多进制LDPC码改进算法研究
对多进制LDPC码的构造、译码、码长及码率等方面进行仿真研究，以期为多进制LDPC码的实用化发展提供设计参考。76科技论坛如图1建立了多进制LDPC码的仿真平台,主要对多进制LD-时,对多进制LDPC码的译码算法复杂度进行计算。经仿真分析和PC码构造方法、译码算法、不同码长和不同码率进行了仿真对比。计算,基于3种算法的多进制IDPC码在高码率时均具有逞近香农系统运用高斯编码,信道是高斯白噪声信道,调整方式釆用BPSK限的特性。Ig-FF-BP译码算法的计算复杂度低于FTBP和调制,最大迭代次数为30,并且i-PG随机构造方法构造的非规BP算法,虽然BP算法表现出更好的系统性能但前者更适合于硬则LDPC码的变量节点度分布服从4(x)-038354x+0023x2+0.574092。件实现。这对多进制LDPC码的实用化有较大意义,并且对有关多表1给出了用于仿貞实验的多进制IDPC码参数,他们均为八元域进制IDC码译码算法的应用领域也有重婆的参考意义。码型且校验矩阵H的列重为4。现在对多进制LDPC码的编译码整参考文献体系统中能够对码字纠错效果产生影响的参数分别进行性能仿真。[] Gallager R.G.L灬 w Density Parity Check Codes. IRE Transac-3仿真结果tions on Information Theory 1962, 8: 208-220图2分别给出了LDPC-Ⅰ按照 Mackay、r-FS、 rg-PEG、ir-PE、[2] MacKay D.J.C. and ncal r.m. Ncar Shannon limit performanccir-QC构造方法基丁Lg-FFT-B译码算法得到的八进制LDPC码 of low- density parity- -check codes. Electronics Letters,199,32:在不同信噪比条件下的误码率曲线。由图可以看出,随着信噪比的1645-1646增加,五种码的性能开始出现差异。ir-PEC构造方法的误码率性能「3] MACKAY D, W ISON S, DAY Y M.Corconstruc明显优于其它几种构造方法,在2dB的信噪比时,误码性能接近 tions of irregular Gallager codes[J. I Transaction on Communica106数量级。其次为ir-QC、rg-PEG、rg-PS,可以看出i-QC对比于tion,199,47(10:1449-1454ir-PEG构造方法,在2dB时有10数量级的误码率性能损失。并且[4]MC. Davey and D JC. Mac Kay. Low density parity check codesrg-PEG、rg-PS两种构造方法在低信噪比下误码率性能比较接近, over GF(q) J. IEEE Communication Letter,1998,2(6):165-167但其性能明显差于ir-QC构造方法。 Mackay构造方法性能最差,当[5jLan,YY.rai, L Chen,S.Lin,andK, Abdel- Ghaffar. a trellis信噪比大于2B时,已经呈蚬差错平底效应的趋势。由图可以看出 based method for removing cycles from bipartite graphs and corir-PEG构造方法的随机性好于ir-QC结构化构造算法码字伫能, struction of low density parity check codes[ J]. IEEE Communicarg-PEG构造方法的随机性也好于rg-PS结构化构造算法码字性 tion letters,2004,8(7):443-45能,这说明非规则随机构造算法的码字性能优于随机构造算法构造[6JmXu, Lei cher, Ivana Djurdjevic, Shu lin, and Khaled ah的码字性能;对应随机构造算法构造的码字性能优于结构构造算法dl- Chaffer. Construction of Regular and Irregular LDPC Codes:构造的码字性能。因此选用ir-PEG构造方法来构造校验矩阵。 Geometry Decomposition and Masking[. iEeE Transactions orl图3分别给出了LDPC-1采用i-PG构造方法基于 Information Theory,2007,53(1:121-134Log-FFT-BP、FT-BP和BP译码算法得到的八进制LDPC码在不[7] David J C. MacKay. ood Error Correcting Codes Based on同信噪比情况下的误码率血线。从图对比可看岀,随着信噪比的增 very Sparse. EEE Transaction on Information Theory,19加BP译码算法的性能优于Iog-FT-BP和FFT-BP译码算法,而(2:399-431Log-FFT-BP和上I-BP两种译码算法在相同的伽罗华域和高信噪[8 DAVEY MC. Error correction using low density parity check比下,误码率性能没有很大的差异。同时,Log-FFT-BP的译码性能 codes. Cambridge,U.K.Uniw. Cambridge,199在2B的信噪比时,误码性能接近⑩05数量级,已满足大部分通信⑨9 Wymeersch F., Steendam H and Moeneclaey M.Iog- domain要求。decoding of LDPC codes over GF(q IC). IEEE International Con-图4分别给出了使用i-PEG构造方法相同码率不同码长基于 ference on Communications,2004:772-775多进制Lg-FI-BP译码算法得到的八进制LDPC码在低信噪比情况下的误码率曲线。由图可得出,由于传输码字长度变大,多进制LDPC码的性能随之有着显著的提高由此可知多进制LDPC码的传输码字长度变长的话,其误码纠错性能会较短码更好。这是因为码字长度的增大,使得稀疏矩阵里非零元素所占据的百分比在对应减少,进而 anner图所看到的坏长在增大,纠错性能就变的更加好。从码长度来考志,码长度为1536时,误码率曲线基于GF8在信噪比为2dB时接近106数量级,首先考虑性能问题,基于满足大部分通信要求。其次考虑码长增长,会给系统编译码带来很高的复杂度,这对实际系统来说是很严峻的问题,最后考虑硬件系统在实际仿真测试中带来性能损失,需要软件仿真来留出至少1个数量级弹性变化范围,最终确定选取码长度1536为多进制IDPC码为系统码长图5分别给出了使用ir-PEG构造方法相同码长不同码率基于多进制Iog-FFT-BP译码算法得到的八进制IDC码在低信噪比情况下的误码率曲线从图中都可以看出,在码长相同的条件下,码率越低,多进制IDC码的性能越好,但是码率越低,信息的传输速率也随之下降,则导致系统的频带利用率越低。反之,随着码率的增大,系统的误码率性能随之下降。这是因为码率越高,参加校验的校验比特越少,也就是信道编码增加的冗余度越小,系统的可靠性也随之降低。由于在码长相同的情况下,码率12性能与其他码率相比有较好的性能,所以系统方案最终选取码率1/2的多进制LDPC码。结束语本文对多进制LDPC码的编译码整体系统中能够对码字纠错效果产生影响的参数分别进行验证,运用统变量的原则分别对校验矩阵构造算法,译码算法,码长和码率等参数进行仿真对比。同
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MRT用户手册（中文）
MODIS REPROJECTION TOOL（MRT）中文用户手册以2011年4.1版本英文手册为基础目录自动批处理.MRT GUI(图形用户界面)重采样工具…36打开输入文件元数据检查…图幅位置:.:::::·:..::::::·:·.::::::::·:::::光谱子集40空间子集…指定输出文件42输出文件类型43重米样类型…43输出投影类型.44输出像元大小45加载或保存参数文件.…,45执行重采样…着,着看重46退出GU1.4文件格式转换46拼接工具47出版信息49联系方式49附录A:MRT参数文件格式文件命名约定50编辑参教文件50参数文件格式附录B:MR原始二进制文件.54文件命名规则.54头文件格式.54编辑头文件.提附录C:投影参数…投影参数18n曹非,非着音着音,音着音着投景参数915提示60MRT软件参数简介l999年12月,中分辨率成像光谱仪( MODIS)搭载美国宇航局(NASA)对地观测系统(EOS)平台的Tera卫星发射到太空。2002年5月,第二个 MODIS传感器搭载Aqua卫星发射。 MODIS的主要任务是对地球陆地、海洋和大气进行连续的全面观测;MOD比它的前任 AVHRR有更高的空间分辨率(250米、500米、1000米),比临轨的 Landsat7有更高的观测频率(近乎每天)。 MODIS的观测对于气候、植被、污染、全球变化以及其它很多重要的经济和环境问题的研究至关重要。MODS重投影工具( MODIS Reprojection Tool,MRT)被开发用于支持MODs陆地高级产品,这些 MODIS产品为HDF-FOS栅格文件,基于分嗝的 Sinusoidal(一种投影方式)投景2。MRT通过提供地图投影、格式转换和光谱与空间子集选项等功能方便」MODS陆地产品的应用,它被编译用于多种操作系统。MRT功能于 resample和 mrtmosaic两个可执行文件,这两个文件既可以在命令行运行,也可以在图形用户界面(GUⅠ)运行。GU在操作输入数据方面是种简便、友好的方式,而功能更强大的命令行方式主要用于满足用户海量数据处理需求。用户手册描述了如何运行 MRT resample和 mrimosaic两个程序。MRT软件参数平台MRT是一款高度可移植的软件,已在以下四种系统平台经过测试:● Windows nt+32-bit● Linux32-bitLinux 64-bit● Macintosh os X32-bit其它操作系统尽管没有经过测试,但预期是可以安装运行的(如 Windows vistaWindows7)。特定平台差异请参考 Release Notes更多MODS介绍请参见htp:/ modis gsfc. nasa. gov/.史多 HDF-EOS信息请参见htt:/Www.hdfgroup.org/和htp:/hdfeos.net4MRT软件参数(https://lpdaac.usgsgov/tools/modisreprojectiontool)界面MRT能以GU或命令行两种方式调用。GUI能满足用户对投影、格式转换或图幅拼接等功能的简单需求。同时它还可以轻松査看数据属性。基于脚本的命令行界面可进行多种命令执行,更适合大批量数据处理。数据产品MRT目前能对所有级别的MODS陆地栅格数据进行处理(包括2G级,3级,4级)。 MRTSwath支持条带数据处理(lB级,2级)3大多数 MOIDS数据是二维的,但也有一些三维或四维数据集(例如MCD43BRDF-Albedo suite4)。MRT攴持三维和四维数据产品,目前可以将他们输出为二进制、 GeoTIFF和HDF-EOS格式的二维数据产品文件格式MRT可以将二进制或 HDF-EOS格式的MoDS陆地产品作为输入文件。MRT输出文件格式包括二进制、HDF-EOS和 Geo TIFF。二进制文件格式在附录B中有说明数据类型MRT支持8-bit,16-bit,和32-bit整数数据(不论有没有符号),以及32-bit浮点数据。输出数据类型总是和输入数据相同地图投影MRT调用通用制图变换包(GCTP5),允许使用以下地图投影类型:3 MRTSwath详细介绍https://pdaac.usgs.gov/lpdaac/tools/modisreprojectiontoolswath4 MODIS多维数据信息https://lpdaac.usgsgov/lpdaac/products/modisproductstable/brdfalbedomodelparameters/16 day 3 global 500m/mcd43alo3GCTP详细说明htt:/ gcmd. nasa. gov/records/USGS- GCTP htmlMRT软件参数● Albers equal areaequirectan gularGeographicHaammelIntegerized SinusoidalInterrupted Goode homolosineLambert azimuthalLambert Conformal ConicMercator● MollweidePolar stereographicSinusoidalTransverse mercatorUniversal Transverse mercatorMRT所用的GCTP已被修改,整合了最初00版本MODS产品所用的 IntegerizedSinusoidal投影重采样MRT有三种重采样方式: nearest neighbor(NN, bilinear(BL,和 cubicconvolution(Cc)格式转换MRT输出文件格式有多个选项。可能的输入输出格式已在上文文件格式部分说过。格式转换支持波段子集和空间子集。在做格式转换时,重采样过程会被跳过。输出投影类型及投影参数并不需要,如果已指定,将被忽略。在格式转换时,输出投影与输入投影相同,投影参数也相同。输出像元大小也和输入一样(如果指定,将被忽略),数据类型也是这样。提醒:有一个简单的命令行工具(hdf2rb)能把HDF格式转换成二进制格式。它不依赖地理信息,因此在边界图幅(下文有相关小节说明)处理中应用效果好。MRT软件参数拼接工具MRT可以在图幅投影前对多个图幅进行拼接。在GU界面,可以通过选择多个输入文件进行图幅自动拼接。输入文件先被拼接,然后投影。在命令行界面,图幅拼接通过调用 mrtmosaic进行基准转换MRT只支持有限的几种输入输出基准( datum),包括NAD27、NAD83、WGS66WGS72以及WGS84。MRT支持用户对输出基准进行参数设置。GUI界面中用户可通过下拉列表选择输岀基准。软件默认 NODATUM。如果用命令行处理,则需在参数文件中对 DATUM参数进行设置,所用的基准需要MRT支持才行。如果参数文件中 DATUM项无值,则默认 NODATUM。基准是对参考椭球体半长轴和半短轴的标准定义。如果选择 NODATUM,则用户需要对除UTM和 Geographic外所有MRT支持的投影,设置前两个投影参数(即半长轴和半短轴),这两个参数措述投影的球体信息。如果选择 NODATUM的同时,个设置半长轴和半短轴,则MRT将会运行出错。需要注意的是,除 Sinusoidal和 Integerized sinusoidal两种投影类型外,目前对任意基于球体( sphere-based)的投影,GCTP包都自动采用球体19的半径(6370997米)。如果不想用球体19的半径,则用户必须用 NODATUM选项指定半径。对于 Integerized sinusoidal和 Sinusoidal投影,用户可以指定球体半径。尽管一种数据产品可能“参考”了某一基准,但用户必须明白,基于球体的投影在技术上没有基准。任何基于球体的输出都不包含任何基准信息。它包含的只是属于球体的信息。这取决于用户数据所参考的基准。并且, GCTP/Geolib软件在初始基准未知的情况下不能提供基准转换功能。因此,如果一种产品输出时没有基准,它就不能再用MRT转换成其他基准了基准值将被用于输出HDF-EOS, GCoTIFF和二进制文件。基准会在HDF文件中指定,尽管HDF-EOS不支持基准(根据HDF-EOS文档,HDF-EOS文件被假定参考WGS84)∏MRT知道了输入输出基准,并确定基准/投景参数组合有效,则重投影和基准转换叮执行。以卜是将SⅣN( MODIS数据所用投影类型)数据转投影为其它特定投影和基准输出的步骤。MRT软件参数用GCTP将输入数据投影到 Geographic投影。2.在 Geographic投影中将输入基准转换为输出基准。3.从 Geographic投影转到输出投影。步骤2和步骤3都通过调用 Geolib实现。如果输入数据不是SIN投影,则 Geolib在重投影和基准转换中只调用一次。光谱子集HDF-EOS输入文件一般包含多个图层,这被称为科学数据集(SDS)术语“SDS”可与本文中的术语“波段(band)”互换。输入波段集的仼意子集都冂以做重投影。默认重投景所有波段。空间子集个空间子集由矩形的两个角(左上角和右卜角)定义。这些角可以由输入绎纬度坐标,或输入行列数,或输岀投影的坐标来确定。默认用元数据中对边界矩形的措述来投影整个输入图像。输出像元大小MODIS实际空闾分辨率取决于卫星轨道位置,因此输入像元大小与所宣称的有定出入。比如,250米的产品实际包含231.7米的像元;500米的产品实际上有463.3米的像元;1000米的产品有926.6米的像儿。除非指定,MRT默认输出像元大小与输入像元大小相同。除输出Gε ographic地图栅格时像元大小以度来计量外,像元大小单位都是米。GUI中指定输出像元大小后,各波段输出像元大小相同;命令行中可以对不同波段设置不同的像元大小。参数文件不论是通过GUI调用,还是通过命令行调用,MRT都是在参数文件指挥下运行的。参数文件中有软件运行所需的各种信息,这些信息影响输入文件读取、投影转换以及结果输出等。参数文件包含输入输岀文件的文件名、文件格式、光谱与空间子集信息、输出投影类型、输出投影参数、输出的UTM带号(如果需要)输出重采样炎型、输出像元大小。参数文件能通过 MRT GU自动生成,并可保MRT软件参数仔以用于后续GUI或命令行运行。参数文件的文件名后缀为“,prm”,是 ASCII文本格式,可在仼意文本编辑器中创建或编辑。如果用户希望构造一个参数文件用于命令行执行,推荐从GUI创建基本参数文件开始,根据需要调整参数,以避免运行出错。参数文件格式在附录A中有描述元数据MRT从输入文件中提取文件相关信息,并在GUⅠ中显示,包括可用波段数量、数据类型、行列数、以及左上角和右下角位置。只能为输入的HD-EOS文件写输岀文件元数据(二进制输入文件不行)。输出的HDF文件包含输出元数据与原始输入文件元数据。输入结构( structure),核心(core),以及归档元数据( archive metadata)信息分别存储在HDF的OldstructMetadata, OldCore Metadata和 OldArchiveMetadata属性中。背景填充如果重釆样部位大多数值都是背景填充值,则输出背景填充值。否则,重采样在非背景值部位运行,并对权重作相应调整。MRT读取每一个输入波段的“ Fillvalue”,并用该值作为输岀背景填充值。如果 Fillvalue未指定,默认为0。提醒:对于部分MODS产品,填充值很高(如65535,而非一些用户习惯的低值或负值。在这些产品中,重采样图像中非图像数据也将被背景值填充。这导致实际像元被高亮度像元围绕。角坐标输出 GeoTIFF文件中左上角(UL)指左上角像元的中心。所有其他角都使用HDF标准表示其左上角和右下角(LR)的外部范围。因此,HDF-EOS和二进制文件MRT输出坐标表示的都是角位像元的左上角。所有GUI指定输出的角坐标,状态框中的角坐标,或命令行中的角坐标,标准输出或日志文件中的角坐标,都表示像元的外部范围。(lvge表示没有读懂,详情请査阅英文说明)日志文件MRT将日志和状态信息写入屏幕显示以及日志文件。日志文件被命名为resample log,并被放在bin目录下(如C: MRT bin resample log)。MRT活动的MRT软件参数详细信息在每次运行完成后附加到日志,因此MRT每次执行的历史都是有记录的。日志是文本文件,用户可以编辑或打印重采样工具的命令行版本允许用户用=g选项指定日志文件的路径和文件名。重采样工具选项将在“命令行界面”部分详细介绍。边界图幅边界图幅给MRT带来一些难题。这些图幅出现在 Sinusoidal全球投影的外边缘部分,如下图所示。MODIS Land Sinusoidal Mapping GridHorizontal Tile Number000102030405060708091011121314151617131920212223242526272829303132333435gsss+en①这些图幅由上到下、由左到石,从00开始标记。水平图幅标号从h00到h35,垂直标号从v00到v17。 MODIS HDE-EOS数据文件名中包含指定图幅水平及垂直位置标号。如,一个覆盖佛罗里达州的图嘔可能被命名为MOD13Q1A2011042h10v060520011060132568hdf,其中,“h10v06”指明了该图幅在 Sinusoidal网格中的位置边界图幅问题边界图幅很独特,因为它们包含不能以有效经纬度在地图上显示的投影角点。例如,覆盖阿拉斯加的图幅“h10√02”理论上具有沿着 Sinusoidal地球的远东和远西边缘的角点。边界图幅环绕 Sinusoidal地球边缘,这将坐标置于了不连续的空
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