一种基于围长约束与EMD的低错误平层LDPC码构造方法技术

本发明专利技术涉及一种基于围长约束与EMD的低错误平层LDPC码构造方法，该方法针对LDPC码在高信噪比区域易出现错误平层现象，利用围长约束和EMD提升环的连通性，降低陷阱集出现的概率，最终达到降低错误平层的目的。其方法过程为：首先以PEG算法为基础，通过围长约束并设定变量节点EMD阈值逐列构造得到初始矩阵，然后新增一个校验节点，进一步提升环的连通性得到最终的校验矩阵。仿真结果表明，所构造的码率为0.5的PGAE‑LDPC(3024,1512)码与同码长码率的两种LDPC码型相比，其纠错性能更为优越，且该码型在信噪比2.2dB以后并未出现明显的错误平层。因而该方案能满足通信系统中低错误平层的要求。

A Low Error Layered LDPC Code Construction Method Based on Circumference Constraint and EMD

【技术实现步骤摘要】
一种基于围长约束与EMD的低错误平层LDPC码构造方法
本专利技术属于信号处理领域，涉及信道编码中LDPC码的构造方法。该方法主要是将环分布和环的连通性综合考虑进行LDPC码构造。
技术介绍
通信系统设计的目的在于能够保证信息有效可靠地传输，但传输过程中存在噪声等干扰。信道编码技术是通过在有效信息中添加少量的冗余信息来发现并纠正传输过程中噪声导致的误码，其本质是在有效性和可靠性之间找到合适的折中点。信道编码技术历经几代的发展，现已确定了以低密度奇偶校验(Low-DensityParity-paritycheck,LDPC)码为主的技术路线。LDPC码作为一种具有稀疏校验矩阵的线性分组码，易于进行理论分析和研究，构造灵活，它的性能逼近香农限，译码也比较简单且可实行并行操作，适合硬件地实现，是一种具有较好纠错性能的好码。LDPC码在高信噪比区域译码存在错误平层(ErrorFloor)影响着通信系统误码率性能，为了能够有效提升在高信噪比区域的纠错性能，LDPC码的错误平层问题成为了一个研究热点。错误平层是指在一定的高信噪比区域LDPC码误码率性能曲线突然从降水曲线开始变为平缓曲线的现象。其出现的根本原因是相近码字和低重量码字的存在。由于低重量的相近码字只有很少的校验位，所以当信噪比足够大且置信传播译码迭代次数足够多时，仍然不能对其正确区分。目前一些有关低错误平层LDPC码的研究文献中，都是单独从某一类易错子结构对LDPC码错误平层的影响入手来降低错误平层，例如从环的连通性方面考虑的方面考虑，就会忽略过多较短环路对误码性能的影响，如果仅从增大校验矩阵的围长方面考虑，且由于环长并非是越大，纠错性能就越好，因而就难以避免会出现过多的连通性差的长环，这同样会影响LDPC码的纠错性能。当前，在LDPC码的随机构造方法中，研究者通常使用渐进边增长(ProgressiveEdgeGrowth,PEG)算法，通过扩大校验矩阵对应的Tanner图中的围长或者平均围长来构造出校验矩阵，但是这种方法会使得校验矩阵中存在连通性差的环。额外信息度(ExtrinsicMessageDegree,EMD)和近似环额外信息度(ApproximateCycleExtrinsicMessageDegree,ACE)可以用来度量环的连通性，因此，本专利技术用EMD值来约束校验矩阵中存在的环的连通性，提出了一种基于环分布和EMD的低错误平层LDPC码构造方法。该方法可以在增大校验矩阵平均围长的基础上，提高Tanner图中环的连通性，可以有效地降低错误平层，提升码字的纠错性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于环分布和EMD的低错误平层LDPC码构造方法，通过增大校验矩阵的平均围长，并提高Tanner图中环的连通性，以达到有效降低错误平层，提升码字的纠错性能的目的。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于围长约束与EMD的低错误平层LDPC码构造方法，包括：1.首先，使用改进的算法构造(m-1,n)的矩阵H1，对H1中的环的连通性进行局部优化；改进算法的流程归纳如下：步骤1设置矩阵的大小为(m-1,n)，设置平均围长阈值γav，EMD阈值η，变量节点序号为i，且i＝1,2,...,n，初始化i＝n。步骤2在符合设定度分布的条件下，随机生成第i个变量节点对应的列向量。步骤3若i-n+1≤m，判断新生成的列向量是否与之前生成的列向量线性无关，若线性无关，执行步骤4，否则执行步骤2。步骤4计算当前节点的平均围长gav，并计算构成最小环的变量节点EMD之和值ηi。步骤5若gav≥γav且ηi≥η，令i＝i-1，执行步骤6，否则执行步骤2。步骤6若i＝0，算法结束，否则执行步骤2。2.然后，利用基于树图的环搜索方法遍历搜索H1中的所有不大于lth的环，并计算其中包含的变量节点的EMD值和对应变量节点的序号，并记录到列表φ中，再筛选出φ中的最小EMD值，并按照出现次数从多到少对变量节点进行排序，分别记为vmi,i＝1,2,...。通过添加一个校验节点cm，将cm与vmi相连，判断是否存在长度小于γav的环，若不满足，则删去连接的边，选择下一个变量节点相连，直到cm的度接近校验节点的平均度分布，得到一个n维行向量hm，此时完成了对构成环的数量过多的变量节点的连通性进一步优化。3.最后，将H1和hm如式(1)所示进行合并，得到最终的校验矩阵H。本专利技术的有益效果在于：首先利用PEG算法为基础，通过围长约束增大校验矩阵的平均围长，并设定变量节点EMD阈值初步增大矩阵中环的连通性，逐列构造得到初始矩阵，搜索得到构成环的变量节点的EMD值并排序，得到构成环最多的且EMD最小的变量节点，然后在初始矩阵对应的Tanner图中增加一个校验节点，在不构成短环的情况下，将搜索到的变量节点与新增的变量节点相连，进一步提升环的连通性得到最终的校验矩阵。通过该方案设计的LDPC码型的围长为8，不仅能够有效改善LDPC码中存在的错误平层，且码长码率可灵活设计，因而能够满足通信系统对纠错码码长码率可灵活选择和错误平层低的需求。仿真结果表明，在同等条件下，本专利技术基于围长约束和EMD构造的PGAE-LDPC码的纠错性能优于基于经典PEG算法构造的PEG-LDPC码和基于PEG和ACE构造的PEG-ACE-LDPC码。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术方法的技术路线图；图2为基于本专利技术构造的码率为0.5的PGAE-LDPC(3024,1512)码与其他LDPC码的纠错性能仿真对比图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。1.结合附图1说明，首先，以PEG算法为框架，构造大小为(m-1,n)的初始矩阵H1。PEG算法是一种经典的随机构造法，其核心思想是利用贪心算法在满足度分布的条件下，不断添加校验节点与变量节点之间的边。其中，校验矩阵中的各个节点的度分布定义如式(2)所示：在(2)式中，dv表示所有校验节点与某一变量节点连接的边数的最大值，即最大列重，dc表示所有变量节点与某一校验节点连接的边数的最大值，即最大行重，λi表示校验节点与所有度为i的变量节点之间连接的边数占Tanner图中总的边数的百分比，ρi表示变量节点与所有度为i的校验节点之间连接的边数占总的边数的百分比。通常在初始构造阶段，Tanner图仅包含校验节点，在构造过程中每添加一个变量节点都选取满足最大围长的校验节点与其相连。虽然PEG构造在添加新边时能保证环的长度尽可能大，但是其不能从全局的角度出发对校验矩阵中的环结构进行优化，这就会导致大量公共节点的存在，在一定程度上会影响迭代译码的性能。下面给出PEG构造的具体过程：在构造大小为m×n的校验矩阵时，首先选取适合的密度进化序列，对每个变量节点的度分布进行初始化，用dv(j)表示。用Ev(j)表示与当前变量节点相连的边的集合。以vj为根节点，在Tanner图中将其扩展成深度为l的树图结构，表示树图中所有校验节点的集合。表示在校验节点{cj}的集合中除去后余下校验节点的集合。另外，所有满足的校验节点都可作为vj连接的边。LDPC码可以用Tanner图来表示，Tanner图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于围长约束与额外信息度(extrinsic message degree,EMD)的低错误平层低密度奇偶校验(low‑densityparity‑check,LDPC)码构造方法，其特征在于：针对LDPC码在高信噪比区域出现的误码率曲线由降水曲线变为平缓的错误平层现象，利用围长约束和EMD提升环的连通性，降低陷阱集出现的概率，最终达到降低错误平层的目的。其方法过程为：首先利用PEG算法为基础，通过围长约束增大校验矩阵的平均围长，并设定变量节点EMD阈值初步增大矩阵中环的连通性，逐列构造得到初始矩阵，搜索得到构成环的变量节点的EMD值并排序，得到构成环最多的且EMD最小的变量节点，然后在初始矩阵对应的Tanner图中增加一个校验节点，在不构成短环的情况下，将搜索到的变量节点与新增的校验节点相连，进一步提升环的连通性得到最终的校验矩阵。

【技术特征摘要】
1.一种基于围长约束与额外信息度(extrinsicmessagedegree,EMD)的低错误平层低密度奇偶校验(low-densityparity-check,LDPC)码构造方法，其特征在于：针对LDPC码在高信噪比区域出现的误码率曲线由降水曲线变为平缓的错误平层现象，利用围长约束和EMD提升环的连通性，降低陷阱集出现的概率，最终达到降低错误平层的目的。其方法过程为：首先利用PEG算法为基础，通过围长约束增大校验矩阵的平均围长，并设定变量节点EMD阈值初步增大矩阵中环的连通性，逐列构造得到初始矩阵，搜索得到构成环的变量节点的EMD值并排序，得到构成环最多的且EMD最小的变量节点，然后在初始矩阵对应的Tanner图中增加一个校验节点，在不构成短环的情况...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建国，王宏森，张希瑞，范福卓，袁梦，刘家齐，庞宇，林金朝，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50