一种多码率LDPC码的构造方法技术

本发明专利技术涉及数字信息传输技术领域，公开了一种多码率LDPC码的构造方法。本发明专利技术基于同一母码校验矩阵构建多码率LDPC码，充分利用了LDPC码的优良特性，不仅便于设计，而且可以在获得优良性能的前提下有效提高编码调制系统的灵活性、可扩展性和多业务适用性，同时保证了相对较低的硬件实现复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字信息传输
，尤其涉及一种多码率LDPC码的构造方法。
技术介绍
低密度奇偶校验(LowDensity Parity Check, LDPC)码，是由 Robert G. Gallager于1962年提出的一类基于稀疏校验矩阵的特殊线性分组码。它通常由校验矩阵H进行描述，校验矩阵H的化零空间即LDPC码的码字空间，其主要特点是校验矩阵具有稀疏性。LDPC码不仅有逼近香农限的良好性能，而且译码复杂度较低，吞吐能力高，结构灵活，是近年来信道编码领域的研究热点，目前己广泛应用于深空通信、光纤通信、地面及卫星数字多媒体广播等领域。LDPC码成为第四代无线移动通信系统和新一代数字电视广播传输系统信道编码方案的强有力竞争者，而基于LDPC码的信道编码方案己经被多个通信与广播标准所采 纳，如IEEE802. 16e、IEEE802. 3an、DVB_T2和DVB-S2，以及数字电视地面多媒体广播传输标准(DTMB)等。LDPC码具有(N-K)行N列的校验矩阵H= (Ν_κ) XN，其中，N为码字长度(简称码长)，K为信息位长度，M(N-K) —般称作校验位长度，对应码率RK/N。H矩阵由元素O或I组成，它的每一行代表一个校验方程，在Tanner图中称为校验节点,共(N-K)个；每一列代表一个信息比特，在Tanner图中称为变量节点，共N个；H矩阵中的非零元素表示其所在行的校验节点和所在列的变量节点之间的连接关系，在Tanner图中称为边。N(m)表示连接到校验节点m的全部变量节点的集合,即N (Iii) = InIhmn=U ;M(n)表示连接到变量节点η的全部校验节点的集合，即M(n) = {m|hmn=l}。LDPC码的列]R卩(H)表示校验矩阵H每一列中非零元素的个数，是长度为N的向量，也即，;F = . Yn = Em=I hmn, n=l,2, · · · , N。LDPC 码的行重卢(H)表示校验矩阵H每一行中非零元素的个数,是长度为M的向量,也即，卢=\Pi,Pl,-,PMlPm = Zn=ihmn, m=l,2, · · · , Μ。兼容多种码率(简称多码率)的信道编码方案在数字广播和移动通信等实际系统中具有很强的应用价值。兼容多种码长(简称多码长)的信道编码方案主要来源于传输系统支持多种业务模式的需求。长码一般应用于广播和卫星通信，而移动通信、电力线通信(Power Line Communication, PLC)等业务一般要求采用短码。空间数据系统咨询委员会(The Consultative Committee for Space Data Systems, CCSDS)用于深空通信的 LDPC码、DVB-T2的LDPC码以及LTE V8. I提案的Turbo码，都采用多种码长的信道编码方案。传统的多码率(或多码长)LDPC码的构造，大多是根据不同码率(或码长)的要求分别构造不同的H矩阵，然后分别进行编码或解码操作。由于各个码率(或码长)的H矩阵相对独立或差别较大，在硬件实现多码率(或多码长)合一的编码及解码系统时，往往难以进行有效的整体优化，使得硬件实现复杂度较高。行合并码由Andres I. Vila Casado 等人在文献 Multiple-Rate Low-DensityParity-Check Codes with Constant Block-length中定义。为方便描述，首先给出以下定乂 可合并校验节点i, j可合并，指的是Tanner图中没有变量节点同时连接到校验节点i和校验节点j，也即ΛΓωη#(/) = 0;反之，则不可合并。行合并校验节点i，j合并，指的是i，j满足可合并条件，并且Tanner图中校验节点i，j合并为一个新节点k，原节点i连接的全部变量节点与原节点j连接的全部变量节点，连接至该新节点 k。*Βρ,ΛΓ(ΟηΛΓθ·) = 0,Ν/ (k)=N(i) U N(J)0附图I (a)给出了校验节点i，j行合并为新节点k的示例。类似地，L个校验节点i1;L可合并、行合并的定义，可由上述定义得到。部分行合并码扩充了传统的行合并码,它由Zhichu Lin等人在文献A New DesignMethod of Multi-Rate Quasi-Cyclic LDPC Codes中定义。为方便描述，给出以下定义 行分裂校验节点k分裂为两个节点，指的是Tanner图中校验节点k分裂为两个新校验节点Iq, k2,原节点k连接的全部变量节点分为两部分,一部分与新节点Ic1连接,另一部分与新节点k2连接。也即，见㈨)AJNTfe) = 0, NGO U N(k2)=N' (k)。行分裂和行合并互为逆过程。附图I (b)给出了校验节点k分裂为两个新节点b k2的示例。由图可知，行分裂具有一定的灵活性，因为原节点k的边，在分裂后可以灵活地选择与新节点Ic1连接，或者与新节点k2连接。部分行合并校验节点k部分行合并至校验节点i，j，指的是校验节点k行分裂为两个新节点k” k2，其中Ic1与校验节点i行合并，k2与校验节点j行合并，并且它们均满足可合并条件。类似地，校验节点k行部分行合并至i1; i2, , k节点的定义，可由上述定义得到。由上述定义可知，行合并定义了矩阵多行合并为一行的方法，行分裂定义了矩阵一行分解为多行的方法，部分行合并则定义为矩阵一行分裂为多行，再与多行进行合并的方法。为叙述方便，行合并、行分裂和部分行合并，统称为行合并分裂或行分裂合并。LDPC解码算法较多，但目前应用比较广泛的是基于对数似然比(LogarithmLikelihood Ratio,LLR)软信息的置信度传播算法(Belief Propagation Algorithm,BP)。BP算法主要由两个解码运算步骤交替迭代组成,水平运算(Horizontal Process, HP)与垂直运算(Vertical Process, VP)。水平运算由 HPU (Horizontal Process Unit,水平运算单元)执行，垂直运算由VPU (Vertical Process Unit,垂直运算单元)执行。对于行合并码和部分行合并码，不同码率解码器的HPU可以经过简单组合后复用，构成多码率合一 HPU ;不同码率解码器的VPU可以完全复用，构成多码率合一 VPU。由多码率合一 HPU/VPU可以组成得到多码率合一的解码器。所以，基于行合并码和部分行合并码的多码率LDPC码方案，可以在获得优良性能的前提下同时保证相对较低的硬件实现复杂度。准循环(Quasi-Cyclic，QC)-LDPC码是LDPC码的一个重要子类，它的校验矩阵和生成矩阵均具有准循环形式，参见Marc P. C. Fossorier等人在文献Quasi_cycliclow-density parity-check codes from circulant permutation matrices 中的定义。QC-LDPC码的校验矩阵由Μ。X N。个子矩阵组成，其中，Mc= (N-K) /b，Nc=N/b，b是子矩阵的阶数。每个子矩阵的大小相同，都是bXb的方阵，这些方阵或者是全零矩阵，或者是循环行列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多码率LDPC码的构造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.设所要构造的多码率LDPC码校验矩阵依次为其中，M1>M2>…>MI，其中列重依次为其中，γ→(H1)≤γ→(H2)≤···≤γ→(HI),选定母码矩阵为选定由H1经过行合并分裂得到其余各码率校验矩阵的规则其中，N为码字长度，I表示所要构造的LDPC码对应的码率个数；S2.按照单码率LDPC码的构造方法，构造满足列重的母码矩阵并且记该H1矩阵为也即H1(1)=H1,初始化i＝2；矩阵H1同时满足规则pM1→M2,pM1→M3,...,pM1→MI,记为S3.在矩阵的基础上添加非零元素，得到满足列重的M1行N列矩阵并且S4.满足规则的矩阵按照规则得到一组或一个Mi行N列矩阵{Hi}；S5.若{Hi}中码的性能均无法满足要求，则返回步骤S3；否则选择{Hi}中性能最优的码，作为Hi；S6.若i＝I，则所有码率构造完毕，最终得到所有I个码率的校验矩阵；否则，则令i＝i+1，并返回步骤S3，构造下一个码率的校验矩阵。FDA00001962918900011.jpg,FDA00001962918900012.jpg,FDA00001962918900014.jpg,FDA00001962918900015.jpg,FDA00001962918900016.jpg,FDA00001962918900017.jpg,FDA00001962918900018.jpg,FDA00001962918900019.jpg,FDA000019629189000112.jpg,FDA000019629189000113.jpg,FDA000019629189000114.jpg,FDA000019629189000115.jpg,FDA000019629189000116.jpg,FDA000019629189000117.jpg,FDA000019629189000118.jpg,FDA000019629189000119.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭克武，范力文，潘长勇，黄嘉晨，宋健，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：