有限长空间耦合LDPC码的设计与译码研究

As the long block coding scheme for the data channel of eMBB in fifth generation (5G) mobile communications, LDPC codes have the advantages of capacity approaching performance and parallel decoding, which can guarantee the high-speed and reliable data transmission. As a particularly exciting new class of LDPC codes, spatially coupled LDPC (SC-LDPC) codes open up a new way for the research on LDPC codes due to their simple and regular structure and “threshold saturation” property. This project aims to design a set of practical coding construction and decoding algorithm for finite-length SC-LDPC codes. Firstly, based on the “threshold saturation” property of SC-LDPC codes, a low-complexity and capacity-approaching design method of rate-compatible SC-LDPC codes is proposed. Secondly, to deal with the performance degradation of the traditional sliding-window decoding algorithm, a new decoding algorithm based on deep-learning method is investigated, which can achieve low complexity, low latency and high reliability. Finally, an analytical method to predict the error probability of the finite-length SC-LDPC codes using the proposed decoding algorithm is studied. Through this project, we would like to supplement the research on finite-length SC-LDPC codes and also provide the theoretical and technical support for the design of LDPC codes in 5G system.

LDPC码作为下一代移动通信（5G）宽带业务数据信息的长码块编码方案，具有逼近容量限的译码性能和并行译码等优点，可保障数据的高速可靠传输。作为LDPC码新发现的SC-LDPC码，其所具有的低复杂度结构特性和阈值饱和特性，为LDPC码的研究提供了新方法。本项目拟针对有限长SC-LDPC码，设计一套实用化的码构造方法和译码算法。首先，利用SC-LDPC码的阈值饱和特性，给出一种实现复杂度低、可逼近容量限的速率兼容SC-LDPC码的设计方法。然后，针对传统滑窗译码算法的性能损失问题，基于深度学习方法，设计一种低时延低复杂度高可靠性的滑窗译码算法。最后，针对所设计的译码算法，研究有限长译码性能分析方法，用于预估有限长SC-LDPC码在该译码算法下的译码性能。通过本项目的研究，在完善有限长SC-LDPC码理论研究的同时为5G系统中LDPC码的设计提供理论依据和技术支撑。

面对未来无线通信网络“全覆盖、全频谱、全应用、强安全”的需求，新的空口与传输技术及网络架构至关重要，信道编码技术作为无线通信技术的核心部分也面临着更高的挑战和要求。LDPC码因其在纠错能力、码率灵活性、支持HARQ能力、复杂性等方面的突出表现而被作为5G eMBB数据信息的编码方案。空间耦合LDPC（SC-LDPC）码因其所具有的低复杂度结构特性、低时延译码结构以及优异的阈值特性，为LDPC码的研究提供了新方法。本项目首先设计了一种实现复杂度低且可逼近容量限的速率兼容SC-LDPC码，可应用于无线通信系统的HARQ模块，能有效应对信道状态信息的变化。然后，针对SC-LDPC码在传统迭代译码算法下实现复杂度过高，在滑窗译码算法下会有译码性能损失的问题，基于深度学习方法提出了一种SC-LDPC码的深度迭代译码算法，可加快译码收敛速度，提升译码性能。最后，提出了一种通用的有限长SC-LDPC码的译码性能分析方法，用于预估有限长SC-LDPC码的译码性能。项目研究成果在完善SC-LDPC码的理论研究的同时也为未来无线通信系统中的编码方案提供理论依据和技术支撑。