ldpc码实现及性能研究

《ldpc码实现及性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、信息系统工程设计课程报告LDPC码实现及性能研究19/19前言里斯本时间，2016年10月14号凌晨，3GPPRAN1会议确定5G将使用LDPC码作为移动宽带（eMBB）业务数据信息的长码块编码方案。在问世53年之后，LDPC终于被主流移动通信系统接纳。故而我们对LDPC码的编码理论进行了研究整理。本报告主要对LDPC码的整体实现进行仿真，包括校验矩阵生成、信道编码、译码各个部分，并在不同的码长、码率条件下分析验证了其实际误码性能。一课题背景1信道编码在移动通信中，由于存在干扰和衰落，信号在传输过程中会出现差错，所以

2、需要对数字信号采用纠、检错技术，即纠、检错编码技术，以增强数据在信道中传输时抵御各种干扰的能力，提高系统的可靠性。对要在信道中传送的数字信号进行的纠、检错编码就是信道编码。信道编码是为了降低误码率和提高数字通信的可靠性而采取的编码。信道编码之所以能够检出和校正接收比特流中的差错，是因为加入一些冗余比特，把几个比特上携带的信息扩散到更多的比特上。为此付出的代价是必须传送比该信息所需要的更多的比特。传统的信号编码有汉明码、BCH码、RS码和卷积码。目前应用较广的有Turbo码，以及5G即将使用的LDPC码，还有具有应用潜

3、力的Polar码等。不同的信道编码，其编译码方法也有所不同，性能也有所差异。2LDPC码19/19从1964年Gallager发表的《Low-DensityCheck-ParityCode》一文标志着LDPC码的诞生，在文章中，他证明了LDPC码性能接近于香农极限，同时在文章中也提出了构建H矩阵的一种方法，以及两种解码方法和示意性的硬件电路原理图，但是由于当时科技水平有限，硬件条件的限制，LDPC码并没有得到重视和推广。直到1996年D.MacKay和R.Neal证明了LDPC码性能和成本都优于Turbo码，LDPC

4、码才有进入人们的视野，掀起了一番研究的热潮。随后学术界对LDPC投入了大量的关注，对编码矩阵构造、译码算法优化等关键技术展开研究。其中比较关键的研究突破包括：高通的ThomasJ.Richardson提出的Multi-Edge构造方法可以灵活的得到不同速率LDPC码，非常适合通信系统的递增冗余（IR-HARQ）技术；再加上LDPC的并行译码可以大幅度降低LDPC码的解码时间和复杂度，LDPC从理论进入通信系统的障碍被全部扫清了。现在，LDPC码被公认为是性能最接近香农极限的信道编码之一。方法描述LDPC码实际是一种线

5、性分组码，即分为固定长度的码组，每一组内k个信息位被编为n位码组长度，而（m=n-k）个监督位被加到信息位之后形成新码以实现检错与纠错，记为(n,k)码。当分组码的信息码元与监督码元之间的关系为线性关系时，这种分组码就称为线性分组码。因此LDPC的编码关键就在于从k比特的信息到长度为n比特的码组上的映射关系，通常由一个对应的校验矩阵H来表示。LDPC码的主要特点在于其校验矩阵H的稀疏性，此种特性使得LDPC码具有更好的易实现性。19/19LDPC码的具体实现首先需要校验矩阵H的设计，随后根据H阵即可相应地生成编码序列

6、完成编码过程；通过信道传输之后对接收到的信号进行相应地译码，判决出原有信息位。每一部分的具体原理与过程在下文详细阐述。1校验矩阵生成1.1基本校验矩阵的生成LDPC码作为一种线性分组码，可由其校验矩阵H阵唯一确定。而由于LDPC码H矩阵的稀疏特性，矩阵中非零元素很少，因此每一LDPC码所对应的H阵又可由相应的二分图表示，称为该码的Tanner图。Tanner图中的变量（比特）节点对应至H矩阵中的每一列，也即对应LDPC码的每一码比特；Tanner图中的校验节点分别对应到H矩阵的每一行，也即对应LDPC码中的校验比特。

7、两类节点之间的连接情况对应H矩阵中元素的取值：若第i个校验节点与第j个变量节点之间存在连接，则代表H矩阵的(i,j)个元素取值为1；若无连接则对应元素为零。图二.1与图二.2分别是一个(16,8)LDPC码的H阵与Tanner图。图Error!Notextofspecifiedstyleindocument..1(16,8)LDPC码H阵19/19图Error!Notextofspecifiedstyleindocument..2(16,8)LDPC码Tanner图在码长较长的情况下，LDPC码的H矩阵会十分庞大。因

8、此通常将H矩阵分块表示：完整的H矩阵视作由多个Z*Z的子矩阵生成，原始的H矩阵即可由一个mb×nb的基本矩阵Hb表示（mb=mz, nb=nz），Hb中每一元素对应一个Z*Z子矩阵，Z被称为扩展因子。其中准循环LDPC码（QC-LDPC）较为常用，其特点在于每一子矩阵为全零方阵或单位阵向右循环移位得到的置换矩阵，因此各子矩阵都可由循环移位的位数