面向高可靠低时延通信的有限长多元耦合LDPC码研究

Nonbinary coupled LDPC codes can increase the coding gain while maintaining low decoding delay and complexity. The current research focuses on the long codes. The existing encoding and decoding schemes cannot meet the requirements of ultra-reliable low-latency communications. Therefore, this project investigates the construction methods, decoding algorithms and decoding thresholds of the finite-length nonbinary coupled LDPC codes, and explores the framework of the finite-length nonbinary coupling coding structure. The high-performance codes are proposed based on the algebraic assist, weighted reliability and scattered extrinsic information transfer chart. Our research will provide the necessary technical support for the ultra-reliable low-latency communication systems with high-performance physical-layer techniques.

多元耦合LDPC码能够在保持低译码时延与译码复杂度的同时增大编码增益，但当前针对该类码的研究集中于长码，现有编译码方案还不能完全满足高可靠低时延通信要求。因此，本项目对有限长多元耦合LDPC码的构造方法、译码算法和译码门限求解进行研究，探究完善有限长多元耦合编码框架。通过综合应用代数辅助、可靠度加权、散点外信息转移图等方法，设计出高性能的有限长多元耦合LDPC码。本项目的研究成果将为工业互联网、车联网、触联网等高可靠低时延通信场景和应用提供物理层关键技术支撑。

高可靠低时延通信是5G三大典型场景之一，该场景包含了工业互联网、车联网、触联网等重要应用，这些应用对传输可靠度和时延有着严格要求。针对以上需求，本项目对多元耦合LDPC码的构造优化、译码算法、有限长编码理论和编译码方案的实际应用进行了研究，具体工作包括：.1）多元耦合LDPC码构造优化方法.通过结合缩短和扩展方法进行矩阵结构设计，实现码参数灵活可变；以外信息转移图和基矩阵稀疏化为工具，优化了矩阵参数；还提出了一种基于有限域傅里叶变换的整体构造方法。所构造的码在全码率范围内都具有较好的瀑布区和平层区性能。.2）多元耦合LDPC码译码算法研究.基于分层级联方法设计高性能译码算法，首先对接收到的软信息序列进行传统BP译码，如果结果校验正确则译码输出，若不正确则进行后续的有序统计量译码。与传统译码算法相比，所提出的译码算法能够有效提升译码性能。.3）有限长编码理论研究.将有限长信道容量推广到离散输入连续输出系统，推导出有限长输入下的比特交织编码系统信道容量的理论上界，并分析概率成形系统的有限长信道容量，给出有限长信道容量损失的理论分析和证明。.4）编译码方案的应用方面.将多元耦合LDPC码与OTFS系统相结合，建立信号检测器的信道信息转移关系，并提出了针对OTFS系统的码设计方法，基于该方法构造的码可以在OTFS系统中取得更好的性能。