LDPC码的原模图扩展方法技术

本发明专利技术涉及一种从z行正交基矩阵中获得的基于原模图的LDPC码。所述基矩阵具有对角和/或双对角结构等一些附加结构限制，从而在实现高效编码或解码的同时可实现z倍的高度并行化。尤其地，在一个实施例中，一个“大”基矩阵由结构化的方形子矩阵构成，使得所述基矩阵具有类似WiMAX的结构并具有z行正交性。在另一个实施例中，从一个部分设置为呈双对角形且带有咬尾元素1的“更小”基矩阵开始采用等于z的因子进行扩展；将单个元素1添加至最后一列的特定位置以获得度‑3列；交换行和/或列以获得类似WiMAX的结构的基矩阵。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】LDPC码的原模图扩展方法
本专利技术涉及信息编解码领域，尤其涉及基于原模图的低密度奇偶校验(low-densityparity-check，LDPC)码领域。
技术介绍
现代LDPC码基于原模图。所述原模图是由两部分构成的小图形，其用作更大的编码的模板并用所谓的基矩阵表示。更大的编码是通过扩展或提升原模图获得，也即将所述原模图复制q次并按照某些限制条件将这些副本互连。所述因子q也称为扩展因子或提升因子，这两个名称可以互换。通常通过用循环置换矩阵(也称为轮换置换矩阵)替换元素1对仅有1和0元素的基矩阵进行扩展。对所述循环置换矩阵的选择决定了原模图副本的节点之间的连接。一种表示大小(或尺寸)为q×q的循环置换矩阵的简洁方式为：为第一行的元素1提供范围为0至q–1的列索引。那么，其它元素便可自动确定。这种表示法称为所述循环置换矩阵的指数。因此，原模图基矩阵和包含所有循环行列式的指数的指数矩阵足以表示LDPC码(LDPCC)，其中，所述所有循环行列式与所述原模图基矩阵的元素1对应。采用循环置换矩阵的优势在于：可以实现解码的并行化，因为编码的所获得的奇偶校验矩阵(H)具有如下的特定结构：将大小为(n–k)×n的所述奇偶校验矩阵分成大小为q×q的子矩阵。这些子矩阵的最大列重为1(列重为某列中非0元素的数量)，说明每个编码符号在每个q等式中仅参与一次。这样，可以对q个等式进行并行处理，而无需在并行校验节点(行)操作符中引入内存争用。由于行操作为LDPC解码中的瓶颈，在理想情况下，并行化使得行操作的时间仅为LDPC解码过程中的1/q。实际上，单个原模图可用于通过改变指数矩阵描述整个编码族(即具有不同块长度的编码)。然而，如果所选的扩展因子(q)过大，可能会出现高错误平层。考虑到具有噪声离散(σ2)的二进制输入加性高斯白噪声(additivewhiteGaussiannode，AWGN)信道、具有最小距离(dmin)的编码、具有最小权重(Admin)的码字的重数，则错误平层区域中的码组差错率(PB)可通过以下近似关系近似地获得：从这种近似关系中可知，每当将PB标绘在对数域，错误平层的高度用Admin表示，且所述码组差错率(PB)曲线的倾斜度(或陡度)用dmin表示。因此，显而易见地，较低的Admin值有助于减少所述错误平层。然而，由于循环置换矩阵用于原模图扩展，可以获得其权重Admin的码字的重数为等于q的因子的准循环LDPC码，因而较大的扩展因子q可能产生高错误平层。因此，一方面通过具有较大的扩展因子(q)的小基矩阵可以更好地实现并行化，另一方面较大的扩展因子的数值或产生高错误平层，从而降低性能。为了在简单描述编码的情况下避免高错误平层，标准做法是采用通常从小到中值(例如，低于400的数值)的扩展因子(q)的较大基矩阵。然而，这却不利于解码的并行化。作为一个示例，将大小为16×24的基矩阵采用等于400的因子进行扩展，以获得大小为6400×9600的奇偶校验矩阵。大小为4×6的更小基矩阵以及数值为1600的扩展因子将产生相同大小的奇偶检验矩阵，但是有利于产生更高的并行度。在该示例中，并行度将增加4倍。在降低错误平层的情况下保持并行化的可行方案依赖于原模图的多次扩展。更准确地说，采用各自的因子qi可实行两个或多个扩展步骤，而不是采用扩展因子q实行一个扩展步骤，其中，假设q≈∏i×qi。例如，大小为2×3的基矩阵以两种不同的方式进行扩展，如图1和图2所示。第一种方法(如图1所示)是采用扩展因子q＝4实行一个扩展步骤。第二种方法(如图2所示)是通过两个后续步骤进行扩展，其中，在第一个步骤中采用扩展因子q1＝2，在第二个步骤中采用扩展因子q2＝2，从而q1×q2＝q＝4。采用这两种方式就获得了对应于大小为2×3的扩展基矩阵的8×12的奇偶检验矩阵。因此，通过观察可知，在这两种方式中，均可获得校验节点操作符的4倍并行化，从而证明多个扩展步骤并不会破坏并行化。实际上，通过适于对损坏的码字比特进行解码的稀疏奇偶校验矩阵来描述LDPC码。在另一方面，编码一般需要通过行(和列)操作实现奇偶校验矩阵的变换，从而生成包括密集矩阵和单位矩阵的修正奇偶校验矩阵。然而，相应的密集子矩阵可能会导致在给定块长下二次方的的编码复杂度。一种避免复杂编码的标准解决方案为：通过以下结构的奇偶校验矩阵来描述LDPC码：双对角结构(例如，对于不规则重复累积(irregularrepeat-accumulate，IRA)码)、双对角结构和对角结构(例如，对于累积性重复累积(accumulaterepeat-accumulate，ARA)码或RaptorLDPC码)、三角形结构(例如，对于广义不规则重复累积(generalizedirregularrepeat-accumulate，GeIRA)码或WiMaxLDPC码等。然而，所述奇偶校验矩阵的结构部分可能会被不可控的扩展所破坏，使得编码复杂度更大。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供一种从z行正交基矩阵中获得的基于原模图的LDPC码，其中，所述基矩阵的结构允许这些基于原模图的LDPC码的行解码操作的高度并行化。此目的可以通过独立权利要求的特征来实现。根据从属权利要求，说明书和附图，本专利技术的其他实施方式显而易见。根据第一方面，本专利技术涉及一种用于提供矩阵(B)的设备，所述矩阵(B)用于通信系统中的数据处理尤其是数据编码或解码。所述矩阵(B)的大小可以为mb×nb，并由一组子矩阵组成。所有子矩阵或除一个子矩阵外的所有子矩阵的大小均为z×nb，其中，z>1；最多一个子矩阵的大小可以为z'×nb，其中，z'<z。数字mb和nb分别表示行数和列数；z、mb、nb可以为正自然数；所述矩阵(B)中的所有元素可以为0或1；每个子矩阵的最大列重可以为1。根据所述第一方面的一种实现形式，所述矩阵(B)可以包括具有一个度-3列且其余列为度-2列的方形矩阵(A)。因此，所述矩阵(B)可以具有类似WiMAX的结构。根据所述第一方面的另一种实现形式，所述方形矩阵(A)的所述度-2列可排列为双对角结构。根据所述第一方面的又一种实现形式，所述矩阵(B)可以包括具有一个度-1列且其余列为度-2列的方形矩阵(A')。因此，所述矩阵(B)可以具有类似IRA的结构。根据所述第一方面的再一种实现形式，所述方形矩阵(A')的所述度-2列可排列为双对角结构。上述目的结合第二方面来实现。根据所述第二方面，本专利技术涉及一种用于提供矩阵(B)的方法，尤其地，根据所述第一方面所述，所述矩阵(B)用于通信系统中的数据处理尤其是数据编码或解码。所述方法可以包括以下步骤：构建第一矩阵(B1)，其中，所述第一矩阵中的所有元素可以为0或1；将所述第一矩阵(B1)采用等于z的因子进行扩展得到大小为mb×nb的扩展矩阵(B2)，使得所述扩展矩阵(B2)可具有z行正交性；将所述扩展矩阵(B2)修改为大小为mb×nb的第二矩阵(B)，使得所述第二矩阵(B)可具有z行正交性。...

【技术保护点】
1.一种用于提供矩阵(B)的设备，所述矩阵(B)用于通信系统中的数据处理尤其是数据编码或解码，其特征在于，/n所述矩阵(B)的大小为mb×nb，并由一组子矩阵组成，/n其中，/n所有子矩阵或除一个子矩阵外的所有子矩阵的大小均为z×nb，其中，z>1；以及/n最多一个子矩阵的大小为z'×nb，其中，z'<z；/n其中，/nmb和nb分别表示行数和列数；/nz、mb、nb为正自然数；/n所述矩阵(B)中的所有元素为0或1；以及/n每个子矩阵的最大列重为1。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于提供矩阵(B)的设备，所述矩阵(B)用于通信系统中的数据处理尤其是数据编码或解码，其特征在于，
所述矩阵(B)的大小为mb×nb，并由一组子矩阵组成，
其中，
所有子矩阵或除一个子矩阵外的所有子矩阵的大小均为z×nb，其中，z>1；以及
最多一个子矩阵的大小为z'×nb，其中，z'<z；
其中，
mb和nb分别表示行数和列数；
z、mb、nb为正自然数；
所述矩阵(B)中的所有元素为0或1；以及
每个子矩阵的最大列重为1。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述矩阵(B)包括具有一个度-3列且其余列为度-2列的方形矩阵(A)。


3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，
所述方形矩阵(A)的所述度-2列排列为双对角结构。


4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述矩阵(B)包括具有一个度-1列且其余列为度-2列的方形矩阵(A')。


5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，
所述方形矩阵(A')的所述度-2列排列为双对角结构。


6.一种用于提供矩阵(B)的方法，尤其地，根据权利要求1所述，所述矩阵(B)用于通信系统中的数据处理尤其是数据编码或解码，其特征在于，所述方法包括：
构建第一矩阵(B1)，
其中，
所述第一矩阵中的所有元素为0或1；
将所述第一矩阵(B1)采用等于z的因子进行扩展得到大小为mb×nb的扩展矩阵(B2)，使得所述扩展矩阵(B2)具有z行正交性；以及
将所述扩展矩阵(B2)修改为大小为mb×nb的第二矩阵(B)，使得所述第二矩阵(B)具有z行正交性。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述修改所述扩展矩阵(B2)包括：
在所述扩展矩阵(B2)的所选相应位置上添加或从所述扩展矩阵(B2)的所选相应位置上删除至少一个为1的元素，使得所述第二矩阵(B)具有z行正交性。


8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，
所述修改所述扩展矩阵(B2)包括：
在所述扩展矩阵(B2)中添加或从所述扩展矩阵(B2)中删除至少一行，使得所述第二矩阵(B)具有z行正交性。


9.一种用于提供矩阵(B)的方法，尤其地，根据权利要求1所述，所述矩阵(B)用于通信系统中的数据处理尤其是数据编码或解码，其特征在于，所述方法包括：
构建包括子矩阵(A)的大小为mb×nb的矩阵(B)，
其中，
所述子矩阵(A)为元素为0或1的方形矩阵，使得所述子矩阵(A)具有一个度-3列且其余列为度-2列；以及
除所述子矩阵(...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴拉兹·马图兹，吉安路易吉·利瓦，欧纽尔凯·伊斯坎，罗纳尔多·伯恩克，许文，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，德国航空太空中心，
类型：发明
国别省市：广东;44