一种改进的LDPC码BP译码算法

LDPC码作为纠错能力最强的信道编码,在深空通信中具有广泛的应用前景。研究了LDPC码的BP译码算法,并对该算法进行了仿真,分析了LDPC码的误码率随BP译码迭代次数的演化情况,提出了一种改进的BP译码算法。经过仿真验证,改进的BP译码算法,在信噪比低于译码阈值时能够大幅地减少译码迭代次数,降低运算复杂度,而性能却几乎没有降低。这种改进的BP译码算法对LDPC码在深空通信中的应用具有重要的意义。
     

LDPC编译码方法综述

目前的研究均表明LDPC码是信道编码中纠错能力最强的一种码,其译码器结构简单,在深空探测、卫星通信等领域可得到广泛的应用。文章介绍了LDPC码,综述了其编码方法和译码方法。在编码方法中分别描述了校验矩阵的构造和基于校验矩阵的编码算法,译码方法中主要论述了消息传递译码算法、置信传播译码方法、最小和译码算法、比特翻转译码算法和加权比特翻转译码方法。同时对LDPC码编译码方法的发展作了分析。     

LDPC编码系统的码辅助载波相位同步算法

深空通信具有传输距离远、信号衰减严重的特点,针对低信噪比条件下深空通信系统中LDPC编码系统载波同步实现困难的问题,提出一种新的具有较低复杂度的码辅助载波同步算法。分析了载波同步误差对译码性能的影响,基于最大似然准则推导了载波相位的迭代同步算法,算法利用LDPC译码器输出的软判决信息来辅助载波相位的估计,将译码器与载波同步器进行联合迭代,从而得到接近最大似然估计性能的载波相位估计,同时对载波相位进行迭代补偿。仿真结果表明,在低信噪比条件下,算法能够有效纠正载波偏差,并能够以较低的系统复杂度获得近似理想同步的LDPC码译码性能。     

深空通信中LDPC码的一种译码算法

LDPC码由于具有逼近仙农极限的性能和硬件可实现的编译码复杂度,在深空通信中具有重要的应用前景。文章在简要介绍CCSDS（空间通信系统咨询委员会）中LDPC码编码规范的基础之上,采用多维EXIT图对其译码门限和收敛速度进行了研究,最后重点研究了译码算法,通过改进归一化最小和算法提出了一种自适应归一化最小和算法,该算法保留了归一化最小和算法的所有优点,改善了不同信噪比条件下的译码性能,并解决了归一化因子的选择难题,适合在资源受限的深空通信中应用。
     

基于FPGA最大迭代次数可变的LDPC译码器设计

文章给出了一种基于FPGA最大迭代次数可变的LDPC译码器设计方法。与传统的固定的最大迭代次数译码相比,该方法将译码的实际迭代次数少于分配的最大迭代时间用于对下一帧数据的译码,可以有效利用LDPC迭代译码过程中的空闲时间,来提高译码器的译码性能。在同样的数据吞吐率下,有效地提高了译码性能,而在同样的译码性能情况下,有效地降低了使用的FPGA硬件资源。非常适合译码性能要求高条件下实时高速译码器的设计。     

一种改进的基于LDPC码的信源信道联合译码方法

提出一种改进的将LDPC迭代译码和隐马尔可夫估计相融合的迭代译码算法。一方面通过隐马尔可夫信源估计获取信源残留冗余,作为外信息提供给LDPC迭代译码;另一方面,通过LDPC迭代译码获得更精确的信源估计模型参数,加快迭代收敛速度,获得更好的迭代译码性能。其优点是无需知道任何关于信源的先验信息,计算复杂度低,并行操作性强,尤其适用于宽带多媒体传输。     

基于FPGA的高速并行DVB-S2标准LDPC译码

最新的CCSDS、DVB-S2等相关卫星标准都采用低密度校验(Low Density Parity Code,LDPC)码,其中DVB-S2中LDPC码由于码字长、码率多,不易于硬件实现。文章针对该码校验矩阵特性,给出一种基于改进最小和算法的高速并行译码器的FPGA实现方案。方案采用180并行,6bit位宽,在20次迭代下,基于Xilinx SC5VSX95T芯片的测试表明:设计方案支持200 MHz的时钟频率。     

低密度奇偶校验码快速收敛译码算法研究

介绍低密度奇偶校验码(LDPC码)的构造方法和置信传播译码算法,引入基于校验节点的一种快速收敛译码算法——串行译码算法。从树的深度方面分析串行译码算法的消息收敛特性,证明该算法与置信传播译码算法相比具有较好的收敛特性,且降低了译码复杂度。在加性高斯白噪声(AWGN)环境下,采用BPSK调制方式分别对串行译码算法和置信传播算法进行了计算机仿真。结果表明,串行译码算法的译码性能具有明显的改善。该算法使硬件实现变得更容易,资源占有量会降低,这就为LDPC码的工程实现提供了一种可行的方案。     

基于高速存储平台的高性能RS编译码器设计

目前,星载高速存储设备中采用商用RS编译码IP核来实现数据纠错功能,能够实现的编译码最高速率为800 Mbps,只能依靠多个IP核同时工作达到吉比特高速数据存取速率的要求。星载存储数据发生错误的主要原因是存储区单粒子翻转和存储介质本身特性产生的单比特数据错误。针对星载存储数据的误码特性,本文提出一种RS编译码改进算法,通过对编码算法中的剩余多项式及译码算法中的伴随多项式进行降次处理,减小编译码过程中运算的迭代次数及计算量,以及对编译码算法中的基本运算单元有限域乘法器采用子项复用技术,实现对传统RS编译码算法的改进。结果表明改进后的编译码器能达到最高数据速率为10.5 Gbps,编码器资源较单个商用IP核减少15%,译码器资源减少40%,能够满足后续高速存储平台的应用要求。     

LDPC码的编译码仿真平台设计

对LDPC码进行仿真是评价LDPC码构造方案和设计编译码器的前提条件。文章基于Matlab开发了LDPC码的一些基本函数和典型函数,这些函数可以分为4类：环、校验矩阵的构造、高斯消去和译码算法。重点介绍了girth分布、高斯消去、PEG—LDPC码、Tanner-LDPC码的实现方法和函数流程。通过与经典文献中的数据进行对比,验证了这些函数的正确性。     

一种结构化LDPC码的部分并行译码器设计

CCSDS标准给出的低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check,LDPC)其子矩阵具有不同的列重,这给部分并行译码器的设计带来困难。本文针对如何高效实现CCSDS中LDPC码部分并行译码的问题,根据该类码的准循环特性,将码的校验矩阵分解成3个矩阵的和,提出了一种能够部分并行译码的译码器结构。利用本文提出的方法设计译码器时可以在译码时延和译码复杂度之间进行折中。     

基于CCSDS标准的卫星遥控LDPC编码方案探讨

随着天地一体化及遥控可靠性需求的不断提高,传统卫星遥控标准中广泛采用的BCH码很难满足未来卫星遥控链路复杂多样的需求。为此,文章将卫星遥控指令分为短指令模式和内存上注指令模式两大类,设计低密度奇偶校验(LDPC)编码方案。对于帧长较短的遥控指令,采用3种码长较短的LDPC码,与目前空间数据系统咨询委员会(CCSDS)遥控标准推荐的BCH(63,56)码相比,在误码字率为10~(-5)量级时,可以额外获得4～6dB的增益。对于大数据量的内存上注指令,应用现有CCSDS遥测标准推荐的LDPC(8160,7136)编码方案,当误码字率为10~(-5)量级时,所需信噪比(Eb/N0)约为3.8dB,编码增益约为7dB。为了实现LDPC编码方案,文章设计了与BCH码相似的协议格式,改动量较小且具有良好的兼容性,不会对已有遥控系统产生影响。译码方案采用并行的FPGA译码器架构及最小和译码算法,其译码复杂度较低,硬件实现资源占用较少,具有可行性。     

LDPC码在深空通信中的应用技术研究

在DVB-S2标准提出的LDPC码校验矩阵的构造方法以及编码算法的基础上,对LDPC码编码复杂度以及译码性能进行了分析和仿真验证;在AGWN信道下,采用BPSK调制方式对DVB-S2标准码长为16200、码率为0.5的LDPC码进行了计算机仿真。仿真结果表明,LD-PC码纠正突发错误和随机错误的能力均很强,具有很高的纠错比特数,适合应用在深空通信的恶劣环境中;并初步论述了深空通信的信道特点,通过和Turbo码比较,分析了LDPC码作为深空通信系统信道编译码方案的可行性。     

LDPC码在卫星导航系统中的应用

作为一种接近香农极限的信道编码,近年来LDPC码被广泛采用,例如欧洲第二代数字视频广播卫星标准DVB-S2和空间数据咨询委员会(CCSDS)遥测信道编码标准就分别采用了LDPC码。文章将讨论LDPC码在卫星导航系统中的应用,内容涵盖星上编码与接收机解码。GPS联合项目办公室在接口规范(Draft IS-GPS-800,Navstar GPS Space Segment/User Segment L1C Interfaces,19 April 2006)中展现了L1电文结构中的LDPC码。子帧2和子帧3将分别用一个独立的24bit循环冗余检验(CRC)算法。加入CRC比特之后每一子帧将进一步被长度为1200/548码率为1/2的LDPC码编码。文章将给出同等长度同等码率的不同类型的LDPC码。它们表现出了优异的译码性能、简单的编码结构和较低的译码复杂度。另外一个优点是其校验矩阵无需用一系列的冗余表格来表示。这种LDPC码的构造方法可以被扩展到其它卫星导航系统,比如欧洲的伽俐略(Galileo)系统和中国的北斗(Compass)系统。     

LDPC码在迭代接收机中的应用

讨论了空时分组编码、正交频分复用(OFDM)系统与低密度奇偶校验码(LDPC码)的迭代译码联合使用的方法.以一个迭代接收机的实例,在Jakes信道模型下对误码性能进行了仿真.结果表明该方法可以有效地提高系统性能.     

非规则LDPC码译码量化问题研究

对应用于国家数字电视地面传输标准的非规则LDPC码的log-BP译码算法实现中的量化问题进行研究,针对三种不同的编码效率的码字,对接收数据和中间变量进行均匀和变精度量化方案设计,并在高斯信道上仿真。通过对误码率和译码硬件复杂度两方面的对比和优化,得出了标准采用的LDPC码log-BP算法量化的实用性结论,作为硬件实现及其他应用的重要依据和参考。进一步指出对中间变量采用“变精度量化”方案,可使误码率非常接近无量化处理。     

Turbo乘积码技术及其FPGA实现

介绍Turbo乘积码的基本概念,对chase译码算法、硬判决码字的可靠性计算、串行和并行迭代译码算法及其FPGA硬件描述语言的实现作了介绍和仿真,给出了仿真的译码性能曲线。     

直扩通信系统信噪比估计在LDPC译码中的应用

针对LDPC码的信噪比误差使置信传播(BP)译码算法性能下降的问题,提出一种扩频码辅助的直接序列扩频信号信噪比最大似然估计算法,并利用解扩后的相关值序列对存在的小多普勒频偏情况进行修正。仿真结果表明,该算法在较低信噪比时仍可以达到比较好的估计精度,采用估计信噪比作为BP译码先验概率对译码性能影响非常小。     

LDPC码在空间光通信PPM信道中的性能与分析

如何在空间光通信的PPM信道中应用性能优越的LDPC码是一个非常需要研究的课题,目前未见于国内外文献。文章对PPM信道下LDPC码的应用进行了探讨,提出了二元域上的LDPC码和多元PPM调制信道的结合方式及应用途径,研究了相应系统模型下的译码,并对其性能进行了计算机模拟仿真。仿真结果表明LDPC码在光PPM通信中显示出了优越的纠错能力,具有良好的应用前景。     

深空通信中的一种级联编码调制及其迭代接收

在深空通信中,由于通信距离大幅增加,通信信号的自由空间传播损耗很大,提高系统的功率利用效率是深空通信系统设计需要考虑的重要问题之一。提出了基于LDPC码和FQPSK调制的级联编码调制体制,首先提出该编码调制体制的系统模型,通过修改相应的算法给出适合FQPSK的迭代解调解码算法,通过计算机仿真分析了该体制的误码率性能。研究结果表明：该体制利用FQPSK的恒包络特性克服信道非线性问题并使功放工作在饱和区,利用LDPC码实现低信噪比通信,同时在接收端通过迭代解调解码获得增益,从而能够缓解深空通信中由于传输距离过远而带来的极低信噪比通信问题。