一种基于Hoey序列的非规则Type‑II QC‑LDPC码构造方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Hoey序列(Hoey Sequence,HS)的非规则Type‑II准循环低密度奇偶校验码(Quasi‑Cyclic Low‑Density Parity‑Check,QC‑LDPC)码构造方法，该方法主要通过三个步骤来完成，首先构造新颖的指数子矩阵E1(H)和E2(H)，然后设计扩展因子p的取值，利用扩展因子对指数子矩阵进行扩展，从而构造出校验子矩阵H1和H2，最后将校验子矩阵H1和H2对应位置的元素进行异或运算，构造出检验矩阵H。该方法所构造的校验矩阵H具有大的最小距离，能避免四环，具有较少数量的六环，所以用该构造方法所构造的QC‑LDPC码具有较好的纠错性能，并且基于Hoey序列的构造方法数学基础较简单，仅限于整数加法、乘法和取模运算，编码复杂度较低。用该构造方法构造了适用于深空通信，卫星数字视频广播等领域中，码率为0.67的QC‑LDPC(5226,3484)码，并用Matlab对其仿真，其具有较好的纠错性能。

A Hoey sequence of irregular Type II LDPC code construction method based on QC

The invention relates to a method based on Hoey sequence (Hoey Sequence, HS) Type II irregular quasi cyclic low density parity check code (Quasi Cyclic Low Density Parity Check, QC LDPC) code construction method, this method through three steps, the first sub index matrix E1 the novel structure (H) and E2 (H), and then the design value of the expansion factor of P, using the expansion factor to expand the index matrix to construct sub parity matrix H1 and H2, the corresponding position check sub matrix H1 and H2 elements for XOR, construct test matrix H. H check matrix constructed by the method with the minimum distance, to avoid the city of Victoria, with a small number of the six ring, so constructed by the structure method of QC LDPC code has better error correction performance, and based on the method of constructing Hoey sequence mathematical basis is relatively simple, limited to integer addition and multiplication and the operation mode, low complexity encoding. The construction method for deep space communications, satellite digital video broadcasting, the bit rate is 0.67 QC LDPC (52263484) code, and use Matlab on the simulation, the error correcting performance is better.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信道处理中的信道编码领域，涉及一种基于Hoey序列的非规则Type-IIQC-LDPC码构造方法。
技术介绍
通信系统的目的在于能够保证信息有效可靠地传输，但传输过程中有各种干扰，所以为了保证信息的可靠传输就有了前向纠错(ForwardErrorCorrection,FEC)技术，它是通过在有效信息中添加少量的冗余信息来发现并纠正误码。随着通信系统的发展，对价格更便宜、速度更快以及传输更可靠的需求日益增长，在大量不同的信道下，FEC技术现已确定了以低密度奇偶校验(Low-DensityParity-paritycheck,LDPC)码为主的技术路线，LDPC码是目前最具有发展潜力的编码技术。在结构化LDPC码中，最有发展前景的一类码是QC-LDPC码，因为QC-LDPC码的校验矩阵具有特殊的准循环性质，所以对于其编译码模块的硬件实现，只需用移位寄存器即可，实现起来较容易，且编译码复杂度低。另外对于其译码模块，因为具有准循环的特性，用来信息交换的线路变得简单，也可并行译码，所以对于译码速度和译码复杂度两者，可以找到平衡，从而编解码可以更有效率，超大规模集成电路更有可能实现。QC-LDPC码通常分为两类，Type-IQC-LDPC码和Type-IIQC-LDPC码，目前大多数构造方法所构造的QC-LDPC码都是属于Type-IQC-LDPC码。Type-IIQC-LDPC码与Type-IQC-LDPC码相比，它通常有更大的最小距离上限值，一个(J,L)规则Type-IQC-LDPC码的最小距离上限为dmin≤(J+1)！，一个Type-IIQC-LDPC码的最小距离上限为dmin≤(J+1)！2J，随着最小距离值增大，检错纠错能力也就增强，所以Type-IIQC-LDPC码具有更好的检错纠错性能。但是，在Type-IIQC-LDPC码的校验矩阵中，由于元素1的密度较大，会出现很多短环，例如四环和六环，会直接使译码性能下降，短环是影响QC-LDPC码性能的重要因素，在译码采用和积算法(SumProductAlgorithm,SPA)译码算法时，会因为短环的存在损失一定的性能。比如，围长为4时，相关节点的信息经过两次迭代就能传回给本身，如果消息是错误的，那么就会得到错误传播，进而导致译码产生错误甚至不能进行正确的译码，所以保证Type-IIQC-LDPC码的校验矩阵中没有短环是一研究热点。目前较经典构造LDPC码的方法有基于渐进边增长(progressiveedge-growth,PEG)的构造方法、基于有限几何(finite-geometry,FG)的构造方法及基于有限域(finitefield,FF)的构造方法等，它们的共同特点是建立在图论、有限几何及有限域等比较高深抽象的数学基础上，这对LDPC码的应用和推广带来一定困难，而基于特殊的整数序列，构造利用反馈移位寄存器实现线性时间编码的QC-LDPC码，这种构造方法的数学基础比上述几种构造方法更为简单，仅限于整数加法、乘法和取模运算，编码复杂度较低，因而在某些实用场合具有独特的竞争优势，且其也具有很好的纠错性能。因此，目前利用整数序列的特有性质使构造的Type-IIQC-LDPC码的校验矩阵没有四环是一研究热点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种利用Hoey序列的特有性质使构造的非规则Type-IIQC-LDPC码的校验矩阵没有四环的方法，不仅保证QC-LDPC码具有较好的纠错性能，也使该构造方法的数学基础比较简单，编码复杂度较低，且较容易实现。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于Hoey序列的非规则Type-IIQC-LDPC码构造方法通过以下三个步骤来完成：1.构造指数子矩阵E1(H)和E2(H)；(1)确定所要构造QC-LDPC码的指数子矩阵E1(H)和E2(H)的尺寸大小均为J×L，其中J≥2，L＞J；(2)选择Hoey序列的前L个数排列成一行，得到向量A，并作为E1(H)的第一行，再将其向右循环移vi(i＝0,1,...,J-2)位得到J-1个不同数列，其中vi的取值为各不相同的整数，1≤vi≤L-1，将向右循环移位后得到的不同数列从上到下排列，得到E1(H)。令向量A＝[H(0)H(1)H(2)…H(L-1)]，则E1(H)可表示为(1)式，其中A(vi)表示向量A向右移vi位所得向量；(3)当L是J的倍数时，将尺寸大小为J×L的E2(H)划分成L/J个部分，每个部分为尺寸大小是J×J的方阵，在每个方阵的对角线上任意选择个位置，设置为元素-1，表示校验矩阵中的零矩阵，其余位置则将Hoey序列H(n)(n≥L)的元素从左到右排列，排满一行后再从左到右地排下一行，依次往下，得到E2(H)，如(2)式所示。(4)当L不是J的倍数时，将尺寸大小为J×L的E2(H)划分成个部分，前个部分为尺寸大小是J×J的方阵，最后一部分为尺寸大小是J×(LmodJ)的矩阵。同样，在前个方阵的对角线上任意选择个位置，设置为元素-1，最后一部分则在其虚对角线上任意选择个位置，设置为元素-1，表示校验矩阵中的零矩阵。其余位置则将Hoey序列H(n)(n≥L)的元素从左到右排列，排满一行后再从左到右地排下一行，依次往下，得到E2(H)。(3)式给出J＝3、L＝8的其中一种情况。2.构造校验子矩阵H1和H2。对所构造的指数子矩阵E1(H)和E2(H)分别进行填充，其中的-1元素用p×p的零矩阵替换，0元素用p×p的单位矩阵替换，其余元素则用单位矩阵右循环移位相应位所得到的矩阵进行替换，则可得到尺寸大小为Jp×Lp的校验子矩阵H1和H2。为指数子矩阵E2(H)中的元素，其中扩展因子p的取值如(4)式所示。3.构造检验矩阵H。将构造完毕的校验子矩阵H1和H2对应位置的元素进行异或运算，表示为H1+H2，最终构成尺寸大小为Jp×Lp的校验矩阵H。本专利技术的有益效果在于：1.可以利用QC-LDPC码校验矩阵特殊的准循环性质，使其编译码模块的硬件实现较容易，只需用移位寄存器即可，编译码复杂度低。另外对于其译码模块，因为具有准循环的特性，用来信息交换的线路变得简单，也可并行译码，所以对于译码速度和译码复杂度两者，可以找到平衡，从而编解码可以更有效率，超大规模集成电路更有可能实现；2.可以利用Type-IIQC-LDPC码具有较大最小距离的特性来保证QC-LDPC码有较好的纠错性能；3.可以利用基于Hoey序列的构造方法数学基础简单，仅限于整数加法、乘法和取模运算，编码复杂度较低的特点，保证其在某些实用场合具有独特的竞争优势，且其也具有很好的纠错性能；4.从理论证明和计算机仿真中可以得出，本专利技术方法利用Hoey序列的特有性质可以使构造的Type-IIQC-LDPC码的校验矩阵没有四环，在同等条件下，本专利技术基于Hoey序列构造的HS-Type-IIQC-LDPC码的纠错性能优于基于完备循环差集(CyclicDifferenceSets,CDS)构造的CDS-Type-IIQC-LDPC码、基于Sidon序列(SidonSequence,SS)构造的SS-Type-IIQC-LDPC码及IEEE802.16e标准中的IEEE802.16e-LDP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Hoey序列的非规则Type‑II QC‑LDPC码构造方法，其特征在于：首先构造新颖的指数子矩阵E1(H)和E2(H)，然后设计扩展因子p的取值，利用扩展因子对指数子矩阵进行扩展，从而构造出校验子矩阵H1和H2，最后将校验子矩阵H1和H2对应位置的元素进行异或运算，构造出检验矩阵H。该方法所构造的校验矩阵H具有大的最小距离，能避免四环，具有较少数量的六环，所以用该构造方法所构造的QC‑LDPC码具有较好的纠错性能。

【技术特征摘要】
1.一种基于Hoey序列的非规则Type-IIQC-LDPC码构造方法，其特征在于：首先构造新颖的指数子矩阵E1(H)和E2(H)，然后设计扩展因子p的取值，利用扩展因子对指数子矩阵进行扩展，从而构造出校验子矩阵H1和H2，最后将校验子矩阵H1和H2对应位置的元素进行异或运算，构造出检验矩阵H。该方法所构造的校验矩阵H具有大的最小距离，能避免四环，具有较少数量的六环，所以用该构造方法所构造的QC-LDPC码具有较好的纠错性能。2.根据权利1要求所述基于Hoey序列的非规则Type-IIQC-LDPC码构造方法，其特征在于：基于Hoey序列的构造方法数学基础较简单，仅限于整数加法、乘法和取模运算，编码复杂度较低。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建国，梁梦琪，汪哲，孙雪敏，曾磊，尚晓娟，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50