LDPC码高效译码算法的研究及其性能分析

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随着现代通信对带宽的需求越来越高,人们对信息传输的可靠性也有着更加苛刻的要求。低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check,LDPC)码有很强的纠错性,并且具有逼近香农极限的可能,以及编译码复杂度低等优点,是信道编码领域的研究热点,在通信等多个领域有着广泛的应用。而对于一个LDPC码型能否发挥出优异的性能,其译码算法的选取是至关重要的,所以对LDPC码的译码算法的研究是极具价值的。本文通过对现有译码算法进行分析,就如何寻求一种高效的LDPC码译码算法展开了研究,主要研究工作如下:1.通过对LDPC码译码算法进行研究分析,可知现有的译码算法主要分为三大类:硬判决、混合判决和软判决译码算法。对三类别译码算法中的经典算法进行仿真分析,并对他们做复杂度对比。仿真结果表明:硬判决复杂度低但译码性能差,软判决译码性能优异但复杂度高,而混合判决则对复杂度和译码性能这两者进行了折衷。总的来说,三类译码算法各有优缺点。2.针对LDPC码中加权比特翻转(Weighted Bit Flipping,WBF)译码算法在迭代过程中绝大多数情况都是进行单比特翻转,导致译码效率低并且可能会发生比特翻转死循环的现象,提出一种更为高效的加权比特翻转(Efficient WBF,EWBF)算法。该算法对翻转阈值进行了改进,使得每次迭代能够翻转多个比特,提高译码效率,并且能够避免译码过程中出现的翻转死循环现象。仿真结果表明:所提出的译码算法与WBF算法,MWBF算法和IMWBF算法相比,平均迭代次数分别降低51.6%56.2%、49.6%54.2%和48.1%51.3%;而在译码性能方面,算法性能接近甚至优于IMWBF算法,当最大迭代次数设定为30次时,相比于IMWBF算法,在误码率为10-4时,可获得0.92dB的增益。3.为进一步改善LDPC码译码算法的纠错性能,并加快其译码的收敛速度,提出一种基于交错行列消息传递的改进译码算法。该算法通过将动态调度策略译码算法中的残差值思想引入到静态串行调度译码算法中,使得串行调度译码算法在每次迭代进行消息更新前都会进行一次残差值排序的计算,对其节点消息原有的固定更新顺序进行重新排序。仿真结果表明:当误码率为10-5时,提出的改进的算法相比于交错行列消息传递(Interlaced Column Row Message-Passing,I-CRMP)算法、行消息传递(Row Message-Passing,RMP)算法、列消息传递(Column Message-Passing,CMP)和置信传播(Belief Propagation,BP)算法分别获得0.13dB、0.23dB、0.24dB和0.37dB的净编码增益。
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