基于非规则LDPC码的协作MIMO系统性能分析

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LDPC编码的FFH／BFSK系统性能分析

L D P C
通过仿真说明采用
纠错编码的快速跳频
L D P C
一
、
引言
但是单纯的分集合并并不能达到
，
通信系统能获得良好的误码性能
．
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码和分集联合
≮ 跳频通信系统通过分集和接收端采用不同的合并速
毛部分频带干扰抗壹 10 信
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个最佳的组合
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而且由于系统存在非相干合并
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二
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L D P C
码的编码
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，
随着分集数
的增大误码性能下降
。
甚至达不到

LDPC码及级联LDPC卷积码编译码的性能研究

关键词：LDPC 码，BP 译码算法，生成矩阵，校验矩阵，LDPC/联 LDPC/卷积码编译码的性能研究
图、表清单
图 1.1 数字通信系统的基本模型 ................................................ 1 图 1.2 二进制对称信道(BSC)的转移概率 ......................................... 4 图 1.3 卷积码编码器 ......................................................... 10 图 1.4（2，1，2）卷积码编码器 ............................................... 11 图 1.5（2，1，2）卷积码编码器状态图 ......................................... 11 图 2.1 A(9,2,3)LDPC 码的二分图 .............................................. 17 图 2.2 A(9,2,3)LDPC 码经过列变换后的二分图................................... 18 图 3.1 BP 算法第二步中信息传播流程示意图..................................... 26 图 3.2 BP 算法第三步中信息传播流程示意图..................................... 27 图 3.3 AWGN 信道模型 ........................................................ 28 图 3.4 R=1/2 时，不同长度的 LDPC 码在迭代 3 次下的性能比较 ..................... 29 图 3.5 不同码率的 LDPC 码在迭代 3 次下的性能比较 .............................. 29 图 3.6 （8000,4,8）LDPC 码在不同迭代次数下的译码性能 ......................... 30 图 3.7 A(8,2,4)LDPC 校验矩阵对应的 TANNER 图 ................................... 31 图 3.8 TANNER 图中两个长度为 4 的环............................................ 31 图 3.9 长度为 4 的环在校验矩阵中的表示 ....................................... 31 图 3.10 长度为 8 的环在校验矩阵中的表示 ...................................... 32 图 3.11 BP 算法中信息在环中的传输示意图...................................... 33 图 4.1 例 4.1 中基于生成矩阵的非正规 LDPC 码的 TANNER 图 ........................ 37 图 4.2 基于生成矩阵的非正规 LDPC 码的性能曲线（不包含校验位） ................ 38 图 4.3 基于生成矩阵的非正规 LDPC 码和基于校验矩阵的 LDPC 码的性能比较 ......... 39 图 4.4 基于生成矩阵的 LDPC 码（包含校验位）和基于校验矩阵的 LDPC 码的性能比较 . 40 图 5.1 分块译码原理框图 ..................................................... 42 图 5.2 不同分块比例的译码性能比较 ........................................... 46 图 5.3 分块在不同迭代次数下的译码性能比较 ................................... 47 图 5.4 分块译码性能与正规 LDPC 码 BP 算法译码性能比较 ......................... 47 图 6.1 （2，1，2）码 L=5 时的篱笆图 .......................................... 50

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。

基于网络编码的用户协作分集系统性能分析

基于网络编码的用户协作分集系统性能分析覃团发;罗会平;刘家锋;罗建中【摘要】针对非协作通信和传统协作通信系统不能达到高天线分集增益的问题,提出基于网络编码的用户协作系统模型.研究了基于网络编码不同协作用户的天线分集增益,并分析非协作机制、传统用户协作机制和基于网络编码用户协作机制的中断概率.理论分析和系统仿真表明,基于网络编码的用户协作系统能显著降低系统中断概率,获得更大的分集增益,且协作用户数越多,系统分集度越好.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2010(050)005【总页数】5页(P89-93)【关键词】协作通信;网络编码;分集增益;中断概率【作者】覃团发;罗会平;刘家锋;罗建中【作者单位】广西大学计算机与电子信息学院,南宁530004;广西大学计算机与电子信息学院,南宁530004;广西大学计算机与电子信息学院,南宁530004;广西大学计算机与电子信息学院,南宁530004【正文语种】中文【中图分类】TN911.22;TP393.011 引言网络编码最初由Ahlswede等人[1]提出，它融合编码和路由的概念，通过允许对来自不同链路的信息进行编码组合，使网络节点既实现路由功能又实现编码功能。

网络编码在无线Mesh、无线传感器网络、Ad Hoc网络等无线网络中都有着极大的应用价值。

文献[2]指出，应用网络编码可减少数据分发所用时间，提高网络吞吐量。

经过网络编码优化后的无线Mesh网络[3]可节省网络资源，提高系统性能。

在分布式天线系统中网络编码可有效降低系统中断概率，节约硬件成本并提高频谱利用率[4]。

空间分集是一种对抗无线环境下衰落的有效方式。

分集技术通过多个收发天线的多径传输来提高系统的抗衰落性能，降低传输误比特率。

目前，关于协作分集的研究[5]多数采用编码协作分集，将其应用在信道上来获得编码增益。

文献[6]将网络编码应用在无线网络中的移动用户上，作为一个尝试性的工作，忽略其它分布式信道编码，证明网络编码能够降低系统中断概率。

基于LDPC编码的MIMO系统迭代接收机研究

。
２接收机结构
迭代接收机模型如图１示，所该接收机采用联合ＭＭ检ＩＯ测和ＬＰ译码的串行级联ｔｒｏＤｃｕｂ迭代接收机结构。在第ｐ次外迭代时，软判决检测器利用Ｎ根天线接收到的信号ｙ和从ＬＰＤＣ译码器获得的软信息，通过外迭代运算输出软信息作为ＬＰ译码器的外信息。ＤＣ在第一次外迭代运算过程中，被初始化为０为降低算法的复杂度，。外信息采用对数似然比（Ｌ）ＬＲ形
的性能，受到了当前研究者的广泛重视。
其中，３ＮＸ的ｙ￣Ｒ１接收符号矢量。嚣： …ｈＴＪＲＮＮ］ＮｘＴ￣的ＭＭ信道系数矩阵，元素ｈ表示从第ｊ发射天线Ｉ０其根到第ｉ接收天线之间的平坦Ｒｙｅｇ衰落信道系数。根ａｌｉｈ
扰信号，下式：如
＝ｓｊ：ｎ
同时令：∑ｓＳｐＳｓｉ，ｎ（￣＝ｎ即为符号的后验估值，反馈给检测器作为初始先验信息进行迭代检测。
Ｙ＝Ｙ— ｓ＝ＨＳｌ＋ＮｋＨｋ（—ｓｊ ‘
其中干扰信号矢量为
（３）
ｉｔｒｅｅｅｃｎｃｌａｉｎａｌｏｒｔｎｅｆｒｎｃａｅｌｔｏｇｉｈｍａｅｎｅｐｏｔｒｏｉｐｏａｌｙｓｉａｉｎｉｏｂｓｄｏｔｓｅｉｒｒｂｂｉｉｅｔｍｔｏｓｐｒｐｏｓｄｔｍｐｏｖｈｅｒｌａｉｉｏｈｔｅｏｉｒｅｔｅｉｂｌｔｆｙ
信号，接收信号等效基带表示为：
Ｙ＝Ｈｓ＋ｎ＝∑ ｈｉｉ＝ｓ＋ｎ

基于围长约束的非规则短码长LDPC码构造改进算法

构造一个平均围长最大的ＬＣ码不仅可以提高置信传播译码的次优性，而且可以增大码的最小ＤＰ距离［。按照边生成方式来构造所需的ＬＰ码的方法如下：首先，根据密度进化理论确定最优变量５】ＤＣ节点度分布；然后，将与每个变量节点相连的校验节点数（即变量节点的度数）按从大到小的次序排列。在围长约束过程中，每个变量节点下需随机生成总数为Ｃ的列向量，并分别将其置于当前校验矩阵中选择有最大平均围长的列向量。校验比特部分，需服从满秩条件。献［］法（为ＧＣ（ｒ在还文５算记ＧｉｈｔＣｏｄｔｎｎ）算法）归纳如下ｐ：ｎｉｏｉｇｉ】
来构造低错误平底的ＬＣ码的方法【。文献［］ＤＰ４】５以最大平均围长为约束条件，按照列生成的方式来构
造短码长非规则ＬＣ码，并由仿真证明其在高信噪比下具有较大的性能提升。但在随机生成列向量ＤＰ
ＬＣ码可用Ｔｎｅ图Ｇ表示。其中，图Ｇ的围长定义为该图中最小环的长度；而与节点相连的ＤＰａｎｒ
收稿日期２１．６２０１０－０
修订日期：２１－８１０ｌ０ — １
基金项目ｔ国家自然科学基金（１０１３１００６６０１３；６１２６）：中国博士后科学基金（０１０９９；浙江省综合信息网技术重点实验室２１Ｍ５０９）

无短环不规则QC_LDPC码的快速编码及联合译码

无短环不规则QC_LDPC码的快速编码及联合译码刘蕾;孙书龙;常亮;李华旺【摘要】The low density parity check(LDPC)codes and the implementation scheme of the decoding structure were de-signed based on irregular semi-parallel structure. LDPC codes without four cycles have high throughput and low complexity, whose length and rate are variable. This coding structure can extend irregular semi-parallel LDPC codes with different code length. The decoder adopts Sum-Min algorithm to realize decoding. The memory address of middle information nodes applies Gray coding to reduce dynamic power consumption. Based on this structure,encoder and decoder of irregular semi-parallel LDPC codes were designed by using Xilinx Virtex-5 XC5VtX150T-ff1156 FPGA,whose code length is 1 270 bit and code rate is 1 2. The comprehensive results show that the information throughput of this encoder can achieve 2.52 Gb/s and the information throughput rate of the decoder can reach 44 Mb/s in the case of 10 iterations.%基于不规则部分并行结构设计了一种高吞吐量,低复杂度,码长码率可变且去除四环的低密度奇偶校验LDPC码及其译码结构实现方案,该编码结构可针对不同码长的不规则部分并行结构LDPC码进行扩展,译码器采用缩放最小和定点(Sum-Min)算法实现译码,中间信息节点存储器地址采用格雷码编码,降低动态功耗;采用Xilinx公司的Virtex-5 XC5VtX150T-ff1156FPGA芯片设计了一款码长1 270,码率1 2的不规则部分并行LDPC码的编码器和译码器.综合结果表明:该编码器信息吞吐量为2.52 Gb/s,译码器在10次迭代的情况下信息吞吐率达到44 Mb/s.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(038)017【总页数】4页(P34-37)【关键词】低密度奇偶校验码;不规则码;部分并行结构;FPGA【作者】刘蕾;孙书龙;常亮;李华旺【作者单位】中国科学院上海微系统所,上海 200050;中国科学院上海微系统所,上海 200050;上海微小卫星工程中心,上海 200120;上海微小卫星工程中心,上海200120【正文语种】中文【中图分类】TN911.22-34低密度奇偶校验码（Low Desity Parity Check，LDPC）又被称为Gallager码，是Gallager在1960年提出的，LDPC码在AWGN信道下具有非常好的性能，目前最好的仿真结果表明，随机LDPC码在AWGN白噪声下距离Shannon限仅0.004 5 dB。

LDPC码的原理与介绍

传统的 LDPC 码的编码复杂度比较复杂，与码长成平方的关系，大大不利用于 LDPC 码的推广，因此在设计码字的Ｈ矩阵时，不仅要考虑到码字的性能，同时要考虑到编译码的复杂度。上述提到的几种编码结构或算法说明，通过对Ｈ矩阵的处理或者利用矩阵自身的一些特性，都可以把编码的复杂度降低到线性复杂度。比较以上几种编码方案，Richardson 提出的有效编码方法适用于一般的 H 的矩阵，通过对原始矩阵进行适当处理，实现编码。而其他的编码方案则是主要利用矩阵自身的特性，如循环不变性，半随机特性等有效地降低编码复杂度。同时从性能上考虑，具有大的最小距离的码字很多落在准循环码这个集合内，因此构造具有较大最小距离的准循环 LDPC 码未来研究 LDPC 码的热点之一。
T T T T T −1 T
−1 T −1
T
T
步骤 4）计算 p2 ,根据 Tp2 = Au + Bp1 编码结构图如下所示：
T
构造半随机校验矩阵 H
定义校验矩阵 H=[ H1 H 2 ]，H1 是 k*(n-k)， H 2 是(n-k)*(n-k)；设计码字时，令 H 2 矩阵具有如下的形式：
2．根据Ｈ矩阵自身的特点所产生的一类编码算法，这部分的Ｈ矩阵主要还是以准循环矩阵为主，其具有准循环不变性，编码可以通过移位寄存器来实现。甚至通过有限几何设计的 LDPC（m,s）码,当 m=2 时，其码字本身就是一个循环码，可以利用生成多项式来实现编码。其编码复杂度是线性的复杂度。
编码方案小结
o( N + g 2 ) 和 o( N ) 。由此可以看出，当 g 尽量小的时候，LDPC 码的编码运算量，就可以
控制在线性复杂度附近。在特殊情况下，设计码字时，考虑令 Φ = − ET B + D ,当其为Ｉ阵时，又可以进一步降低编码的复杂度，此时编码步骤可以参考如下：步骤 1）计算 Au 和 Cu , 步骤 2）计算 ET ( Au ) 步骤 3）计算 p1 = ET ( Au ) + Cu

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文章编号：１００４ — ９０３７｛２０１３）０６０７１４ — ０５
基于非规则ＬＤＰＣ码的协作ＭＩＭＯ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，南京，２１００１６；２．南京信息职业技术学院电子信息学院，南京，２１００３２）
第２８卷第６期２０１３年１１月
数
据
采
集
与
处
理
Ｖｏｌ＿２８ＮＯ．６ｏｆＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
采用了非规则ＬＤＰＣ码的编码协作协议的系统性能明显优于放大转发（Ａｍｐｌｉｆｙｆｏｒｗａｒｄ，ＡＦ）协议和解码转发
（Ｄｅｃｏｄｅｆｏｒｗａｒｄ，ＤＦ）协议，误码率分别提高了０．４ｄＢ和０．８ｄＢ，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ＭＩＭＯ；误比特率；中断概率；非规则ＬＤＰＣ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（Ｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙｐａｒｉｔｙｃｈｅｃｋｃｏｄｅｓ，ＬＤＰＣ）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
Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００３２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｖｅｌｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｄｉｖｅｒｓｉｔｙｓｃｈｅｍｅｗｉｔｈｉｒｒｅｇｕｌａｒｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙｐａｒｉｔｙｃｈｅｃｋｃｏｄｅ
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００１６，Ｃｈｉｎａ；
（ＬＤＰＣ）ｄｅｓｉｇｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｄｅｒｉｖａｔｉｏｎａｎｄｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔｅｄｆｏｒｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｉｔｅｒｒｏｒｒａｔｅａｎｄｏｕｔａｇｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｏｎｅｕｓｅｒａｎｄｏｎｅｒｅ — ｌａｙｉｎｔｈｅｑｕａｓｉ — ｓｔａｔｉｃＲａｙｌｅｉｇｈｆａｄｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｓ．Ｔｈｅｂｉｔｅｒｒｏｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｏｕｔａｇｅｐｒｏｂａｂｉｌ — ｉｔｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｕｌｔｉ — — ｕｓｅｒａｎｄｍｕｌｔｉ — — ｒｅｌａｙｓｓｃｅｎａｒｉｏｓｕｓｉｎｇｃｏｄｅｄｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｍｕｌｔｉｐｌｅ — ｉｎｐｕｔｍｕｌｔｉｐｌｅ — ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）ｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｃｏｄｅｄｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｐｒｏｔｏｃｏｌｉｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｓｕｐｅｒｉｏｒｔｏａｍ— ｐｌｉｆｙｆｏｒｗａｒｄｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａｎｄｄｅｃｏｄｅｆｏｒｗａｒｄｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａｎｄｔｈｅｂｉｔｅｒｒｏｒｒａｔｅｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ０．４ｄＢａｎｄ０．８ｄＢ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｏｕｔａｇｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｙ．Ｔｈｅｒｅ —
ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｏｏｐｅｒａｔｉｖｅＭＩＭＯＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＩｒｒｅｇｕｌａｒＬＤＰＣ
ＺｈａｎｇＹａｈ～，ＹａｎｇＦｅｎｇｆａｎ
２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，