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出版者:Alphascript Publishing

作者:Miller, Frederic P.; Vandome, Agnes F.; McBrewster, John

出品人:

页数:160

译者:

出版时间:2009-12-10

价格:USD 72.00

装帧:Paperback

isbn号码:9786130250102

丛书系列:

图书标签:

• LDPC码
• 信道编码
• 纠错码
• 信息论
• 通信系统
• 数字通信
• 编码理论
• 无线通信
• 信号处理
• 现代通信

《低密度奇偶校验码：编码理论的革新者》 这是一部关于通信领域革命性编码方案——低密度奇偶校验码（LDPC码）的深入探讨。本书旨在全面解析LDPC码的理论基础、构造方法、译码算法以及其在现代通信系统中的广泛应用。 第一章：编码理论的基石与LDPC码的诞生 本章将从信息论的经典理论出发，回顾纠错编码的历史发展，包括Hamming码、BCH码、RS码等经典编码。在此基础上，我们将引出LDPC码的诞生背景，阐述其作为一种“稀疏”的校验矩阵带来的理论突破。我们将介绍LDPC码的提出者Gallager及其开创性的工作，以及早期LDPC码在理论上的局限性和当时计算能力的不足。 第二章：LDPC码的数学构造与结构分析 本章将深入探讨LDPC码的数学构造方法。我们将详细介绍校验矩阵的稀疏性如何定义，以及如何通过图论的概念，如Tanner图，来可视化LDPC码的结构。我们将介绍几种主要的LDPC码构造算法，包括： 随机LDPC码： 阐述随机生成稀疏校验矩阵的原理，分析其性能与结构的关系。 规整LDPC码（Regular LDPC Codes）： 详细介绍具有固定度数的节点的规整LDPC码，分析其在性能和译码复杂度上的优势。 非规整LDPC码（Irregular LDPC Codes）： 探讨如何通过优化节点度数分布来进一步提升LDPC码的性能，并介绍相应的构造方法。 特定构造LDPC码： 介绍一些针对特定应用场景（如WiFi、5G）设计的LDPC码构造方法，如基于代数结构或二元群的构造。 我们将重点分析校验矩阵的稀疏性对码的性能以及译码复杂度的影响，并讨论如何评估和选择合适的LDPC码结构。 第三章：LDPC码的译码算法：软判决的艺术 本章将聚焦LDPC码的译码算法，这是LDPC码实现高性能的关键。我们将详细介绍基于消息传递（Message Passing）的译码算法，特别是： 比特翻转（Bit Flipping）算法： 作为一种硬判决译码算法，我们将介绍其基本原理、迭代过程以及局限性。 和积（Sum-Product）算法/最大后验概率（MAP）译码： 作为LDPC码最经典且性能最优的软判决译码算法，我们将详细解析其在Tanner图上的消息传递过程，包括节点（变量节点和校验节点）如何传递信息，以及如何利用概率信息进行迭代更新。我们将讨论其收敛性、译码速度以及在不同信道模型下的性能表现。 变种译码算法： 介绍一些对和积算法的改进，如最小和（Min-Sum）算法及其变种，旨在降低计算复杂度，提高译码速度，并分析其性能损失。 译码硬件实现： 简要介绍LDPC码译码器在硬件设计上的挑战与常见实现方法，如流水线设计、并行处理等。 第四章：LDPC码的性能分析与界限 本章将从理论角度分析LDPC码的性能。我们将讨论LDPC码的误码率性能，并介绍其接近香农限的优越性。 自由距离（Free Distance）与码谱（Spectrum）： 探讨LDPC码的自由距离对其纠错能力的影响，以及如何通过分析码谱来预测其性能。 渐进性能（Asymptotic Performance）： 分析LDPC码在信噪比趋于无穷大时的性能表现，以及其“阈值”（Threshold）的概念。 低信噪比性能： 探讨LDPC码在低信噪比区域的性能特点，以及如何通过调整码率、稀疏度等参数来优化低信噪比性能。 不同信道模型下的性能： 分析LDPC码在加性高斯白噪声（AWGN）信道、二元对称信道（BSC）、衰落信道等不同信道环境下的性能表现。 第五章：LDPC码的应用领域：赋能现代通信 本章将展示LDPC码在现代通信系统中的实际应用，以及其带来的巨大价值。 固定通信： 详细介绍LDPC码在DSL（数字用户线路）、光纤通信、以太网等固定通信接入技术中的应用，以及其在高数据速率传输中的关键作用。 无线通信： 重点阐述LDPC码在Wi-Fi（IEEE 802.11n/ac/ax）、5G NR（新空口）、DVB（数字视频广播）等标准中的部署情况，分析其如何实现高效可靠的无线数据传输，提升频谱利用率和网络吞吐量。 存储系统： 探讨LDPC码在硬盘驱动器（HDD）、固态硬盘（SSD）、蓝光光盘等数据存储介质中的应用，用于提高数据的存储可靠性和寿命。 卫星通信与深空探测： 分析LDPC码在信号传输距离远、噪声干扰大的恶劣环境下的应用，例如在卫星通信系统和深空探测任务中，LDPC码扮演着至关重要的角色，确保信号的完整性。 其他新兴应用： 简要介绍LDPC码在物联网（IoT）、人工智能（AI）中的潜在应用，以及未来可能的发展方向。 第六章：LDPC码的未来展望与挑战 本章将对LDPC码的未来发展进行展望，并探讨其面临的挑战。 更高效的译码算法： 介绍对现有译码算法的进一步优化，如基于学习的译码、硬件友好的简化译码算法等。 新型LDPC码的构造： 探讨如何设计具有更优性能、更低复杂度的LDPC码，例如与调制方式结合的联合编码调制（Coded Modulation）LDPC码。 与新兴技术的融合： 分析LDPC码在人工智能、量子通信、区块链等新兴技术领域的潜在应用和融合。 标准化与互操作性： 讨论LDPC码在不同标准间的兼容性和互操作性问题。 计算复杂度的进一步降低： 随着通信系统对处理速度要求的不断提高，降低LDPC译码的计算复杂度仍然是一个重要的研究方向。 本书将为通信工程师、研究人员以及对通信编码理论感兴趣的学生提供一份全面而深入的参考资料，帮助读者理解LDPC码的精髓，并把握其在未来通信技术发展中的重要地位。

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