ldpc 码在存储及无线通信系统中的应用研究

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1、LDPC码在存储及无线通信系统中的应用研究文/柳克会1　李明杰2随着科学技术的发展，存储和通信领域对大数据的处理也越来越复杂，迫切需要一种安全性和实现性都很好的编码方法。LDPC(Lo0cm0pt;mso-layout-grid-align:none"class=MsoNormalalign=left>【关键词】LDPC存储通信1LDPC码的发展在1948年，美国数学家，信息论创始人ClaudeEll:namespaceprefix=st1ns="urn:schemas-microsoft-:office:smartt

2、ags"/>教授Berrou、Glavieux在ICC会议上提出了一种全新的编码方法——Turbo。Turbo码比之前的编码方式更加逼近Shannon理论极限值，被广泛使用在3G通信上。在Turbo码研究成功的带动下，研究人员对LDPC编码重新进行了研究，找到了针对LDPC的译码算法，发现了LDPC编码的优良性能。随后经过十几年的研究和发展，LDPC码有了突破性的进展，相关技术也越来越成熟，甚至成为数据存储和通信编码的领域标准。2LDPC码的原理LDPC码是通过校验矩阵构造的一种线性编码，为了译码的可行性，校验矩阵必须

3、为稀疏矩阵，满足“稀疏性”，也就是说，校验矩阵中元素“1”的数量应该远远小于元素“0”的数量，并且，随着码字的越长，“1”密度就要越低。在接收端，使用和-积算法进行译码。使用稀疏校验矩阵定义LDPC编码的另一个原因就是为了降低译码的复杂度，实现起来相对容易2.1规则LDPC码和非规则LDPC码LDPC码是“低密度”分组码，校验矩阵中的元素大多数是“0”，只有少量的“1”元素。定义一个码长为N的LDPC码(N，m，n)，如果校验矩阵HMxN：（1）每一行含有n个“1”即行重为n；（2）每一列含有m个“1”即列重为m；（3

4、）任意两行或两列之间位置相同的“1”的个数不大于1；（4）n<<N，m<<M(低密度)。就称此LDPC码为规则LDPC码。如果各行（列）重量不同，则此LDPC码叫做非规则LDPC码。非规则LDPC码的性能比规则码的性能更加优良，并且其性能更是远远超过了Turbo码。2.2LDPC码的译码LDPC码的译码方式主要有两种算法：硬判决译码和软判决译码。硬判决译码算法最开始是由Gallager提出来的一种算法，将接收到的数据先通过解调器解调，在进行判决，得到0、1序列，最后将得到的序列输送到硬件译码器译

5、码。虽然这种译码算法的复杂度非常低，但是性能却是LDPC译码算法中最差的，一般仅仅使用在性能要求不高的场合。软判决算法对硬件的要求不高，它使传输信道的利用率得到最大的利用，在信道传输上传输判决信息，利用接收到的判决信息对LDPC码进行译码，同时使得译码可以迭代进行，充分利用信道信息，获得非常出色的译码性能。这种译码方式虽然使得信道的利用率很高，由于硬件依赖较少，其译码的复杂度是比较高的。常见的软判决译码算法有Gallager概率译码算法和BP译码算法。3LDPC码的主要应用3.1LDPC在数据存储方面的应用磁存储器是目

6、前数据存储大量使用的存储介质，最常见的就是电脑硬盘，根据转盘表面所镀磁性的不同磁化状态来表示计算机数据的原始数据0和1。由于磁存储器的特点，使得其单位的数据存储量非常巨大，这也正是磁存储器飞速发展的原因。由于数据量的巨大，必须有一种编码算法对数据进行纠错和判决，以保证数据的准确传输和使用。在LDPC编码被发现之前，一般都是采用RS编码检测数据的随机错误和突发错误。但是RS编码的效果离Shannon理论的极限值还有一定的差距。而LDPC译码复杂度低，性能上最佳逼近Shannon理论的极限值，使用的硬件结构也比RS编码少。

7、LPDC能有效的纠正存储信道的随机错误，再配合RS编码，是纠正硬盘坏扇区，关盘划痕区等突发性错误的极佳选择。在未来的大数据存储方向必然有着无可估量的应用前景。3.2LDPC无线通信方面的应用——4G标准当今社会，随着计算机技术的发展，由最起初的有线通信进化到了无处不在的无线通信。通信方式的改变正极大的改变着人们的日常生活。随着通信方式的改变，对通信的要求也越来越高，不仅要求更高的传输速度，还要求更高的传输精度。由于LDPC编码技术的出现比较滞后，很可惜与3G通信标准擦肩而过。LDPC码具有优秀的编码增益，在不理想的通信

8、环境下仍然能保证满意的通信质量，并且具有较高的传输速度，使其成为了第四代移动通信的最佳选择。目前非常流行的4G标准就是LDPC编码实现的，4G系统能够以10MB的速度除送数据，比上一代通信系统提高数倍，并能够传输高质量的视频图像，是可视的首选。无疑，4G标准是LDPC编码最典型最成功的应用。4结束语本文主要从LDPC的发展、原理以