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近年来,无线传感器网络作为一种新型的通信网络,被视为当前互联网的重要补充和未来物联网的发展方向,吸引了通信领域的众多关注。作为通信系统中的最基础的一环,信道编码作为物理层中唯一具有纠错功能的模块,受到了更多的重视。 由于实际中出现了对面向视频、音频等大数据传输速率的通信需求,因而中高速无线传感器网络应运而生。在中高速无线传感器网络中,LDPC码的重要性逐渐凸显了出来。首先,LDPC码的码字较长,与其它的纠错码相比,在同样的帧头长度的情况下,它可以传输更长的有效载荷信息。其次,LDPC码相比其它的纠错码,具有更逼近香农限的纠错性能,同时,由于其译码算法采用迭代的方法,大大降低了译码的计算复杂度,便于工程实现。 由于LDPC码的译码算法的计算复杂度较低,而LDPC码的编码由于涉及到大量的存储空间及运算,因而本文主要关注了LDPC码的设计。出于节省存储空间及便于工程实现的考虑,研究方向主要着眼于结构化的LDPC码的设计。 首先,本文提出了一种新的基于代数序列构造LDPC码的方法。通过对有形数序列的性质进行分析与证明,本文得出有形数序列中相同的索引值的元素的差所构成的序列,是一个单调递增序列。在这个性质的前提下,本文进而证明了基于有形数序列所构造的LDPC码所对应的Tanner图围线长度最短为6。仿真结果显示出此方法提高了LDPC码的纠错性能,使得译码后的信息准确率更高。 其次,本文对基于行向量差值的构造方法进行了扩展。基于行向量差值的构造方法是近年刚提出的一种新型构造方法,然而它的条件较为苛刻,即这种构造方法仅适用于指数矩阵的行数为3的QC-LDPC码。本文对这种构造方法进行了改进,通过数学证明,将其适用范围扩展至指数矩阵维度为任意值的QC-LDPC码的构造方法。此方法拓宽了LDPC码的构造范围,使得构造的效率更高。 再次,本文提出了一种新的基于搜索方法构造LDPC码的方法。本文假设LDPC码对应的指数矩阵是由相互之间独立的列向量与行向量相乘而得出的。通过计算机算法的搜索,构造出所需的校验矩阵,使得它所对应的Tanner图围线长度最短为8。理论分析和性能仿真得出此方法不仅具有良好的性能,还具有数量可观的构造实例,因而此方法拓宽了LDPC码的构造范围,使得构造的效率更高。 最后,本文提出了一种适用于无线传感器网络的基于LDPC码的自适应物理层。针对无线传感器网络中节点间的通信过程进行建模,引入了新的评价标准——能量效率。通信节点可以根据实时的通信信道状况自适应地调整帧长等参数,然后通过码率自适应及码长自适应两种方法,生成能量效率最高的LDPC码。这种方案可以使得传感器节点在消耗同样能量的情形下,传输更多的有效载荷信息。因而此方案提高了通信节点工作寿命等方面的性能,使单位能量下信息传输效率更高。