LDPC编码的高能效、高谱效编码调制技术研究

To meet the need of high-speed wireless communications in future, this project study the association between channel coding and modulation techniques in order to design novel coded-modulation systems with low transmit power, high reliability, efficient spectrum and characteristic of adaptivity. Specifically, the following issues are involved: (1) we plan to research on the design of non-binary rate-compatible low-density parity-check (NB-RC-LDPC) codes though introducing new bit-wise freedom based on the iterative recovery tree; (2) by introducing the spacing coding gain and the outline shaping gain in the constellations, we investigate the method for mapping NB-RC-LDPC codes to high-ord constellations, and research on the algorithm for selecting the subset from high-ord constellations; (3) the probability-based one-layer shaping technique is detailedly proposed and the performance analysis will be compared with space-outline-based shaping technique; (4)if things go well, we will try to apply some algorithms to future space/deep-space communications of China with the experts of the cooperative institute.

为了满足未来高速无线通信的需求，本课题旨在联合信道编码和调制技术，研究具有低发射功率、高可靠性、高频谱效率及一定自适应特性的新型编码调制系统。主要研究内容包括：（1）拟引入新的比特级自由度，在迭代恢复树图上研究多元速率兼容LDPC码的优化设计算法；（2）针对多元比特级速率兼容LDPC码，设计高阶星座的映射算法，并结合星座的空间编码/成形增益技术，研究高阶星座的子集优化选取问题；（3）研究基于单层LDPC编码的概率成形增益技术，并与空间成形增益技术对比分析；（4）在技术成熟情况下，与合作单位专家论证本课题应用在我国未来空间/深空通信系统中的可行性。

为了满足未来高速无线通信的需求，本课题旨在联合信道编码和调制技术，研究具有低发射功率、高可靠性、高频谱效率及一定自适应特性的新型编码调制系统。在本项目研究过程中，我们主要取得了如下进展：.1）我们在新定义了一种迭代恢复树图的基础上，设计了一种非贪婪选择的寻找打孔节点最佳度分布的算法。针对已打孔变量节点，本方案非贪婪的动态最小化迭代恢复树图中的未打孔变量节点个数，获得的打孔节点度分布优于传统方法。.2）我们对重要性采样技术进行了改进，并运用该改进算法来寻找对LDPC码迭代译码性能危害较大的陷阱集等内部不良结构，在选择速率兼容LDPC码的打孔节点时，尽量减少这些不良结构的影响，获得了更好的译码性能。.3）针对采用LDPC编码的通信系统，我们对不等概的Gallager映射方式进行了优化，提出了三条优化设计准则，并利用EXIT chart 工具对提出的映射准则进行了性能分析。此外，我们也研究了基于空间几何成形的高阶调制技术，并与上述概率成形技术进行了对比分析。.4）我们设计了一种基于分层全并行(Layered-Full-Parallel)结构的QC-LDPC码译码器。这种改进的译码器结构，解决了RAM资源占用及并行导致访问冲突等问题。该译码器已经在Virtex7系列开发平台上仿真和验证。.5）我们设计了基于有限域GF(q)上的多元速率兼容LDPC码结合高阶调制的自适应编码调制系统。本系统中多元LDPC码码率可以从1/3到5/6灵活变化，以较低的系统复杂度，有效提高了系统的频带利用率。