一种基于并行矢量消息传递算法的LDPC码字扩展方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于并行矢量消息传递算法的LDPC码字扩展方法及系统，本方法引入了一个考虑所有的短环的新的环度量CM，将Tanner图中的所有小于某个长度的短环看作一个整体，用参数CM来评定其对总体性能的影响从而使整体矩阵达到最优。本方法降低了误码率平台，从而得到性能较好的LDPC码。

A LDPC codeword expansion method and system based on parallel vector message transfer algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于并行矢量消息传递算法的LDPC码字扩展方法及系统
本专利技术属于通信
，尤其涉及一种基于并行矢量消息传递(PMP)算法的LDPC码字扩展方法及系统。
技术介绍
前向纠错(FEC)技术是通信系统中不可或缺的技术。基于稀疏奇偶校验矩阵的线性分组码-低密度奇偶校验码(LDPC)的性能接近香农极限，是目前通信和存储系统，如Wimax和模式化媒体存储的DVB-S2、IEEE802.11、IEEE802.16e标准中最流行的差错控制编码技术之一。近年来，5G移动通信中的一种标准信道码也采用了LDPC码。其中，得益于低复杂度和简单的硬件实现，准循环低密度奇偶校验码(QC-LDPC)是应用最广泛的LDPC码。由于不同的通信系统对存储空间，误码率等要求不同，我们经常需要不同长度的QC-LDPC码。因此，大量的研究集中在基于给定的QC-LDPC码字基础上得到不同长度的新的QC-LDPC码字，其中，扩展是获得长码的一种经典的方法。传统的QC-LDPC码字扩展方法使用的度量只考虑了Tanner图中最短环的长度和最短环的数量，因此其在衡量码字的性能时有一定的不足，无法满足通信系统日益增长的性能需求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种基于并行矢量消息传递算法的LDPC码字扩展方法及系统，其在传统方法只考虑最短环的基础上引入了较短环的长度和个数，并引进了一种新的环度量(CM)，有效提高了码字的纠错性能。一种基于并行矢量消息传递算法的LDPC码扩展方法，所述LDPC码C0，其校验矩阵为H0，子矩阵为一个Z0×Z0的循环移位矩阵，指数矩阵为E(H0)＝(aij),扩展后的LDPC码C1，其校验矩阵为H1，子矩阵是一个Z1×Z1的循环移位矩阵,其中Z1＝qZ0，扩展倍数为q，指数矩阵为E(H1)＝(bij)，其步骤包括：1)使用E(H0)初始化E(H1)，并对H0中每一个非零矩阵位置，用代替H1中的相应位置，其中bij在aij,aij+Z0,aij+2Z0,…,aij+(q-1)Z0中取值，且计算所有可能取值对应的Tanner图的参数CM；2)选择参数CM值最小相对应的bij和相应的子矩阵在对应的位置，并更新H1和E(H1)；3)顺次重复步骤1和步骤2，将H1的每一个非零矩阵位置更新为新的子矩阵输出E(H1)，并展开所有的子矩阵得到最终的校验矩阵H1。进一步地，所述LDPC码为一QC-LDPC码。进一步地，所述QC-LDPC码为一奇偶校验矩阵，包括零矩阵和循环移位矩阵。进一步地，所述QC-LDPC码C0与C1的母矩阵具有相同构造。进一步地，所述QC-LDPC码校验矩阵中循环矩阵为零矩阵的位置对应的母矩阵相应位置为0，其他位置为1。进一步地，计算所述E(H1)的列重，并根据列重的从小到大，依次用代替H1中的相应位置。进一步地，Tanner图的参数CM的计算，其步骤包括：1)对Tanner图中所有边所代表的矢量信息进行初始化；2)在迭代过程中，记录从c2v或从v2c的边的信息更新时的不同矢量的数目，并记录相应边矢量的数目，其中c2v为从校验节点ci到变量节点vj，v2c为从校验节点ci到变量节点vj；3)根据停止时每条边的最后一次c2v的信息计算包括这条边的所有环的数量，得到包括边Ej,i的cycle-2l的数量，其中cycle-2l表示在Tanner图里环长为2l的环，l为迭代次数；4)根据包括边Ej,i的cycle-2l的数量，计算边Ej,i对应的参数CM；5)将变量节点vj相连接边Ej,i的CM相加，计算变量节点vj的CM；6)将Tanner图所有变量节点vj的CM相加，计算出Tanner图的总CM。进一步地，Tanner图中的边的数目是一个定值，当所述cycle-2l的数目减少时，其他长度的环的数目增加。一种基于并行矢量消息传递算法的LDPC码扩展系统，所述LDPC码为一QC-LDPC码C0，其校验矩阵为H0，子矩阵为一个Z0×Z0的循环移位矩阵，指数矩阵为E(H0)＝(aij)，扩展后的LDPC码C1，其校验矩阵为H1，子矩阵是一个Z1×Z1的循环移位矩阵,其中Z1＝qZ0，扩展倍数为q，指数矩阵为E(H1)＝(bij)，其包括：1)参数CM计算模块，用以使用E(H0)初始化E(H1)，并对H0中每一个非零矩阵位置，用代替H1中的相应位置，其中bij在aij,aij+Z0,aij+2Z0,…,aij+(q-1)Z0中取值，且计算所有可能取值对应的Tanner图的参数CM；2)扩展值选取模块，用以选择参数CM值最小相对应的bij和相应的子矩阵在对应的位置，并更新H1和E(H1)；3)扩展LDPC码输出模块，用以将H1的每一个非零矩阵位置更新为新的子矩阵输出E(H1)，并展开所有的子矩阵得到最终的校验矩阵H1。进一步地，所述QC-LDPC码C0与C1的母矩阵具有相同构造。本专利技术在传统方法只考虑最短环的基础上引入了较短环的长度和个数，引进了一种新的环度量(CM)，以提高LDPC码的性能并尽可能降低误码率平台。附图说明图1、LDPC码的Tanner示例图。图2、基于CM的LDPC码扩展方法的流程图。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晰，下面通过具体实施例和附图对本专利技术进行进一步详细阐述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一个QC-LDPC码是用一个奇偶校验矩阵来描述的，包括零矩阵和循环移位矩阵，这个奇偶校验矩阵的形式如下：为一个M×N的矩阵，是一个Z×Z的循环移位矩阵，aij取值为{-1,0,1,2,…,Z-1}。当aij＝-1时，为零矩阵；当aij＝0时，为单位矩阵；当aij为其他值时，为单位矩阵相应向右循环移位aij次。在H矩阵所表示的Tanner图中，N＝n×Z为变量节点(VN)数目，M＝m×Z为校验节点(CN)数目，记定义H矩阵的对应母矩阵M(H)如下：为一个m×n的二进制矩阵，H矩阵中循环矩阵为零矩阵的位置对应的M(H)相应位置为0，其他位置为1。众所周知，LDPC码可以用Tanner图表示，请参考附图1，Tanner图中的短环被认为对LDPC码的性能有害。围长越长，短环越少，码字性能越好。设定Ne为一个Tanner图中所有边的数量，vj表示第j个变量节点(j＝0,1,...,N-1)，ci表示第i个校验节点i＝0,1,…M-1，Ej,i表示连接vj和ci的边，cycle-2l表示在Tanner图里环长为2l的环，其中l为迭代次数。传统的扩展方法以围长和最短环的数量作为判断H矩阵是否最优的度量参数，其关键点在于是使对应的围长最大化，最短环的数量最小化。但这种方法主要用于短码中，而对于较长的码，其围长和最短环的数量变化不大，导致码的性能不能得到有效提升。本专利技术提出一种基于PMP算法的LDPC码扩展方法。并行矢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于并行矢量消息传递算法的LDPC码扩展方法，所述LDPC码C

【技术特征摘要】
1.一种基于并行矢量消息传递算法的LDPC码扩展方法，所述LDPC码C0，其校验矩阵为H0，子矩阵为一个Z0×Z0的循环移位矩阵，指数矩阵为E(H0)＝(aij),扩展后的LDPC码C1，其校验矩阵为H1，子矩阵是一个Z1×Z1的循环移位矩阵,其中Z1＝qZ0，扩展倍数为q，指数矩阵为E(H1)＝(bij)，其步骤包括：
1)使用E(H0)初始化E(H1)，并对H0中每一个非零矩阵位置，用代替H1中的相应位置，其中bij在aij,aij+Z0,aij+2Z0,…,aij+(q-1)Z0中取值，且计算所有可能取值对应的Tanner图的参数CM；
2)选择参数CM值最小相对应的bij和相应的子矩阵在对应的位置，并更新H1和E(H1)；
3)顺次重复步骤1和步骤2，将H1的每一个非零矩阵位置更新为新的子矩阵输出E(H1)，并展开所有的子矩阵得到最终的校验矩阵H1。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LDPC码为QC-LDPC码。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述QC-LDPC码为一奇偶校验矩阵，包括零矩阵和循环移位矩阵。


4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述QC-LDPC码C0与C1的母矩阵具有相同构造。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，QC-LDPC码校验矩阵中的循环矩阵为零矩阵的位置对应的所述母矩阵相应位置为0，其他位置为1。


6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述E(H1)的列重，并根据列重的从小到大，依次用代替H1中的相应位置。


7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，Tanner图的参数CM的计算，其步骤包括：
1)对Tanner图中所有边所代表的矢量信息进行初始化；
2)在迭代过程中，记录从c2v或从v2c的边的信息更新时的不同矢量的数目，并记录相应...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡嘉哲，杨川川，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11