LDPC kódy - nové metodologie

Ing. Jan BROULÍM

Disertační práce

Anotace:

LDPC kódy se stávají stále častěji populárními a v praxi nasazovanými zejména díky jejich účinnosti při využívání pravděpodobnostního dekodéru. V této práci jsou představeny nové metodologie pro návrh LDPC kódů na bázi genetických optimalizačních algoritmů, pro implementaci LDPC dekodérů na paralelní architektury a pro vylepšováním bitové chybovosti stávajících dekodérů. LDPC kódy jsou definovány kontrolní maticí nebo Tannerovým grafem, jehož parametry definují vlastnosti a účinnost dekodéru, zejména pak hodnosti uzlů a výskyt cyklů. V této práci je představen algoritmus pro návrh Tannerových grafů s nastavitelným omezením výskytu cyklů, který je dále využíván pro algoritmy genetické optimalizace. Navržené algoritmy jsou testovány na různých délkách kódového slova. Druhá část dizertační práce se zabývá implementací iregulárních LDPC kódů na paralelní architektury. Představená metoda je prakticky implementovaná na GPU s využitím OpenCL a CUDA frameworků. Poslední část dizertační práce se zabývá vylepšováním bitové chybovosti stávajících dekodérů. První představená metoda využívá zpětné procházení kódových slov. Druhá představená metoda je založena na využívání mutací kontrolních matic. Mutované kontrolní matice zabezpečují stejný prostor kódových slov, ale mění parametry konvergence dekodéru. Tuto informaci je možné dále využívat pro zpřesnění odhadu původního kódového slova. Budoucí práce může být zaměřena na rozvoj metod představených v práci, na jejich praktickou implementaci a na vývoj algoritmů zaměřených na LDPC kódy s delší délkou kódového slova.

Abstract:

Low Density Parity-Check (LDPC) codes have become very popular because of their near Shannon limit performance when decoded using a probabilistic decoding algorithm. This work proposes several methodologies related to LDPC codes, including design of codes based on optimzation algorithms, mapping LDPC decoders onto parallel architectures, and improving performance of state-of-the-art decoders. LDPC codes are random-based codes, defined in terms of parity-check matrices or Tanner graphs. Parameters of Tanner graphs, particularly a degree distribution and cycle occurrence, are crucial for probabilistic iterative decoders. Therefore, algorithms for producing good codes are needed. In this work, an algorithm for producing codes of large girth is proposed and evaluated. This algorithm is further utilsed for genetic optimzation methods accelerated by coarse grained parallelzation. The proposed methods are evaluated using different code lengths and redundancies. The second part of this thesis is devoted to mapping LDPC decoders on parallel systems, which are becoming very popular in modern communications systems. A general method for mapping irregular LDPC codes is proposed and evaluated on GPU platform using OpenCL and CUDA frameworks. The last main part introduces algorithms for improving performance of LDPC codes. Two main methods are proposed, a method based on backtracking codeword estimations and a method based on using several parity-check matrices. The second method, so called Mutational LDPC (MLDPC), utilses several parity-check matrices produced by slight mutations which run in parallel decoders. Information from all decoders is then used to provide the codeword estimation. The MLDPC is further modified using information entropy and so called radius which provide the additional improvement of the Bit Error Rate.

Klíčová slova

LDPC, MLDPC, bitová chybovost, aplikace genetické optimalizace, komunikační systémy

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 24. 9. 2018

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Doc. Dr. Ing. Vjačeslav Georgiev

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Fakulta elektrotechnická

Doktorský studijní program / obor:
Elektrotechnika a informatika / Elektronika