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LDPC(Low-Density Paritv-Check codes)码是一种基于矩阵构造编码和迭代译码的新型信道编码方案,它具有很低的译码复杂度,并且拥有逼近香农极限的优异性能,目前最好的LDPC码字性能距香农极限仅0.0045dB。随着研究的深入,LDPC码的编码复杂度也得到很大改善,这使得它在无线通信、深空通信、光纤通信以及介质存储等多个领域都得到了广泛的应用。
本文首先介绍了信道编码的发展历程,以及LDPC码的基本原理和基本概念,然后从校验矩阵的构造方法、迭代译码算法以及性能分析等几个方面对LDPC码进行了讨论,介绍了相关技术的主要研究成果,并针对每种技术提出了自己的看法和改进方案。
LDPC码校验矩阵的构造方法主要包括随机化构造、半随机化构造和结构化构造三种类型,在引入各种算法原理的同时比较了它们各自的优缺点。然后本文提出一种基于先验信息的LDPC码编码方法,该方法通过在校验矩阵中的弱比特位置插入先验信息,可以有效避免由小循环以及不合理的度分布带来的不利影响,提高了译码性能,加快了译码迭代收敛速度。
对于LDPC码的译码算法,分硬判决和软判决两部分进行了讨论,分析了各算法的性能、特点以及适用性。在此基础上,本文提出一种改进的加权BP译码算法。考虑到校验矩阵各个比特节点受到的保护程度有差异,它们在迭代译码过程中提供的概率信息也具有不同的可靠性,因此在处理信启、迭代时为每个比特节点赋予一个权值,以优化它们提供的信息的概率贡献。结果表明,这样的处理可以提高系统性能,减少正确译码所需迭代次数。
最后本文还研究了密度进化和高斯近似等理论分析方法。通过跟踪译码迭代过程中信息的概率密度函数,它们可以有效预测具有某一类特性的LDPC码字的性能,同时还能够确定信道域值,并帮助优化设计低密度校验矩阵的度分布。