基于概率计算的RS码译码及RS-LDPC联合译码算法的研究

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里德-所罗门(Reed-Solomon,RS)码具有优秀的纠正随机错误和突发错误的能力,已广泛应用于通信系统;低密度奇偶校验(Low-density Parity-check,LDPC)码也因其具有低错误平层、高吞吐率等众多优势,被5G通信标准纳入信道编码方案。现有的译码方案中,由于复杂度问题,RS码多采用硬判决译码(Hard Decision Decoding,HDD)算法,LDPC码多使用部分并行译码架构,难以满足未来通信高速、超高速应用。而基于概率计算的译码算法能够降低硬件实现复杂度,提高吞吐率。因此,本文对RS码的现有概率译码算法进行了研究和改进,并探索了一个新的概率RS-LDPC联合迭代译码算法。本文的创新点如下:(1)采用概率计算的Chase算法(Chase Algorithm,CA)可以在保证译码性能的情况下,大幅度降低传统Chase软译码算法的复杂度,使得RS软译码算法得到实际应用。然而,概率Chase算法的性能与测试向量的数量成正比,但其译码时延和计算复杂度也随之增大。针对该问题,本文提出了基于循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check,CRC)辅助的提前输出概率Chase算法和基于阈值判决的提前输出概率Chase算法,不需要产生所有的测试向量即可实现成功译码。仿真结果表明本文提出的算法可以在逼近原概率算法误帧率性能的同时将平均迭代次数最多降低为原来的近1/τ(τ为测试码字个数)。(2)在高阶调制下,RS码符号级概率Chase算法(Symbol-level Stochastic Chase Algorithm,SSCA)产生测试向量时,每个符号的搜索范围会随着调制阶数和码长的增加呈指数增长,从而增大了计算复杂度和存储开销。针对SSCA算法的计算复杂度和存储的压力,本文通过确定搜索半径辅助的选择方法来减小搜索范围,提出了3σ-SSCA算法。仿真结果表明,面向256-QAM,本文提出的算法在逼近SSCA性能的情况下将测试向量每个符号的搜索范围由256个最多可减小为1个,在减少存储空间的同时也降低了运算精度需求。(3)面向RS-LDPC级联码的应用,现有的译码算法在译码复杂度和性能上有进一步优化的空间。本文基于概率计算的思想提出了概率RS-LDPC联合迭代译码算法。该算法继承了概率LDPC译码器的低复杂度优势,并且具有概率RS译码算法可采用硬译码器逼近软译码性能的特点,同时通过联合迭代译码架构改善了译码性能。为此,本文设计了一种基于LDPC概率值的测试向量产生方法和一种新颖的应用于概率LDPC译码器的变量节点结构的附加外信息(Additional Extrinsic Information,AEI)生成机制。仿真结果表明,本文提出的概率联合迭代译码算法与使用浮点置信传播算法(Belief Propagation,BP)和伯利坎普-梅西(Berlekamp-Massey,BM)硬判决译码的RS-LDPC级联译码方案相比,可以获得0.3~0.5dB的增益;其实现复杂度仅为一个概率LDPC译码器和多个RS硬译码器的复杂度,相比现有的RS-LDPC级联码译码算法,具有低硬件实现复杂度、高硬件效率的优势。
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