基于图扩展的结构化码率兼容LDPC卷积码构造及性能分析

LDPC convolutional codes have good decoding performance. In addition, considering the continuous data stream with variable frame length that can be dealt with by encoders/decoders, simple encoder structure and high throughout improved by the pipeline decoders with parallel structure, LDPC convolutional codes outperform their LDPC block counterparts. These advantages of LDPC convolutional codes are attractable for the future wireless communication systems, especially in low-energy consumption, high thoughout and high-reliability transmission. However, there is few construction of structured LDPC convolutional, though they may be favorable for practical application. Thanks to the complex encoding, unflexible rate and unknown syndrome former memory of most LDPC convolutional codes, we will propose some new construction methods. Construction of high-performance structured LDPC convolutional codes will be presented, which will ensure the resulted codes have fast encoding feature, maximum achievable memory and any given rates. We will also construct structured rate-compitible LDPC convolutional codes in order to satisfy some communication system requirements. And system simulation for practical application is also considered. This reasearch will give some useful principles and technical supportings for the practical application of LDPC convolutional codes in the future wireless communication systems.

LDPC卷积码比LDPC分组码更优越。该码不仅具有优异的译码性能，还具有编译码器可处理帧长可变的连续码流、编码器结构简单、流线型并行译码器可大大提高传输数据吞吐率等特性。这些特性正好满足了未来无线通信低能耗、高速及高可靠性等方面的要求。然而，具有实际应用价值的LDPC卷积码构造方法还不多见，且多具有编码方法复杂、码率不灵活、校验模型记忆构造前不详等缺陷。基于此，本项目提出具有快速编码特性、最大可达记忆、任意编码码率的高性能结构化LDPC卷积码构造方案。项目也将依据某些通信系统对灵活码率的要求，进一步构造结构化码率兼容LDPC卷积码；并依据实际应用需求，建立系统仿真模型。项目研究成果将为LDPC卷积码在未来无线通信系统中的应用提供技术支持,为LDPC卷积码的构造理论和技术提供理论依据。

该项目研究针对未来通信系统发展对编码理论和技术的需求，并结合当前的实际，开展了以LDPC卷积码构造和编码为目标的研究。本研究重点探讨了结构化LDPC卷积码的构造、性能指标以及与应用相关的系统仿真等几个关键问题。.研究内容：.(1) 高性能结构化LDPC卷积码的构造原理及方法；.(2)基于图扩展的结构化码率兼容LDPC卷积码的构造及参数分析；.(3)进行性能仿真，并研究影响译码性能的构造参数：自由距离、环等特性。.主要成果：.(1)发表学术论文10 篇，其中SCI 检索6 篇，EI 检索2篇,中文2篇；.(2) 申请国家发明专利2 项,授权国家发明专利1项；.(3)培养硕士研究生3 名， 青年人才实现算法，提升了编程能力和理论水平，对继续深造或者就业都奠定了良好基础。.达到目标：.(1)提出具有快速编码特性、给定有限域上最大可达记忆及任意给定码率的高性能结构化LDPC卷积码构造原理和方法，明确准循环LDPC分组码与结构化LDPC卷积码奇偶校验矩阵之间的关系，揭示两个参数：自由距离和环对LDPC码性能的重要影响，为结构化LDPC卷积码矩阵构造及参数分析奠定理论基础；.(2)揭示基于图扩展的码率兼容LDPC分组码矩阵构造规律，根据码率兼容LDPC卷积码与码率兼容LDPC分组码构造方法之间关系，提出基于图扩展的结构化码率兼容LDPC卷积码矩阵构造原理及方法。.本项目的创新之处；.(1)构造具有较大自由距离和环的高性能结构化LDPC 卷积码，结果码具有给定有限域上最大可达记忆、设计码率，尤其是该码的奇偶校验矩阵不需要经过某种变换、本身即具有快速编码特性；.(2)构造基于图扩展的结构化码率兼容LDPC 卷积码，尤其是结果矩阵具有快速编码特性及等编码记忆长度。.科学意义：.科研成果对未来通信具有较重要的理论意义和工程应用价值，项目研究达到了青年人才培养的目的。