码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种码率兼容QC‑LDPC码构造和信道编码方法及系统，其中，方法包括：根据QC‑LDPC码的设计目标，结合模板矩阵的等价原则，构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵；依次从候选模板矩阵和校验矩阵中选取得到目标模板矩阵和编码校验矩阵，并对编码校验矩阵进行截取，以得到截取校验矩阵；根据截取校验矩阵的大小对待发送信息比特序列进行处理得到填充信息比特序列；根据截取校验矩阵对填充信息比特序列进行LDPC编码并进行处理得到输出编码比特序列。该方法利用模板矩阵的等价原则简化并优化码率兼容QC‑LDPC码的构造，可以有效提高QC‑LDPC码的适用性和信道编码的灵活性。

Rate compatible QC-LDPC code construction and channel coding method and system

The invention discloses a rate-compatible QC_LDPC code construction and channel coding method and system, wherein the method comprises: constructing a rate-compatible candidate template matrix and a check matrix according to the design objective of the QC_LDPC code and combining the equivalent principle of the template matrix; selecting the candidate template matrix and the check matrix in turn; Target template matrix and encoding check matrix are intercepted to obtain intercepting check matrix, and the sequence of transmitted information bits is processed according to the size of intercepting check matrix to obtain the sequence of filled information bits, and the sequence of filled information bits is encoded and processed by LDPC according to intercepting check matrix. The output coding bit sequence is obtained. This method simplifies and optimizes the construction of rate-compatible QC_LDPC codes by using the principle of template matrix equivalence, which can effectively improve the applicability of QC_LDPC codes and the flexibility of channel coding.

【技术实现步骤摘要】
码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法及系统
本专利技术涉及数字信息传输
，特别涉及一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法及系统。
技术介绍
目前，随着智能终端的爆炸性增长以及新兴应用场景的不断涌现，移动通信系统面临着越来越多的挑战，比如海量的潜在接入用户数，超高的频谱效率和吞吐量等。传统的上行多用户多址接入方案广泛采用OMA(OrthogonalMultipleAccess，正交多址接入技术)。本质上，OMA将信道资源进行正交划分，得到多个相互正交的子信道，每个用户占据一个子信道进行传输，以此实现多用户传输共享一个物理层信道。由于用户占据的子信道相互正交，故没有用户间干扰。OMA技术实现简单、灵活，但是在信道随机或用户随机等条件下不能充分挖掘多址接入信道的潜能。在相关技术中，NOMA(Non-orthogonalMultipleAccess，非正交多址接入技术)受到了很多关注，已被证实可以逼近多址接入信道的容量，且在提高系统接入用户数和总频谱效率等方面具有天然的优势。区别于OMA技术，NOMA技术不再对信道资源进行正交划分，即不同用户占据的信道资源可以完全重合或部分重合，故不同用户之间存在多用户干扰。且NOMA方案的性能和其采用的信道编码密切相关。然而，用于NOMA方案的信道编码面临的挑战在于：提供逼近多址接入信道容量界的高性能，适应信道条件的多样性，以及提供多种传输应用所需的多码率和多码长等功能。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法，该方法可以有效提高QC-LDPC码的适用性和信道编码的灵活性。本专利技术的另一个目的在于提出一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码系统。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法，包括以下步骤：根据QC-LDPC码的设计目标，结合模板矩阵的等价原则，构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵；获取待发送信息比特序列、待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度；根据所述待发送信息比特序列长度、用户传输需求和基站广播的控制信息依次从候选模板矩阵和校验矩阵选取得到目标模板矩阵和编码校验矩阵；根据所述待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度得到校验比特序列长度，并对所述编码校验矩阵进行截取，以得到所述截取校验矩阵；通过所述截取校验矩阵对所述待发送信息编码比特序列进行零填充，以得到填充信息比特序列和填充信息比特序列长度；通过所述截取校验矩阵对所述填充信息比特序列进行低密度奇偶校验(LDPC)码编码，以得到编码比特序列和编码比特序列长度；根据所述编码比特序列、所述编码比特序列长度、所述待发送信息比特序列长度、所述校验比特序列长度和所述输出编码比特序列长度得到输出编码比特序列。本专利技术实施例的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法，构造的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码适用于非正交多用户传输，结合非正交多址接入技术具有逼近多址接入信道理论界的性能，适于多种传输应用，根据自身传输需求和多用户传输系统规范的参数选择相应的QC-LDPC码校验矩阵，引入边分类等诸多等价原则，可显著降低码率兼容码长可扩展QC-LDPC码的设计复杂度，从而有效提高QC-LDPC码的适用性和信道编码的灵活性。另外，根据本专利技术上述实施例的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵具体包括：确定码率兼容QC-LDPC码的设计目标；确定码率兼容QC-LDPC码候选模板矩阵参数，包括所述候选模板矩阵TKb,Mb_max的信息节点长度Kb，最大校验节点长度Mb_max，最小校验节点长度Mb_min，信息节点删除长度为Vb，预编码校验节点长度gb；构造Mb_min行Kb+Mb_min列的候选模板矩阵TKb,Mb_min，采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，优选并保留JKb,Mb_min个构造结果，其中，所述候选模板矩阵TKb,Mb_min采用传统方法构造或采用行列扩展的方式进行构造或根据预编码校验节点长度参数gb首先构造gb行，Kb+gb列的预编码模板矩阵Tpre，再采用行列扩展的方式构造TKb,Mb_min；对所述JKb,Mb_min个候选模板矩阵TKb,Mb_min进行行列扩展得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max，其中，对Mb＝Mb_min至Mb_max-1，在JKb,Mb个候选模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)通过增加第Mb+1行第1至Kb+gb列的元素值，并根据raptor-like结构填充第Mb+1行第Kb+gb+1至Kb+Mb列和第Kb+Mb+1列第1至Mb+1行的元素值，构造得到Nj个候选模板矩阵TKb,Mb+1，共得到个构造结果，并采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，从N个构造结果中优选并保留JKb,Mb+1个候选模板矩阵TKb,Mb+1，最终得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max；根据所述QC-LDPC码的候选模板矩阵TKb,Mb_max构造一组校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}，其中b为扩展因子。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵进一步包括：在模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)进行行列扩展得到模板矩阵TKb,Mb+1时，对待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列采用限定行重最大值和最小值的方法，将Kb+gb个元素的总重量(即Kb+gb个元素中1的个数)限制在Wmin(Kb,Mb)至Wmax(Kb,Mb)之间，缩小所述待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列的候选序列的数量；构造待分类矩阵族{BKb,Mb+1}，其中待分类矩阵BKb,Mb+1具有Mb+1行，Kb+gb列，其第1至Mb行第1至Kb+gb列与模板矩阵TKb,Mb的第1至Mb行第1至Kb+gb列相同，其第Mb+1行第1至Kb+gb列为上述模板矩阵TKb,Mb+1待增加的第Mb+1行的候选序列；采用模板矩阵的等价原则对待分类矩阵族{BKb,Mb+1}进行分类，进一步缩小待分类矩阵族中矩阵种类的数量至Nj，得到Nj个已分类的矩阵族，并从每个已分类的矩阵族中任选一个矩阵，最终得到Nj个已分类的矩阵将所述Nj个已分类的矩阵根据raptor-like结构补充第Mb+1行第Kb+gb+1列至第Kb+Mb列，和第Kb+Mb+1列第1至第Mb+1行，以得到候选模板族{TKb,Mb+1}。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵进一步包括：选定一组扩展因子{b|b＝b0×2j(j＝0,1,…J)}；对扩展因子b＝b0，构造偏移地址表{A0}；在偏移地址表{A0}的基础上构造偏移地址表{AJ}＝{A}；根据QC-LDPC码定义、所述候选模板矩阵TKb,Mb_max、所述扩展因子{b本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种码率兼容QC‑LDPC码构造和信道编码方法，其特征在于，包括以下步骤：根据QC‑LDPC码的设计目标，结合模板矩阵的等价原则，构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵；获取待发送信息比特序列、待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度；根据所述待发送信息比特序列长度、用户传输需求和基站广播的控制信息依次从候选模板矩阵和校验矩阵选取得到目标模板矩阵和编码校验矩阵；根据所述待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度得到校验比特序列长度，并对所述编码校验矩阵进行截取，以得到所述截取校验矩阵；根据所述截取校验矩阵的大小对所述待发送信息比特序列进行零填充，以得到填充信息比特序列和填充信息比特序列长度；根据所述截取校验矩阵对所述填充信息比特序列进行低密度奇偶校验(LDPC)码编码，以得到编码比特序列和编码比特序列长度；以及根据所述编码比特序列、所述编码比特序列长度、所述待发送信息比特序列长度、所述校验比特序列长度和所述输出编码比特序列长度得到输出编码比特序列。

【技术特征摘要】
1.一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法，其特征在于，包括以下步骤：根据QC-LDPC码的设计目标，结合模板矩阵的等价原则，构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵；获取待发送信息比特序列、待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度；根据所述待发送信息比特序列长度、用户传输需求和基站广播的控制信息依次从候选模板矩阵和校验矩阵选取得到目标模板矩阵和编码校验矩阵；根据所述待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度得到校验比特序列长度，并对所述编码校验矩阵进行截取，以得到所述截取校验矩阵；根据所述截取校验矩阵的大小对所述待发送信息比特序列进行零填充，以得到填充信息比特序列和填充信息比特序列长度；根据所述截取校验矩阵对所述填充信息比特序列进行低密度奇偶校验(LDPC)码编码，以得到编码比特序列和编码比特序列长度；以及根据所述编码比特序列、所述编码比特序列长度、所述待发送信息比特序列长度、所述校验比特序列长度和所述输出编码比特序列长度得到输出编码比特序列。2.根据权利要求1所述的一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法，其特征在于，所述根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵具体包括：确定码率兼容QC-LDPC码的设计目标；确定码率兼容QC-LDPC码候选模板矩阵参数，包括所述候选模板矩阵TKb,Mb_max的信息节点长度Kb，最大校验节点长度Mb_max，最小校验节点长度Mb_min，信息节点删除长度为Vb，预编码校验节点长度gb；构造Mb_min行Kb+Mb_min列的候选模板矩阵TKb,Mb_min，采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，优选并保留JKb,Mb_min个构造结果，其中，所述候选模板矩阵TKb,Mb_min采用传统方法构造或采用行列扩展的方式进行构造或根据预编码校验节点长度参数gb首先构造gb行，Kb+gb列的预编码模板矩阵Tpre，再采用行列扩展的方式构造TKb,Mb_min；对所述JKb,Mb_min个候选模板矩阵TKb,Mb_min进行行列扩展得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max，其中，对Mb＝Mb_min至Mb_max-1，在JKb,Mb个候选模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)通过增加第Mb+1行第1至Kb+gb列的元素值，并根据raptor-like结构填充第Mb+1行第Kb+gb+1至Kb+Mb列和第Kb+Mb+1列第1至Mb+1行的元素值，构造得到Nj个候选模板矩阵TKb,Mb+1，共得到个构造结果，并采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，从N个构造结果中优选并保留JKb,Mb+1个候选模板矩阵TKb,Mb+1，最终得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max；根据所述QC-LDPC码的候选模板矩阵TKb,Mb_max构造一组校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}，其中b为扩展因子。3.根据权利要求2所述的码率兼容QC-LDPC码构造方法和信道编码方法，其特征在于，所述根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵进一步包括：在模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)进行行列扩展得到模板矩阵TKb,Mb+1时，对待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列采用限定行重最大值和最小值的方法，将Kb+gb个元素的总重量(即Kb+gb个元素中1的个数)限制在Wmin(Kb,Mb)至Wmax(Kb,Mb)之间，缩小所述待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列的候选序列的数量；构造待分类矩阵族{BKb,Mb+1}，其中待分类矩阵BKb,Mb+1具有Mb+1行，Kb+gb列，其第1至Mb行第1至Kb+gb列与模板矩阵TKb,Mb的第1至Mb行第1至Kb+gb列相同，其第Mb+1行第1至Kb+gb列为上述模板矩阵TKb,Mb+1待增加的第Mb+1行的候选序列；采用模板矩阵的等价原则对待分类矩阵族{BKb,Mb+1}进行分类，进一步缩小待分类矩阵族中矩阵种类的数量至Nj，得到Nj个已分类的矩阵族，并从每个已分类的矩阵族中任选一个矩阵，最终得到Nj个已分类的矩阵将所述Nj个已分类的矩阵根据raptor-like结构补充第Mb+1行第Kb+gb+1列至第Kb+Mb列，和第Kb+Mb+1列第1至第Mb+1行，以得到候选模板族{TKb,Mb+1}。4.根据权利要求3所述的码率兼容QC-LDPC码构造方法和信道编码方法，其特征在于，所述根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵进一步包括：选定一组扩展因子{b|b＝b0×2j(j＝0,1,…J)}；对扩展因子b＝b0，构造偏移地址表{A0}；在偏移地址表{A0}的基础上构造偏移地址表{AJ}＝{A}；根据QC-LDPC码定义、所述候选模板矩阵TKb,Mb_max、所述扩展因子{b}＝{b0×2j}和所述扩展因子对应的偏移地址表{A}得到所述校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}。5.根据权利要求4所述的码率兼容QC-LDPC码构造方法和信道编码方法，其特征在于，所述根据所述编码比特序列、所述编码比特序列长度、所述待发送信息比特序列长度、所述校验比特序列长度和所述输出编码比特序列长度得到输出编码比特序列，具体包括：根据所述待发送信息比特序列长度去除所述编码比特序列中的(b*×Kb-K)个零填充比特，其中，所述待发送信息比特序列长度为K、所述输出编码比特序列长度为N；根据所述校验比特序列长度去除所述编码比特序列中(b*×Mb*-M)个校验比特，其中，所述填充信息比特序列长度b*×Kb，所述编码比特序列长度为b*×(Kb+Mb*)，所述校验比特序列长度为M；根据所述信息节点删除长度Vb删除所述编码比特序列前b*×Vb个信息比特得...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈璋美，彭克武，张妤姝，潘长勇，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：广东,44