超短波高速数传电台中的信道编译码技术研究

【摘要】随着21世纪信息时代的到来，计算机和通信技术的发展日新月异，数字信息的存储和交换量日益增加，人类对信息传输的准确性和可靠性要求也越来越高。信道编译码技术可以检测并纠正信息在信道传输过程中的随机错误以及突发错误，有效提高通信质量。通过对信道编译码技术的研究，确保信息在一个有噪超短波信道中，以尽可能高的准确性、尽可能低的复杂度、最大限度接近香农限的码率进行传输，最有效可靠地达到超短波高速数传电台的要求，以满足未来战场需要。LDPC（低密度奇偶校验）码是一种基于图和迭代译码的信道编码方案，性能非常接近香农限且实现复杂度低，具有很强的纠错抗干扰能力，因此，成为现代通信系统中信道编码的强有力竞争者。近年来随着LDPC码的理论研究不断成熟，硬件实现已成为可能，它开始逐渐被新一代无线通信系统所采用。本文重点对LDPC码的性能进行了深入的研究，并与RS(Reed-Solomon)码进行了全面的比较分析。本论文所做的主要工作和创新点如下：(1)简要回顾了信道编译码技术的研究背景与发展历史，并对RS码和LDPC码目前的研究现状和应用领域进行了分析。为了设计一种性能与复杂度兼顾的LDPC码编译码器，必须首先对信道编码的码字构造方法、编译码算法有较全面的了解和认识，本文深入阐述了RS码和LDPC码编译码的构造与算法。(2)为了进一步降低LDPC码译码算法的复杂度，基于经典的置信传播（BP）算法，对该算法衍生出来的概率域和对数域的迭代算法进行了深入地研究。根据LDPC码的特点及目前LDPC码译码时存在的缺点，给出一种实用性更强的LDPC改进译码算法——对数域迭代后验概率对数似然比（APPLLR）算法。该算法将大量的乘法运算转化为加法运算，大大降低了译码算法的复杂度。(3)为了构造简洁、高效、且易于实现的实用“好”码，基于MATLAB仿真平台，构建了RS码与LDPC码编译码仿真系统。首先针对AWGN信道模型对不同码长、码率及迭代次数的RS码和LDPC码进行性能仿真，进一步选取VHF频段小尺度多径衰落信道模型对RS码和LDPC码在乡村、城市、沿海和郊区四种场景进行性能仿真。最后将LDPC码与RS码在AWGN信道和VHF频段信道模型下进行全面的性能比较与分析。仿真结果表明，LDPC码在中长码下比RS码有着更加优异的纠错性能，尤其在高码率下的性能更为突出。(4)通过概率域的和积算法(SPA)和对数域的迭代APPLLR算法的性能仿真及分析可见，迭代APPLLR算法能以较小的性能损失换取译码算法复杂度的大幅降低。进一步选用迭代APPLLR算法，结合不同地形条件下的VHF频段信道模型，仿真了LDPC码编译码系统的性能。理论分析及仿真结果均表明，基于迭代APPLLR算法的LDPC码，实现简单，性能优异，具有良好的工程应用前景。(5)给出LDPC码编译码器的FPGA硬件设计方案。基于ISE11.4和Modelsim6.5仿真平台，运用VerilogHDL编程语言，通过移位寄存器电路加累积（SRAA:ShiftRegisterAdderAccumulator）实现QC-LDPC码编码器的设计。为便于译码器的实现，基于LDPC码和积译码算法，给出分层修正最小和译码算法的译码器构造方案，对LDPC码硬件实现具有一定的指导意义。
【作者】李秀花；
【导师】高永安；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】RS码；LDPC码；BP译码算法；迭代APP；LLR算法；QC-LDPC码；

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