对抗湍流效应,这将会为braided自正交码在无线光通信中的应用奠定良好的基础。

关键词：空间耦合码 staircase码 braided自正交码滑窗译码光通信

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基于动态索引的LDPC卷积码译码器研究

无线互联科技 2016年第22期13卷 61-62页

作者：彭万权伍小兵重庆工程职业技术学院电气工程学院重庆400037

文章利用滑窗译码算法的特点,针对随机LDPC卷积码设计了一种基于周期动态索引的译码器。这种译码器通过借助内嵌函数,将其中的部分模块合为一体,具有结构简单、运算效率高、通用性和可移植性强的特点。仿真实验表明该方案可以取得良好... 详细信息

文章利用滑窗译码算法的特点,针对随机LDPC卷积码设计了一种基于周期动态索引的译码器。这种译码器通过借助内嵌函数,将其中的部分模块合为一体,具有结构简单、运算效率高、通用性和可移植性强的特点。仿真实验表明该方案可以取得良好的纠错性能。

关键词： LDPC卷积码周期动态索引滑窗译码

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空间耦合LDPC码关键技术研究和应用

空间耦合LDPC码关键技术研究和应用

作者：张娅妹华侨大学

学位级别：硕士

在未来的第6代(6G)通信场景中,需要更高的可靠性、更低的延迟和更高的吞吐率来满足实时的高速率数据传输。空间耦合低密度奇偶校验(Spatially Coupled Low-Density Parity-Check,SC-LDPC)码在低误码率、低译码延迟和低译码复杂度方面具... 详细信息

在未来的第6代(6G)通信场景中,需要更高的可靠性、更低的延迟和更高的吞吐率来满足实时的高速率数据传输。空间耦合低密度奇偶校验(Spatially Coupled Low-Density Parity-Check,SC-LDPC)码在低误码率、低译码延迟和低译码复杂度方面具有巨大的潜力。在置信传播(Belief Propagation,BP)译码下,其性能可以逼近香农限。但BP译码只有在接收到整个码字后才能开始译码。因此,当SC-LDPC码的码长较长时,BP译码时延较大。为了解决这个问题,学者们提出了滑窗译码(Sliding Window Decoding,SWD)。SC-LDPC码的SWD具有译码延迟低、复杂度低、所需存储空间小等优点,成为近期研究热点。SWD是在接收到整个码字的一部分后,利用码字的部分Tanner图在一个窗口内进行BP译码。该方法部分保持了BP算法在性能方面的优势,同时有效降低了译码延迟、译码复杂度以及对存储器的要求,付出的代价是译码性能的损失。本文以提高SWD译码性能为出发点,对SC-LDPC码SWD进行优化,主要完成的工作如下:(1)通过引入监督对SC-LDPC码SWD进行改进。发现目标符号的错误比特数并不会随着迭代的进行而单调减少。这意味着当窗口译码终止时生成的对数似然比(Log-Likelihood Ratios,LLR)不是做出决策的最佳选择。因此,本文提出了一种改进的滑窗译码(Improved Sliding Window Decoding,ISWD)。与传统SWD相比,它可以监视相关目标符号错误比特数的最小值并存储相关LLR。然后,在窗口译码结束时,根据存储的LLR估计目标符号。最后,在加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)信道下,对SWD和ISWD的性能进行了仿真和分析。仿真结果表明,在不同窗口大小下,ISWD译码性能均优于传统的SWD译码性能。(2)通过调节窗口大小对SC-LDPC码SWD进行改进。传统的SWD中窗口大小固定不变。为提高SC-LDPC码的SWD译码性能,分别在AWGN信道和瑞利衰落信道中引入窗口大小可变的思想。在AWGN信道下,设计了一种可以根据目标符号的平均LLR扩展译码窗口大小的改进方案。在当前窗口的迭代译码过程中,若目标符号的平均LLR小于预设阈值,则译码窗口大小加一后重新进行迭代,重复此过程直至目标符号满足阈值条件或达到窗口大小的最大值,然后在新的窗口大小下译码目标符号;在瑞利衰落信道下,提出了一种根据信道状态信息来扩展译码窗口大小的改进方案,其中采用信噪比估计来获取信道状态信息。在译码过程中,若当前窗口的平均接收信噪比小于预设阈值,则扩展译码窗口的大小后重新迭代。重复上述过程直至当前窗口的平均接收信噪比大于预设阈值或窗口大小扩展到其最大值,然后基于扩展后的窗口进行译码。对AWGN信道和瑞利衰落信道中的SWD和ISWD的性能进行了仿真,结果表明:ISWD可以通过不同程度的扩展每个译码窗口的大小来在译码性能、复杂度和延迟之间折中权衡。

关键词：空间耦合低密度奇偶校验码加性高斯白噪声信道瑞利衰落信道置信传播译码滑窗译码

基于BMST编码的超Nyquist传输系统性能研究

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无线电通信技术 2018年第3期44卷 257-262页

作者：谭雪李双洋白宝明余忠洋西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室西安710071 通信网信息传输与分发技术重点实验室河北石家庄050081

超奈奎斯特(FTN)传输技术是一种能够有效提高频谱效率的非正交传输技术。非等功率分配的分层FTN结构可以通过调节各层的码率或功率进行多级译码,从而实现干扰抵消,进而有效降低码间串扰(ISI)所带来的译码复杂度。分组马尔可夫叠加传输(B... 详细信息

超奈奎斯特(FTN)传输技术是一种能够有效提高频谱效率的非正交传输技术。非等功率分配的分层FTN结构可以通过调节各层的码率或功率进行多级译码,从而实现干扰抵消,进而有效降低码间串扰(ISI)所带来的译码复杂度。分组马尔可夫叠加传输(BMST)编码是一种码率灵活可变的长卷积码构造方法,且能够获得额外的编码增益。介绍和讨论了FTN和BMST的原理,提出了一种基于BMST编码的FTN传输方案。仿真结果表明,该传输系统能够显著提高频谱效率。

关键词： FTN 非等功率分配 BMST编码滑窗译码