使用短长度的准循环半正则LDPC码用于诸如远程读取的低耗应用的编码器和解码器制造技术

本发明专利技术涉及准正则的LDPC(低密度奇偶校验)码的编码器和解码器，其考虑到由基于原模图的Tanner二分图表示的控制矩阵，该Tanner二分图包括该图的128个变量节点和该图的64个约束节点，并且该原模图包括8个变量节点和4个约束节点，所述图的每个约束节点连接到所述图的7个变量节点，所述图的每个变量节点连接到所述图的3或4个约束节点，所述图的每个周期的长度大于或等于6；并且所述码的最小距离大于或等于14。

Encoders and decoders for low-cost applications such as remote reading using short-length quasi-cyclic semi-regular LDPC codes

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用短长度的准循环半正则LDPC码用于诸如远程读取的低耗应用的编码器和解码器
本专利技术涉及纠错码领域。更具体地涉及LDPC码，其允许以低能耗和低解码复杂度来传输信号，同时保留良好的纠错属性，用于在物联网领域中(例如在LPWAN(低功率广域网的首字母缩写)类型的网络上)传输数据，特别是用于传输来自水或电力的远程计量表读取的数据。
技术介绍
数据的传输可以经由各种通信信道执行，例如通过无线电通信、光纤等。在绝大多数情况下，传输信道不是完全可靠的，并且传输可能被错误所污染。一般而言，传输信道的信噪比或SNR越低，信道就越嘈杂，并且错误率就越高。通过将冗余位添加到待编码的信号，纠错码允许检测和校正传输错误。存在许多纠错码。一般而言，它们旨在获得最大错误检测和/或校正率，同时添加尽可能少的冗余位。取决于应用，限制纠错码的编码和/或解码复杂度也是重要的。被称为LDPC(低密度奇偶校验码的首字母缩写)的码是一系列纠错码。LDPC码在特别嘈杂的信道上传输数据很流行。它们特别用作DVB-S2标准中的纠错码。LDPC码由二分图(称为Tanner图)表示，其由变量节点和约束节点形成。在解码期间，一次或多次迭代允许接连地验证消息是否被没有错误地传输，并且在错误的情况下允许消息得到纠正。LDPC类型的码例如由Davey,M.C.和MacKay,D.J.(1998年六月)在Low-densityparitycheckcodesoverGF(q).在InformationTheoryWorkshop中,1998(第70-71页).IEEE中引入。远程读取例如水计量表或者气或电类型的能量计量表包括远程收集来自每个计量表的信息，并且周期性地这样进行，例如每日消耗。远程读取关于手动读取消耗提供了许多优点：数据被更有规律地传输，并且远程读取允许从操作者难以访问的传感器获取值。此外，自动和远程发送消耗值与手动读取计量表相比较是更加成本有效并且更快速的解决方案。一般而言，在远程读取中，计量表经由无线电链路定期地向集线器发送消耗数据，并且集线器将这一数据发送到处理平台。远程读取这种类型的计量表存在特别的困难：计量表通常位于难以访问的区域中，并且通常由电池供电。然后计量表被设计为自主地操作很长一段时间，例如大约20年，而无需干预。为了延长电池的寿命，这一类型的计量表通常降低发射功率，以便限制由于数据传输而导致的功耗。然而，这导致接收器获取非常嘈杂的信号。现有技术的LDPC码具有大大增加每个有用比特传输所消耗的能量的缺点。而且，现有技术的大多数LDPC码是长码。因此，这些长码要求多次迭代用于解码。这导致要为解码执行大量操作，并且因此导致复杂的解码。此外，当待传输的有用帧的大小较小时，长码会导致所产生的块的大小增加，才能够对数据进行编码。因此，需要一种纠错码，其允许在编码时减少每个有用比特传输所消耗的能量，同时保留有限的解码复杂度以及对于非常嘈杂的信号的良好的纠错率。
技术实现思路
为此目的，本专利技术描述了一种LDPC(低密度奇偶校验控制)编码器，其被配置用于使用LDPC码对信号进行编码，其特征在于，其基于由Tanner二分图表示的控制矩阵，所述Tanner二分图由该图的128个变量节点和该图的64个约束节点组成，所述图是这样的：所述图的每个约束节点连接到所述图的7个变量节点；所述图的每个周期具有大于或等于6的长度；所述码的最小距离等于或大于14；其中所述Tanner二分图是从原模图导出的图，所述原模图包括该原模图的8个变量节点，所述原模图的每个变量节点是所述图的16个变量节点和所述原模图的4个约束节点的组，所述原模图的每个约束节点是所述图的16个约束节点的组，其中所述原模图的每个约束节点根据矩阵连接到所述原模图的7个所述变量节点，所述原模图的每个约束节点由所述矩阵的行表示，所述原模图的每个变量节点由所述矩阵的列表示，在行和列上定义的所述矩阵的每个单元，在由所述单元的行表示的所述原模图的变量节点和由所述单元的列表示的所述原模图的约束节点连接时包括值1，而在相反的情况下包括值0，所述矩阵由以下值定义：该图的变量节点对应于编码数据的一个位，其可以是有用数据位或冗余位。该图的约束节点定义了要在其所连接的变量节点上进行验证的约束。该图上的一条线表示在该图的约束节点和该图的变量节点之间的链路。周期是在同一节点上发起和结束的一系列链路。周期的长度是形成周期的一系列链路中的链路的数量。根据本专利技术的LDPC码是被称为短的码，换句话说，与通常使用的码相比，其具有较少数量的变量节点。这允许以有限的迭代次数对其进行解码，因此大大降低了根据本专利技术的LDPC码的解码的复杂性。根据本专利技术的LDPC码包括两倍于约束节点的变量节点，并且每个约束节点连接到7个变量节点。这允许每个变量节点连接到至少3个约束节点，并且避免在存在度数为2的变量节点的情况下会发生的自阻塞配置的存在。此外，最著名的LDPC码族，例如由Gallager，R.(1962)Low-densityparity-checkcodes.IRETransactionsoninformationtheory,8(1),21-28.或者MacKay,D.J.,&Neal,R.M.(1996).NearShannonlimitperformanceoflowdensityparitycheckcodes.Electronicsletters,32(18),1645-1646中所公开的族比不是族的那些更经常，在这些不是族的那些中，每个约束节点连接到6个变量节点，并且每个变量节点恰好连接到3个约束节点。这些码被称为常规代码(每个变量节点链接到相同数量的约束节点，反之亦然)。被称为常规的码是最常用的码，因为它们的实现简单。然而，申请人已经通过实验观察到被称为不规则的码(其中变量节点并非全部链路到相同数量的约束节点)具有较长字之间的最小距离，因此具有较高的纠错概率。一些作者也提出了该观察，例如在SHORTPROTOGRAPH-BASEDLDPCCODES,DariushDivsalar,SamDolinar和ChristopherJones,MilitaryCommunicationsConference,2007.MILCOM2007.IEEE,sectionIV中。LDPC码包括128个变量节点、64个约束节点，并且其中每个约束节点链接到7个变量节点，因此有利地允许：-获得短长度的码；-对于每个变量节点，连接到3个或更多个约束节点。这允许避免存在度数为2的变量节点，并且允许获得不规则码，这允许码字之间的更大距离。因此，这一特征的组合允许获得展现出非常高的解码性能的短码。根据本专利技术的LDPC码不具有长度为4的任何周期。这避免了具有非常短的周期(非常短的周期具有错误信念传播的高概率)，并因此允许码的可靠性得到显著增加。根据本专利技术的LDPC码允许数据在非常嘈杂的信道上传输，具有低的解码错误率。因此，其允许数据在长的距离上传输，具有低传输功率并因此具有低电耗。因此，根据本专利技术的LDPC码允许扩展针对远程读取经由无线电链路传输数据帧的水、气或电计量表的电池寿命，允许限制在水、气或电分配网络上的远程读取数据集中器的数量和/或增加对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LDPC(低密度奇偶校验)编码器，其被配置用于使用LDPC码对信号进行编码，其特征在于，其基于由Tanner二分图表示的控制矩阵，所述Tanner二分图由该图的128个变量节点和该图的64个约束节点组成，所述图是这样的：‑所述图的每个约束节点连接到所述图的7个变量节点；‑所述图的每个周期具有大于或等于6的长度；‑所述码的最小距离等于14；其中，所述Tanner二分图是从原模图导出的图，所述原模图包括该原模图的8个变量节点，所述原模图的每个变量节点是所述图的16个变量节点和所述原模图的4个约束节点的组，所述原模图的每个约束节点是所述图的16个约束节点的组，其中，所述原模图的每个约束节点根据矩阵连接到所述原模图的7个所述变量节点，所述原模图的每个约束节点由所述矩阵的行表示，所述原模图的每个变量节点由所述矩阵的列表示，在行和列上定义的所述矩阵的每个单元在由所述单元的行表示的所述原模图的变量节点和由所述单元的列表示的所述原模图的约束节点连接时包括值1，而在相反的情况下包括值0，所述矩阵由以下值定义：

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.23 EP 16306546.91.一种LDPC(低密度奇偶校验)编码器，其被配置用于使用LDPC码对信号进行编码，其特征在于，其基于由Tanner二分图表示的控制矩阵，所述Tanner二分图由该图的128个变量节点和该图的64个约束节点组成，所述图是这样的：-所述图的每个约束节点连接到所述图的7个变量节点；-所述图的每个周期具有大于或等于6的长度；-所述码的最小距离等于14；其中，所述Tanner二分图是从原模图导出的图，所述原模图包括该原模图的8个变量节点，所述原模图的每个变量节点是所述图的16个变量节点和所述原模图的4个约束节点的组，所述原模图的每个约束节点是所述图的16个约束节点的组，其中，所述原模图的每个约束节点根据矩阵连接到所述原模图的7个所述变量节点，所述原模图的每个约束节点由所述矩阵的行表示，所述原模图的每个变量节点由所述矩阵的列表示，在行和列上定义的所述矩阵的每个单元在由所述单元的行表示的所述原模图的变量节点和由所述单元的列表示的所述原模图的约束节点连接时包括值1，而在相反的情况下包括值0，所述矩阵由以下值定义：2.根据权利要求1所述的LDPC编码器，其中，所述Tanner二分图包括：对于在所述原模图的变量节点和所述原模图的约束节点之间的每条链路，在所述图的变量节点与所述图的约束节点之间的16条链路，所述16条链路根据0到15之间的范围中的次序由循环排列定义。3.根据权利要求2所述的LDPC编码器，其中，每个排列次序由矩阵的单元定义，所述原模图的每个约束节点由所述矩阵的行表示，所述原模图的每个变量节点由所述矩阵的列表示，在行和列上定义的所述矩阵的每个单元对于在由所述行表示的所述原模图的约束节点和由所述列表示的所述原模图的变量节点之间的链路包含循环排列的次序，所述矩阵(500c)由以下值定义：4.根据权利要求1至3中任一项所述的LDPC编码器，其特征在于，所述Tanner二分图包括多个长度等于6的周期，该长度等于6的周期的数量小于640。5.根据权利要求1至4中任一项所述的LDPC编码器，其特征在于，对于信噪比为-1.17dB的传输，所述码在解码时具有小于50％的错误率。6.根据权利要求1至5中任一项所述的LDPC编码器，其被配置用于编码包括针对水、气或电的远程读取数据的数据帧。7.一种发射器，其被配置用于发送由根据权利要求1至6中任一项所述的LDPC编码器编码的包括针对水...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·L·多恩斯泰特，
申请(专利权)人：苏伊士集团，GRDF公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR