多码率多码长ＱＣ－ＬＤＰＣ码构建方法及编码调制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多码率多码长ＱＣ－ＬＤＰＣ码构建方法及编码调制与解调译码系统，该方法包括步骤：Ｓ１．按照第ｋ种码率要求，构建ＱＣ－ＬＤＰＣ母码的基矩阵Ｔｋ；Ｓ２．按照第一码长要求，确定对应于第一码长的子矩阵阶数ｂ１；Ｓ３．设计各ＣＳＭ的偏移地址δｍ，ｎ，得到第ｋ种码率下对应于第一码长的偏移地址矩阵Ａｋ，１；Ｓ４．在第一码长下，从Ａｋ，１开始，逐次对前高一级或前低一级码率的偏移地址矩阵进行列删除或列插入，得到第一码长下对应于全部码率的偏移地址矩阵Ａｉ，１；Ｓ５．对Ａｉ，１进行准循环子矩阵扩展，得到第一码长下对应于全部码率的ＱＣ－ＬＤＰＣ码的校验矩阵Ｈｉ，１本发明专利技术的方法及系统可在获得优良性能的前提下提高编码调制系统的灵活性、可扩展性和多业务适用性，同时保证较低的硬件实现复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字信息传输
，尤其涉及一种多码率多码长QC-LDPC码构建 方法及兼容该方法构建的QC-LDPC码的编码调制系统与解调译码系统。
技术介绍
数字通信系统，包括典型的无线移动通信系统和地面数字广播系统，其根本任务 之一是实现数字信息的高效可靠传输。利用信道编码进行差错控制是实现这一根本任务的 有效方法和手段。为了适应数字信息在常见模拟信道环境下的传输需求，信道编码技术通 常需要与数字调制技术结合。信道编码与调制的结合构成编码调制系统，它是数字通信系 统发射端的子系统，也是其核心模块之一，对应的编码调制技术也是数字通信系统的核心 技术。与编码调制系统相对应，解调和信道译码的结合构成数字通信系统接收端的解调译 码系统，对应的解调译码技术也是数字通信系统的核心技术。低密度奇偶校验(LowDensity Parity Check，LDPC)码，是由 Robert G. Gallager 于1962年提出的一类基于稀疏校验矩阵的特殊线性分组码。它通常由校验矩阵H进行 描述，校验矩阵H的化零空间即LDPC码的码字空间，其主要特点是校验矩阵具有稀疏性。 LDPC码不仅有逼近香农限的良好性能，而且译码复杂度较低，结构灵活，是近年来信道编码 领域的研究热点，目前已广泛应用于深空通信、光纤通信、地面及卫星数字多媒体广播等领 域。LDPC码成为第四代无线移动通信系统和新一代数字电视地面广播传输系统信道编码方 案的强有力竞争者，而基于LDPC码的信道编码方案已经被多个通信与广播标准所采纳，如 IEEE802. 16e、IEEE802. 3an、DVB-T2、DVB-S2,以及中国数字电视地面广播传输标准(DTMB)寸。LDPC (N, K)码具有(N_K) XN维的H矩阵，其中，N为码字长度(简称码长)，K为 信息位长度，N-K 一般称作校验位长度，对应码率为K/N。图1 (a)和图1 (b)分别表示传统的LDPC码编码调制系统，及其对应的解调译码系 统。如图1(a)所示，在编码调制端，输入信息比特经LDPC编码得到编码比特，再经星座映射 (即调制)得到输出符号，完成编码调制。在解调译码端，通常采用软入软出的星座解映射 (即解调，后文简称解映射)和LDPC译码技术，此时，比特以比特软信息表示。如图1(b)所 示，包含信道状态信息的接收符号，经解映射得到对应的待译码比特软信息，再经LDPC译 码得到输出信息比特，完成解调译码。准循环(Quasi-Cyclic，QC) -LDPC码是LDPC码的一个重要子类，它的校验矩阵和 生成矩阵均具有准循环形式。利用校验矩阵的准循环结构，QC-LDPC码可以通过比较简单 的电路结构设计编码器，可以采用半并行结构设计译码器，有效降低编译码的硬件实现复 杂度。同时，QC-LDPC码也能够提供优异的纠错性能。因此，QC-LDPC码被广泛应用，DTMB 标准的信道编码方案已经采用QC-LDPC码。QC-LDPC (N, K)码的校验矩阵由Μ。X N。个子矩阵组成，其中，M。= (N-K) /b，N。= N/ b，b是子矩阵的阶数。每个子矩阵的大小相同，都是bXb的方阵，这些方阵或者是全零矩阵，或者是循环行列式矩阵(Circulant Matrix) 0其中，循环行列式矩阵的特点是，其每一 行都是它的上一行的右循环移位，而第一行是最后一行的右循环移位。QC-LDPC码的循环行 列式矩阵一般由单位矩阵平移得到，此时，一个循环行列式矩阵的一行或一列中只有一个 非零元素，由其偏移地址唯一确定。为描述方便，根据QC-LDPC码校验矩阵的准循环结构，首先进行如下解释子矩阵(Sub-Matrix) =QC-LDPC码的H矩阵由Mc X Nc个子矩阵组成，子矩阵 或者是循环行列式矩阵，或者是全零矩阵，分别定义为循环行列式子矩阵(Circulant Sub-Matrix, CSM)，和全零子矩阵(ZeroSub-Matrix，ZSM)。基矩阵T 即QC-LDPC码H矩阵的模板矩阵(Template Matrix, T矩阵)。T矩阵 为M。XN。阶矩阵，元素只有1和0两种，其中每个元素1代表H矩阵中的一个循环行列式子 矩阵，每个元素0代表一个全零子矩阵。偏移地址=QC-LDPC码H矩阵中的CSM较单位矩阵向右偏移的位置δ m,n定义为编 号m，n的CSM的偏移地址，0彡δ m,n彡b_l，其中m、n分别表示该CSM对应元素位于T矩阵 中的行、列编号，1彡m彡M。，1彡η彡N。，且m、η只对T矩阵中的元素1存在取值。偏移地址矩阵A 当子矩阵阶数b和各CSM的偏移地址δ m, n确定后，将原T矩阵 中的元素1用相应位置的偏移地址δ m,n加1的值替换，得到的M。XN。阶矩阵定义为偏移地 址矩阵(简称A矩阵)。由上述解释可知，T矩阵作为QC-LDPC码H矩阵的模板矩阵，仅缺少各CSM的偏移 地址S m,n的信息，以及子矩阵阶数b的信息；但当b和δ m,n确定后，A矩阵即可作为H矩 阵的简化表示形式。A矩阵与H矩阵唯一对应，H矩阵由A矩阵进行准循环子矩阵扩展后得 到。兼容多种码率(简称多码率)的信道编码方案在数字广播、移动通信等实际系统 中具有很强的应用价值。如DTMB标准即采用了 3种码率的非规则QC-LDPC码作为信道编 码方案。该方案3种码率下的码长N相同，信息位长度K选取不同的值从而得到不同的码 率，同时校验位长度N-K也不同，S卩，3种码率下的H矩阵的列数相同，但行数不同，这样使得 各个H矩阵存在较大差异。图2(a)和图2(b)分别表示传统的多码率LDPC码的编码调制 系统，及其对应的解调译码系统。传统的多码率LDPC码的构建，大多是根据不同码率的要 求分别构建不同的H矩阵，然后分别进行编码或译码操作。由于各个码率的H矩阵相对独 立，其差别较大，在硬件实现多码率合一的编码调制及解调译码系统时，往往难以进行有效 的整体优化，使得硬件实现复杂度较高。兼容多种码长(简称多码长)的信道编码方案来源于传输系统支持多种 业务模式的需求。长码一般应用于广播、卫星通信，而移动通信、电力线通信(Power Line Communication, PLC)等业务一般要求采用短码。空间数据系统咨询委员会(The Consultative Committee forSpace Data Systems，CCSDS)用于深空通信的 LDPC 码、 DVB-T2的LDPC码以及LTE的Turbo码，都采用不同码长的信道编码方案。图3 (a)和图 3(b)分别表示传统的多码长LDPC码编码调制系统，及与其对应的解调译码系统。传统的多 码长LDPC码的构建，大多是根据不同码长的要求分别构建不同的H矩阵，然后分别进行编 码或译码操作。由于各个码长的H矩阵相对独立，其差别较大，在硬件实现多码长合一的编 码调制及解调译码系统时，往往难以进行有效的整体优化，使得硬件实现复杂度较高。一般来说，信道编码是针对无记忆信道设计和优化的，为了适应接收端的信道 译码，提高编码调制系统的分集阶数(Diversity Order)，最常见的手段是采用交织技 术使得输入给星座解映射和信道译码单元的信息体现出近似无记忆特性。近年来编码 调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多码率多码长ＱＣ－ＬＤＰＣ码构建方法，其特征在于，该方法包括步骤：Ｓ１．按照要构建的多码率中的第ｋ种码率要求，构建ＱＣ－ＬＤＰＣ母码的基矩阵Ｔ↓［ｋ］；Ｓ２．按照要构建的多码长中的第一码长要求，确定对应于所述第一码长的子矩阵阶数ｂ↓［１］；Ｓ３．以所述基矩阵Ｔ↓［ｋ］为基础，根据所述子矩阵阶数ｂ↓［１］，设计各循环行列式子矩阵的偏移地址δ↓［ｍ，ｎ］，得到所述第ｋ种码率下对应于所述第一码长的偏移地址矩阵Ａ↓［ｋ，１］，其中，ｍ、ｎ分别表示循环行列式子矩阵对应元素位于所述基矩阵中的行、列编号；Ｓ４．在所述第一码长下，按照要构建的多码率中低于或高于所述第ｋ种码率的码率要求，对所述偏移地址矩阵Ａ↓［ｋ，１］进行列删除或列插入，得到对应于第ｋ－１或ｋ＋１种码率的偏移地址矩阵Ａ↓［ｋ－１，１］或Ａ↓［ｋ＋１，１］，并依此类推，逐次对高一级或低一级码率的偏移地址矩阵进行列删除或列插入，最终得到所述第一码长下对应于全部Ｉ种码率的偏移地址矩阵Ａ↓［ｉ，１］，ｉ＝１，２，．．．，Ｉ，其中，Ｉ为所述要构建的多码率多码长ＱＣ－ＬＤＰＣ码中码率的个数，为大于１的正整数；Ｓ５．对所述全部Ｉ种码率的偏移地址矩阵Ａ↓［ｉ，１］进行准循环子矩阵扩展，得到所述第一码长下对应于全部Ｉ种码率的校验矩阵Ｈ↓［ｉ，１］。...

【技术特征摘要】
1.一种多码率多码长QC-LDPC码构建方法，其特征在于，该方法包括步骤51.按照要构建的多码率中的第k种码率要求，构建QC-LDPC母码的基矩阵Tk；52.按照要构建的多码长中的第一码长要求，确定对应于所述第一码长的子矩阵阶数b1;53.以所述基矩阵Tk为基础，根据所述子矩阵阶数、，设计各循环行列式子矩阵的偏移 地址δ m, n，得到所述第k种码率下对应于所述第一码长的偏移地址矩阵Au，其中，m、η分 别表示循环行列式子矩阵对应元素位于所述基矩阵中的行、列编号；54.在所述第一码长下，按照要构建的多码率中低于或高于所述第k种码率的码率要 求，对所述偏移地址矩阵Au进行列删除或列插入，得到对应于第k-Ι或k+Ι种码率的偏 移地址矩阵A1^1或A1^1，并依此类推，逐次对高一级或低一级码率的偏移地址矩阵进行列 删除或列插入，最终得到所述第一码长下对应于全部I种码率的偏移地址矩阵Aiil，i = 1， 2，...，1，其中，I为所述要构建的多码率多码长QC-LDPC码中码率的个数，为大于1的正整 数；55.对所述全部I种码率的偏移地址矩阵Aiil进行准循环子矩阵扩展，得到所述第一码 长下对应于全部I种码率的校验矩阵Hu。2.如权利要求1所述的多码率多码长QC-LDPC码构建方法，其特征在于，该方法还包括 步骤56.由所述第一码长下的全部I种码率的偏移地址矩阵Aiil反推得到全部I种码率的 基矩阵Ti ；57.按照所要构建的多码长中的码长要求，确定对应于第j种码长的子矩阵阶数Ivj =2，3，. . .，J，J为所要构建的多码率多码长QC-LDPC码中码长的个数，为大于1的正整数；58.以各码率下的基矩阵Ti为基础，根据所述子矩阵阶数Iv从T1开始，按码率由低到 高逐次对Ti设计各循环行列式子矩阵的偏移地址δ m,n，逐次得到所述第j种码长下全部I 种码率的偏移地址矩阵Ay;59.对所述偏移地址矩阵Am进行准循环子矩阵扩展，得到所述第j种码长下对应于全 部I种码率的校验矩阵Hiij ；S10.若已得到全部码率和码长下的校验矩阵，则结束，否则，返回步骤S7。3.如权利要求1或2所述的多码率多码长QC-LDPC码构建方法，其特征在于，在步骤 S4中，所述对偏移地址矩阵进行列删除的方法为在尽量满足对应码率的最优列重度分布 的条件下，选择性地将原偏移地址矩阵中的选定列删除。4.如权利要求1或2所述的多码率多码长QC-LDPC码构建方法，其特征在于，在步骤 S5中，所述对偏移地址矩阵进...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨知行，刘在爽，雷伟龙，钱辰，彭克武，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[]