基于USRP的LDPC码研究

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低密度奇偶校验码(Low-Density Parity-Check codes,LDPC)是近年来信道编码领域的研究热点,它具有最接近香农极限的纠错性能和便于硬件实现的并行迭代译码方式,结构化的构造方法能有效缩小硬件存储的空间。随着研究的深入,凭借这些特性,LPDC码被列入数字视频广播标准(DVB-S2)、IEEE802.16e标准、数字存储等多个标准方案,2016年10月,LDPC码被3GPP组织确认为5G中长码信道编码方案。  为了加快从理论到成果的转化过程,通用软件定义无线电外设(Universal Software Radio Peripheral,USRP)应运而生。它是一套可编程的无线通信系统,将计算机与处理中频、基带信号的外设相结合,用户可以根据独创的算法开发许多新应用,而不需要重复购买收发设备。USRP的频带、发射功率、天线增益和DAC/ADC(数模和模数转换)等参数能适应较多的场合。  本文介绍了LDPC码的构造、编码和译码理论,论述了围长与最小汉明距离的关系和围长的上下界,指出了LDPC码编码复杂度过高的问题。本文对大围长LDPC码构造方法进行了改进,并将改进后的算法在USRP上做了验证,具体工作内容有以下几个方面:  (1)在学习和研究了LDPC码构造方法的基础上,对织笼算法进行改进,构造了一种列重为2、围长为10的大围长LDPC码,并与原10围长以及Mackay6围长LDPC码作了对比仿真。改进后的校验矩阵保留了大围长的特性,同时具有近似下三角的结构,使其在原有纠错能力下降不多的情况下,较好地降低了编码的复杂度。本文该构造方法能扩展得到更大围长;  (2)利用MATLAB script工具,在LabVIEW中实现了改进后的大围长LDPC码编译过程,计算出实时误码率,并分析了该方法在实验过程中的优缺点;  (3)利用文件I/O工具,实现了与(2)一致的功能,避免了MATLAB script工具降低代码执行效率和该工具支持函数有限的缺点;  (4)在两台主机上分别实现了基于文件I/O的USRP信号收发、LDPC编译码过程,比较了改进后10围长、原10围长以及流行的Mackay6围长的LDPC码的译码性能和复杂度分析,验证了(1)的结论,说明改进后的LDPC码具有一定的实用价值。
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