改进原模图LDPC短码的构建方法

简介：
本文提出了一种改进的低密度奇偶校验（LDPC）短码构建方法，基于优化的原型图设计，旨在提高编码效率和纠错能力。 扩展原模图LDPC短码的优化构造这一研究主题涵盖了在设计具有良好性能与低复杂度的短准循环低密度奇偶校验（QC-LDPC）码过程中所采取的一系列优化措施。由于其出色的错误校正能力，这类编码在数字通信系统中得到了广泛的研究和应用，尤其是在需要高速且高可靠性的场景下，如移动通信系统等。 为了设计出优秀的QC-LDPC码，文章提出了一种基于扩展原模图的优化构造方法。该方法的核心在于对原模图进行优化，并通过适当的打孔与扩展检查节点来构建复合块编码节点。此外，还通过增加扩展示矩阵的维度以及采用一种联合优化算法提高编码性能。 此研究中的联合优化算法结合了两种技术：一是用于基础矩阵优化的进步边缘增长（PEG）算法；二是用于循环置换子矩阵偏移量优化的改进近似循环外信息度量（QC-IA-ACE）算法。QC-IA-ACE算法旨在搜索最佳偏移集合，以提升编码性能，通过联合改善和最优化码字中的停止集、陷阱集以及围道与循环剖面。 模拟结果显示，提出的代码具有优异的比特误码率性能，并且在表现上几乎等同于现有的优秀随机LDPC代码。由于短码长度的良好特性，这些代码可以提供低复杂度及较小的编码和解码延迟。 关键词包括：QC-LDPC、扩展原模图、改进近似循环外信息度量（IA-ACE）、进步边缘增长算法以及围道等。文章中的研究背景、理论基础与研究成果为通信工程和信息科学领域提供了宝贵的理论和技术支持，并且基于前人的工作进行了延伸和深化。 在当前数字通信及移动网络技术迅速发展的背景下，LDPC码作为纠错编码技术的一种，在其应用前景方面具有巨大的价值。随着5G、物联网（IoT）、人工智能（AI）等技术的推广与应用，高效可靠的纠错编码算法的需求变得更加迫切。因此，优化构造QC-LDPC短码的研究不仅有助于推动纠错编码技术的发展，也为未来通信系统的性能提升提供了可能。 特别地，在实时通信系统中如在线视频、网络直播及远程医疗服务等领域对数据传输的时间性和准确性有极高要求时，研究中的低延迟特性显得尤为关键。优化后的QC-LDPC代码能够在不损害性能的前提下减少处理时间和资源消耗，从而使得通讯系统更加高效经济。 同时，随着专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）等硬件技术的进步和发展，对纠错编码算法的实现提出了更高的要求。经过优化的QC-LDPC码在这些设备中的应用可能会更为高效，并支持更大的数据吞吐量以满足更复杂的使用场景需求。 总体而言，这项研究既为学术界提供了新的理论思路也向工业界提供了一种实用的技术解决方案，在LDPC编码理论和实际应用方面做出了重要的贡献。