【摘 要】
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低密度奇偶校验(low density parity check,LDPC)码的校验矩阵具有稀疏性,当采用置信传播(belief propagation,BP)译码算法时,其性能有潜力接近香农极限。然而,由于其拓扑结构(即Tanner图)中存在陷阱集,当信噪比(signal to noise ratio,SNR)达到某个门限后,部分LDPC码的误比特率(bit error rate,BER)不再随
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低密度奇偶校验(low density parity check,LDPC)码的校验矩阵具有稀疏性,当采用置信传播(belief propagation,BP)译码算法时,其性能有潜力接近香农极限。然而,由于其拓扑结构(即Tanner图)中存在陷阱集,当信噪比(signal to noise ratio,SNR)达到某个门限后,部分LDPC码的误比特率(bit error rate,BER)不再随着SNR的增加而继续急速降低,反而呈现出一种近饱和状态,即错误平台现象,这严重制约了LDPC码的应用场景。因此,本文以降低LDPC码的错误平台为目的,从探索级联码下低错误平台的译码算法出发,提出了易感比特的概念,进而提出了具有低错误平台的保护易感比特和剔除易感比特的两种策略。特别是后者,巧妙利用缩短码结构避免了额外的编译码开销,并能显著降低错误平台。首先,基于不同拓扑结构中陷阱集几乎不可能重合的考虑,利用并行级联Gallager码(parallel concatenated Gallager codes,PCGC)的结构,将参数相同、结构不同的两个LDPC码作为PCGC的子码。为了避免陷阱集的影响,提出了一种PCGC间歇译码器。两个子码译码器间歇工作,只有第一个译码器经充分迭代后仍无法收敛时,第二个译码器才会加入译码工作。此策略无需了解陷阱集的具体位置与结构,对不同子码具有普适性。仿真结果表明,在复杂度基本不变的情况下,该方案可将错误平台从10-6降低到10-7以下,与等长等码率的PEG码相比,在BER为106-时,可获得约0.5 d B的编码增益。其次,针对上述PCGC所造成的码率损失问题,提出了易感比特的概念,并给出了基于Monte Carlo仿真的两种不同测度下的易感比特定位准则。在编码过程中,按码率需求选择不同数目的易感比特进行再编码,实现额外保护。除此之外,提出一种适用的PCGC译码方案,实现易感比特的纠正。由于易感比特和新增冗余位不多,因此对码率损失和译码复杂度的影响较小。仿真结果表明,所提出的易感比特定位及保护策略能够将中长LDPC码的错误平台从10-7降低到10-9以下,而码率仅降低了4.4%。与此同时,译码复杂度较和积译码算法(sum-product algorithm,SPA)仅增加了6%~9%。最后,为进一步降低易感比特保护策略对码率和译码复杂度的影响,巧妙的利用了缩短码的结构,提出一种易感比特剔除策略。一方面,在编码时将易感比特作为缩短比特。另一方面,在译码时别出心裁的将缩短比特直接从Tanner图中剔除,而非传统方案下的补零操作。缩短比特和校验矩阵中相关列的剔除可直接破坏潜在的陷阱集结构,彻底消除其负面影响。仿真结果表明,该策略可将中长LDPC码的错误平台从106-左右降低到108-以下,码率仅降低了2.6%。
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