NO.1 论文简介
面向未来通信网络优化设计低密度校验（LDPC）码以满足高性能需求可界定为低描述复杂度码设计的范畴，如码长固定的多速率LDPC MR-LDPC）码。由于融合了5G标准LDPC码和MR-LDPC码的结构特性，类Raptor（Raptor-like）多速率准循环LDPC（RL-MR-QC-LDPC）码可为未来地面网络与其他对MR码有需求的通信系统的编码融合提供可行方案。因为构造方法结合了代数理论，代数RL-MR-QC-LDPC码的设计复杂度和存储复杂度低，但因其矩阵结构性太强，性能改善不明显。因此，通过结合拆分与组合思想，本文提出了RL-MR-QC-LDPC码的一种优化方法。数值仿真结果表明，与原代数RL-MR-QC-LDPC码相比，所优化的码具有较好的整体性能。所提出的优化方法既可以直接用于优化RL-MR-QC-LDPC码，也可以作为改进代数RL-MR-QC-LDPC码性能的后处理方法。这将有助于推动未来地面网络与近地卫星等通信系统的编码融合研究。
NO.2 主要贡献
LDPC码由其校验矩阵的零空间定义，一般一个校验矩阵仅能实现单个LDPC码。目前独立设计满足系统性能要求的单个LDPC码并非难点，设计描述复杂度低、可支持多种参数的码更具挑战性，例如可支持多个移位尺寸的准循环LDPC（QC-LDPC）码和可支持多个码率的变速率码。近年来，我们一直致力于研究描述复杂度低的LDPC码的有效设计问题。2021年，我们通过联合考虑Raptor-like结构和多速率LDPC（MR-LDPC）码的特性，提出了适用于星地融合网络的Raptor-like MR-QC-LDPC（RL-MR-QC-LDPC）编码技术框架。图1展示了RL-MR-QC-LDPC码的一个简单示例，图中包含有4个码参数三元组，可以看出，随着码率减小，对应的基矩阵/循环移位矩阵的大小增大、移位尺寸变小。此外，结合代数和叠加构造方法，通过渐进改变移位尺寸，我们给出了一种低设计复杂度和低描述复杂度的代数构造方法。所构造的码具有易于硬件可实现的编译码器，而且可基于校验矩阵直接编码。仿真结果表明，所构造的码具有较好的整体性能。但由于所构造的码的循环移位矩阵具有明显的代数结构，结构性太强，性能改善并不是很明显。针对该问题，本文提出了RL-MR-QC-LDPC码的一种优化方法。优化过程分为拆分、优化和组合三个步骤，图2展示了一个支持3个码率的RL-MR-QC-LDPC码的优化过程。由于高码率部分的移位值需要支持多个移位尺寸，因此该部分的优化实际上是一个循环移位矩阵可支持多个移位尺寸的移位值优化问题。该方法既可以直接用于优化RL-MR-QC-LDPC码，也可以作为改进代数RL-MR-QC-LDPC码性能的后处理方法，有助于推动未来地面网络与近地卫星等通信系统的编码融合研究。
NO.3 研究结论
LDPC码的“描述复杂度”由国际著名编码学者Richardson等人在总结5G LDPC码的设计理念时首次提出。面向未来通信网络优化设计LDPC码以满足高性能需求均可界定为低描述复杂度LDPC码设计的范畴，例如Raptor-like多速率QC-LDPC（RL-MR-QC-LDPC）码。因为构造方法结合了代数理论，代数RL-MR-QC-LDPC码设计复杂度低，但因矩阵结构性太强，性能改善不明显。鉴于此，结合拆分与组合思想，我们提出了RL-MR-QC-LDPC码循环移位矩阵移位值的一种优化方法。数值仿真结果表明，与优化前的原代数RL-MR-QC-LDPC码相比，所优化得到的码具有较好的整体性能。需要说明的是，所提出的方法不仅可以直接用于优化RL-MR-QC-LDPC码，也可以作为改进代数RL-MR-QC-LDPC码性能的后处理方法，因此有助于推动未来地面网络与近地卫星等通信系统的编码融合研究。
NO.4 论文资助
国家重点研发计划项目（2021YFA1000500）
国家自然科学基金（62171356，62172457）
河南省重点研发与推广专项（科技攻关）（232102211069，232102320066）
河南省高等学校重点科研项目（23A430043）
NO.5 作者介绍
李华安（1989—），男，博士，周口师范学院讲师。主要研究方向为无线通信、信息论与编码理论。作为项目核心人员之一，所设计的LDPC码入选5G编码国际标准。
E-mail：liha@zknu.edu.cn。
E-mail：wzhwang@stu.xidian.edu.cn。
E-mail：xhz05228@126.com。
E-mail：cchen@xidian.edu.cn。
E-mail：bmbai@xidian.edu.cn。
·引用格式·
李华安, 王汶振, 徐恒舟, 陈超, 白宝明. 类Raptor多速率QC-LDPC码的一种优化方法(2024) [J/OL]. 西安电子科技大学学报, [2024-10-08]. https://doi.org/10.19665/j.issn1001-2400.20240912
“扫描二维码查看原文”
https://link.cnki.net/doi/10.19665/j.issn1001-2400.20240912
编辑：许瀚樱
校对：杨 薇
审核：牛姗姗
优文推荐 | 融合VFA和ISSA的多目标优化WSN覆盖算法
· 推荐阅读 ·
- 联系我们 -
xuebao@mail.xidian.edu.cn
