多进制LDPC码构造和译码算法研究及其应用

二进制低密度奇偶校验码(LDPC码)目前研究已经很多，但多进制LDPC码的研究还不充分。多进制LDPC码传输效率高和纠错能力强，特别适合于需要高效传输和多进制调制并有复杂干扰的信道传输场合。对于水下无线信号传输，需要高传输效率和低误比特率；对于新型多道(multi-track)磁记录信道，需要具有极低误比特率的差错控制手段，因此，多进制LDPC码非常适合。但多进制LDPC码构造复杂，不易简化电路设计。因此，本课题拟探讨具有高纠错性能的结构化多进制LDPC码的新构造方法，并力图基于神经网络和基因算法设计特定于多进制情况下的LDPC译码算法。对于水下无线应用建立相应的信道模型，进行仿真和理论分析，获得多进制LDPC码的应用研究成果。在此基础上，设计基于FPGA的多进制LDPC码嵌入式电路系统。将译码器提供的译码信号引入到无线探测网络的跨层设计中，有利于优化无线传感器网络的协议设计。

低密度奇偶校验(LDPC)码和无线传感器网络(WSN)是当前无线通信和网络领域研究的热门领域。本项目主要研究了LDPC码的迭代译码算法、二进制和非二进制LDPC码的构造以及大型无线传感器网络(WSN)中的数据查询等问题。. 在LDPC码译码算法方面，提出了IVC RBP 算法，该算法与目前已有的译码算法相比具有优异的纠错性能。在关键指标——误帧率FER为10^-5时，与当时最好的NW RBP译码算法相比，所提出的IVC RBP能获得0.2dB以上的编码增益。. LDPC码译码算法及其在图案媒介磁存储的应用方面，提出了一种基于后验概率变化的改进SBP译码算法。仿真结果表明，在“单磁头三磁岛”读信道模型中有90%AWGN + 10%TJN(抖动)噪声时，对于PEG(1008, 504)这种码字，本译码算法在误符号率SER为10^-5时可获得约7dB的编码增益。本算法与SBP译码算法相比还能有效降低译码复杂度。. 在多元域LDPC卷积码构造方面，提出了具有快速编码特性的LDPC 卷积码构造算法。这种基于有限域乘群的结构化LDPC 卷积码构造算法，可以产生任意给定码率的LDPC 卷积码。所提出的构造方法与现有的方法相比，具有很好的纠错性能，更适于实际应用。. 在基于MDS 码的LDPC 卷积码构造方面，提出了根据MDS 码构造出二元和非二元LDPC卷积码的系统方法。结果表明，LDPC 卷积码的性能比其分组码更好：在BER 为2*10^-6 时，与二元分组码相比，二元LDPC 卷积码有2.7 dB 的编码增益；对非二元码来说，其编码增益大约是1.1 dB。. 在准循环(QC) LDPC分组码的构造方面，我们提出了环熵的概念，并依此构造出了二元和多元LDPC码，取得了好的纠错效果。. 无线传感器网络(WSN)是近年来研究的热点领域。我们主要在WSN路由算法、定位算法和数据查询算法等方面进行了研究。提出了查询驱动的事件跟踪方法(QDT)和能量均衡的快速最小代价收敛算法(EFMC)。实验结果表明，先前提出的NER算法和最近提出的QDT算法对网络参数的适应性基本一致。但QDT方法的平均节点能耗要比NER小，因此，整个网络的能耗降低，对打造绿色节能社会有重要意义。