电子学报 ›› 2022, Vol. 50 ›› Issue (5): 1201-1210.DOI: 10.12263/DZXB.20210595

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具有逆向边增长结构LT码的设计与分析

宋鑫1, 程乃平2, 廖育荣2, 倪淑燕2, 雷拓峰1   

  1. 1.航天工程大学研究生院, 北京 101416
    2.航天工程大学电子与光学工程系,北京 101416
  • 收稿日期:2021-05-10 修回日期:2021-12-19 出版日期:2022-05-25 发布日期:2022-06-18
  • 通讯作者: 倪淑燕
  • 作者简介:宋 鑫 男,1995年出生于山西省临汾市.现为航天工程大学博士研究生.主要研究方向为信道编码,信道均衡,稀疏码分多址技术等. E‑mail: singlersx@163.com
    程乃平 男,1962年出生于陕西省宝鸡市.现为航天工程大学研究员.主要研究方向为卫星信号处理,正交频分复用技术,信道编码等. E‑mail: cheng_np@163.com
    廖育荣 男,1972年出生于四川省德阳市.现为航天工程大学研究员.主要研究方向为航天测控技术,卫星信号处理技术等.E‑mail: 406573420@qq.com
    倪淑燕 女,1981年出生于河北省邢台市.现为航天工程大学副教授.主要研究方向为阵列信号处理,正交频分复用技术等.E⁃mail: daninini@163.com
    雷拓峰 男,1998年出生于陕西省西安市.现为航天工程大学博士研究生.主要研究方向为正交频分复用技术,稀疏码分多址技术,信道编码等.E‑mail: tuofenglei@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学青年基金(61805283);军内科研项目(1700050400)

Design and Analysis of LT Code with Reverse Edge Growth Framework

SONG Xin1, CHENG Nai-ping2, LIAO Yu-rong2, NI Shu-yan2, LEI Tuo-feng1   

  1. 1.Department of Graduate Management,Space Engineering University,Beijing 101416,China
    2.Department of Electronic and Optical Engineering,Space Engineering University,Beijing 101416,China
  • Received:2021-05-10 Revised:2021-12-19 Online:2022-05-25 Published:2022-06-18
  • Contact: NI Shu-yan

摘要:

为了解决传统卢比变换(Luby Transform,LT)码在加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)信道中存在高误码平台的问题,提出了一种具有逆向边增长(Reverse Edge Growth,REG)结构的LT码.REG-LT码会标记度数值相对较小的信息节点,并使其逆向精准地选取足够数量的校验节点,从而获得不低于期望目标的度数值.首先,设计了REG-LT码的编码算法,分析了校验节点和信息节点的选取原则.其次,推导了REG-LT码的信息节点度分布和校验节点度分布的数学表达式,分析了REG-LT码的收敛性.最后,引入增益损失比(Gain Loss Ratio,GLR)以衡量参数Tv 对收敛性的影响,将最大化GLR作为求解最优Tv 值的设计原则.仿真结果表明,与传统LT码相比,本文的REG-LT码可将误码平台降低3至5个数量级,且至少可获得2dB的编码增益;此外,REG-LT码也能够实现优于现有LT码的误比特率(Bit Error Rate,BER)性能.

关键词: 喷泉码, LT码, 高斯信道, 误比特率, 度分布, 编码算法, 外信息传递图

Abstract:

To solve the problem of high error floor for the conventional Luby transform(LT) codes in additive white gaussian noise(AWGN) channels, the LT code with reverse edge growth(REG) framework is proposed. For the REG-LT code, those information nodes with relatively small degrees will be marked, and these nodes will accurately select enough check nodes in reverse to obtain a degree that is not lower than the desired target. The coding scheme of the REG-LT code is designed, and the selection principle of check node and information node is analyzed. The mathematical expressions of the information degree distribution and check degree distribution of the REG-LT code are derived, and the convergence behavior of the REG-LT code is analyzed. The parameter gain loss ratio(GLR) is designed to measure the impact of the parameter Tv on convergence behavior, and maximize the GLR is used as a design principle to solve the optimal Tv . The simulation results show that compared with the conventional LT code, the REG-LT code in this paper can reduce the error platform by 3 to 5 orders of magnitude, and at least 2dB of coding gain can be obtained. Besides, the designed LT code outperforms the existing LT codes in terms of bit error rate(BER) performance.

Key words: fountain codes, LT codes, Gaussian channel, bit error rate, degree distribution, coding algorithm, extrinsic information transfer chart

中图分类号: