LDPC 码在地空通信中的应用

文/李琳　拜俊鹏

近些年来对无线通信技术领域的研究越来越多，这些技术在地空通信中逐渐成为热点。LDPC码是一种线性的分组码，它是基于稀疏校验矩阵的。本论文简要介绍了LDPC 码的编码算法和译码算法，以及在地空通信中的应用。

【关键词】 LDPC 码 地空通信 编码

1 LDPC码简介

1.1 提出LDPC码的背景

卫星通信技术发展越来越成熟，最近研发的卫星通信技术能够通过空间卫星进行地空通信。LDPC 码是其中非常重要的一环，这是因为LDPC 码具有强大的纠错能力，具有很低的复杂度等。

LDPC 码具有很强的纠错能力，同时还具有低复杂度的快速译码算法和比较好的特性结构，所以在最新的带宽无线多媒体的通信系统中，LDPC 码成为了能够传播高质量的通信以及视频信号的关键性技术。同时LDPC 码已经广泛被欧洲等国家的卫星使用。

1.2 LDPC码的基本概念

LDPC 码的全称为低密度奇偶校验，1960年后Gallager 第一次提出这个概念。LDPC 码是一种线性的分组码，它是基于稀疏校验矩阵的。LDPC 码的编码是一种随机码。由于当时的技术和条件都十分落后，LDPC 码并没有广泛应用于实际当中。后来人们发现了Turbo 码，但是Turbo 码在本质上就是LDPC 码。LDPC码的纠错性能十分优异，近些年来越来越受到人们的重视。

LDPC 码的译码采用软判决的置信传播迭代译码算法。正是由于这个原因，LDPC 码在给定误码率的情况下，信息的传输速率和Shannon 限很接近。在某种程度上，LDPC 码的纠错性比Turbo 码强出了很多很多。我们都知道，译码的复杂度与码长有关，而且是线性的关系。要想实现长编码分组的应用，就必须克服分组码在长码的时候译码的计算量问题。

2 DVB-S2标准的前向纠错系统

LDPC 码的编译方法有许多，本论文简要介绍一下介绍LDPC 码的DVB-S2 标准编译码方法。

第一代DVB 标准是1994 年提出来的，它采用RS 码，QPSK 调制和级联卷积码的方式。但是伴随VLSI 技术的发展，就出现了更高效率的编码方式。DVB-S2 项目组的目标旨在带宽和功率不增加的情况下，增加百分之30 的传输量。

DVB-S2 标准主要由三个部分组成：BCH（前向纠错系统由外编码）、LDPC（内编码）和比特交织。同时输入流包括BBFRAMES（基本比特帧）和FECFRAMES（外流前向纠错帧）。FEC 系统处理完每个BBFRAME（kbch 位）之后，都会产生一个FEC-FRAME（nldpc）。系统BCH 外码的奇偶校验比特(BCHFEC) 被加到BBFRAME，LDPC 内码的奇偶校验比特被加到BCHFEC 后面。

3 LDPC码的算法

3.1 LDPC码编码算法

传统的规则LDPC 码的编码主要可以分为四步，分别如下。其框图如图1 所示，编码步骤如下：

（1）明确规则LDPC 码的H 矩阵的列重和行重。

（2）构造LDPC 码的H 矩阵。

（3）将校验矩阵H 转换成系统形式。

（4）根据线性分组码系统形式的校验矩

阵与生成矩阵之间的关系得到相应的生成矩阵G，编码生成的码字为C=uG。

3.2 LDPC码的译码算法

LDPC 码有很多种译码方式，常见的译码方式主要有：加权比特翻转译码、比特翻转译码、大数逻辑译码、后验概率译码以及和积算法译码等。本论文简要介绍和积算法。所谓和积算法，就是一种迭代译码算法，它的传播是基于置信度的。下一次迭代的输入，是上一次译码结束时可靠度量度的计算结果。直到达到了某个特定的条件后，译码的迭代过程才会停止，进而系统会作出硬判决。

4 我国的LDPC码在将来地空通信中的应用

地空通信具有许多特点，比如信号的能量衰减比较严重，信息的传输延时比较大等等。因此必须采取特殊的方法，才能够保证信息传输时的可靠性。地空通信信道对于信道编码是一种理想的信道。

（1）地空通信信道和无记忆的高斯信道很相似，都是Shannon 编码理论的信道模型。

（2）地空通信信道可以使用很低的频带利用率的编码和二进制调制方案，因为地空通信信道具有很丰富的带宽。

（3）由于地空通信中传输距离非常远，信号的能量衰减比较多，所以采用的都是低码速率通信。

以前地空通信使用的都是Turbo 码。Turbo 码具有很多优点，比如误码性能很好，但是仍然存在着误码平台。相对于Turbo 码，LDPC 码更适合作为地空通信的信道编码，这是因为LDPC 码具有很低的译码复杂度、更低的误码平台以及更大的吞吐量。要想设计出更加适合于地空通信的LDPC 码，还需要考虑到功耗效率、编码器和译码器的结构以及复杂度等等。作为一种重要的信道编码，LDPC 码必将会在地空通信中发挥重要的作用。

5 总结

近些年来对无线通信技术领域的研究越来越多，这些技术在地空通信中逐渐成为热点。LDPC 码是一种线性的分组码，它是基于稀疏校验矩阵的。本论文简要介绍了LDPC 码的编码算法和译码算法，以及在地空通信中的应用。

参考文献

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[2] 张长帅，宋黎定，刘泳. LDPC 码在深空通信中的应用技术研究[J]. 航天器工程，2007，16(3):90-92.

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