一种用于生成RC-LDPC码校验矩阵的方法技术

本发明专利技术属于信道编码技术领域，涉及一种用于生成RC‑LDPC码校验矩阵的方法。该方法从编码复杂度出发，在PEG算法的基础上进行修改，构造出具有下三角形式的校验矩阵，得到的编码复杂度是线性的。在此基础上采用逐级扩展校验位的方式，支持灵活可变的码速率，为无线链路的自适应提供了一种可行的信道编码方式；同时得到的系列子码也具有下三角结构，相对于母码，基本不增加系统复杂度且能够实现线性编码。本发明专利技术利用PEG算法来优化扩展部分中非零元的位置，对码结构进行优化设计，从而消除短环并降低编译码的计算复杂度，进一步提高传输性能。

A method for generating RC LDPC code check matrix

The invention belongs to the technical field of channel encoding, relates to a method for generating RC LDPC code check matrix. Based on the encoding complexity, the method is modified on the basis of the PEG algorithm, and a check matrix with lower triangular form is constructed, and the coding complexity is linear. On the basis of the gradual expansion of the parity bit, bit rate support flexible and provides a feasible channel encoding for adaptive wireless link; and a series of sub code also has a lower triangular structure, relative to the parent code, without increasing the system complexity and can achieve a linear encoding. The PEG algorithm is used to optimize the position of nonzero elements in the extended part, and the code structure is optimized so as to eliminate the short ring and reduce the computational complexity of the encoding and decoding, and further improve the transmission performance.

【技术实现步骤摘要】
一种用于生成RC-LDPC码校验矩阵的方法
本专利技术属于信道编码
，涉及一种用于生成RC-LDPC码校验矩阵的方法。
技术介绍
在传统的通信系统中，为了保证通信传输的可靠性，传输模式通常依据比较差的信道条件来设计。在信道条件比较好的情况下，是对资源的一种极大浪费，大大影响了数据的传输速率。因此，在时变信道中，信道编码不仅要具有较强的纠错能力，而且还要能够根据信道当前的状态动态地调整发送码字的码率，这样就对信道编码的结构设计就有更高的要求。通信系统为了提供不同的服务质量以适应不同的传输环境，需要传输码字的码长或码率能够自适应地根据信道环境做出相应调整，因而研究码率兼容LDPC码的设计显得尤为重要，20世纪80年代末，Hagenauer首次提出速率兼容删除型卷积码的概念，母码经过删除后得到高码率的码字，扩展后得到低码率的码字，这样使用一个编码器就可以获得不同码率的码字，接收端根据删除矩阵只需要一个译码器就可以对接收的码字进行译码，从而做到速率兼容。速率兼容的BCH码和卷积码很容易实现，但是它们不能提供足够的吞吐量。Turbo码虽然性能良好，但是译码具有高的复杂度。2002年，Li提出了通过打孔构造速率兼容LDPC码的方法，将构造的速率兼容LDPC码应用到自动重传请求系统中。Tian等人在2004年提出了一种针对下三角结构的校验矩阵的打孔方案。同年，J.Ha等人提出了一种通过寻找最佳打孔度分布来构造速率兼容码字的思想，将打孔与度分布联系起来，理论上可以获得一系列最优的速率兼容LDPC码。针对打孔度分布的研究也随即展开起来。2006年，J.Ha提出了一种针对LDPC码中短码长的有效的打孔方法，将LDPC码的迭代译码通过树图的形式来表示，可有效解决打孔变量节点恢复概率低的问题。近年来，在通过缩短算法构造速率兼容LDPC码方面，也取得了一些成果。2010年，L.Zhou等人设计了一种比特反转的缩短算法，并成功应用到多元速率兼容LDPC的构造。通过打孔实现不同速率的编译码不能保证在一个很大的码率范围内的LDPC码的性能。这是因为在高码率的情况下，打孔打掉了大部分译码器需要的软信息，与打孔算法相比，扩展也是一种实现率兼容的方法，扩展率兼容码是增加更多的校验信息，从而可以在高码率的母码基础上，获得低码率的码字。通过扩展技术获得的速率兼容LDPC码字，它在最开始传输的时候就是一个性能很好码字，在此基础上，我们增加了额外的校验信息来降低了码率，因此它在低码率的时候性能会更好。使用扩展技术有两个重票的原因，第一，在HARQ系统中，最开始的传输质量对整个系统的吞吐量有关键的作用；第二，在编码的时候，打孔算法会使用已生成全部的校验位的码字进行传输，而不管这些校验位在将来是否会有用，因为有可能在只需要高码率的码字的时候，有些校验位是永远也不会被用到的，而扩展方法是只有用到更多校验位的时候，它才会去生成，因此在编译码端避免了很多不必要的计算。因此，需要提供一种基于扩展的高性能速率兼容的编码方法，该编码方法能够自适应地改变码率，扩大码率的动态变化范围，来适应多变的信道环境，保证比特错误率，进一步提高传输的可靠性。
技术实现思路
本专利技术针对现有RC-LDPC码在计算复杂度和速率自适应方面存在的缺陷，提出了一种基于PEG扩展的RC-LDPC码校验矩阵构造方法。该方法通过扩展校验位的方式，支持灵活可变的码速率，为无线链路的自适应提供了一种可行的信道编码方式。对于低码率，由于采用了逐级扩展的校验矩阵，能够利用PEG算法来对码结构进行优化设计，从而消除短环并降低编译码的计算复杂度。PEG(progressiveedge-growth)算法是一种简单有效的构造较大环长双边图的贪婪算法。PEG算法需要给定变量节点的个数N，校验节点的个数M和变量节点的度分布。PEG构造图时遵循基本原则是：新边增加的时候要保证当前图的周长最大。使用修改后的PEG构造具有下三角形式的LDPC码校验矩阵。而使用PEG算法构造出来的下三角结构的LDPC码校验矩阵具有线性编码复杂度，并且性能接近PEG算法构造的LDPC码。本专利技术的技术方案是：一种用于生成RC-LDPC码校验矩阵的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、生成母码，具体包括：S11、设定母码的信息位长度K和校验位长度N，根据码率的定义式得到码率R为：R＝K/N；S12、根据母码的码率，确定母码中检验节点的度分布；S13、根据母码的度分布，采用PEG算法构造出具有下三角结构校验矩阵H，H作为母码，大小为M0×N0，是具有最高码率的非规则LDPC码；S2、在母码的基础上增添扩展块：通过保持信息序列长度K不变，增大校验序列长度M的方法来增添扩展块，具体为对获得的校验矩阵H，将行和列同时扩大相同的长度Mext，获得扩展之后的校验矩阵Hi；S3、重复步骤S2，对母码进行i-1次扩展，得到码率为Ri＝K/(N0+i·Mext)的子码的检验矩阵。进一步的，所述步骤S13中，采用PEG算法构造出具有下三角结构校验矩阵H的具体方法为：从列号由大到小的顺序依次添加H矩阵的每列：对选中的变量节点vj，按照从k＝0到的顺序依次添加每行元素，为节点vj的度：k＝0，添加边表示连接到变量节点vj的第一条边，ci为当前边集合中具有最小度数的校验节点；然后依次添加与其相连的第k条边其中ci的取法为：由当前变量节点vj展开成一个深度为l的子图，如图1所示，若子图展开过程中中的元素停止增加，且个数小于m，则ci取中度数最小的校验节点，若子图展开过程中中的元素个数达到m，此时所有校验节点均已出现在子图中，即但中的元素个数小于m，则ci取中度数最小的校验节点；其中，对于后面的M个校验节点，每个比特节点的第l校验位必须添加在对角线的位置上，其余的校验位添加在对角线的下方，即添加H矩阵中具有下三角结构的那些列时，每列的第1个“1”在对角线的位置上，其余的“1”在对角线的下方。进一步的，所述步骤S2中，利用扩展的方法得到如下结构的校验矩阵Hi。步骤S2包括以下几个子步骤：S21、在Hi-1的右边添加一个全零矩阵，大小为Mi-1×Mext，其中Mi-1为Hi-1的行数。S22、在Hi的右下角扩展一个小方阵hext，大小为Mext×Mext，扩展方阵设为与母码具有相同度序列的扩展块，即：将校验矩阵的列重由高到低分布，使得校验比特能够按照度数由高到低的顺序进行重传，根据与母码相同的度分布，得到所有变量节点的度的大小，按度照降序的方法，对变量节点排序，得到降序的度序列，根据度序列，采用与步骤S13相同的方法，构造具有下三角结构的扩展块矩阵hext。对于非规则LDPC码，度分布是一个非常重要的概念。研究表明：非规则LDPC码中，不同度数的信息节点在译码过程中发挥的作用不同。度数较大的信息节点比度数较小的信息节点连接更多的校验节点，迭代译码过程中度数大的节点接收更多的置信度信息，使得度数大的信息节点译码后的误比特率要低于度数小的信息节点。利用扩展方式构造RC-LDPC码的校验矩阵过程中，将校验矩阵的列重由高到低分布，使得校验比特能够按照度数由高到低的顺序进行重传，对于部分扩展码率，能够提高误码性能，提升吞吐量。S23、在Hi-1的正下方添加一个小矩阵大小为M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成RC‑LDPC码校验矩阵的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、生成母码，具体包括：S11、设定母码的信息位长度K和校验位长度N，根据码率的定义式得到码率R为：R＝K/N；S12、根据母码的码率，确定母码中检验节点的度分布；S13、根据母码的度分布，采用PEG算法构造出具有下三角结构校验矩阵H，H作为母码，大小为M0×N0，是具有最高码率的非规则LDPC码；S2、在母码的基础上增添扩展块：通过保持信息序列长度K不变，增大校验序列长度M的方法来增添扩展块，具体为对获得的校验矩阵H，将行和列同时扩大相同的长度Mext，获得扩展之后的校验矩阵H

【技术特征摘要】
1.一种用于生成RC-LDPC码校验矩阵的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、生成母码，具体包括：S11、设定母码的信息位长度K和校验位长度N，根据码率的定义式得到码率R为：R＝K/N；S12、根据母码的码率，确定母码中检验节点的度分布；S13、根据母码的度分布，采用PEG算法构造出具有下三角结构校验矩阵H，H作为母码，大小为M0×N0，是具有最高码率的非规则LDPC码；S2、在母码的基础上增添扩展块：通过保持信息序列长度K不变，增大校验序列长度M的方法来增添扩展块，具体为对获得的校验矩阵H，将行和列同时扩大相同的长度Mext，获得扩展之后的校验矩阵Hi；S3、重复步骤S2，对母码进行i-1次扩展，得到码率为Ri＝K/(N0+i·Mext)的子码的检验矩阵。2.根据权利要求1所述的一种用于生成RC-LDPC码校验矩阵的方法，其特征在于，所述步骤S13中，采用PEG算法构造出具有下三角结构校验矩阵H的具体方法为：从列号由大到小的顺序依次添加H矩阵的每列：对选中的变量节点vj，按照从k＝0到的顺序依次添加每行元素：k＝0，添加边表示连接到变量节点vj的第一条边，ci为当前边集合中具有最小度数的校验节点；然后依次添加与其相连的第k条边其中ci的取法为：由当前变量节点vj展开成一个深度为l的子图，若子图展开过程中中的元素停止增加，且个数小于m，则ci取中度数最小的校验节点，若子图展开过程中中的元素个数达到m，此时所有校验节点均已出现在子图中，即但中的元素个数小于m，则ci取中度数最小的校验节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘柳月，史治平，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51