非二元LDPC码的高效译码算法研究

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低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码是一种由Gallager在1962年提出的具有高效率和高性能的纠错码。当时受到软硬件设备条件的限制,该码并没有被广泛运用,直到上世纪90年代才被学者重新提出。非二元LDPC码凭借其更稀疏的Tanner图以及更长的围长表现出更强的纠错能力,被应用在无线通信和光纤通信的研究中,成为近年来纠错码领域的研究热点之一。符号翻转译码(Symbol Flipping Decoding,SFD)算法通是一种通过翻转错误符号进行纠错的非二元LDPC码译码方法。与传统的只考虑符号翻转之前的消息的SFD译码算法相比,基于预测机制的符号翻转算法(Symbol Flipping Decoding Based on Prediction,SFDP)考虑了符号翻转之前和翻转之后的消息,具有更好的译码性能。本文主要研究对象是非二元LDPC码的SFDP译码算法。针对在中低信噪比下SFDP译码算法迭代次数过高的问题,提出了一种基于早停止思想的SFDP译码算法(Early Termination SFDP,ET-SFDP),能加快译码收敛速度;对于部分非二元LDPC码,SFDP译码算法在高信噪比区域下存在误码平层现象,提出了一种添加随机噪声的两阶段SFDP译码算法,该算法能改善高信噪比区域的译码性能。论文的主要研究内容概述如下:1.介绍了非二元LDPC码的优缺点以及译码算法的分类和历史;重点描述了非二元LDPC码的广义符号翻转译码算法以加权符号翻转译码算法的原理。2.非二元LDPC码SFDP译码算法的迭代终止条件是该码的所有校验约束方程都满足或者达到预先设置的最大迭代次数。在中低信噪比区域,SFDP译码算法会出现大量不可校正的错误帧,这一终止条件无法避免不必要的译码迭代,导致平均迭代次数和译码延迟大大增加。针对SFDP译码算法存在的这一问题,提出了一种基于早停止方法的符号翻转算法ET-SFDP,能有效避免无效迭代。仿真结果表明,在中低信噪比区域,所提出的方法在保证误码率基本一致的情况下,显著减少SFDP译码算法的平均迭代次数,同时使得译码收敛速度得到了提升。3.现有的两阶段SFDP译码算法的误码性能与原始的SFDP译码算法基本一致,但在译码收敛速度上有明显的提升。对于部分非二元LDPC码,SFDP译码算法在高信噪比区域下存在误码平层现象。为了改善SFDP译码算法的误码平层并保证译码速率能够快速收敛,提出了一种改进的两阶段SFDP译码算法。根据二元LDPC码的有噪梯度下降位翻转译码算法的思想,所提出改进算法的主要思想是在两阶段SFDP译码算法的基础上将随机噪声添加到翻转度量以扰动加权系数,使其在译码时能够以更大的概率跳出局部最优,从而改善译码性能。仿真结果表明,改进的两阶段SFDP算法相比原始的SFDP算法具有更好的译码性能以及更少的平均迭代次数。
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