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1、 武汉工业学院毕 业 设 计 论文题目：低密度奇偶校验码在光纤通信中性能研究姓 名 刘 雁 冰 学 号 071203108 院（系） 数 理 科 学 系 专 业 电子信息科学与技术指导教师 陈 良 艳 2011年6月6日目录摘要IAbstractII1. 绪论1.1通信系统的组成1.1.1通信系统的一般模型1.1.2数字通信系统模型1.1.3基于Shannon信息理论的数字通信模型1.2信道编码理论及其发展1.2.1信道编码理论1.2.3信道编码的发展1.3 LDPC码的发展2. 低密度奇偶校验码2.1 线性分组码2.2 LDPC码的基本概念2.2.1正则LDPC码2.2.2非正则LDPC码2
2、.2.3 LDPC码的二分图表示2.2.4 LDPC码的圈长2.3 LDPC码的构造方法2.3.1概述2.3.2 Gallager构造的LDPC码2.3.3 Mackay构造的LDPC码2.3.4完全随机构造法2.4LDPC码的译码算法2.4.1基于置信传递的译码算法(BP算法）2.4.2最小和译码算法2.5光纤通信系统仿真模型2.6小结3. 低密度奇偶校验码在高速率光纤通信系统中的性能3.1 QC-LDPC码的构造方法和性能验证3.1.1 QC-LDPC码的构造方法3.1.2 QC-LDPC码设计中列重对性能的影响3.2 QC-LDPC码的编码实现3.3 QC-LDPC码与随机产生的LDPC
3、码的性能比较3.4 QC-LDPC码的不同译码算法的性能比较3.5圈对QCLDPC码译码性能影响3.6迭代次数对译码性能的影晌3.7信道估计偏差对QC-LDPC码性能的影响总结致谢参考文献摘要LDPC码是一种能逼近Shannon容量限的优秀的线性分组码，其长码性能超过了 Turbo码。低密度校验码具有诸多优点，比如译码复杂度和错误平层都相对较低等，LDPC码在信息传输应用的优秀表现引起了广大学者的重视，已成为国内外信道编码研究领域的热点之一。论文在LDPC码的基本原理基础上对LDPC码的编译码算法进行了研究， 针对光纤通信系统的特殊要求，研究了一种具有特殊结构的LDPC码的构造方法和译码性能及
4、在光通信系统中的应用。本文主要做的工作如下：对通信系统的组成以及信道编码技术的基本理论和发展历程作了简单介绍； 对LDPC码的提出、发展历程、研究进展进行了系统性的概括讨论；对线性分组码以及LDPC码的基本概念进行了简要介绍和讨论，其中涵盖LDPC码的二分图、正则与非IH则LDPC码、最小距离以及圈长等相关重要概念。论文介绍了几种常见的LDPC码构造方法，在编码译码方面，介绍了基于下三角矩阵的编码算法和两种译码算法-BP译码算法和最小和译码算法，在此基础上，研究了一种称为伪循环LDPC码的QC-LDPC码，详细地研究了构造方法和译码性能，以及一种基于计算机搜索的随机构造QC-LDPC码的方法。
5、QC-LDPC码的特殊结构有利于编译码器的高速实现，能够较好地适应光纤通信系统的高速率、高效率的要求。最后，针对高速率光纤通信的应用，研究了该形式的QC-LDPC码在具体应用时的几个问题。使用循环移位寄存器编码实现QC-LDPC码；迭代次数选择的方法及其性能验证；信道估计偏差对LDPC软译码性能的影响。关键词：低密度奇偶校验码; LDPC码构造; 信道编码; 迭代译码Abstract Low Density Parity-Check(LDPC)Codes，a type of progressive code approaching Shannon capacity limit，can achi
6、eve a better performance than Turbo code at long code lengthBecause of the advantages of LDPC code，for example，lower decoding complexity and lower error floor，applications of LDPC codes in reliable communications has received significant academic attention and has become one of the most popular rese
7、arch focus in the field of channel coding In this paper，encoding and decoding algorithm of LDPC is studied and given specific improvement on the basis of basic decoding principle of LDPC codeAccording to the special requirements of optical communication system，the encoding method and decoding perfor
8、mance regarding one type of specially structured LDPC code is studied，as well as its application in optical communication system Main content as follows. Firstly, a brief introduction to the composition of communication system as well as the basic theory and history of channel coding technology is p
9、resentedThen，following a brief introduction to basic concept of linear block code，a systematic，yet general discussion of the proposition，history and research progress of LDPC code are given with focus on bipartite graph, regularity and irregularity, minimum distance and relative important concepts R
10、egarding the encoding method of LDPC code，the paper introduces LDPC code from random constructionBesides，the paper introduces two types of widely applied decoding algorithm the BF algorithm and the BP algorithmOn that basis，a type of quasicyclic LDPC code named OC-LDPC code is introducedThen，a detai
11、led research on the encoding algorithm and encoding performance of QC-LDPC is described-followed by the specified research over the tectonic encoding method of OC-LDPC based on computerized searchThe special structure of QC-LDPC code favors high-speed decoder plait，and it satisfies the high speed an
12、d efficiency required by optical fiber communication system Finally, for high speed optical fiber communication applications，the paper studies some issues about the practical application of QC-LDPC code-the use of cyclic shift register to encode QC-LDPC code，the method on the selection of maximum it
13、eration number and its performance verification，the affection of channel estimation error on the soft decoding performance of LDPCKeywords：Low Density Parity-Check Codes; encoding method of LDPC code; channel coding; iterative Decoding 1. 绪论 光纤通信技术是信息社会的支柱，是信息高速公路骨干网的基础，更是建设超高速、超大容量、透明、多媒体化的未来通信网络的基
14、石。提高信息传输的可靠性和有效性是实现通信畅通的根本。作为一种行之有效的抗千扰的关键技术，纠错码经过几十年的深入研究探讨，在理论上取得了非常大的进展；随着信息技术的发展和实际需求的不断推动，纠错码也已逐渐发展成标准的技术，并被广泛投入到多个领域的实用中1。 Turbo码由于其突出的纠错能力，被作为3G中信道编码的主流技术之一， 但因为其固有的缺点-译码复杂度高和长时延，使得它难以满足未来移动通信系统的需求1。随着计算机运算能力的增强以及相关理论的不断发展完善，LDPC码，在经过数十年的沉寂之后，又重新被重视， 并且得以证明。它最初由Gallager发现，亦称Gallager码2，是一类能够用非
15、常稀疏的校验矩阵来定义的线性分组纠错码。我们可以这么说，重新重视LDPC码是继Turbo码后在纠错编码领域的又一重大发展。它在采用基于置信传播(Belief-Propagation, BP)的迭代译码算法的条件下，拥有逼近Shannon限3好性能。在通信编码领域中，LDPC码以其非常逼近容量限的优异性能得到了广泛关注，并且在各个方面已被应用，包括太空及卫星通信、磁记录、无线通信和网络包传输等。因此深入研究LDPC码以及它在光纤通信中的应用具有十分重要的意义。1.1通信系统的组成 日常生活中，人与人之间要传递信息、交换情报，这就形成了通常所说的通信。实现通信的方式很多，随着社会的需求、生产力的发展和科学技术的进步， 目前的通信越来越依赖于利用电来传递消息。电通信因其迅速、准确、可靠且不受时间、地点、距离的限制，近百年来得到了迅速的发展和
