一种结构化低密度奇偶校验码LDPC的编码、译码方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种结构化低密度奇偶校验码LDPC的编码、译码方法及装置，其中，上述编码方法包括：确定编码使用的基础矩阵，所述基础矩阵包括一个或多个子矩阵，所述子矩阵包括：左上角子矩阵Hb1和左上角子矩阵Hb2，其中，所述左上角子矩阵Hb1和左上角子矩阵Hb2的行数和列数均小于所述基础矩阵Hb的行数和列数，且所述左上角子矩阵Hb1是左上角子矩阵Hb2的左上角子矩阵；根据所述基础矩阵和与所述基础矩阵对应的扩展因子Z，对源信息比特序列进行LDPC编码运算，得到码字序列，其中，Z是大于等于1的正整数。采用本发明专利技术提供的上述技术方案，解决了相关技术中LDPC编译码器无法支持递增冗余HARQ和灵活性不足的问题。冗余HARQ和灵活性不足的问题。冗余HARQ和灵活性不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种结构化低密度奇偶校验码LDPC的编码、译码方法及装置
[0001]本申请是申请号为“201610884876.6”，申请日为“2016年10月10日”，专利名称为“结构化LDPC的编码、译码方法及装置”的中国专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及通信领域，具体而言，涉及一种结构化低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Codes，简称为LDPC)的编码、译码方法及装置。

技术介绍

[0003]随着无线数字通信的发展及各种高速率、突发性强的业务的出现，人们对纠错编码技术提出了愈来愈高的要求，图1为一种典型的数字通信系统。LDPC是一类可以用非常稀疏的奇偶校验矩阵或者二分图定义的线性分组码，最初由Gallager发现，所以称为Gallager码。经过数十年的沉寂，随着计算机硬件和相关理论的发展，MacKay和.Neal重新发现了它，并证明了它具有逼近香农限的性能。最新研究表明，LDPC码具有以下特点：低译码复杂度，可线性时间编码，具有逼近香农限性能，可并行译码，以及在长码长条件下优于Turbo码。
[0004]LDPC码是一种特殊的线性分组码。通信中，每发送一个分组长度为N比特的码字，为了保证其具有一定的纠错能力，需要有M个校验比特，每个码字都要求满足Hx
T
＝0
T
，其中H为二元域上M
×
N维的奇偶校验矩阵。所有的运算都是在二元域GF(2)上进行的，这里加和减是“异或”运算，而乘是“与”运算。
[0005]LDPC码是一种基于稀疏校验矩阵的线性分组码，正是利用它的校验矩阵的稀疏性，才能实现低复杂度的编译码，从而使得LDPC码走向实用化。前面提到的Gallager码是一种正则的LDPC码(regular ldpcc)，而Luby和Mitzenmacher等人对Gallager码进行了推广，提出非正则的LDPC码(irregular ldpcc)。Gallager最初提出的编码具有规则的码结构，其校验矩阵是稀疏矩阵，且每一行具有相同个数的1，每一列也具有相同个数的1。M.G.Luby认为，如果允许校验矩阵的行或者列中非零元的个数发生变化，同时保证矩阵的稀疏性，那么编码的译码算法仍然适用，而编码的性能却能够得到极大的提高，使之能够达到甚至超过Turbo码的性能。这是因为在这种编码结构中，如果对应二分图的左节点和右节点有合适的次数分布(degree distribution)，那么在译码时将会存在一种波状效应(waveform effect)，将极大地提高译码性能。非正则码就是这种允许同种节点有不同次数的低密度的编码，而Gallager最初提出的编码相应的称为正则码。
[0006]LDPC奇偶校验矩阵的图形表示形式是二分图。二分图和校验矩阵之间具有一一对应的关系，一个M*N的奇偶校验矩阵H定义了每个具有N比特的码字满足M个奇偶校验集的约束。一个二分图包括N个变量节点和M个奇偶校验节点。当第m个校验涉及到第n个比特位，即H中第m行第n列的元素Hm，n＝1时，将有一根连线连接校验节点m和变量节点n。二分图中，任何同一类的节点之间都不会有连接，并且二分图中的总边数和校验矩阵中非零元素的个数相等。
[0007]概念girth用来定量描述二分图中的短圈。在图论中，二分图的girth是指一个图中最短圈的圈长，例如：某个二分图有长度为6、8、10、12和长度更长的圈，则该二分图的girth为6，变量节点的girth则指通过该节点的最短圈的圈长，由于一个变量节点唯一对应一个码字比特，所以一个码字比特的girth就是一个变量节点的girth。结构化LDPC码
[0008]结构化LDPC码是一类工业界最流行的LDPC码，具有最广阔的应用，目前出现在IEEE802.11n/ad、IEEE802.16e等国际标准中，这一类LDPC码在学术界又常常被称为准循环LDPC码或多边LDPC码。
[0009]这类LDPC码结构化的LDPC码的奇偶校验矩阵H设为(M
×
z)
×
(N
×
z)矩阵，它是由M
×
N个分块矩阵构成，每个分块矩阵都是z
×
z的基本置换矩阵的不同幂次，基本置换矩阵为单位阵时，它们都是单位阵的循环移位矩阵(文中默认为右移)。通过这样的幂次j就可以唯一标识每一个分块矩阵，单位矩阵的幂次可用0表示，零矩阵一般用
‑
1来表示。这样，如果将H的每个分块矩阵都用它的幂次代替，就得到一个M
×
N的幂次矩阵Hb。这里，定义Hb是H的基础矩阵，H称为Hb的扩展矩阵。在实际编码时，z＝码长/基础矩阵的列数N，称为扩展因子。
[0010]例如，矩阵
[0011][0012]可以用下面的参数z和一个2
×
4的基础矩阵Hb扩展得到：
[0013]z＝3和
[0014]准确的定义如下：(N,K)结构化LDPC码是由大小为(mb
×
z)
×
(nb
×
z)的奇偶校验矩阵H定义，其中奇偶校验矩阵H是由大小为mb
×
nb的基础矩阵Hb、扩展因子z和基本置换矩阵P三个变量确定。信息序列长度K＝(nb
‑
mb)
×
z，码字长度N＝nb
×
z，码率r＝k/n。将基础矩阵Hb中所有元素置换成全0方阵或者基本置换矩阵P的hb
ij
次幂矩阵，得到扩展后奇偶校验矩阵H，其中hb
ij
是Hb中的元素。基础矩阵Hb的定义如下，
[0015][0016]扩展后奇偶校验矩阵H的定义如下，
[0017][0018]因此，也可以说LDPC码的编码器是由基础矩阵Hb，扩展因子z及所选择的基本置换矩阵唯一生成的。根据上述基础矩阵的定义，可以看出在给定扩展因子(一个大于1的整数z)的条件下，基础矩阵和奇偶校验矩阵本质上是一个东西。
[0019]LDPC码编码
[0020]系统分组码的直接编码方法是：把一个码字x划分为N
‑
M个信息比特s和M个校验比特c，相应地，把M
×
N的奇偶校验矩阵H划分为分别对应于信息比特和校验比特的M
×
(N
‑
M)和M
×
M大小的两块，即H＝[A|B]。根据H
×
x＝0，可得：
[0021][0022]于是可以得到A
×
s+B
×
c＝0，进一步推出c＝B
‑1As。当块B采用特殊的矩阵结构，如严格下三角结构(半随机矩阵)、双下三角结构等，则B
‑1具有非常简单的形式，可以直接按照上面式子直接计算得到码字中校验比特部分c，并且可以保证编码器具有线性复杂度。
[0023]也可以采用Richarson线性时间编码算法：奇偶校验矩阵H具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构化低密度奇偶校验码LDPC的编码方法，应用于无线数字通信系统，其特征在于，包括：确定编码使用的基础矩阵Hb，其中，所述基础矩阵Hb包括对应于系统比特的Mb
×
Kb的块A和对应于校验比特的Mb
×
Mb的块B，即Hb＝[A,B]，其中，hb
ij
表示所述基础矩阵Hb的第i行和j列的元素，i是所述基础矩阵Hb的行索引，j是所述基础矩阵Hb的列索引，Kb＝Nb
‑
Mb，Nb是整数,i＝1、
…
、Mb，j＝1,
…
、Nb；所述基础矩阵Hb包括多个子矩阵，所述子矩阵包括：左上角子矩阵Hb1和左上角子矩阵Hb2，其中，所述左上角子矩阵Hb1和左上角子矩阵Hb2的行数和列数均小于所述基础矩阵Hb的行数和列数，且所述左上角子矩阵Hb1是左上角子矩阵Hb2的左上角子矩阵；根据所述基础矩阵Hb和与所述基础矩阵Hb对应的扩展因子Z，对源信息比特序列进行LDPC编码运算，得到码字序列，其中，Z是大于或者等于1的正整数；其中，所述左上角子矩阵Hb1由所述矩阵Hb的前4行和前Kb+4列的交集构成，所述左上角子矩阵Hb1的每一行的对应非零Z
×
Z方阵的元素个数都是Kb
‑
2或Kb
‑
1或Kb或Kb+1或Kb+2，所述左上角子矩阵Hb1的最后四列的方阵是一个左下三角矩阵或者准左下三角矩阵，其中，Nb大于或等于3*Kb，且Kb取值为6到16之间的一个整数；其中，所述左上角子矩阵Hb2的最后Kb
‑
4行和最后Kb
‑
4列的交集构成的子矩阵是一个大小为(Kb
‑
4)
×
(Kb
‑
4)的左下三角矩阵。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源信息比特序列为(Nb
‑
Mb)*Z比特的序列；所述码字序列为Nb*Z比特。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，Nb是取值区间[3*Kb，12*Kb]中的一个正整数。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，增强移动宽带eMMB场景，和，超高可靠和低延迟URLLC场景使用不同的Kb取值。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在增强移动宽带eMMB场景中编码器将使用所述的Hb矩阵来实现LDPC码的编码，在超高可靠和低延迟场景中编码器将使用另外一个基础矩阵来实现LDPC码的编码，其中，所述另一个基础矩阵的所有对应非零方阵的元素的行列位置索引对(i,j)构成的集合是所述基础矩矩阵Hb的所有对应非零方阵的元素的行列位置索引(i,j)对构成的集合的子集。6.一种结构化低密度奇偶校验码LDPC的译码方法，应用于无线数字通信系统，其特征在于，包括：确定译码使用的基础矩阵Hb，其中，所述基础矩阵Hb包括对应于系统比特的Mb
×
Kb的块A和对应于校验比特的Mb
×
Mb的块B，即Hb＝[A,B]，其中，hb
ij
表示所述基础矩阵Hb的第i行和j列的元素，i是所述基础矩阵Hb的行索引，j是所述基础矩阵Hb的列索引，Kb＝Nb
‑
Mb，Nb是整数i＝1、
…
、Mb，j＝1,
…
、Nb；所述基础矩阵Hb包括多个子矩阵，所述子矩阵包括：左上角子矩阵Hb1和左上角子矩阵Hb2，其中，所述左上角子矩阵Hb1和左上角子矩阵Hb2的行数和列数均小于所述基础矩阵Hb的行数和列数，且所述左上角子矩阵Hb1是左上角子矩阵Hb2的左上角子矩阵；根据所述基础矩阵Hb和与所述基础矩阵Hb对应的扩展因子Z，对预设比特数的码字进行译码运算，得到源信息比特序列，其中，Z是大于或者等于1的正整数；
其中，所述左上角子矩阵Hb1由所述矩阵Hb的前4行和前Kb+4列的交集构成，所述左上角子矩阵Hb1的每一行的对应非零Z
×
Z方阵的元素个数都是Kb
‑
2或Kb
‑
1或Kb或Kb+1或Kb+2，所述左上角子矩阵Hb1的最后四列的方阵是一个的左下三角矩阵或者的准左下三角矩阵，其中，Nb大于或等于3*Kb，且Kb取值为6到16之间的一个整数；其中，所述左上角子矩阵Hb2的最后Kb
‑
4行和最后Kb
‑
4列的交集构成的子矩阵是一个大小为(Kb
‑
4)
×
(Kb
‑
4)的左下三角矩阵。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述源信息比特序列为(Nb
‑
Mb)*Z比特的序列；所述预设比特数为Nb*Z比特。8.一种结构化低密度奇偶校验码LDPC的编码装置，应用于无线数字通信系统，其特征在于，包括：确定模块，用于确定编码使用的基础矩阵Hb，其中，所述基础矩阵Hb包括对应于系统比特的Mb
×
Kb的块A和对应于校验比特的Mb
×
Mb的块B，即Hb＝[A,B]，其中，hb
ij
表示所述基础矩阵Hb的第i行和j列的元素，i是所述基础矩阵Hb的行索引，j是所述基础矩阵Hb的列索引，Kb＝Nb
‑
Mb，Nb是整数，i＝1、
…
、Mb，j＝1,
…
、Nb；所述基础矩阵Hb包括多个子矩阵，所述子矩阵包括：左上角子矩阵Hb1和左上角子矩阵Hb2，其中，所述左上角子矩阵Hb1和左上角子矩阵Hb2的行数和列数均小于所述基础矩阵Hb的行数和列数，且所述左上角子矩阵Hb1是左上角子矩阵Hb2的左上角子矩阵；编码模块，用于根据所述基础矩阵Hb和与所述基础矩阵Hb对应的扩展因子Z，对源信息比特序列进行LDPC编码运算，得到码字序列，其中，Z是大于等于1的正整数；其中，所述左上角子矩阵Hb1由所述矩阵Hb的前4行和前Kb+4列的交集构成，所述左上角子矩阵Hb1的每一行的对应非零Z
×
Z方阵的元素个数都是Kb
‑
2或Kb
‑
1或Kb或Kb+1或Kb+2，所述左上角子矩阵Hb1的最后四列的方阵是一个左下三角矩阵或者准左下三角矩阵，其中，Nb大于或等于3*Kb，且Kb取值为6到16之间的一个整数；其中，所述左上角子矩阵Hb2的最后Kb
‑
4行和最后Kb
‑
4列的交集构成的子矩阵是一个大小为(Kb
‑
4)
×
(Kb
‑
4)的左下三角矩阵。9.根据权利要求8所述的装...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：