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低密度奇偶校验码(LowDensityParityCheckCodes,LDPCCodes)是allager博士在1962年提出,故又称Gallager码。故又称Gallager码。LDPC码是一种线性分组码,可以通过二分图或稀疏校验矩阵来定义。LDPC码具有接近于shannon限的优异性能,错误平层较低,同时译码复杂度可以接近线性译码,逐渐成为信道编码领域中的研究热点。但是LDPC码又不是普通的线性分组码,主要体现在其校验矩阵中。LDPC码的校验矩阵非常稀疏,这也是它呈现出较好性能的根本原因,其长码性能甚至优于Turbo码,已经被DVB-S2、CCSDS、802.16e等标准采用,在通信领域中越来越受到关注,很有希望在4G系统中被选为信道编码方案。
本文首先对信道编码理论和LDPC码的发展历程进行了回顾并分析了LDPC码的研究现状,然后描述了LDPC码的定义和构造方法,主要讨论了两大类校验矩阵构造方法:随机化构造法和结构化构造。
在此基础上,文中深入地研究了LDPC码的编译码原理,深入分析了几种主流编码算法,并详细推导了经典的译码算法。同时,根据理论分析结果选取下三角编码算法以及APP-Based译码算法进行实现。此外,考虑到LDPC码在未来的4G中将大展拳脚,本文结合了IEEE802.11n标准中关于LDPC码的定义,提出了实现EEE802.11n标准中的LDPC码编译码器的方案。
在确定了编译码器的具体实现方案后,本文运用Verilog语言实现了下三角编码器、基于IEEE802.11n标准的编码器以及基于APP-Based算法的译码器。在下三角编码器的实现过程中,采用了基于N皇后算法的π旋转校验矩阵构造方法来降低复杂度,并提出了一种连续编码的实现方案。在基于IEEE802.11n标准的码长为648,码率为5/6的编码器实现过程中,改进了矩阵的存储方案和及矩阵相乘方案,极大地节省了资源、降低了复杂度。此外,由于采取APP-Based算法进行译码器实现,免去了信道的估计,在矩阵存储、变量消息处理以及校验消息处理方面都进行了简化,并提出了矩阵非零元素快速查找方法,从而在保证译码性能的同时,减少了译码器的资源占用,降低了复杂度。