毕业设计(论文)-华侨大学.docx

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摘　要

LDPC码的优异性能及其在信息可靠传输中的良好应用前景（例如光通信、卫星通信、深空通信、移动通信等），已引起世界各国学术界和IT业界的高度重视，成为当今信道编译码领域最瞩目的研究热点。

在现代数字通信系统中，为保证各种数据能够可靠、有效的传输，往往要利用纠错编码技术。

近年来，随着无线数字通信发展及各种高速率， 突发性强的新业务的出现，研究并利用好纠错编码技术就越来越显得必要。

LDPC码是Gallager最早于1963年提出的一种具有稀疏校验矩阵的分组码。

之后，在Turbo码巨大成功的带动下，Mackay等人重新研究了它，并发现LDPC码具有逼近香农限的特性，同时具有低译码复杂度，因此必将在CDMA系统中得到广泛的应用。

本文首先在讨论了LDPC码的基本概念及编码算法基础上，重点对硬判决译码算法（比特翻转译码、加权比特翻转译码）、软判决译码算法（概率域和积译码、Log域和积译码、最小和译码）进行了详细地分析和一些基础的比较。

最后主要介绍了BF、BP译码算法的LDPC码仿真和分析。

关键词：

CDMA系统；LDPC码；信道译码

ABSTRACT

LDPCcodeshavegoodperformanceandreliabletransmissionofinformationinthegoodprospectofapplication（suchasopticalcommunications,satellitecommunications,deepspacecommunication,mobilecommunication）,hasattractedgreatattentionofacademiccircleandITindustry,becomeahotresearchtopicinthefieldofattentionmostchannelcoding.Inmoderndigitalcommunicationsystem,inordertoensurethereliabletransmissionofdata,effective,oftenmakeuseoferrorcorrectioncodingtechnology.Inrecentyears,withthedevelopmentofwirelessdigitalcommunicationandhighspeed,strongburstofnewbusiness,studyandusetheerrorcorrectioncodingtechnologybecomesmoreandmorenecessary.LDPCcodeisaGallagerfirstproposedin1963blockcodeswithsparseparitycheckmatrix.Afterthehugesuccess,intheTurbocodeunderthedrive,Mackayetal.Tostudyit,anditisfoundthattheLDPCcodehastheapproximationpropertyoftheShannonlimit,alsohaslowdecodingcomplexity,soitwillbewidelyappliedinCDMAsystem.

ThispaperfirstdiscussesthebasicconceptofLDPCcodeandthecodingalgorithm,keydecodingtotheharddecisionalgorithm（bitflippingdecoding,weightedbitflippingdecoding）,softdecisiondecodingalgorithm（probabilisticdomain,Logdomainandsum-productdecoding,min-sumdecoding）isanalyzedandsomebasic.

FinallyintroducestheLDPCcodesimulationandanalysisofBF,BP decodingalgorithm.

Keywords:

 CDMA; LDPCcode; decoding

目  录

第一章  绪 论

1．1 研究背景和意义

1．2 数字通信系统模型

1．3 纠错码的发展

第二章  LDPC码的理论基础及编码算法

2．1  LDPC码的相关概念

2．1．1 线性分组码

2．1．2LDPC码定义

2．2LDPC码的图结构

2．2．1 树

2．2．2  Tanner图

2．3LDPC码的分类

2．4LDPC码的编码算法

第三章LDPC码的信道译码

3．1LDPC码的译码原理

3．2 硬判决译码

3．2．1 比特（BF）翻转译码算法

3．2．2 加权比特翻转译码算法

3．3 软判决译码

3．3．1 和积（BP）译码算法

3．3．2Log-BP算法

3．3．3 最小和译码算法

3．3．4 三种译码算法性能比较

第四章LDPC信道译码设计及仿真

4．1BF译码算法仿真及分析

4．2BP译码算法仿真及分析

结    论

参 考 文 献

致   谢

附   录

附录1:

[BF译码算法程序]

附录2:

[BP译码算法程序]

附录3:

[外文翻译]

第一章  绪 论

1．1 研究背景和意义

CDMA技术早已在军用抗干扰通信研究中得到广泛应用，1989年11月，Qualcomm在美国的现场试验证明CDMA用于蜂窝移动通信的容量大，并经理论推导其为AMPS容量的20倍。

这一振奋人心的结果很快使CDMA成为全球的热门课题。

如今，3G走上了通信舞台的前沿，3G系统采用CDMA技术和分组交换技术，3G将支持更多用户，实现更高的传输速率。

无线通信在当今通信中起着越来越重要的作用，CDMA技术也已成为本世纪主要的无线接入技术。

3G能够将语音通信和多媒体通信相结合，其增值服务将包括图像、新技术的应用，会为公众提供更好的服务，新技术主要体现在上网速度增长带来的一系列音乐、网页浏览、视频会议以及其它一些信息服务。

因此，对CDMA通信系统的研究能够加快3G的发展，给用户带来更多的服务。

扩频通信技术作为抗干扰通信技术，长期以来一直为军方所用。

CDMA技术的民用化，特别是与数字蜂窝技术相结合，构成了CDMA数字蜂窝移动通信系统，对移动通信的发展产生了十分巨大和深远的影响。

由于CDMA体制具有抗人为干扰、抗窄带干扰、抗衰落、抗多径扩展，并可提供十分巨大的系统容量和便于与模拟或数字体制共存的优点，使得CDMA数字蜂窝移动系统很快成为TDMA数字蜂窝移动系统强有力的竞争对手，收到世人瞩目，成为第三代移动通信的主要技术手段。

CDMA系统的发展历程如下：

在大量蜂窝移动通信工业部门的支持下，美国圣地亚哥Qualcomm公司设计、开发并试验了CDMA蜂窝网，于1991年12月做了现场试验并取得了一致好评，当时进行了5个基站、70个移动太参加组网的试验。

现场试验结果表明：

1、CDMA理论分析的愉悦性，在实际通信条件下是存在的，并有实际测试数据证明了系统容量和性能改善了多少；2、CDMA蜂窝网的关键技术已经过关，可向实用化方向发展；3、CDMA双模式公共空中接口方案是可行的；4、基站和移动台的专用集成电路是可靠的，便于向工业化方向发展。

从1993年4月开始，世界上许多著名电信公司均根据标准生产CDMA系统的设备。

1993年4月，我国开始引入CDMA实验网。

IS-95系统以其高语音质量、稳定的系能以及空中接口的大容量而在世界各地广泛使用，因此，很自然下一代的移动通信空中接口将建立在这一已被证明了的具有优良性能的第二代CDMA接口之上，并且向后兼容现有的IS-95网络。

IS-95向第三代，即CDMA 2000的演进，可通过使用宽带CDMA技术来适应IMT-2000的要求。

CDMA 2000提供了从第二代IS-95的平稳过渡，业务供应商可以在有附加容量和高级业务需求的区域有选择性、无缝地建立CDMA 2000网络。

中国CDMA的发展并不迟，也有长期军用研究的技术积累，93年国家863计划已开展CDMA蜂窝技术研究。

目前各国上报给国际电联审批的所有3G提案中，绝大多数方案都是基于与IS-95 CDMA相近的CDMA技术。

   纠错码也即信道编译码，是通信系统的关键技术之一，可以大大提高通信系统的性能。

从1948年香农在他的开创性论文《通信的数学理论》中首次提出在有扰信道中实现可靠通信到目前为止，纠错码已有五十多年的历史，由最初的BCH码逐步发展到目前越来越受关注和应用的Turbo码和LDPC码。

   LDPC码虽早在1963年就由Gallager发明的，但是由于当时条件的限制，LDPC码一度被人们所忽略，直到Turbo码的发明才让人们重新意识到了LDPC码。

和Turbo码一样，LDPC码也具有逼近香农限的性质，并且非正则LDPC码性能甚至优于Turbo码。

因此，熟悉和了解LDPC码的编译码原理及其性能分析对设计更适合于通信系统，性能更优的码型起到了积极的指导作用。

LDPC码是一种具有稀疏校验矩阵的线性分组码，具有能够逼近香农限的性能特性，在许多场合下性能优于Turbo码，而且由于校验矩阵的稀疏性，译码的复杂度低，并可实现完全的并行操作，便于硬件实现；具有较大的灵活性和较低的差错平层特性；描述简单，对严格的理论分析具有可验证性；另外，置信传播算法存在一种译码门限效应，当信道噪声方差低于门限值时，译码后的误码率可以趋于零；在编码的数学模型上，LDPC码具有简单的二分图数学模型。

由于LDPC码属于线性分组码，其编码过程一般采用线性分组码的通用编码方法，即由信息序列根据码的生成矩阵来求相应的码字序列，尽管LDPC码的校验矩阵是非常稀疏的，但它的生成矩阵却并不稀疏，这使得其编码复杂度往往与其码长的平方成正比。

因此，LDPC码的缺点主要就是编码的复杂度较高，虽然有研究表明它可以在线性时间内编码，但是其复杂度相对于卷积码的即时编码来说，编码复杂度仍然过大。

同时在码长较长时，由于必须在接收到所有的信息比特后才能进行编码，这就会给编码带来一定的延时。

另外，LDPC码性能的优越性通常要在码长较长时才能体现出来，当码长为中短长度时，由于编码中短长度圈即环的存在，会在某种程度上降低编码的性能。

那么，今后LDPC码的研究方向主要有：

（1）码的设计；

（2）选择合适的硬件以降低编译码的运算复杂度；（3）LDPC码应用于各种通信中。

目前，LDPC码已成为通信技术的首选。

1．2数字通信系统模型

  如下图为数字通信系统模型：

                    图1.1 数字通信系统模型

其中，信源编码是把发出的消息如文字、图像、视频等转换成二进制或者多进制形式的信息序列，目的是消除信源信息中的冗余度，以提高传输效率。

    信道编码与信源编码正好相反，它是按一定规则在有效信息后增加一些冗余，提高信息序列之间的相关性，并且利用这种相关性在接收端检错和纠错，使译码后的信息错误概率尽可能小。

 调制则是将数字信号频谱从低频到高频处，以适应在信道中作长距离传输的要求。

消息通过信道传输，在信道中收噪声的干扰。

仿真时常用的几种离散无