一种RCM编码矩阵的构造方法技术

本发明专利技术公开了一种RCM编码矩阵的构造方法，包括构造准循环矩阵、矩阵消环以及权重分配三个步骤；本方法生成的RCM编码矩阵具有频谱效率高、编解码复杂度低、准循环结构特点，其频谱效率高于传统的AMC技术、且连续可调，级联LDPC码可以明显提高RCM的频谱效率，而且解码复杂度低，适用的信道变化范围广，发送端实现简单，具有较为广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种RCM编码矩阵的构造方法
本专利技术属于无线通信中的速率自适应传输
，更具体地，涉及一种适用于盲速率自适应传输的速率兼容调制RCM(RateCompatibleModulation，RCM)技术，设计RCM编码矩阵的构造方法。技术背景速率自适应传输技术根据当前信道的实时状态改变数据传输速率，从而使无线通信系统实现高效、可靠的信息传输。传统的AMC(AdaptiveModulationandCoding，AMC)技术依赖于实时准确的信道估计和反馈，且只能实现阶梯式速率调整。而盲速率自适应技术无需准确信道估计即可实现速率的平滑调整。盲速率自适应技术的基本原理是：发送端对信息序列进行无速率编码，不断生成并发送编码符号；接收端利用接收的符号尝试解码，如果解码失败，则在接收到更多的编码符号后继续解码，直到解码成功或者达到最大的编码符号数量为止。信道条件越好，接收端成功解码所需的符号数越少，传输效率越高；反之，传输效率越低。速率兼容调制RCM是一种可用于盲速率自适应传输的编码调制技术，RCM利用编码矩阵对二进制信息序列进行编码，得到多值的编码符号。设二进制信息向量为x＝[x0,x1,…xN-1]T，编码符号向量为y＝[y0,y1,…yM-1]T，则RCM编码过程可表示为y＝Gx，其中，编码矩阵G是大小为M×N的稀疏矩阵，每行有且只有n(n＜＜N)个非0元素，从权重集w＝{w1,w2,…,wn}中取值。相对于其他盲速率自适应技术，速率兼容调制RCM具有频谱效率高，解码复杂度低，适用的信道变化范围广，发送端实现简单等特点，具有很大的应用潜力。构造具有更高频谱效率、结构化的、编解码复杂度更低的RCM编码矩阵，是RCM技术得到广泛应用所必须解决的关键技术之一。
技术实现思路
针对现有RCM编码矩阵频谱效率低、编解码复杂度较高等问题，本专利技术提出了一种频谱效率高的、具有准循环结构的RCM编码矩阵的构造方法。本专利技术提出的RCM编码矩阵的构造方法，包括如下步骤：(1)构造准循环矩阵构造一个大小为m×n的全1基矩阵G'；然后将基矩阵G'中的每一个1扩张成一个单位子矩阵H，得到具有准循环结构的矩阵G；该矩阵的最小环长为4；(2)矩阵消环矩阵环长过短会降低矩阵的性能，故通过消环算法来增大矩阵G的最小环长，从而提升矩阵的性能；采用消环函数，为矩阵G中每个单位子矩阵H(i,j)计算一个移位值pij，移位指该子矩阵内部元素移位；所述H(i,j)代表基矩阵G'中的第i行第j列元素所对应的单位子矩阵；每个H(i,j)按照移位值pij进行循环移位，向右循环移位后，破坏短环成立的条件，使得在扩张后的矩阵中不出现该长度的环；(3)权重分配为矩阵G中每一行中为1的元素分配权重，分配办法是将各个元素1分别随机替换为权重集w＝{w1,w2,…,wn}中的n个权重值；常见的3种编码矩阵权重集，分别为w1＝{±1,±1,±1,±1}，w2＝{±1,±2,±2,±4}和w3＝{±1,±2,±4,±4}；所述权重集w中各元素只用一次；经过权重分配，G即为所需RCM编码矩阵。进一步的，步骤(2)中所述消环函数算法步骤如下：(1)初始化矩阵G'中每个元素的扩张单位子矩阵H(i,j)的初始移位值设置为0；为基矩阵G'中的每个“1”元素建立一个空的表格，又称限制表，用于存放该元素所形成环的所有其他元素；为基矩阵G'中的每一个扩张子矩阵H(i,j)找到其第二代子集{H(i,j'),j'＞j}(与H(i,j)同行不同列)；找到每一个H(i,j')的第二代{H(i',j'),i'＞i}标记为第三代(与H(i,j')同列不同行)；找到H(i',j')的第二代{H(i',j″),j″＞j'}标记为第四代(与H(i',j')同行不同列)；若消4环，找到第二代即可；若消6环，找到第三代；若消8环，找到第四代；依此类推。(2)建立限制表首先检查扩张矩阵G中的每一行每一列的单位子矩阵，若两个第二代H(i1,j')和H(i2,j')在同一列，这两个二代元素与第一代元素共同组成4环；若两个第三代H(i',j1')和H(i',j2')在同一行，这两个三代元素分别与之前的二代以及一代元素共同组成6环；若两个第四代H(i1',j″)和H(i2',j″)在同一列，这两个四代元素分别与之前的三代、二代以及一代元素共同组成8环；(编码矩阵中存在从一个节点出发经过4条、6条、8条不重复的边又回到原节点的环，即4环、6环、8环)将每个被检测到的环即要消掉的环中的所有元素依次放置于之前对应元素建立的空的表格中，建立完成后称该表格为限制表；此处顺序是指从此节点出发又回到此节点所经过的顺序，也即编码矩阵中从一个节点出发经过若干条不重复的边又回到原节点所形成的环，环中节点的顺序；(3)循环移位值计算对被检测到的环中的每个非零元素H(i,j)子单位矩阵，记录其初始移位信息pij，当所有限制条件不满足时pij自增1；直到满足所有的限制条件时，检测环中非零元素的当前循环移位值，选择最小的并保存，其他非零元素的值作为初始值；根据pij对每个单位子矩阵H(i,j)进行循环移位，则可得到单位循环移位的子矩阵。进一步的，所述步骤(3)中所述权重集w分配同时遵守以下两个原则：(1)按照子矩阵H分配原则基矩阵G'中每行有n个1，分别与n个子矩阵H对应。为每个H，从权重集w＝{w1,w2,,wn}中唯一挑选一个元素，作为H的权重值，替换H中的1。按照该原则，编解码电路中，不需要存储矩阵G中m×n个非0权重值的信息，而只需存储m×n个子矩阵H的权重值，从而可节约大量的存储空间。(2)最大值最小化原则的最大值与最小值应尽可能的接近；即各列元素平方和接近相等。由于在本专利技术中所使用的权重集里面的权重元素值正负各占一半，编码后所得编码符号是编码矩阵中的每一列依次与信息比特流进行乘加所得，按照该原则分配的权重值，可以使矩阵G在任意情况下，都能获得较好的解码性能。进一步的，所述步骤(3)中所述权重集w中的元素正、负各占一半。进一步的，所述RCM编码选取的最佳权重集为w3＝{±1,±2,±4,±4}。根据上述方法，即可得到本专利技术所提出的RCM编码矩阵。本方法设计消环算法增大矩阵的最小环长，并设计矩阵权重值的分配策略，提高编码矩阵的解码性能，使其具有更高的频谱效率；矩阵中每个单位子矩阵都进行了循环移位，因此该矩阵具有准循环结构。所述环长，是编码矩阵中存在从一个节点出发经过一定数量的且不重复的边又回到原节点的环状结构，经过的边的数量称之为环长。消环是指破坏掉环成立的条件。附图说明图1RCM编码矩阵构造流程图；图2RCM准循环结构矩阵构造过程；图3权重分配前后的单位循环移位矩阵；图4不同权重集的RCM矩阵与QAM调制的频谱效率；图5RCM级联LDPC与不级联LDPC的频谱效率。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，以下结合附图附表及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1表示RCM准循环编码矩阵的构造过程，具体描述如下。步骤一：RCM准循环编码矩阵的构造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种RCM编码矩阵的构造方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构造准循环矩阵构造一个m×n的全1基矩阵G'；然后将基矩阵G'中的每一个1扩张成一个单位子矩阵H，得到具有准循环结构的矩阵G；该矩阵的最小环长为4；矩阵G'的行数与列数为m，n；(2)矩阵消环采用消环函数，为矩阵G中每个单位子矩阵H(i,j)计算一个移位值pij；所述H(i,j)代表基矩阵G'中的第i行第j列元素所对应的单位子矩阵；每个H(i,j)按照移位值pij进行循环移位后，破坏短环成立的条件，使得在扩张后的矩阵中不出现该长度的环；(3)权重分配为矩阵G中每一行中为1的元素分配权重，分配办法是将各个元素1分别随机替换为权重集w＝{w1,w2,…,wn}中的n个权重值；所述权重集w中各元素只用一次；经过权重分配，G即为所需RCM编码矩阵。

【技术特征摘要】
1.一种RCM编码矩阵的构造方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构造准循环矩阵构造一个m×n的全1基矩阵G'；然后将基矩阵G'中的每一个1扩张成一个单位子矩阵H，得到具有准循环结构的矩阵G；该矩阵的最小环长为4；矩阵G'的行数与列数为m，n；(2)矩阵消环采用消环函数，为矩阵G中每个单位子矩阵H(i,j)计算一个移位值pij；所述H(i,j)代表基矩阵G'中的第i行第j列元素所对应的单位子矩阵；每个H(i,j)按照移位值pij进行循环移位后，破坏短环成立的条件，使得在扩张后的矩阵中不出现该长度的环；(3)权重分配为矩阵G中每一行中为1的元素分配权重，分配办法是将各个元素1分别随机替换为权重集w＝{w1,w2,…,wn}中的n个权重值；所述权重集w中各元素只用一次；经过权重分配，G即为所需RCM编码矩阵。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述消环函数算法步骤如下：(1)初始化基矩阵G'中每个元素的扩张单位子矩阵H(i,j)的初始移位值设置为0；为基矩阵G'中的每个“1”元素建立一个空的表格，用于存放该元素所形成环的所有其他元素；为基矩阵G'中的每一个扩张子矩阵H(i,j)找到其第二代子集{H(i,j'),j'＞j}；找到每一个H(i,j')的第二代{H(i',j'),i'＞i}标记为第三代；找到H(i',j')的第二代{H(i',j”),j”＞j'}标记为第四代；H(i,j)表示基矩阵G'中第i行第j列的扩张子矩阵，H(i,j')表示基矩阵G'中第i行第j'列的扩张子矩阵，H(i',j')表示基矩阵G'中第i'行第j'列的扩张子矩阵，H(i'...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁放，董燕，李雁翎，程红伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42