We investigate random spatially coupled low-density parity-check (SC-LDPC) code ensembles over finite fields. Under different variable-node edge-spreading rules, the random Tanner graphs of several coupled ensembles are defined by multiple independent, uniformly random monomial maps. The two main coupled ensembles considered are referred to as the standard coupled ensemble and the improved coupled ensemble. We prove that both coupled ensembles exhibit asymptotically good minimum distance and minimum stopping set size. Theoretical and numerical results show that the improved coupled ensemble can achieve better distance performance than the standard coupled ensemble. We introduce the essential preliminaries and analytical tools needed to analyze the iterative decoding threshold of coupled ensembles over any finite field. We consider a class of memoryless channels with special symmetry, termed q-ary input memoryless symmetric channels (QMSCs), and show that, for these channels, the distribution of channel messages (in form of probability vectors) likewise exhibits this symmetry. Consequently, we define symmetric probability measures and their reference measures on a finite-dimensional probability simplex, analyze their foundational properties and those of their linear functionals, endow their respective spaces with metric topologies, and conduct an in-depth study of their degradation theory. Based on our analytical framework, we establish a universal threshold saturation result for both of the coupled ensembles over a q-ary finite field on QMSCs. Specifically, as the coupling parameters increase, the belief-propagation threshold of a coupled system saturates to a well-defined threshold that depends only on the underlying ensemble and the channel family.


翻译:本文研究了有限域上随机空间耦合低密度奇偶校验(SC-LDPC)码的集合。在不同的变量节点边扩展规则下,多个耦合集合的随机Tanner图由多个独立、均匀随机的单项式映射定义。所考虑的两个主要耦合集合分别称为标准耦合集合和改进耦合集合。我们证明了这两个耦合集合均表现出渐近良好的最小距离和最小停止集大小。理论与数值结果表明,改进耦合集合能够获得比标准耦合集合更优的距离性能。我们介绍了分析任意有限域上耦合集合迭代译码阈值所需的基本预备知识和分析工具。我们考虑了一类具有特殊对称性的无记忆信道,称为q元输入无记忆对称信道(QMSC),并证明了对于这些信道,信道消息(以概率向量形式)的分布同样表现出这种对称性。因此,我们在有限维概率单纯形上定义了对称概率测度及其参考测度,分析了它们及其线性泛函的基本性质,赋予其各自空间以度量拓扑,并对它们的退化理论进行了深入研究。基于我们的分析框架,我们在QMSC上针对q元有限域中的两个耦合集合建立了一个普适的阈值饱和结果。具体而言,随着耦合参数的增加,耦合系统的置信传播阈值会饱和到一个明确定义的阈值,该阈值仅取决于基础集合和信道族。

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