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1信道编码技术综述论文摘要介绍了LDPC码的发展，综述了LDPC码的编码与译码，在码结构及其优化、译码及其性能分析、码的工程实现和应用等方面的研究进展。关键词：信道编码LDPC码引言随着通信技术蓬勃发展，人们对无线信道数据的可靠传输要求越来越高，但在实际的系统中，我们不仅要考虑系统的可靠性，还要考虑系统的有效性。众所周知信源编码就是去除冗余信息来增加系统的有效性，而信道编码就是增加冗余信息来增加系统的可靠性。信道编码技术就是一种可以降低误码率又可以提高信号传输质量的技术。分组码、卷积码等信道编码技术被广泛地应用于第二代、第三代移动通信系统中以提高数据和信令传输的可靠性。低密度奇偶校验(LDPC)码等编码技术也正成为第四代、第五代移动通信系统研究的热点。LDPC(LowerDensityParityCheck)码是一类可以用非常稀疏的Parity-check矩阵或Bi-Partitegraph(二分图)定义的线性分组纠错码,最初由Gallager发现，由于当时技术并不成熟，逐渐在我们的视线里消失。随着计算机能力的增强和相关理论(如图论、Belief传播、turbo码等)的发展，MacKay和Neal重新发现了它，并证明它在与基于BP(Belief-Prop-agation)的迭代译码相结合的条件下具有逼近香农限的性能。LDPC的重新发现是继turbo码后在纠错编码领域又一重大进展。一LDPC编码LDPC码校验矩阵的构造方法可分为两大类:一类是随机构造法,其校验矩阵与生成矩阵不规则,使编码复杂度高,下文中介绍的Gallager构造法和旋转矩阵构造法属于此类;另一类是结构化构造法,它由几何、代数和组合设计等方法构造,其校验矩阵具有某种特殊的结构,因而其硬件实现极其简单,如下文中介绍的准循环构造法。1.1Gallager构造法Gallager提出了一种构造(n,j,k)规则LDPC码的校验矩阵H的方法(n表示码长,j、k分别为校验矩阵的行重和列重):将校验矩阵按行分割成j个大小相同的子矩阵,每个子矩阵中每一列只有一个“1”,每一行有k个“1”;先构造一个子矩阵,其余子矩阵可以通过对第一个子矩阵的行列置换得到,将子矩阵在纵向排列即可得到校验矩阵H。此种方法下,校验矩阵构造简2单,而且校验矩阵的行重和列重容易控制,只需先根据码长和行重构造一个子矩阵,校验矩阵就可以利用此子矩阵得到。由于随机构造的原因,在码长较短时二分图中可能会出现较短的环,影响码的性能,但随着码长的增加,短环出现的概率也会变得很小。1.2π-旋转矩阵构造法π-旋转矩阵构造法的核心思想是利用单位置换矩阵来构造校验矩阵,如文献[7]中就利用单位置换矩阵和一个双对角矩阵构成LDPC码校验矩阵。该方法和Gallager构造法有些相似,都是由子矩阵构成校验矩阵,但此种方法中子矩阵为单位置换矩阵,其行重和列重均为1。多个子矩阵在纵向和横向排列构造得到校验矩阵,有更大的灵活性。子矩阵的大小要根据码长、码率以及校验矩阵的行重、列重进行设计,而且子矩阵的大小对码的性能有较大的影响。1.3准循环构造法准循环(Quasi-Cyclic)LDPC码的校验矩阵由一些零矩阵和循环置换单位子矩阵构成。定义Pi为l×l阶单位阵循环移动i次得到的循环置换子矩阵,其中,P∞意味着零矩阵。对于准循环LDPC码只需存储循环置换单位子矩阵第一行中“1”元素的位置以及循环置换单位子矩阵在校验矩阵中的位置,所需要的存储量大为减少,变为原来的1/l。准循环LDPC码具有循环码的一些特性,也可以采用移位寄存器完成编码,硬件实现复杂度低。在标准CCSDS131.1-O-2(EX-PERIMENTALSPECIFICATION)中针对近地业务和深空业务提出的LDPC码方案都是准循环LDPC码,由此也可见其良好的应用前景。二LDPC译码LDPC码的译码方法的种类繁多，但本质是相同的，都是基于Tanner图的置信消息迭代译码算法。LDPC码的译码方法归为硬判决译码和软判决译码两类，这是根据消息迭代过程中传递消息的不同形式来划分的。硬判决译码主要有一步大数逻辑、加权大数逻辑、比特翻转、加权比特翻转。这些译码算法简单，易于硬件实现，但是纠错性能不太理想。软判决译码主要采用迭代译码。如置信传播（BP）算法和对数域置信传播（LLR）算法。BP译码的每次迭代包括两步：校验节点的处理和变量节点的处理。在每次迭代中，所有校验节点从相邻变量节点处接受信息，处理后再传回到相邻的变量节点；然后所有的变量节点进行同样的过程；最后变量节点收集所有可以利用的消息进行判决。LLR算法将BP算法中大量的乘法运算变成了加法运算，大大降低了译码算法的复杂度。三LDPC码的优点LDPC码有明显优势：首先，LDPC码具有一套较为系统的优化设计方法、更强大的纠3错能力和更低的地板效应。其次，由于LDPC码译码不基于网络，迭代译码算法为并行算法，可以实行完全并行的操作，便于硬件实现，延时远远小于turbo码的串行迭代译码算法。第三，LDPC码本身即有抗突发差错的特性，不需要引入交织器，避免了可能带来的延时。结论LDPC码有随机构造法和结构化构造法,随机构造法复杂度高,考虑到实际应用,现在研究的重点是结构化编码算法。LDPC码的译码方法有多种,运算复杂度不同,性能也有差异。总体而言,性能好的译码方法对应的复杂度要高。在实际应用中,要根据数据业务类型、信道环境、BER性能要求和硬件条件等因素来确定LDPC码的码长和码率,设计校验矩阵,选择编码算法,采用满足要求的译码方法,开发相应的硬件产品。LDPC码的研究是继turbo码之后纠错码领域掀起的又一研究热潮，由于它不仅有逼近香农限的良好性能，而且编译码复杂度较低，结构灵活，因此LDPC码具有巨大的应用潜力，将在深空通信、光纤通信、卫星数字视频和声频广播、磁/光/全息存储、移动和固定无线通信、电缆调制解调器和数字用户线（DSL）中得到广泛的应用。参考文献[1]郭永富,周傲松.LDPC编译码方法综述[J].航天器工程,2008,17(3):118-122.[2]阳振华.移动通信系统的信道编码技术研究[D].北京交通大学,2010.[3]刘蕾蕾.通信中的LDPC码技术综述[J].电子世界,2016(19):34-35.[4]易旭,杜昊阳.LDPC码的研究进展和应用展望[J].通信技术,2016,49(1):1-6.[5]尹晓琦.LDPC码编码及译码算法的研究[D].南京师范大学,2006.[6]徐澄圻.LDPC码研究进展[J].南京邮电大学学报(自然科学版),2002,22(3):15-19.[7]谢天娇.LDPC码的几个关键问题研究[D].西安电子科技大学,2008.