10307036陈燕
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摘要低密度校验(LDPC)码作为一种可逼近Shannon极限的信道编码技术，正在被广泛应用于通信系统中。
通信设备中广泛使用各种性能的DSP器件，将DSP 用于LDPC编解码，是有意义的。
本文对LDPC码量化准则的选取、典型的长为1008 、码率为0.5的LDPC码译码器的DSP实现、LDPC-16QAM系统在多种衰落信道下的性能等进行了讨论和研究。
具体内容包括：第一：研究了Min-Sum译码算法的二维改进，改进后的译码算法性能接近于SPA算法；在BPSK调制、AWGN信道下，信号发送功率为1时，量化区间为[-4,4]，在该量化范围下，量化比特5，6和7的选择对于误码性能影响不大；同时将本项目组构造的长为1008 、速率为0.5的LDPC码和IEEE802.16e标准中长为1056的LDPC码进行了性能比较和分析，仿真结果表明两者的性能非常接近。
第二：本文研究了LDPC译码器的DSP实现，提出了译码中间变量的存储管理方法，解决了译码运算中的寻址问题，将和积算法中的具体运算进行了优化，给出了与FPGA的通信方法、译码的具体流程，测试得到迭代次数为10次时的译码速率为20.4kbit/s左右。
第三：研究了LDPC-16QAM单载波通信系统在多径信道中的应用，通过仿真，多径信道对通信系统的影响表现在：多径信道接收信号的信噪比、多径信道的时延扩展、在多径信道上的信号能量分布；同时将卷积码进行了仿真比较，发现LDPC码在AWGN信道和块衰落多径信道下的性能明显优于卷积码。
关键词：低密度奇偶校验码（LDPC），置信度传播，Min-Sum，16QAM调制，多径信道，DSPAbstractAs an approaching Shannon limit channel code, Low-density Parity-check Code (LDPC) has been applied to communication systems widely. This paper has done some research on the choice of quantization rule, the performance of LDPC-16QAM system on the multi-path channel, DSP implementation of an LDPC decoder. The detail contents are as follows:Firstly, we studied the quantization rule. We found when the signal power is equal to 1, the quantization range is (-4,4) and the performances of 5, 6 or 7 quantization bits are all close to ideal performance. Both the code our lab constructed and the code from standard IEEE 802.16e are implemented and compared.Secondly, we presented an implementation of LDPC decoder on DSP. The DSP used is a Texas Instruments TMS320C5409 fixed point processor. In order to use as few cycles as possible, we arranged the messages in memory in a special way. We first calculated the variable nodes and then the check nodes including the check sum. The average decoding speed is about 20.4kbit/s when the iterative number is 10.Thirdly, we constructed LDPC-16QAM system, researched on the associated algorithm of demodulation and decoding. We also applied code our lab constructed, code from IEEE 802.16e and convolutional code in standard DVB-T on several kinds of channels. The result showed that the performances of two LDPC codes were close and both of them were better than convolutional code. Also, we found that whether the channel was good or bad not only depended on the number of paths but also the power distribution among the channels when the SNR is fixed.Key Words: Low-Density Parity-Check codes (LDPC), Belief Propagation, Min-Sum, 16QAM modulation, multi-path channel, DSP目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2论文的主要工作 (2)1.3论文的主要结构 (2)第二章LDPC码的基本理论 (3)2.1信道编码技术的发展 (3)2.2LDPC码的定义 (5)2.3LDPC码的译码算法 (7)2.3.1 置信度传播译码算法 (7)2.3.2 Min-Sum算法 (9)2.3.3 Min-Sum算法的改进 (10)2.4本章小结 (13)第三章LDPC码的译码算法和性能分析 (14)3.1校验矩阵的构造 (14)3.2M IN-S UM算法的二维改进 (15)3.3译码算法的量化问题 (17)3.3.1 量化范围 (17)3.3.2 量化方法 (19)3.4本章小结 (20)第四章LDPC译码器的DSP实现 (21)4.1概要 (21)4.1.1 硬件的选择 (21)4.1.2 开发工具和编程语言 (22)4.2基于DSP的译码设计 (22)4.2.1 算法实现 (22)4.2.2 时钟设置 (31)4.3测试和结果分析 (31)4.3.1 测试平台 (31)4.3.2 测试结果 (32)4.3.3 测试分析 (34)4.4本章小结 (35)第五章LDPC码在移动信道的应用 (36)5.1系统模型 (36)5.216QAM调制 (37)5.2.1 16QAM映射方法 (37)5.2.2 均衡算法 (38)5.2.3 16QAM软解调 (39)5.3LDPC码的性能仿真 (40)5.3.1 AWGN信道 (40)5.3.2 多径信道 (41)5.3.3 仿真分析 (50)5.4本章小结 (51)第六章回顾和展望 (52)6.1论文的工作总结 (52)6.2未来的工作展望 (52)参考文献 (54)致谢 (56)第一章绪论在本章中，我们在第一小节回顾了信道编码理论的发展历程；第二小节将介绍本文的主要工作；并在最后介绍本文的组织结构。
1.1引言信息与通信系统中的编码方式有4种形式：信源编码、信道编码、密码编码和多址编码。
信源编码解决了通信系统的有效性问题，通过压缩信源冗余信息来提高通信的效率；信道编码则是通过增加冗余来达到保证通信系统的可靠性（通过牺牲带宽或传输速率来换取可靠性）；密码编码则是保证了系统的安全性；多址编码主要使解决多用户通信问题。
信道编码器的作用是在信源编码器输出的信息上有目的增加一些监督码元，使之具有检错或纠错的能力。
信道译码器具有检错或纠错的能力，它能将落在检错或纠错范围内的错传码元检出或纠正，以提高传输消息的可靠性。
一种性能优秀的信道编码，要能够最大程度的纠正错误，同时保证添加的冗余最小。
随着移动通信的发展，对纠错码不断地提出新的要求，在任何一个实际的通信系统中，信道编码总是扮演着一个不可或缺的角色。
近年来，Mackay等人在研究中发现LDPC码在编译码复杂度较低的情况下其纠错能力具有接近并有可能超越Turbo码的优点，因而出现了LDPC码的研究热潮，成为当今信道编码领域最瞩目的热点。
LDPC码有很多优点：在许多场合下性能优于Turbo码，具有较大灵活性和较低的差错平底特性；描述简单，对严格的理论分析具有可验证性；译码复杂度低于Turbo码，且可实现完全的并行操作，便于硬件实现；吞吐量大，极具高速译码潜力。
LDPC码受到了广泛的关注，并且有了很多新的发展，LDPC码的应用前景非常广阔，在许多需要高可靠性的通信和数字存储系统中，LDPC码成了Turbo 码的有力竞争者，目前，LDPC码取得了令人惊叹的研究成果，在2004年1月正式颁布的DVB-S.2标准中，使用了LDPC码和BCH码的级联来实现强大的纠错编码功能，并且IEEE 802.16e也将LDPC码纳入标准中，成为下一代通信纠错编码的首选。
基于此，本文探讨了LDPC码的实现和应用，包络译码器的DSP 实现和在无线信道中的应用。
1.2论文的主要工作基于上述的研究背景，本文的主要研究任务是对于LDPC码的译码和量化方案进行研究，将其与16QAM调制相结合应用于移动通信信道上，并完成译码方案的DSP实现，所完成的主要工作分为以下几个部分：一是LDPC码译码算法的简化和量化准则。
本文重点考虑了LDPC码的Min-Sum译码算法的二维改进，并进行了软件仿真；同时也给出了量化的选择准则；二是LDPC-16QAM系统在移动通信信道中的应用。
本文在考虑AWGN信道的基础上，构造了几种多径信道，分析比较了LDPC-16QAM系统在这些信道下的性能，同时与卷积码进行了性能比较；三是LDPC码译码器的DSP实现。
本文通过大量的仿真，给出了在各种情况下的仿真结果。
