LDPC碼高效譯碼算法及其在可見光通信中的應(yīng)用.pdf

1、信息社會(huì)的高速發(fā)展對(duì)數(shù)字通信提出了越來越高的要求，通信服務(wù)向著更大的數(shù)據(jù)吞吐量、更短的延時(shí)、更穩(wěn)定可靠的信息傳輸發(fā)展。低密度校驗(yàn)碼(Low Density Parity-Check codes，LDPC)是現(xiàn)今性能最好的信道糾錯(cuò)碼，能夠很好地滿足上述對(duì)現(xiàn)代通信的要求。針對(duì)LDPC碼在中短碼長(zhǎng)時(shí)譯碼性能的不足及譯碼復(fù)雜度較高的問題，本文提出了LDPC碼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析工具及相應(yīng)的解決方案，研究了低復(fù)雜度的算法，最后給出了LDPC碼方案在可見

2、光通信(Visible Light Communication，VLC)中的應(yīng)用。主要內(nèi)容如下:
　　1) Tanner圖中的環(huán)分布影響著LDPC譯碼算法的誤碼率性能，為了快速計(jì)算出Tanner圖中短環(huán)的數(shù)目，提出了一種逐邊遞推的基于矩陣運(yùn)算的算法。根據(jù)所定義的5種基本圖結(jié)構(gòu)，算法在實(shí)施過程中可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)間的遞推。與前人工作相比，該算法對(duì)于同一環(huán)長(zhǎng)提供了多種方法進(jìn)行計(jì)算，以更低的時(shí)間復(fù)雜度得到了相同的計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步證實(shí)了算法的正確

3、性。新算法不僅能計(jì)算出總的環(huán)數(shù)，而且同時(shí)給出了每一條邊參與的環(huán)數(shù)。
　　2)為了改善傳統(tǒng)的置信傳播(Belief Propagation，BP)算法的譯碼性能，減少因短環(huán)產(chǎn)生的消息間相關(guān)性，提出了一種新的基于短環(huán)分布的加權(quán)置信傳播(Cycle-basedWeighted BP，CW-BP)算法。該算法首先計(jì)算Tanner圖中短環(huán)分布，根據(jù)每條邊參與的短環(huán)的數(shù)目來確定該邊的權(quán)重:參與短環(huán)的數(shù)目越大，則該邊所賦權(quán)重越小。根據(jù)CW-BP

4、算法的賦權(quán)規(guī)則，同時(shí)也給出了相應(yīng)的基于短環(huán)分布的加權(quán)最小和(Cycle-basedWeighted Min-Sum，CW-MS)算法。在計(jì)算復(fù)雜度方面，與標(biāo)準(zhǔn)BP算法相比，CW-BP算法在每個(gè)節(jié)點(diǎn)消息處理的過程中僅僅增加了一步乘法運(yùn)算。
　　3)為了改善比特翻轉(zhuǎn)(Bit Flipping，BF)算法的譯碼性能，提出了一種優(yōu)化的基于加權(quán)候選比特翻轉(zhuǎn)(Weighted Candidate Bit based Bit-Flipping，

5、WCBBF)的譯碼算法。校驗(yàn)不為0以及校驗(yàn)為0的校驗(yàn)方程同時(shí)為候選比特提供了翻轉(zhuǎn)與否的信息。給出了WCBBF算法與最小和算法(Min-Sum，MS)的關(guān)系，指出WCBBF算法可以看成是一個(gè)粗糙的硬判決版的MS算法。
　　4)標(biāo)準(zhǔn)的BP算法采用并行消息傳遞的方式，存在著收斂速度慢的問題。為了加快收斂速度，提出了兩種新型串行調(diào)度譯碼算法，分別利用了加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)中計(jì)算的權(quán)重因子和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)可靠度測(cè)度作為串行調(diào)度的基準(zhǔn)。優(yōu)先對(duì)可靠度較低的校

6、驗(yàn)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行消息更新能夠及時(shí)地糾正錯(cuò)誤，避免錯(cuò)誤在環(huán)路中的傳播，因而加快了收斂速度。與復(fù)雜的動(dòng)態(tài)調(diào)度算法相比，新算法在譯碼性能和譯碼復(fù)雜度方面取得了良好的折中。
　　5)分兩種情況研究了LDPC碼在可見光通信中的應(yīng)用:第一種要求在高斯信道下嚴(yán)格滿足調(diào)光率，對(duì)此利用LDPC碼字的鐘型分布特性，對(duì)略微偏離調(diào)光率要求的碼字進(jìn)行比特填充，對(duì)偏離預(yù)設(shè)調(diào)光率較大的碼字進(jìn)行極化處理，最終滿足了調(diào)光率的要求;第二種為BEC信道高速通信中的應(yīng)用，此時(shí)