GF（q）域上的低密度校验（LDPC）码的译码及其在深空通信中的应用

低密度校验码是一类能有效逼近香农限的好码,而高进制的LDPC码具有比二进制LDPC码更好的性能,但其译码复杂度太高不利于工程应用。本文提出了一种基于协同优化算法的低复杂度的高进制LDPC码的译码算法,并讨论了其在深空通信中的应用。     

Turbo乘积码编译码算法研究

介绍了基于Chase算法[1,3]的Turbo乘积码软入软出(SISO)迭代译码算法。对Turbo乘积码在加性高斯白噪声(AWGN)信道下的性能进行了仿真和分析,结果表明:Turbo乘积码译码复杂度较低,在编码效率较高时,仍具很好的译码性能。     

局部概率传播译码的非系统低密度卷积码

低密度卷积码(LDCC)是低密度码(LDPC)经由其产生矩阵的侧滑变换成为带状产生矩阵而得到的,具有LDPC和卷积码的误码性能好等一些共同特征。LDCC码的和积算法译码方法可以进一步改进为局部概率传播译码方法。采用流水线结构的局部概率传播译码方法用于LDCC码得到了接近和积算法的译码性能,而且译码延迟比LDPC大为降低,译码器更为简单,便于实时工作。     

复杂姿态下基于空时码的测控方法研究

为了提高复杂姿态条件下飞行器测控通信的可靠性,将LDPC(Low Density Parity Check,低密度奇偶校验)码和空时码级联,并采用2×1天线系统,建立了系统模型,阐述了信道参数估计方法,在此基础上提出了基于信道参数估计的空时软译码算法,使得空时译码器输出软信息给LDPC译码器,能充分利用LDPC的编码增益。仿真结果表明,不采用空时码时在π相位差附近出现很高的误码,导致通信中断;采用空时码能够保证在任何相位差的条件下保证误码率在一定的范围内,实现不间断测控。     

基于BP算法的LDPC码改进译码算法

目前,LDPC码的译码主要采用MacKay和Neal提出的BP(Belief-Propagation)迭代译码算法。但其水平步骤和垂直步骤的孤立使部分外信息在下一次迭代中才能对译码产生帮助。为了使这部分外信息得到更有效的利用,本文提出两种以外信息的传递路径为导向的改进BP算法,用于LDPC码的译码。模拟显示,在加性高斯白噪声信道下,本文提出的两种方法在译码复杂度的不变或基本不变的情况下,有效加速了迭代的收敛,得到了更好的译码性能。     

软输入软输出LDPC码译码算法

提出了一种软输入软输出LDPC码译码算法,采用欧氏距离作为判决准则,通过对欧式距离信息的反对数和进行迭代处理,实现软输入软输出译码;同时,还提出了该算法的一种简化方法,以降低计算复杂度。本文提出的软输入软输出算法无需接收信号的信噪比和信道状态即可实现译码,并且在性能无明显损失的前提下降低了计算复杂度。仿真结果表明,在性能与和积译码算法性能相近的情况下,计算复杂度比和积译码算法的复杂度下降了约10%。     

基于提前停止判决的编码软信息辅助载波同步

 针对目前编码辅助载波同步算法中复杂度较高、延时大的问题,提出了引入辅助停止判决机制的编码辅助载波同步算法。在现有的编码辅助载波同步结构基础上,该算法能对环路信噪比(SNR)进行实时判定,在环路SNR满足限定条件后提前停止编码辅助载波同步迭代,而不影响译码性能。采用新的相位估计方式估计含相位噪声的载波相位,提升了该条件下的环路信噪比。仿真采用码率为1/2的低密度奇偶校验(LDPC)码作为编码方式,结果表明:在误码率为10^-5时,该算法减少了约50%的编码辅助载波同步迭代次数;在含相位噪声的信号条件下,与理想解调译码相比,性能损失不超过0.15 dB。     

TPC编码在高码率数传中的应用

介绍了TPC码(Turbo Product Code)研究的意义、TPC码在高码率数传中的应用前景以及高速TPC编码模块及译码模块设计,并给出了常用码长的TPC码的性能指标。TPC码在译码性能上能够非常接近香农门限,并具有较高的编码效率,同时算法复杂度较低,适合并行处理,易于用FPGA等器件实现,在高码率数传应用中具有广阔的应用前景。     

ARA LDPC码在深空测控通信系统中的应用

介绍了CCSDS推荐的应用于深空通信的低密度校验(LDPC)码,根据码字的原型图对这类累积重复累积(ARA)码的特性进行了讨论。ARA码不仅具有良好的性能,同时其编码复杂度低,译码器具备有效的并行实现结构,此外码字具有很好的系列性。结合我国"嫦娥一号"卫星测控通信系统的设计讨论了LDPC码的应用问题,采用LDPC码能够获得更大的编码增益,在我国深空测控通信系统中具有广阔的应用前景。     

复杂姿态下基于空时码的测控方法

为了提高复杂姿态条件下飞行器测控通信的可靠性，将LDPC（Low Density Parity Check，低密度奇偶校验）码和空时码级联，并采用2×1天线系统，建立了系统模型，阐述了信道参数估计方法，在此基础上提出了基于信道参数估计的空时软译码算法，使得空时译码器输出软信息给LDPC译码器，能充分利用LDPC的编码增益。仿真结果表明，不采用空时码时在π相位差附近出现很高的误码，导致通信中断；采用空时码能够保证在任何相位差的条件下误码率在一定的范围内，实现不间断测控。     

不含短环的（n，3，k）LDPC码的几何构造方法

提出了基于不含短环的(n,2,k)规则低密度奇偶校验(LDPC)码的一种最短环长为8的(n,3,k)规则LDPC码的几何构造方法。该方法简单直观而有效。仿真结果显示,在AWGN信道中该码具有明显优于随机构造的规则LDPC码的性能。     

CCSDS近地LDPC译码算法研究

针对CCSDS（空间数据系统咨询委员会）推荐的近地LDPC（低密度奇偶校验）码技术进行了研究,建立了和积译码算法、对数似然和积译码算法、最小和译码算法的数学模型,并对上述译码算法的译码复杂度和译码性能进行了仿真分析.分析结果表明,和积译码算法与对数似然和积译码算法的译码性能距离香农限1.2 dB,最小和译码算法的译码性能距离香农限1.45 dB.因此,提出基于最小和译码算法的改进算法——偏移最小和译码算法与归一化最小和译码算法,并分析了这2种译码算法的译码复杂度,同时进行了大量仿真实验.实验结果表明,当偏移因子β=0.15时,偏移最小和译码算法性能达到最优,译码性能距离香农限1.25 dB;当归一化因子α=0.741 2时,归一化译码算法的译码性能达到最优,译码性能距离香农限1.2 dB.归一化译码算法具有优异的译码性能和合理的复杂度,可以遴选作为CCSDSLDPC的译码算法用于工程实现.此外,还研究了迭代次数对译码性能的影响,结果表明,当迭代次数大于10次时,译码性能提升不再明显,故工程实现时迭代次数应设置为10次.     

一种CCSDS深空标准的LDPC码高效实现

针对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)深空通信标准LDPC(低密度奇偶校验码),为减少定点量化后的译码性能损失,提出了一种改进的译码修正算法。通过分析矩阵结构特点,并引入交错译码结构以及流水结构,设计了一种适合该标准深空通信LDPC码编译码器的高效实现结构。使用此结构,在Xilinx公司的XC5VSX95T芯片上实现了CCSDS深空通信标准的(8 192,4 096)LDPC码,在40次迭代情况下可以达到47m的吞吐率。实践表明:该设计可以灵活地移植应用于其他码率的CCSDS深空通信标准LDPC编译码器设计。     

一种适用于FPGA的LDPC编码设计

与Turbo码相比,LDPC码有更好的性能和更低的解码复杂度,但其缺点是编码复杂。根据Richardson和Urbanke(RU)建议的编码方案,本文提出了一种适于在FPGA上实现的LDPC编码方案,其复杂度随码长呈线性增长。该方案可灵活应用于不同的校验矩阵H,码长和码率的系统中。     

无线光通信系统中极化码编译码技术

大气无线光通信系统中的湍流运动会降低系统误码性能。为此,将Polar编译码技术引入无线光通信系统中,研究了极化码编码方法及其加入循环冗余校验的列表连续消除(Cyclic Redundancy Check-Successive Cancella-tion List,CRC-SCL)译码原理,并分别在高斯和湍流信道条件下进行了误码性能的蒙特卡洛仿真。结果分析表明,Polar编码对大气湍流信道的无线光通信系统可靠性有明显改善,在误码率为10-3时,相较于未编码系统,基于CRC-SCL译码的Polar编码技术可获得约6.3 dB的编码增益。同时,码长越长,码率越低,编码系统误码性能越佳。     

基于纠删码的遥测链路丢帧恢复技术

针对遥测系统在恶劣天气条件、航天器姿态调整、天线指向偏离、脉冲干扰等各种因素影响下出现的遥测信号闪断以至接收机丢帧问题,提出一种适用于闪断信道的纠删码技术,用于恢复丢失的数据帧.首先介绍LDPC（低密度奇偶校验）纠删码的编译码算法,然后构造一种以短码长的随机码为外码、IRA（不规则重复累积）LDPC码为内码的级联纠删码,最后给出纠删码的应用策略和实现纠删码所需的CCSDS（空间数据系统咨询委员会）协议扩展.通过仿真实验和分析,得到了LDPC纠删码和级联纠删码的纠删性能,得出级联纠删码与LDPC纠删码均可获得接近理想的纠删性能的结论,且级联纠删码的构造更为灵活,可适应不同的应用环境,对CCSDS协议进行适当扩展后即可支持纠删码在CCSDS遥测链路中的应用.     

航空通信系统中的LDPC编译码研究

低密度奇偶校验码(LDPC)是目前最优秀的码字之一,其接近香农传输极限的性能使其成为第五代通信系统(5G)唯一的数据信道编码。介绍了LDPC码的编译码原理和迭代译码结构,并对码长为4096,码率为1/2的LDPC码进行MATLAB仿真和FPGA工程实现。仿真结果和工程实现结果均表明:所选取的LDPC码实现简单,性能优异,对航空通信系统中信道编码的选取具有重要的指导意义。     

适用于空间通信的LDPC码GPU高速译码架构

鉴于目前空间通信对高速、可重配置信道译码器的需求,利用图形处理器(GPU)的并行化运算特点,提出了一种低密度奇偶校验(LDPC)码软件高速译码架构。通过优化Turbo消息传递译码(TDMP)算法节点更新运算线程块内和块间并行度、减少非规则行重造成的线程分支、降低线程对节点更新信息存储资源的访问延时以及合理量化译码器存储信息来提升译码内核函数的执行效率。并在此基础上引入异步统一计算设备构架(CUDA)流处理机制,设计优化的译码器输入输出数据传输和内核函数之间的执行调度方式以及CUDA流上的译码线程资源配置方式,最大化译码吞吐率的同时降低译码延时。在Nvidia最新的Tesla K20和GTX980平台上对国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥测标准LDPC码进行的TDMP译码实验结果表明,本架构进行10次迭代译码的吞吐率最高可达约500 Mbps,平均译码延时约为2ms左右。与现有结果相比,本架构在保持软件架构配置灵活性的同时更加有效的兼顾了译码吞吐率和延时性能。     

一种准循环低密度校验码部分并行编码结构设计

为了满足在一个系统中使用多码率低密度奇偶校验（LDPC）码字的需求,设计了一个多码率准循环LDPC（QC LDPC）码编码器;按照功能,将编码器分成输入缓存单元（ISU）、生成矩阵存储单元（GMSU）、矩阵乘法运算单元（MMU）以及输出缓存单元（OSU）4个主要组成部分;通过使用多个小块存储器组合的方式设计ISU可以使无效存储空间降到最低;通过分析各种码率生成矩阵特点,将矩阵进行分割,从而将各种码率生成矩阵所需要的信息存储在若干个存储单元中;MMU用于完成信息位与矩阵的乘法与求和运算,运算单元的数目和GMSU的数目相等;OSU中包括两个存储器,采用乒乓操作,以提高编码速率。通过管脚的选择,此编码器支持0.4, 0.6以及0.8码率3种编码模式。最后用Altera公司的现场可编程门阵列（FPGA）EP1S801508C7对编码器进行了实现。结果显示此编码器仅耗费5 339个逻辑单元,占FPGA总逻辑单元的7%,耗费439 296比特的存储器资源,占FPGA总存储器资源的6%。     

RS码的时域编码频域译码技术

通过对于RS码的时域编码／频域译码的算法进行分析,找到了它们的不同之处及转换方法,得出了时域编码／频域译码的混合编译码方法,提高了运算速度和纠错能力。