多边型空间耦合LDPC码的构造及其在协作通信中的应用研究

Cooperative transmission is considered to be a useful technique for increasing reliability and spectral efficiency of the wireless communication system. Traditional channel coding techniques, which have been applied to point-to-point communications, cannot meet the requirements of the cooperative network. Hence, it is in need to search for distributed code constructions with high efficiency, good performance and flexible design. Spatially coupled LDPC (SC-LDPC) codes have been proved analytically to achieve the Shannon capacity. In addition to the capacity-achieving performance, these codes are featured with regular degree distribution, low-complexity implementation and feasibility of structured design. Therefore, SC-LDPC codes are a good candidate for distributed channel coding. This project mainly investigates for the cooperative communication network: (1) the construction method and theoretical analysis of multi-edge-type (MET) SC-LDPC codes; (2) the structured design and information-theoretic verification of MET SC-LDPC codes in several cooperative models; (3) practical aspects of finite-length MET SC-LDPC codes. This project aims to propose a generalized method of distributed SC-LDPC code constructions, according to the topology structure and the transmission characteristics of the distributed wireless network. Meanwhile, it provides theoretical analysis, evaluates system performance and modifies the design from the practical point of view. The project provides fundamentals and solutions for distributed channel coding and contributes to the development of cooperative communication.

协作通信是提高无线通信可靠性和频谱效率的有效手段。应用于点对点通信的传统信道编码无法满足协作通信网络的要求，因此需要研究适用于多节点通信的分布式编码构造，并且该构造应具有高效率、高性能、设计灵活等特点。空间耦合LDPC（SC-LDPC）码是一种理论上证明可达仙农容量的信道编码，同时还具有度分布规则、实现复杂度低、易于进行结构化设计等优点，因而是分布式信道编码的理想选择。针对协作通信网络，本项目主要研究：（1）多边型SC-LDPC码的构造方法和理论性能；（2）多边型SC-LDPC码在多种协作通信模型中的设计和理论验证；（3）有限码长多边型SC-LDPC码的实用化。本项目旨在根据分布式无线网络的拓扑结构和传输特征，提出具有一般性的分布式SC-LDPC码构造方法，并提供理论分析，评估系统性能，改进实用化设计。本项目为分布式信道编码研究提供理论基础和解决方案，为推动协作通信发展做出贡献。

空间耦合LDPC（SC-LDPC）编码是一种理论上证明可达仙农容量的编码方式，同时还具有度分布规则、实现复杂度低、易于进行结构化设计等优点，是目前信道编码领域的研究热点之一。本课题研究多边型空间耦合LDPC码的构造及其在协作通信中的应用，为协作通信网络提供具有通用性的编码解决方案。.在多边型编码的构造方面，项目组提出了多边型SC-LDPC码的一般性构造方法，通过节点度等参数的选取，可将其等效为标准SC-LDPC码。同时，提出了适用于递归编码的校验矩阵结构，可满足任意编码速率要求，并实现了更优的译码性能。.在协作通信编码构造方面，项目组分别针对转发中继、多向中继以及多中继协作，构建通信模型，推导理论边界，设计编码方案。理论研究方面，项目组针对多向中继信道、多址信道，分别推导了容量边界。方案设计方面，项目组提出多种基于空间耦合结构的编码方案，并通过功率分配、星座旋转等手段进行了性能优化。.在有限码长实用化方面，项目组提出了能满足任意速率要求的SC-LDPC码递归编码方法，降低了编码的存储要求和复杂度；同时，提出一种简单有效的耦合链截尾方法，降低了实现复杂度；得益于递归编码和滑动窗译码，SC-LDPC码可以为流数据提供准实时的传输方案，实现低时延和自适应的传输。.在上述研究中，多边型SC-LDPC码的设计和构造侧重于理论研究，即特定网络拓扑模型下如何利用分布式构造逼近该模型传输速率的理论极限；实用化SC-LDPC编译码的研究主要侧重于低复杂度和时延的编译码实现。这些研究内容相辅相成，是对空间耦合构造理论的深入和扩展。

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