LDPC码校验矩阵的构造方法技术

本发明专利技术涉及5G信道编码技术，特别涉及LDPC码校验矩阵的构造方法，用于提高系统传输性能。该方法为：生成低码率部分的行重满足预设范围的基模图，再基于指定的码率及所述基模图确定需使用的部分基模图，以及采用基于扩展因子确定的循环置换矩阵，对所述部分基模图中的非0元素对应的循环系数进行扩展得到相应的校验矩阵。这样，便通过在设计的基模图中限定低码率部分的行重，保证了根据基模图对应的循环系数获得的校验矩阵在应用过程中的传输性能。这种设计方案简单易实现，不会增加存储复杂度也不会增加后续的运维成本，同时，又能在信息传输过程中，有效地支持多种码率以及支持信息比特长度，从而在最大限度上提高系统传输性能。

【技术实现步骤摘要】
LDPC码校验矩阵的构造方法
本申请涉及5G信道编码技术，特别涉及LDPC码校验矩阵的构造方法。
技术介绍
目前，随着第四代移动通信技术(the4thGenerationmobilecommunicationtechnology，4G)进入规模商用阶段，面向未来的第五代移动通信技术(the5thGenerationmobilecommunicationtechnology，5G)已成为全球研发的热点。5G新空口(Newradio，NR)设计中，增强移动宽带业务(enhancedMobileBroadband，eMBB)场景的数据信道决定采用低密度校验(LowDensityParityCheckCode，LDPC)码代替原长期演进(LongTermEvolution，LTE)采用的Turbo码。5G新空口定义了三种典型应用场景：增强移动宽带业务(eMBB，enhancedMobileBroadband),大规模机器通信(massiveMachineTypeCommunications，mMTC)和低时延高可靠通信(Ultra-ReliableandLowLatencyCommunications，URLLC)。LDPC码已被遴选为5GeMBB场景中数据信道的编码方案。针对5GeMBB场景中LDPC码的设计，当前第三代合作伙伴计划(3GPP)已经达成了很多重要共识。首先5GLDPC码要求采用准循环LDPC码。准循环LDPC码的校验矩阵H通常可以表示为如下阵列：其中，每个矩阵Ai,j都是大小为Z×Z的循环矩阵。对于这种LDPC码，这些循环矩阵必须是稀疏的。事实上，重量为1的循环矩阵最为常见，也就是说，循环矩阵中的每行或每列只有一个非零元素。如果将校验矩阵H的行数和列数分别记为M＝ρZ和N＝cZ的话，待传输的信息序列分组长度则为K＝N-M。发送端需要用校验矩阵对待传输的信息序列分组进行编码，而接收端也需要基于校验矩阵进行译码。准循环LDPC码的设计过程涉及三个重要概念：循环置换矩阵(Circularpermutationmatrix，CPM)、基模图(Basegraph)和基矩阵。准循环LDPC码的构造方法有很多种。2003年提出的一种构造准循环LDPC码的方法为：首先构造一个大小为ρ×c的基矩阵B，例如：准循环LDPC码的基模图是与基矩阵大小相同的矩阵，元素非0即1的：“1”表示基矩阵相应位置的移位值不等于-1；“0”则表示基矩阵相应位置的移位值为-1。例如，上述例子中基矩阵的基模图为：然后，将基矩阵B中的每个非“-1”元素扩展成大小为Z×Z的循环置换矩阵，将“-1”元素则扩展成大小为Z×Z的全零矩阵。假设采用Pi表示一个Z×Z的循环置换矩阵，也称为基矩阵的子循环矩阵，i则称为Pi的移位值。例如：以Z＝8为例：可以看出，P0为单位阵，每个循环置换矩阵Pi实际上是由单位阵循环右移i位得到。而且，对于一个给定的Z，共有Z个Pi，即i∈{0,1,2,,Z-1}。每个Pi(0≤i＜Z)用于对基矩阵B中取值为i的元素进行扩展。这样，可以根据不同的码率，截取基矩阵B的不同部分扩展为相应的校验矩阵，其中，最大可以得到一个(ρZ)×(cZ)的检验矩阵；从而可以根据获得的不同检验矩阵，在不同码率下对待传输的信息序列进行编解码。5G数据信道中LDPC码的设计面临的重大挑战是：3GPP要求所设计的LDPC码支持的可传输信息的信息序列长度最小为40、最大为8192；而且要求不同的信息序列长度均能够支持多种码率，如，从最高码率R＝8/9到最低码率R＝1/3或1/5。众所周知，LDPC码是线性分组码，给定信息序列长度和码率，则对应一个校验矩阵，如此看来，5GLDPC码设计需要设计很多校验矩阵。换言之，5G数据信道中LDPC码的设计目标为：所设计的LDPC码在几十到8192的信息序列长度范围、8/9到1/3的码率范围下都能保持优异的性能。因此，需要设计多个校验矩阵，对应于基矩阵B上不同行数和不同列数构成的子矩阵以及子矩阵的循环系数。显然，找到一套支持多种码率与多种信息序列长度的LDPC码设计方法是非常困难的。随着会议的推进，3GPP进一步要求所设计的LDPC码的码率范围满足更低码率要求(<1/3)，如，1/5，即需要设计42×52大小、信息位列数kb＝10的基矩阵来生成校验矩阵。基模图与基矩阵不同，基模图中的元素非0即1而校验矩阵是通过采用CPM对基矩阵中的元素进行扩展得到的。也就是说，根据基模图仅能获知采用CPM还是全零矩阵进行扩展，而不知道CPM的具体形式，即大小以及移位值。综上所述，现有技术下，LDPC码的低码率(<1/3)部分具有高设计灵活性，且LDPC码在该码率范围很难保证性能优异。因此，找到一套支持多种码率与多种信息比特长度，并且低码率(<1/3)部分满足相应的LDPC码设计准则的设计方案仍是亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种LDPC码校验矩阵的构造方法。用以找到一套支持多种码率与多种信息序列长度且存储复杂度低的LDPC码设计方法。本专利技术实施例提供的具体技术方案如下：LDPC码校验矩阵的构造方法，包括：基于预设的信息位列数以及预设的基模图大小，生成相应的基模图；所述基模图中对应低码率部分的所有行，行重ω满足设定范围：A≤ω≤B，A、B为预设参数；基于构造的原始循环系数矩阵，确定所述基模图中每一个非0元素对应的循环系数；基于指定的码率及所述基模图确定需使用的部分基模图，以及采用基于扩展因子确定的循环置换矩阵，对所述部分基模图中的非0元素对应的循环系数进行扩展得到相应的的校验矩阵，所述校验矩阵用于对信息序列进行编解码。可选的，基于构造的原始循环系数矩阵，确定所述基模图中每一个非0元素对应的循环系数之前，进一步包括：根据待传输的信息序列长度，以及所述信息位列数确定相应的扩展因子；采用扩展因子，对所述原始循环系数矩阵进行模Z操作，其中，Z为扩展因子的取值。可选的，基于构造的原始循环系数矩阵，确定所述基模图中每一个非0元素对应的循环系数，包括：基于预设的基模图的大小，从构造的原始循环系数矩阵中选取相应行数的部分循环系数矩阵并进行元素补充；其中，所述原始循环系数矩阵的行数不少于所述基模图的行数；基于所述基模图中每一个0元素的行、列位置，将补充后的部分循环系数矩阵中相应行、列位置的元素替换为不计入行重的标记元素；基于替换后的部分循环系数矩阵得到相应的基矩阵，其中，基矩阵中的每一个非标记元素为所述基模图中相应的行、列位置的非0元素对应的循环系数。可选的，基于预设的基模图的大小，从构造的原始循环系数矩阵中选取相应行数的部分循环系数矩阵并进行元素补充，包括：根据基模图的行数从所述原始循环系数矩阵中选取相应行数的部分循环系数矩阵时，其中，所述部分循环系数矩阵的行数为所述基模图的行数，所述部分循环系数矩阵的列数为所述基模图的列数减去基模图中右上角全零矩阵的列数；基于所述基模图的大小，在所述部分循环系数矩阵的后面补充指定元素，获得与所述基模图大小一样的矩阵，作为补充后的部分循环系数矩阵。可选的，基于替换后的部分循环系数矩阵得到相应的基矩阵，包括：直接将替换后的部分循环系数矩阵作为基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.低密度校验LDPC码校验矩阵的构造方法，其特征在于，包括：基于预设的信息位列数以及预设的基模图大小，生成相应的基模图；所述基模图中对应低码率部分的所有行，行重ω满足设定范围：A≤ω≤B，A、B为预设参数；基于构造的原始循环系数矩阵，确定所述基模图中每一个非0元素对应的循环系数；基于指定的码率及所述基模图确定需使用的部分基模图，以及采用基于扩展因子确定的循环置换矩阵，对所述部分基模图中的非0元素对应的循环系数进行扩展得到相应的的校验矩阵，所述校验矩阵用于对信息序列进行编解码。

【技术特征摘要】
1.低密度校验LDPC码校验矩阵的构造方法，其特征在于，包括：基于预设的信息位列数以及预设的基模图大小，生成相应的基模图；所述基模图中对应低码率部分的所有行，行重ω满足设定范围：A≤ω≤B，A、B为预设参数；基于构造的原始循环系数矩阵，确定所述基模图中每一个非0元素对应的循环系数；基于指定的码率及所述基模图确定需使用的部分基模图，以及采用基于扩展因子确定的循环置换矩阵，对所述部分基模图中的非0元素对应的循环系数进行扩展得到相应的的校验矩阵，所述校验矩阵用于对信息序列进行编解码。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于构造的原始循环系数矩阵，确定所述基模图中每一个非0元素对应的循环系数之前，进一步包括：根据待传输的信息序列长度，以及所述信息位列数确定相应的扩展因子；采用扩展因子，对所述原始循环系数矩阵进行模Z操作，其中，Z为扩展因子的取值。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于构造的原始循环系数矩阵，确定所述基模图中每一个非0元素对应的循环系数，包括：基于预设的基模图的大小，从构造的原始循环系数矩阵中选取相应行数的部分循环系数矩阵并进行元素补充；其中，所述原始循环系数矩阵的行数不少于所述基模图的行数；基于所述基模图中每一个0元素的行、列位置，将补充后的部分循环系数矩阵中相应行、列位置的元素替换为不计入行重的标记元素；基于替换后的部分循环系数矩阵得到相应的基矩阵，其中，基矩阵中的每一个非标记元素为所述基模图中相应的行、列位置的非0元素对应的循环系数。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，基于预设的基模图的大小，从构造的原始循环系数矩阵中选取相应行数的部分循环系数矩阵并进行元素补充，包括：根据基模图的行数从所述原始循环系数矩阵中选取相应行数的部分循环系数矩阵时，其中，所述部分循环系数矩阵的行数为所述基模图的行数，所述部分循环系数矩阵的列数为所述基模图的列数减去基模图中右上角全零矩阵的列数；基于所述基模图的大小，在所述部分循环系数矩阵的后面补充指定元素，获得与所述基模图大小一样的矩阵，作为补充后的部分循环系数矩阵。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，基于替换后的部分循环系数矩阵得到相应的基矩阵，包括：直接将替换后的部分循环系数矩阵作为基矩阵；或者，采用预设的双对角结构的置换矩阵对替换后的部分循环系数矩阵中的双对角区域置进行置换，并将置换后的部分循环系数矩阵作为基矩阵。6.如权利要求3－5任一项所述的方法，其特征在于，基于指定的码率及所述基模图确定需使用的部分基模图，以及采用基于扩展因子确定的循环置换矩阵，对所述部分基模图中的非0元素对应的循环系数进行扩展得到相应的的校验矩阵，包括：按照指定的码率，从基矩阵中截取相应的子矩阵，所述子矩阵对应需使用的部分基模图；将所述子矩阵中的每一个标记元素，分别扩展为Z*Z的全零矩阵，其中，Z表示扩展因子；将所述子矩阵中的每一个零元素，分别扩展为Z*Z的所述单位阵；针对所述子矩阵中除标记元素和零元素之外的每一个其他元素，执行以下操作：根据一个元素的取值确定相应的循环置换矩阵，将所述一个元素扩展为所述循环置换矩阵。7.如权利要求1－6任一项所述的方法，其特征在于，所述A的取值小于所述B的取值，所述B取值最大为5。8.如权利要求1－6任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：采用获得的每一种校验矩阵，按照相应码率，分别对待传输的信息序列进行编码，以及分别对接收的信息进行解码。9.低密度校验LDPC码校验矩阵的构造方法，其特征在于，包括：第一处理单元，用于基于预设的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华安，王加庆，白宝明，孙韶辉，
申请(专利权)人：电信科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11