分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方法和编码器技术

本发明专利技术公开了一种分组交织的准循环扩展并行编码低密度奇偶校验(LDPC)码的编码方法和编码器，包括：LDPC码的校验矩阵分为对应信息位的子矩阵和对应校验位的方阵；根据所述校验矩阵，采用并行的随机交织单比特累加编码方式对所述LDPC码的校验位进行编码。本发明专利技术中分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方式简单，编码时间与码长呈线性关系，吞吐率高；在高信噪比下，分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的错误码字中的错误比特数较少，可作为高效串行级联码的内码。

【技术实现步骤摘要】
分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方法和编码器
本专利技术涉及差错控制编码
，特别是指一种分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方法和编码器。
技术介绍
在现代数字信号传输与存储系统中，由于传输信道噪声或存储媒介的物理损伤等，常会造成数字信号的传输或存储的错误，因此，为保证数字信号传输或存储的可靠性，差错控制编码技术是一项标准技术。低密度奇偶校验(LDPC，LowDensityParityCheckCode)码是一种差错控制编码技术，是一类定义在稀疏矩阵H上的线性分组码。H即为LDPC码的校验矩阵，对于任何一个合法码字v，都满足校验方程H·vT＝0。这样，可以利用校验矩阵对LDPC码进行编码。LDPC码的译码主要采用软判决译码算法，软判决译码算法可以通过基于置信度传播(BP，BeliefPropagation)算法的迭代译码来实现，并且可以获得良好的误比特率性能。LDPC码可以在线性复杂度内实现译码过程，且译码可并行执行，适合用硬件实现。LDPC码在应用中遇到的一个主要的问题是编码复杂度高，一般而言，其编码具有复杂O(n2)，这里n为LDPC码的码长，这是制约LDPC码在高速数据业务中应用的一个重要因素。制约LDPC码的应用的另一个重要因素是在高信噪比区域，LDPC码存在误码平台现象。所谓误码平台是指在高信噪比区域，误比特率不随信噪比的增加而显著下降的现象。通常情况下，当误比特率降至10-7之后，LDPC码会出现误码平台现象，而很多应用中，例如卫星数字广播、光纤通信以及数字存储系统等，都要求译码器的误比特率低于10-7。在解决LDPC码编码复杂度问题方面，主要有两类方法：一类方法是对LDPC码的校验矩阵进行某种限制，从而实现LDPC码的线性或近似线性编码。采用该类方法设计的LDPC码可获得较好的纠错性能，同时编码复杂度适中。另一类方法是采用结构化的LDPC码构造方法，也即采用准循环等构造方法，例如基于欧式几何或射影几何的LDPC码等。构造的该类LDPC码的编码复杂度很低，非常适合利用移位寄存器实现。IEEE802.16e标准中规定的LDPC码便从简化编码复杂度的角度出发，采用了上述两个基本思路。其矩阵构造采用了准循环移位和矩阵分块技术，将大的校验矩阵H分解为多个小矩阵。IEEE802.16e标准中的LDPC码是一个或多个基本LDPC码的集合，其中每个基本LDPC码是一个系统的线性分组码。LDPC码的校验矩阵为：上述公式(1)中，Pi，j是一组z×z的置换矩阵或零矩阵，其中i的取值范围为0，1，2，...，(mb-1)，j的取值范围为0，1，2，...，(nb-1)，校验矩阵H由mb×nb维基本矩阵Hb扩展而成，这样，码长n＝z×nb，校验比特数为m＝z×mb，其中，z为扩展因子，z≥1，信息比特数为k＝n-m。置换矩阵采用z×z的单位矩阵循环右移生成，因此，置换矩阵可由循环右移因子确定。校验矩阵H的设计过程是：首先将基本矩阵Hb中的0元素换成-1，1换成置换矩阵的循环右移因子，由此生成校验矩阵的模型矩阵Hbm，再将Hbm扩展为校验矩阵H。分为两部分，Hb1对应于信息比特，Hb2对应于校验比特。Hb2如公式(2)所示，可进一步分解为两部分，hb是mb维列向量，其中有3个非零元素，H′b2是双对角矩阵，当i＝j或i＝j+1时，矩阵H′b2中对应第i行第j列的元素为1，其他位置元素为0。在公式(2)的hb中，hb(0)＝1，hb(mb-1)＝1，hb(x)＝1，0＜x＜mb-1，hb(i)＝0，0＜i＜mb-1，且i≠x。hb(0)和hb(mb-1)对应的循环右移因子必须相同。x是hb中值为1的元素的行索引。H′b2中的1在构造H时，均扩展成单位阵。IEEE802.16e标准根据基本矩阵的结构，给出了一种采用校验矩阵分块的快速编码算法。该算法将校验矩阵H分割成如下形式：其中，和分别为对应于hb和H′b2的扩展。因此，可将编码后的LDPC码字分成三部分，v＝(u，p1，p2)，u是系统码的信息位，p1和p2是校验位，p1长度是z，p2长度为(m-z)。根据H·vT＝0及公式(3)可得如下的公式(4)、(5)：又因为对于IEEE802.16e标准中的LDPC码的校验矩阵，(-ET-1B+D)＝I总是成立，所以可以得到：因而，LDPC码的编码过程可由以下四步操作完成，即：1、计算AuT和CuT；2、计算ET-1(AuT)；3、计算4、计算IEEE802.16e标准中给出的快速编码方法虽然可以有效的提高编码速度，但由于需要使用矩阵乘法，其编码复杂度仍然较高。这成为制约IEEE802.16e标准中规定的LDPC码在高数据率通信中应用的一个重要因素。对于制约LDPC码应用的另一个重要因素，即误码平台问题，根据现有的差错控制编码技术，可以实现的一种有效的解决方案是设计基于LDPC码的串行级联码，利用外码来降低或消除LDPC码的误码平台。在串行级联码的设计方面，为不过多牺牲传输效率，要求级联码的外码码率要高，这样外码的纠错能力就受到限制。因此，要设计基于LDPC码的高效串行级联码，就要求作为内码的LDPC码的错误码字中错误比特数较少，且错误类型为随机错误。但是，经过仿真发现，IEEE802.16e标准中规定的LDPC码在高信噪比下错误码字中的错误比特数过多，若以其为内码，很难设计出高效的串行级联码。这成为制约IEEE802.16e标准中规定的LDPC码在高数据率通信中应用的又一个重要因素。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方法和编码器，以解决LDPC码的编码效率不高，并且在高信噪比下错误码字中存在较多错误比特的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方法，该方法包括：低密度奇偶校验(LDPC)码的校验矩阵分为对应信息位的子矩阵和对应校验位的方阵；根据所述校验矩阵，采用并行的随机交织单比特累加编码方式对所述LDPC码的校验位进行编码。其中，所述对应信息位的子矩阵的构造包括：采用准循环的方式扩展信息位基本矩阵，得到信息位扩展矩阵；对信息位扩展矩阵做分组交织得到对应信息位的子矩阵。所述信息位基本矩阵为二进制矩阵，包含元素0和元素1。所述采用准循环的方式扩展信息位基本矩阵，得到信息位扩展矩阵，包括：用零矩阵替换信息位基本矩阵中的元素0，用置换矩阵替换信息位基本矩阵中的元素1，得到信息位扩展矩阵。所述对信息位扩展矩阵做分组交织得到对应信息位的子矩阵，包括：将信息位扩展矩阵按行分块为多个分块行矩阵；分别对每一个所述分块行矩阵进行随机行交织，得到对应信息位的子矩阵。所述分别对每一个所述分块行矩阵进行随机行交织，包括：用不同的随机行交织矩阵分别左乘所述每一个分块行矩阵。所述对应校验位的方阵为分块对角矩阵；所述分块对角矩阵对角线上的分块子矩阵为双对角线矩阵；所述双对角线矩阵中，对角线上的元素和对角线下一行的元素为1，剩余位置的元素为0。所述LDPC码的校验比特编码由多条并行的校验比特编码支路组成。采用并行的随机交织单比特累加编码方式对所述LDPC码的校验位进行编码，包括：在每条所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方法，其特征在于，该方法包括：低密度奇偶校验LDPC码的校验矩阵分为对应信息位的子矩阵和对应校验位的方阵；其中，所述对应信息位的子矩阵的构造包括：采用准循环的方式扩展信息位基本矩阵，得到信息位扩展矩阵；对信息位扩展矩阵做分组交织得到对应信息位的子矩阵；所述对信息位扩展矩阵做分组交织得到对应信息位的子矩阵，包括：将信息位扩展矩阵按行分块为多个分块行矩阵；分别对每一个所述分块行矩阵进行随机行交织，得到对应信息位的子矩阵；根据所述校验矩阵，采用并行的随机交织单比特累加编码方式对所述LDPC码的校验位进行编码。2.根据权利要求1所述分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方法，其特征在于，所述信息位基本矩阵为二进制矩阵，包含元素0和元素1。3.根据权利要求2所述分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方法，其特征在于，所述采用准循环的方式扩展信息位基本矩阵，得到信息位扩展矩阵，包括：用零矩阵替换信息位基本矩阵中的元素0，用置换矩阵替换信息位基本矩阵中的元素1，得到信息位扩展矩阵。4.根据权利要求3所述分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方法，其特征在于，所述分别对每一个所述分块行矩阵进行随机行交织，包括：用不同的随机行交织矩阵分别左乘所述每一个分块行矩阵。5.根据权利要求1所述分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方法，其特征在于，所述对应校验位的方阵为分块对角矩阵；所述分块对角矩阵对角线上的分块子矩阵为双对角线矩阵；所述双对角线矩阵中，对角线上的元素和对角线下一行的元素为1，剩余位置的元素为0。6.根据权利要求4或5所述分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方法，其特征在于，所述LDPC码的校验比特编码由多条并行的校验比特编码支路组成。7.根据权利要求6所述分组交织的准循环扩展并行编码LDPC码的编码方法，其特征在于，采用并行的随机交织单比特累加编码方式对所述LDPC码的校验位进行编码，包括：在每条所述校验比特编码支路中，用所述信息位扩展矩阵的分块行...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿敏明，陈为刚，董同昕，葛超，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：