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低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码以其拥有接近Shannon限的性能、低的错误地板和线性译码复杂度,对纠错编码领域产生了重要的影响。然而,较高的编码复杂度严重制约着LDPC码的发展。为了解决该问题,2003年,JPL(Jet Propulsion Laboratory)实验室提出了一类结构型的LDPC码——原模图LDPC码。保留传统LDPC码的优秀性能外,它还兼有编码简单快速、易于硬件实现的特点。随着现代通信业务的增多、传输速率多样性的增长,纠错编码必须能够根据信道条件自适应地变化码率。面对这一新需求及原模图LDPC码的优势,实现其码率自适应功能有重大意义。
本文针对一种性能优秀、错误地板极低的原模图LDPC码----AR4JA码,提出几种码率自适应方法,构造一组码率自适应AR4JA(Rate-Compatible AR4JA,RC-AR4JA)码。在具体操作时,选取码率为1/2的AR4JA码作为母码,结合删余和扩展两种方法共同实现其码率自适应。主要的研究工作及成果如下:⑴针对AR4JA码结构的特点,提出一种新颖的“逐节点删余”算法。该算法借鉴“分组拣选”算法中删余变量节点恢复级别的定义,通过研究恢复级别对删余码型性能的影响,设计了三个准则。经过层层筛选,依次删余满足条件的冗余变量节点,实现码率由0.5~0.8灵活变化的RC-AR4JA码。⑵分析一种现有RC-AR4JA码的扩展方法,并在此基础上进行优化,并命名为“混合扩展”方法。通过对新增节点和母码节点复制数目的不等化处理,构造一组码率在0.5~0.25之间任意变化、简单可行的AR4JA码,克服了现有RC-AR4JA码码率变化不灵活的缺点。⑶考虑到“混合扩展”理论分析较难的局限,本文采用一种原模图扩展的方法。通过控制添加节点数目及边的连接关系,构造了一组码率为2/5、2/6、2/7……的AR4JA码。该方法保留了AR4JA码结构型的特性,便于理论上分析码型的性能。较现有RC-AR4JA码的优势在于,所得码率数目更丰富、译码门限更低。⑷综合删余和扩展的的优缺点,将两者联合起来共同设计RC-AR4JA码,使得在码率变化时,削弱由码率变化带来的性能损失。在加性高斯白噪声信道下的仿真结果也表明:本文设计的RC-AR4JA码,在较大码率变化范围内,仍然拥有较小错误率和极低错误地板的优势。