LDPC码的编译码及其在5G系统中的应用研究

LDPC码的编译码及其在5G系统中的应用研究

低密度奇偶校验(LDPC)码是一种校验矩阵稀疏的线性分组码,性能优异。在新空口(NR)标准化中,被采用作为NR三大场景之一移动宽带增强(eMBB)场景数据信道的信道编码方案,因此研究LDPC码编译码及其在5G系统中的应用很有意义。本文的研究内容分为两部分:基于5GNR系统的LDPC码和LDPC码置信传播(BP)译码算法及其改进算法。

基于5G NR系统的LDPC码方面主要研究了标准化中关注的几个问题:一是研究LDPC码的校验矩阵结构和编码算法,校验矩阵结构对LDPC码的性能至关重要,标准化中使用的是准循环LDPC(QC-LDPC)码,其校验矩阵主要由基本矩阵和扩展因子表征,基于其基本矩阵具有特殊的准双对角结构和单对角结构,提出了直接利用基本矩阵进行编码的编码算法;二是研究LDPC码自身误检率(FAR)性能和添加循环冗余校验(CRC)后的FAR性能,在数据通信领域对数据传输的完整性和正确性要求很高,对FAR的性能要求通常是通过CRC实现的,但是LDPC码是一种受校验矩阵约束的线性分组码,本身具有FAR性能,因此研究了与LDPC码自身FAR性能相关的因素以及添加CRC后的FAR性能;三是研究LDPC码在高阶调制中的交织器问题,由于高阶调制中不同位置星座点的可靠性不同,加上LDPC码校验矩阵结构的特殊性造成了不同位置变量节点的可靠性相差很大,因此研究了一种给予度数大的变量节点更多可靠性的交织器,仿真证明可以改善误码率性能。LDPC码BP译码算法及其改进算法首先研究了 LDPC码概率域BP算法和对数域BP算法(SPA)的原理和流程,由于SPA算法校验节点操作的复杂性,介绍了其简化算法MSA算法及其修正算法,进行了仿真分析;接下来研究了将校验矩阵按行分层、收敛速度更快、错误平台更低的性能优异的分层BP算法(LBP)的原理和流程,由于

其校验节点操作复杂,介绍了它的简化算法LMBP算法及其修正算法,进行了仿真分析;最后通过仿真研究了校验方程成立个数和迭代次数的关系、变量节点输出信息幅度平均变化值与迭代次数的关系,针对低信噪比提出了利用校验方程成立个数作为提前终止译码标志的PC_ET算法,联合校验方程成立个数和变量节点输出信息幅度平均变化值作为提前终止译码标志的PC&VN_ET算法,对LNMBP算法使用这两种准则并进行了仿真分析和比较。