一种可消除短环的LDPC码的构造方法技术

本发明专利技术提供了一种可消除短环的LDPC码的构造方法。该方法包括：选择空间域校验矩阵H中单项式最大幂次Ms所在列，将其作为新设计的校验矩阵Hnew的第一列；将矩阵Hnew的第一列循环上移一位，将移位后的一列作为矩阵Hnew的第二列；复制矩阵Hnew的第二列，并用最大幂次Ms减去每一个单项式的幂次，所得一列作为矩阵Hnew的第三列；对矩阵H中未选中的所有列向量，重复上述3个步骤，继续添加阵Hnew的列数，直到矩阵Hnew的列数达到k列。本发明专利技术能有效消除原LDPC码中的短环数量，在高斯白噪声信道环境下，仿真结果显示，基于本发明专利技术构造的LDPC码可以有效提高译码的误码率。另外由于编码的约束长度没有发生变化，所以本发明专利技术方法并不会增加编译码复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种可消除短环的LDPC码的构造方法
本专利技术涉及无线通信和信息存储中LDPC码的构造领域，尤其涉及一种可消除短环的LDPC码的构造方法。
技术介绍
低密度奇偶校验码(LDPC码)是一种线性编码。该码的特点是：校验矩阵是0和1的稀疏矩阵，矩阵中大部分元素是0，小部分元素为1。LDPC码研究的一个重要成果是1981年著名学者Tanner提出了用图模型来表述LDPC码的理念。具体方式是根据LDPC码的校验矩阵来提出双向二分图，也称之为Tanner图。通过Tanner图可构造性能良好的LDPC码，支持并行译码，大大降低译码复杂度。20世纪九十年代，Berrou等学者利用卷积码的并行级联以及交织器结合，提出了Turbo码，首次逼近了香农定理中的传输速率上界，为纠错码领域带来了革命性的突破。Turbo码的发现再一次引发了研究人员对LDPC码的研究兴趣。Mackay和Neal利用Tanner图对LDPC码性能进行了深入研究，发现采用置信传播(beliefpropagation)译码算法的LDPC码译码性能与Turbo码相似，在中长码码长的情况其性能甚至超过了Turbo码。这一研究成果一经发布，立即引起了纠错码研究领域的极大关注。LDPC码可由稀疏奇偶校验矩阵H的零空间来定义。所谓“稀疏性”指的是矩阵H中包含0的个数远大于1的个数。而“低密度”指的是矩阵H中含1的密度很低。稀疏校验矩阵一般是由计算机随机构造的，LDPC码的编码速度和译码复杂度与校验矩阵的密度紧密相关：校验矩阵的密度越大，译码的复杂度越大；校验矩阵的密度越小，译码的复杂度越小。LDPC码的译码方法一般采用置信传播BP算法，在不存在环的情况下，会很快得出译码结果。但是，若存在环，会使得译码重复迭代，影响译码的效率，尤其是短环的存在会使得译码收敛速度变慢。下一代通信系统对通信延时、稳定性、硬件复杂度的要求越来越高，作为通信系统中一个重要的环节，LDPC码仍然存在较大的改进空间。基于以上现状，因此需要设计出可以有效去除短环的LDPC码构造方法，从而提高LDPC码的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述问题，针对LDPC卷积码的译码性能和其校验矩阵H中最小短环的长度和数量有直接关系，本专利技术提出一种可消除短环的LDPC码的构造方法，从而提高LDPC码的译码性能。为实现上述目的，本专利技术提供了一种可消除短环的LDPC码的构造方法。该方法包括以下步骤：1)初始化，选取由j行k列元素构成的空间域校验矩阵H，所述j和k为大于或等于1的正整数，定义预设计矩阵Hnew大小与校验矩阵H相同；2)选择步骤1)中校验矩阵H中单项式最大幂次Ms所在列，将其作为设计矩阵Hnew的第一列；3)判定步骤2)中所添加的列是否达到k列；若是，则执行步骤9)，若否，则执行步骤4)；4)将步骤2)中设计矩阵Hnew的第一列循环上移一位，并将移位后的一列作为Hnew的第二列；5)判定步骤4)中所添加的列是否达到k列；若是，则执行步骤9)，若否，则执行步骤6)；6)复制步骤4)中设计矩阵Hnew的第二列，并用步骤2)中最大幂次Ms减去设计矩阵Hnew的第二列中每个单项式的幂次，所得的一列作为设计矩阵Hnew的第三列；7)判定步骤6)中所添加的列是否达到k列；若是，则执行步骤9)，若否，则执行步骤8)；8)将校验矩阵H中未选中的所有列向量作为查找对象，然后跳转至步骤2)继续添加Hnew的列向量，直到设计矩阵Hnew的列数达到k列，所述达到k列的设计矩阵Hnew中单项式最大幂次Ms’与校验矩阵H的最大幂次Ms相同；9)输出达到k列的设计矩阵Hnew。进一步地，所述步骤1)中的校验矩阵H为计算机随机生成或为特定设计的矩阵。进一步地，所述校验矩阵H为规则或不规则的矩阵，所述设计矩阵Hnew与校验矩阵H的类型相同。进一步地，所述步骤2)具体包括：查找步骤1)中校验矩阵H中单项式最大幂次Ms所在列；若存在多个最大幂次Ms列，则从中随机选则一列作为设计矩阵Hnew的第一列。本专利技术的有益效果是：本专利技术在保持原有LDPC码校验矩阵的大小和约束长度的情况下，提出一种新的校验矩阵设计方案，该方案能有效消除原LDPC码中的短环数量。由于编码的约束长度没有发生变化，所以该专利技术方法并不会增加编译码复杂度。在高斯白噪声信道环境下，仿真结果显示，基于本专利技术方法构造的LDPC码可以有效提高译码的误码率。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种可消除短环的LDPC码的构造方法流程图；图2为本专利技术实施例一提供的设计的LDPC码与原始LDPC码的译码性能比较仿真示意图；图3为本专利技术实施例二提供的设计的LDPC码与原始LDPC码的译码性能比较仿真示意图；图4为本专利技术实施例三提供的设计的LDPC码与原始LDPC码的译码性能比较仿真示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能有一定缺省。LDPC码的译码性能与其校验矩阵H中最小短环的长度和数量有关，短环是0-1矩阵中一个长度为2L(L＝2,3,4,5)的环。而环是指H中的2L个取值为1的位置构成的有序序列，该序列中相邻的两个位置在H中同一行或同一列，但相邻的三个位置在H中既不在同一行也不在同一列。本专利技术提出一种可消除传统LDPC码中短环数量的方法，从而得到设计矩阵Hnew，设计矩阵Hnew与校验矩阵H的大小相同，最大幂次相同。假设H矩阵由j行k列，最大幂次Ms是20，则根据本专利技术方法得到设计矩阵Hnew也包括j行k列，且最大幂次Ms’是20。请参阅图1，图1示意了本专利技术实施例提供的一种可消除短环的LDPC码的构造方法流程图。该方法主要包括以下步骤：在步骤101中，初始化，选取由j行k列元素构成的空间域校验矩阵H，所述j和k为大于或等于1的正整数，定义预设计矩阵Hnew大小与校验矩阵H相同。本步骤中也可选取时间域的0-1校验矩阵H，然后再将其转换为空间域矩阵。0-1校验矩阵H可以是计算机随机生成的，或是特定设计的矩阵，可以是规则的矩阵，也可以是非规则的矩阵。所谓规则的矩阵是，时域下矩阵中每行含有1的数量相同，每列含有1的数量也相同。非规则矩阵指的是，每列中含有1的数目差异可能较大，每行中含有1的数目也可能不同。在步骤102中，选择步骤101中校验矩阵H中单项式最大幂次Ms所在列，将其作为设计矩阵Hnew的第一列。需要说明的是，本步骤中的空间域校验矩阵H中元素为单项式和/或多项式，因为多项式也是由单项式组成，所以选取最大幂次时还是看单项式的最大幂次。另外，在查找最大幂次Ms所在列时，若存在多个最大幂次Ms列，则从中随机选则一列作为设计矩阵Hnew的第一列。在步骤103中，判定步骤102中所添加的列是否达到k列，若是，则执行步骤109，若否，则执行步骤104；在步骤104中，将步骤102中设计矩阵Hnew的第一列循环上移一位，并将移位后的一列作为Hnew的第二列。本步骤中的列向量循环上移一位指的是：此列的最后一行也就是第j行式子上移动第j-1行，原有的第j-1行式子上移到j-2行，如此依次上移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可消除短环的LDPC码构造方法，其特征在于，包括以下步骤:1)初始化，选取由j行k列元素构成的空间域校验矩阵H，所述j和k为大于或等于1的正整数，定义预设计矩阵Hnew大小与校验矩阵H相同；2)选择步骤1)中校验矩阵H中单项式最大幂次Ms所在列，将其作为设计矩阵Hnew的第一列；3)判定步骤2)中所添加的列是否达到k列；若是，则执行步骤9)，若否，则执行步骤4)；4)将步骤2)中设计矩阵Hnew的第一列循环上移一位，并将移位后的一列作为Hnew的第二列；5)判定步骤4)中所添加的列是否达到k列；若是，则执行步骤9)，若否，则执行步骤6)；6)复制步骤4)中设计矩阵Hnew的第二列，并用步骤2)中最大幂次Ms减去设计矩阵Hnew的第二列中每个单项式的幂次，所得的一列作为设计矩阵Hnew的第三列；7)判定步骤6)中所添加的列是否达到k列；若是，则执行步骤9)，若否，则执行步骤8)；8)将校验矩阵H中未选中的所有列向量作为查找对象，然后跳转至步骤2)继续添加Hnew的列向量，直到设计矩阵Hnew的列数达到k列，所述达到k列的设计矩阵Hnew中单项式最大幂次Ms’与校验矩阵H的最大幂次Ms相同；9)输出达到k列的设计矩阵Hnew。...

【技术特征摘要】
1.一种可消除短环的LDPC码构造方法，其特征在于，包括以下步骤:1)初始化，选取由j行k列元素构成的空间域校验矩阵H，所述j和k为大于或等于1的正整数，定义预设计矩阵Hnew大小与校验矩阵H相同；2)选择步骤1)中校验矩阵H中单项式最大幂次Ms所在列，将其作为设计矩阵Hnew的第一列；3)判定步骤2)中所添加的列是否达到k列；若是，则执行步骤9)，若否，则执行步骤4)；4)将步骤2)中设计矩阵Hnew的第一列循环上移一位，并将移位后的一列作为Hnew的第二列；5)判定步骤4)中所添加的列是否达到k列；若是，则执行步骤9)，若否，则执行步骤6)；6)复制步骤4)中设计矩阵Hnew的第二列，并用步骤2)中最大幂次Ms减去设计矩阵Hnew的第二列中每个单项式的幂次，所得的一列作为设计矩阵Hnew的第三列；7)判定步骤6)中所添加的列是否达到k列；若是，则执行步骤9)，若否...

【专利技术属性】
技术研发人员：周华，冯姣，李鹏，
申请(专利权)人：南京迈芒智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32