一种结构化的多元速率兼容LDPC码构造方法技术

本发明专利技术公开了一种结构化的多元速率兼容LDPC码构造方法，根据最高码率和码个数，确定掩膜矩阵B和循环系数矩阵C的行数M和列数N；选一素数q，由此确定循环置换矩阵大小L；由素数q构造有限域GF(q)，并选取本原元α，确定C中元素；确定B中元素；基于B、C矩阵的掩膜操作，得到基矩阵D及其中元素；对D进行扩展得到二元矩阵P；对二元矩阵P进行多元域元素赋值，得到校验矩阵H；根据H，确定各码率对应校验矩阵，得到一组多元速率兼容LDPC码的校验矩阵。本发明专利技术与现有乘性重复、递增冗余方法比，构造的多元速率兼容LDPC码信息位长度固定、易于硬件实现、性能更好，应用于时变无线通信中，能提高系统自适应能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，特别是涉及一种LDPC码的构造方法，具体是一种结构化多元速率兼容LDPC码的构造方法，可用于军事通信系统和蜂窝通信系统的多元速率兼容差错控制码。
技术介绍
目前无线通信的迅速发展，使得人们对数据传输的性能要求越来越高。编码调制作为通信领域可靠传输的关键技术，也是通信系统的性能提升的关键所在。目前已经广泛应用于各类通信系统的诸如Turbo码、二元LDPC码具有良好的纠错性能，但其传输效率不高；无线信道是一种时变信道，固定码率编码方案显得效率较低，而若对各个码率都设计一套编译码器，将需要较多的资源开销。为了有效解决这些问题，人们开始研究多元速率兼容LDPC码的构造与实现技术。与二元LDPC码相比，多元LDPC码具有编码增益大、抗突发错误能力强、易于同高阶调制技术相结合等优点。在通信系统中，应用多元LDPC码可以提高传输可靠度，进而改善传输时延、频谱效率和移动性等关键指标；同时，码率灵活可变的多元LDPC码可以实现在时变或有干扰的信道上进行可靠传输。目前构造多元速率兼容LDPC码的一种方法是乘性重复，即首先构造一个高码率的多元LDPC码，然后重复发送码字来降低码率。该方法最先由David Declercq于2011年在“Multiplicatively Repeated Nonbinary LDPC Codes”中提出的，但这种方法得到的多元速率兼容LDPC码的码率较低，并且码率间隔比较大，不能灵活调整传输可靠度。另一种方法是递增冗余，即首先构造一个高码率的多元LDPC母码，然后通过逐渐增加校验位来降低码率。该方法由Min Zhu等学者于2015年在“Nonbinary Kite Codes:A Family of Nonbinary Rate-Compatible LDPC Codes”中提出的，但这种方法得到的多元速率兼容LDPC码属于随机化的码，其校验矩阵不具有准循环结构，因此很难硬件实现。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对上述基于乘性重复或递增冗余方法所构造多元速率兼容LDPC码存在的缺陷，提出一种码率灵活、易于硬件实现的结构化多元速率兼容LDPC码的构造方法。本专利技术的技术方案是：首先基于代数方法设计循环系数矩阵，然后结合计算机搜索的方法得到掩膜矩阵，最后经过掩膜操作和扩展操作得到一组不同码率的结构化多元LDPC码。其实现包括如下步骤：(1)根据所需构造的多元速率兼容LDPC码的最高码率Rmax和所包含码的个数J，确定
掩膜矩阵B和循环系数矩阵C的行数M和列数N，根据多元速率兼容LDPC码有限域阶数Γ，确定元域元素λ的取值范围；(2)选择大于列数N的素数q，由素数q确定循环置换矩阵大小L，以及信息长度K；(3)由素数q来构造有限域GF(q)，再选取该有限域上的任意本原元α，确定循环系数矩阵C中第i行、第j列的元素值ci,j，1≤i≤M，1≤j≤N：ci,j＝αi+N-1+αj-1。(4)基于计算机搜索方法确定掩膜矩阵B中第i行、第j列的元素值bi,j，1≤i≤M，1≤j≤N；(5)基于循环系数矩阵C和掩膜矩阵B进行掩膜操作，得到基矩阵D，确定基矩阵D中第i行、第j列的元素值，di,j，1≤i≤M，1≤j≤N：(6)对基矩阵D进行扩展操作，对D中的每个元素di,j，1≤i≤M，1≤j≤N，使用L×L阶全零矩阵或循环置换矩阵进行替换得到ML×NL阶二元矩阵P＝{pm,n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构化多元速率兼容LDPC码构造方法，其特征在于：是通过掩膜矩阵B、循环系数矩阵C、基矩阵D和L阶单位矩阵构造，包括如下步骤：(1)根据所需构造的多元速率兼容LDPC码的最高码率Rmax和所包含码的个数J，确定掩膜矩阵B和循环系数矩阵C的行数M和列数N，根据多元速率兼容LDPC码有限域阶数Γ，确定多元域元素λ的取值范围；(2)选择大于列数N的素数q，由素数q确定循环置换矩阵大小L，以及信息长度K；(3)由素数q来构造有限域GF(q)，再选取该有限域上的任意本原元α，确定循环系数矩阵C中第i行、第j列的元素值ci,j，1≤i≤M，1≤j≤N：ci,j＝αi+N‑1+αj‑1。(4)基于计算机搜索方法确定掩膜矩阵B中第i行、第j列的元素值bi,j，1≤i≤M，1≤j≤N。(5)基于循环系数矩阵C和掩膜矩阵B进行掩膜操作，得到基矩阵D，确定基矩阵D中第i行、第j列的元素值，di,j，1≤i≤M，1≤j≤N：(6)对基矩阵D进行扩展操作，对D中的每个元素di,j，1≤i≤M，1≤j≤N，使用L×L阶全零矩阵或循环置换矩阵进行替换得到ML×NL阶二元矩阵P＝{pm,n}；(7)根据二元矩阵P中的元素数值pm,n，对校验矩阵中的多元域元素hm,n进行赋值，1≤m≤ML，1≤n≤NL；(8)从上述校验矩阵H中行取1至2×J×L行，列取1至列，作为速率兼容LDPC码中第J个码的校验矩阵，该码的码率为R，由此可得到一组扩展结构校验矩阵，这组校验矩阵就对应了一组结构化多元速率兼容LDPC码。...

【技术特征摘要】
1.一种结构化多元速率兼容LDPC码构造方法，其特征在于：是通过掩膜矩阵B、循环系数矩阵C、基矩阵D和L阶单位矩阵构造，包括如下步骤：(1)根据所需构造的多元速率兼容LDPC码的最高码率Rmax和所包含码的个数J，确定掩膜矩阵B和循环系数矩阵C的行数M和列数N，根据多元速率兼容LDPC码有限域阶数Γ，确定多元域元素λ的取值范围；(2)选择大于列数N的素数q，由素数q确定循环置换矩阵大小L，以及信息长度K；(3)由素数q来构造有限域GF(q)，再选取该有限域上的任意本原元α，确定循环系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，白宝明，穆锡金，冯丹，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61