协作通信系统中的LDPC码性能分析研究
基于非规则LDPC码的协作MIMO系统性能分析

文章编号 : 1 0 0 4 — 9 0 3 7 { 2 0 1 3 ) 0 6 0 7 1 4 — 0 5
基 于非规则 L DP C码 的 协 作 MI MO 系统 性 能 分 析
张 艳 仰 枫 帆
( 1 . 南 京 航 空 航 天 大 学 电子 信 息 工 程 学 院 , 南京 , 2 1 0 0 1 6 ; 2 . 南 京 信 息 职 业 技 术 学 院 电子 信 息学 院 , 南京 , 2 1 0 0 3 2 )
第2 8 卷第6 期 2 0 1 3年 1 1月
数
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与
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理
Vo l _ 2 8 NO . 6 o f Da t a Ac q u i s i t i o n a n d Pr o c e s s i n g
采 用 了非 规 则 L DP C码 的 编 码协 作 协 议 的 系统 性 能 明 显 优 于 放 大 转 发 ( Amp l i f y f o r wa r d, AF) 协 议 和 解 码 转 发
( D e c o d e f o r wa r d , D F ) 协议 , 误码率分别提 高了 0 . 4 d B和 0 . 8 d B , 中断 概 率 性 能 也 明显 提 高 , 性能得到显著改善 。 关键 词 : 编码 协 作 ; 协 作 MI MO; 误 比特 率 ; 中断 概 率 ; 非规 则 L DP C 中图 分 类 号 : TN9 ¨ 文 献标 志 码 : A
摘要 : 提 出 了一 种 基 于 非规 则低 密度 奇 偶 校 验 码 ( L o w d e n s i t y p a r i t y c h e c k c o d e s , L D P C ) 码 设 计 的 用 户 协 作 分 集 方案 , 并 且 给 出 了 准静 态 的 瑞 利 衰 落 信 道 下 单 用 户 单 中继 环 境 下 的 3 种 中 继协 议 的性 能 比 较 和 中断 概 率 理 论 推 导, 比较 分 析 了采 用 编码 协 作 策 略 的 双 用 户 多 中继 环 境 下 的 系统 的误 比特 性 能 和 中断 概 率 的 仿 真 图 。 结 果 表 明
LDPC码的研究与分析

设 校 验 矩 阵列 向量 地 址表 每 行有 a个数 ,那 么从 第 l 步执 行 到 第t 步 ,系 统运 算共 执 行的 加法 次 数为 : n・ k =a R - n 。所 以可得 出 加法 运 算 的运 算 量 为 ( 1 +蛐 一 只 ) ・ n 一 1 , 从式 子 可 以得 出 ,码 长 越 长则运 算 复杂度 越 高。 3 . 1 L D P C码的 设计 以l / 2 码率 ,码长为 1 6 2 0 0 b i t 的L DP C 码 短码L DP C码 的 校 验 矩 阵的设 计方法 。1 6 2 0 0 b i t L DP C码 的 校 验 矩 阵 H的 维 数 为 8 1 0 0 ×1 6 2 0 0 ,式( 4 ) 的子 矩阵 地 和矩 阵H 。 的维 数均 为8 1 0 0 ×8 1 0 0 , 心的每 一 个矩 阵的维 数都 为8 l 0 0 ×4 0 5 ,有8 1 0 0 行 、4 0 5  ̄ 1 J 。 对于子 矩阵月 设其第 一列上 元素 “ l ”的行标 为 向量 0 中 的元 素值 。
吴 朝
【 摘要 1线性分组码 包含很多种,L DP c 码也是其中的一种 ,它是一种具有着非常优越的纠错性的译码算法,在一定条件下它可以实现 无限
【 关键词 】 L D P C * 2  ̄ j ;误码率
直 以 来 大 部 分 信 道 编 码 的 性 能 都 达 不 到 香 农 极 限 , 直 到 T u r b o 码 的 出现 ,在T u r b o 码 的性 能 基础 之 上 , 1 9 6 2 年G a l l a g e r 提出 r L D P C 码 相 关 的构造 方 及其 理 论叙 述 等…,因为 发现 L D P C 码 也 具
E L E C T R ONI C S W OR L D・ 探 索与观察
基于LDPC码的编码协作通信研究

信息工程学院本科毕业论文(2012届)题目基于LDPC码的编码协作通信研究系通信工程专业通信工程班级08093412学号08934237学生姓名余磊石指导教师郭锐完成日期2012年1月摘要采用空间分集的方法可以有效地对抗无线信道中的衰落。
由于受到体积、重量、成本等因素的限制,在无线通信系统的用户终端上实现多天线技术较为困难。
而在单天线的无线用户间通过协作,共享天线,可以实现虚拟的多天线。
协作通信方式是解决通信系统容量不断增加的重要方法,协作通信系统中采用LDPC码,可以有效改善中继节点处的差错传播带来的系统性能下降。
低密度奇偶校验(LDPC) 编码是一种性能优良的线性分组码,利用其码字内码元间固有的相关性,通过不同的用户发送码字的不同部分,可以实现虚拟的多发送天线,获得发送分集增益,在不增加系统带宽和发射功率、系统复杂度也不会明显增加的情况下能显著地提高系统性能。
本文给出了LDPC码的基本编解码原理,阐述了基于LDPC码的协作通信系统的分析模型,给出相应的仿真结果和分析。
关键词:衰落;协作通信;分集;多天线; LDPC 编码;编码协作ABSTRACTSpatial diversity is an effective method to resist fading effect in wireless channel. Due to the limitation of size weight and cost, it is difficult to use the multi antenna technique on the terminal of wireless communication. Cooperative communication allows the mobile terminals with a single antenna to share their antennas. Thus virtual multi antenna can be created to realize transmitting diversity.Cooperative communication is an important scheme to meet the increasing requirement of capacity of communication system .Performance degradation due to the error propagation on the relay node can be improved effectively by using LDPC codes in the cooperative communication system.LDPC code is a good linear block code. Because of the intrinsic coherence among the bits of the code word, we can create virtual multi antenna and obtain diversity gain by making different users transmit different parts of the code word. Once diversity gain is obtained, the system performance can be improved effectively, without much rise in the system bandwidth and transmitting power, nor would the cost and complexity of the system increase evidently.The fundamental theory of encoding and decoding of LDPC codes are given firstly, then the analysis model of cooperative communication system based on LDPC codes is described. The simulation results and analysis are presentedKey words:cooperative communication; diversity; multi antenna; low density parity check code( LDPCC) ; coded cooperation目录1 引言 (3)2 LDPC码的概论 (5)2.1LDPC码的介绍 (5)2.2LDPC码的表示 (5)2.3LDPC码的性能特点 (6)2.4 LDPC码的应用举例 (8)3 编码协作通信的研究 (10)3.1基于LDPC码的协作通信的研究 (10)3.2编码协作的原理 (10)3.3协作通信的几种方法 (12)4 LDPC码的编码协作通信 (14)4.1基于LDPC码的编码协作通信的模型 (14)4.2协作通信过程中的编、解编流程 (14)4.3基于LDPC码的编码协作的实现 (17)5.结论 (19)致谢 (21)参考文献 (22)附录 (23)1 引言近年来,基于中继的协作通信技术通过有效利用空间分集,显著改善通信系统的性能。
LDPC码实现及性能研究

LDPC码实现及性能研究LDPC (Low-Density Parity-Check)码是一种误差纠正码,由Gallager在1962年首次提出。
LDPC码在通信系统中广泛应用,并被采用在各种无线通信标准中,如Wi-Fi、LTE和5G。
本文将分析LDPC码实现及性能研究。
首先,需要了解LDPC码的编码和解码过程。
LDPC码是一种线性分组码,可以通过生成矩阵来进行编码和解码。
编码过程中,将输入数据按照生成矩阵进行乘法运算,生成编码后的数据。
解码过程使用迭代的方式,通过利用校验矩阵的稀疏性质,通过更新变量节点和校验节点的信息,最终得到解码后的数据。
LDPC码的性能研究主要包括两个方面:编码效率和纠错性能。
编码效率是指码率,即编码后得到的编码长度与原始数据长度的比值。
纠错性能则是指LDPC码能够纠正错误比特的数量。
研究LDPC码的性能可以通过计算误比特率(BER)和块错误率(BLER)来评估。
LDPC码的实现主要有软件实现和硬件实现两种方式。
软件实现使用计算机来进行编码和解码的操作,通常采用矩阵操作和位操作的方法实现。
硬件实现可以使用专用的硬件电路来加速编码和解码的过程,如ASIC (Application Specific Integrated Circuit)和FPGA(Field-Programmable Gate Array)。
在LDPC码的性能研究中,可以对编码长度、码率、校验矩阵结构等因素进行优化,以提升纠错能力和编码效率。
例如,在编码长度较短的情况下,可以选择更高的编码率,从而提高纠错能力。
而在编码长度较长的情况下,可以选择更低的编码率,以降低纠错开销。
此外,在校验矩阵结构设计方面,可以采用不同的规则,如正则LDPC码和非正则LDPC码,以获得更好的性能。
为了研究LDPC码的性能,可以使用模拟和仿真的方法。
模拟方法通过建立误差通道模型和使用LDPC码进行编码和解码的过程,来评估LDPC 码的性能。
LDPC码性能研究与分析

0 前 言
[ ] 1 低密度奇偶校验码 ( , 于1 经过 L o wD e n s i t a r i t h e c kC o d e L D P C 码) 9 6 2 年由 G a l l a a r提出 , yP yC g [ 2] 、 便 于 硬 件 实 现、 性 M a c k e S i e l m a n和 W i b e r D P C 码 具 有 全 并 行 迭 代 译 码 结 构、 y p g 等人的研究发现 L 能优越等优点 , 因此 L 光 纤 通 信、 卫星数字视频和音频广播等领域等得到了广泛应 D P C 在 深 空 通 信、 3] 本文研究了 L 分 析了校 验矩 阵 的 多 种 变 换 方 法 , 用[ . D P C 的随机构造法构造校验矩阵及软判决 译码 ,
对不同校验矩阵对 L D P C 的性能影响进行了研究 .
1 D P C 的编码算法 L
二元 L 其校验矩阵 H 具有稀疏性的特点 , 即 H 中大 部分为 “ , D P C 码是一种低密度线性分组码 , 0” 数量很少的元素为 “ ” 正则 L 每 一行有ρ 个 “ , 1 . D P C 码的定义由 G a l l a e r给出 , H 应满 足以下条件 : 1” g ρ 为该行的行重 ; 每一列有γ 个 “ ” , 任意两行或者两列不会有 两处 或两处以 上在相 同的 1 γ 为该列的列重 ; ” ; 位置有 “ 1 L D P C 的编码步骤概括如下 : ρ 和γ 远远小于码长 . ( ) 低密度校验矩阵构造的 L 编 码时需 先构造一 个校验 矩阵 . 假设已经构 1 D P C 码由校验矩阵确定 , 造了一个校验矩阵 H, 从码字空间中选出一组可用码字作为所需构造的 L D P C 码. ( ) 通过高斯消元将校验矩阵 H 转化为形式 : , ] , 方便在 译码时确 定信息 比特 2 H= [ I I为单位矩 阵 , 位置 . ( ) 利用校验矩阵得到生成矩阵 G= [ , 3 I P] . ( ) 得到编码输出码字 C=x , ] , 即信息序列 x 乘以生成矩阵 G. 4 G= [ x x p 校验矩阵 H 是 L 因此校验矩阵对 L D P C 的重要特性 , H 不同则码字集合也不同 , D P C 码的构造尤为 重要 . 然后随机地将每列中的γ 个 0 置换成 1 , 每行当中的ρ 个 0 置换成 H 构造时先生成一个的全 0 矩阵 , 为保证 L 一是避免出现长度为 4 的环 , 否则可能导致消息在 1 . D P C 码的正确性同时需避免以下两种情况 : 两组点之间的反复传递 . 二是避免比特节点所连接的校验方程过于集中 , 否则会导致 L D P C 码错误 .
光纤通信系统中一种LDPC码的性能分析

m i I Ⅲ 一I n{ a—b , J d—bj 『,
() 7
() 2 校验节 点置 信信 息矩阵 R 的更新 : 按照式 ( ) 2 利用变量节 点置 信信息矩阵 Q的 内容对校 验节点置信信 息矩 阵 R进行更新 。
J =2 a h R , n [I tn ( ,2】 t J a hQ / )
, f
() 2
() 3 变量节点置信信 息矩阵 Q的更新 : 按照式 ( ) 3 利用校验节 点置 信信息矩阵 R的 内容对变 量节点置信信 息矩 阵 Q进行更新 。
Qj
.
=
n
L+ ∑ R
, I) ∈ 4lt
”
( 3 )
R
”
() 4 临时判决 : 计算 D : +
科 学 论 坛
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C o{o ong ow h nalht l i cor" oy v n e c o to s  ̄
光纤通信 系统 中一种 L P D C码 的性 能分析
王克贵 许 渤z 沈 哲3
(.. 1 3 西南交通 大学信 息科学 与技 术学院 四川 成都 6 0 3 ; . 1 0 2 电子科技大学通信与信 息工程学院 四川 成都 6 0 5 ) l 1 0 4 [ 要] 摘 本文阐述 了 L P D C码 的基 本原理 ,又 提 出了一 种构造简单 、编 码容易 实现 的低密度 奇偶校验 ( D ) L PC 码的构造 方法 ,并仿真验证 了该 L P D C码在光 纤信道环 境下 的译码性 能。 [ 关键 词] 低密度奇偶校验码 LP D C码 前向纠错译码 迭代译码 中图分类号:T N 文献标 识码 :A 文章编 号:1 0 - 1 x 2 ) 2 0 5 - 1 9 9 ( 01 0 - 0 0 0 0 4 0 光 纤通信 技术是 信息 社会 的支柱 ,光 纤通信 网络是 “ 息高速 信 公路 ”的骨干网,也是世界通信建 设今后发展 的主体 。现代通信的 目 的是提 高信息传 输的可靠性和 有效性。纠错码 是提 高信 息传输可靠性 的 一 种重要手段 ,它 己经经历 了4 0年 的历史 ,在此期间有了很大的进 展。L P (o e s t a i y C e k 码 是一类 可 以用非常稀疏 D C Lw D n i Y P r t h e ) 的校验矩 阵定义的线性分组纠错码 ,最初 由G l a e a g r发现 ,故亦称 1 G l g r码 。经过数十年 的沉寂 ,L P ala e D C码 重新被重视。L P D C码以具 有 非常逼近容量限的优 异性能在通信 编码领域 引起 了广泛关注 。 1 L PC码 的 基 本 原 理 、 D LP D C码是一种 线性分组码 ,其最基 本的特征就 是其奇偶校验矩 阵 的稀疏 性,即其中非零 元素的个 数远远 小于矩 阵的大小 。L P D C码 的定义通常是首先定义对 应的奇偶校验矩 阵,对于任何一个线性分组 码 ,其有效码字 y和校验矩 阵 H问都必须 满足关系 n y O 1 = 。该等式一 共可 以写 出 k个校 验 方程 ,k代表 了校 验矩 阵的 行数 ,每个校验 方 程代表 了该 L P D C码 的符号 比特 间必须满 足的一项 约束 。 L P 码的译码可 以使用置信传播迭代译码算法 ,为此我们首先定 DC 义变量节点 v 参与的校验节 点集 合 A ={ ( ) , =1 ) 校验节点 C 参与 的变 量节点集合B( ={, .=1。同时定义 m) ,H , ) 两个 大小与奇偶校 验矩阵相 同的置信 信息矩 阵,一个是变 量节 点置信 信息矩阵 Q ,一个是校验节 点置信信息矩 阵 R 。置信传播译码算法的具 体 步骤为 : () 1初始化 : 从接 收信号序列计算 出对应 每一个变量节点的置信信 息 厶,同时对变 量节点 置信信 息矩阵 Q按照式 ( ) 行初始化 。 1进
编码协作MARC上全分集LDPC码的实现与性能分析

(
. a ] cz : = )
2。 0 得 的后 验 信 息 可 以表 示 为 : 获
㈤
() 7
Y= +z, z ~N(, 。开 始 迭 代 时 ,( )式 中 的 可 以 改 写成 ( )式 形 式 。对 于 l 中信 息 比特 0, 0仃 ) 4 6 i I 除 了具 有 先验 消 息 外 , 还 可 接 收 到 来 至 校 验 节 点 的 外 部 消 息 : 数) 。对 于 用 户 数 为 2的 MAR C信 道 而 言 , , =1 ,, ( 为 信 息 比特 。的度 , . 2. .
第 1 卷 第 2期 7
2 1 年 4月 02
文 章 编 号 : 10 -2 9(0 2 0 —0 40 0 70 4 2 1 ) 20 5 -6
电路 与 系 统 学 报
J 0URNAL OFCI RCUI TSAND YS EM S S T
VO . 7 No2 1 1 . Ap l 2 1 i r, 02
口
口
口
其 度 数 由 H2、H2 f p的列 重 决 定 ; 同样 ,2 C
通 过 度 数 为 1的根 连 接 与 R. 上 传 输 的 信 D
( 全分集LP 码Tne图 a ) DC a r n
, ( 全分集L P 码校验矩阵 b ) DC 口 口
口 图2 MA C上全分集 L P 口 口 Tne 图 R D C码及其 anr
集 L P D C码 校验 矩 阵的结 构 , 出 了通过提 高全 分集 校验 比特 的 比例 ,改善全 分集 L C码 在 MAR 给 DP C上 编码 增益 的方
法 。仿真结 果表 明 ,本文所 提算 法在 MAR C信道 上不 仅能 实现 全分集 ,而 且 能取得较 高 的编码 增 益 。
LDPC码在协作MIMO系统中的设计与分析

ZHANG Ya n r. YANG Fe n g- f a n
, 1 . C o l l e g e o f E l e c t r o n i c a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g ,N a n j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s nd a A s t r o n a u t i c s , N a mi n g 2 1 0 0 1 6 ,C h i n a  ̄
t e m. T h i s p a p e r p r o p o s e s a n a d v a n c e d d e s i g n t o p r o v i d e r e l i a b l e a n d e n e r g y — e ic f i e n t t r a n s mi s s i o n. T w o
,
Abs t r a c t: Co o p e r a t i v e c o mmu n i c a t i o n i s o n e o f t h e mo s t e f ic f i e n t me t h o ds t o i mp r o v e r e l i a b i l i t y o f wi r e l e s s
i r r e g u l a r LDPC c o d e s o u t p e fo r m s r r e g u l a r LDPC c o d e s i n t h e s a me c o n d i t i o n s .
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ae gv n f sl.h n te a ay i r ie rt T e h n l ss i y mo e f c o eaie c mmu iain s se b sd o d lo o p rt o v n ct y tm a e n LDP c d s i e cie . e smu o C o e S d srb dT i - h
C m u r n ier ga d p l ain 计算机 工程 与应用 o p W gnei n A p i t s E n c o
协作通信系统 中的 L P D C码性能分析研究
徐 华
XU Hua
盐 城师范学院 理科学与 电子技术学院 , 江苏 盐城 2 4 0 202
b sd o 3 6 e u a DP c d si c e rta h to ige l k ta s sin ae n( , )rg lr L C o e S mu h b ae n ta f sn l i n mis . h n r o
Ke r s o e s ai hc ( D C)c d ;op rt e cmmu iao ; eo e F r r ( F rtc l y wod :L w D ni P t C ek L P y t ry o e co ea v o i nct n D c d owad D )po o i o
1 引言
现有 的移动 通信 网络 面临着不 断增长 的用户需求 , MO MI 技 术是解 决通信容 量 问题 的重要 手段 , 但是 由于移动 终端 的 大小 、 功耗 以及硬件 设计等方 面的 限制 , 合支 持多天线 , 不适 协作通信 技术通过 将各个 终端 的天线作 为虚拟 的天线阵 列 , 接 收端 可收到发送 节点 以及 中继 节点的转发 信号 , 而获得 从 发送分集增益 , 有效提高系统的容量。 协作通 信系统 中 , 中继节 点的转发 信号质 量对于 系统 的 最 终性 能有着重要影响 , 由于“ 差错传播 (r rpo a a o ) , er rpg t n ” o i 中继节 点处 如果不 进行信道 编码 , 中继节 点处的错 误 比特 则
t n ,0 1 4 ( )5 -8 i s2 1 ,7 8 :65 . o
Ab ta t Co p rt e o sr c : o eai c mmu iain i mp r n c e o m ett e n r aig rq ie n f cp ct f c mmu ia v nct s a i ot tsh me t e h ice s e urme to a a i o o o n a n y nc - t n y tm.e oma c d ga ain u t te fo rp g t n n h rly o e al e mp o e e etv l y s g i s se P r r n e e rd to d e o h e r p o a ai o te ea n d C l o f o b i rv d f ciey b u i n
XU a Pe f r a c n l ss o DPC o e n c o e a v o Hn . r o m n e a a y i f L c d s i o p r t e c mmu i a o y t m . mp t r En i e r n n p i a i n c t n s se Co i u e g n e i g a d Ap l - c
数值仿真 结果和 分析 。仿真结 果表 明, 采用 了(,) 36正则 L P 码的协作通信 系统的性能远优 于直接通信链路 的性 能。 Dc 关键词 : 低密度奇偶校验( D C) ; L P 码 协作通信; 译码 重传 ( F 协议 D)
DO :03 7 /i n1 0.3 1 0 1 80 7 文章编号:0 28 3 ( 0 10 .0 60 文献 标识码 : 中图分 类号 : N9 1 3 I 1.7 8 .s . 28 3 . 1. .1 js 0 2 0 10 .3 12 1 )80 5 .3 A T 1. 7
S h o f P y is a d E e t n c , a c e g T a h r ie s y, a c e g,i n s 2 0 2, i a c o l o h sc n l cr i s Y n h n e c e s Un v r i Y n h n Ja g u 2 4 0 Ch n o t
摘
要: 协作通信 方式是解 决通信 系统容量不 断增加 的重要 方法, 协作通信 系统 中采用 L P D C码 , 以有效 改善 中继节点处的差 可
错传播 带来的 系统性能下降。给 出了L P D C码的基本编解码 原理, 阐述 了基 于L C码 的协作通信 系统的分析模型 , 出相应 的 DP 给
l o rs l a d n lss r rsne .i lt n eut s o  ̄in eut n a ay i s ae p ee tdSmu ai rs l h w ta te efr n e f c o eaie c mmu iain y tm o s h t h p roma c o o p rt o v nc t s s o e
L DP C c d s n h e o p r t e o o e i t c o e a i c mmu i ̄i n y t m. h f n a n a t e r o n o i g n d e o i g f LDP v n c o s se T e u d me t l h o y f e c d n a d c d n o C c d s o e