LDPC码校验矩阵的构造方法、装置和编码方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提出了一种LDPC码校验矩阵的构造方法，包括：构造一个产生码率为R、码长为N的LDPC码的MB×NB维的过度基础矩阵BT，其中MB＝M/K，NB＝N/K，M＝N(1-R)，K为过度基础矩阵的扩张比，K∈Φ，Φ为M和N的公因子的集合；用K×K维的矩阵替换过度基础矩阵BT中的元素，将过度基础矩阵BT扩张为M×N维的过度矩阵HT；去除过度矩阵HT中至少一个K×K维的矩阵的至少一个元素“1”以获得检验矩阵H，校验矩阵H具有优化的行重分布和/或列重分布，用于进行LDPC码的编码和/或译码。还提出了一种LDPC码校验矩阵的构造装置和编码方法及系统。

【技术实现步骤摘要】
LDPC码校验矩阵的构造方法、装置和编码方法及系统
本专利技术涉及无线通信领域，具体而言，本专利技术涉及低密度奇偶校验(LDPC)码校验矩阵的构造方法、装置和编码方法及系统。
技术介绍
香农(Shannon)在著名的“通信的数学理论”中，阐明了在有噪声信道中实现可靠传输的途径是编码。他提出了有噪声信道中信息可传输的最大速率，即信道容量；同时也推导出了信息可无错误传输所需的最小信噪比值，被称为Shannon极限。虽然Shannon的信道编码理论给出了最佳编码的极限性能，但并没有给出具体的编码方案。以此为基础，人们一直致力于寻找性能上接近Shannon极限的编码方案。LDPC码最早由加拉格尔(Gallager)提出，是一种校验矩阵非常稀疏的线性分组码。也就是说，其校验矩阵中只有非常少量的非“0”元素(对于二进制码来说，非“0”元素即为“1”元素)。Mackay等人的进一步研究表明，LDPC码的性能在消息传递(MP)迭代译码算法下可以接近Shannon极限。目前，LDPC码正被越来越多的应用于各种通信系统中。中国移动多媒体广播(CMMB)系统就采用了LDPC码的信道编码方案。CMMB系统通过卫星和地面基站实现天地一体的大面积广播覆盖，传送多路音视频广播业务。用户可以用终端实现移动接收。由于卫星信号功率受限，同步卫星轨道在36000公里高空，下行信号的路径损耗严重，导致接收终端的链路余量很小。因此，需要设计性能优秀的LDPC码。此外，实际的通信系统还需要低的编、译码器实现复杂度。采用计算机搜索的方法虽然可以随机或者类随机的生成性能优秀的LDPC码，但由于校验矩阵的随机性，需要大量的存储器对其进行存储。又由于LDPC码的码长较长，编码器的实现非常复杂度。又由于LDPC码的码长较长，编码器的实现非常复杂度。采用数学的方法对LDPC码进行构造，则可以通过附加一定的约束条件，使其校验矩阵具有一定的结构。而且，校验矩阵的每一行中“1”的数目称为该行的“行度”，校验矩阵的每一列中“1”的数目称为该列的“列度”。如果满足以下条件：其校验矩阵所有行的行度相同，所有列的列度也相同，那么这个LDPC码称为规则LDPC码。校验矩阵的行度不完全相同或者列度不完全相同的LDPC码，称为非规则LDPC码。有研究表明，非规则LDPC码性能优于规则LDPC码。优选非规则LDPC码的重要方法之一是优化行度和列度的分布。准循环LDPC码因为降低了编译码器的复杂度，被广泛应用。为了获得结构化设计，准循环LDPC码将整个校验矩阵分为方型子阵，每个子阵通常成为一个“块”，每个子阵满足循环矩阵定义。通常，有限码长LDPC码的行度分布和列度分布是对于优选度分布的近似，而由于准循环LDPC码的“分块”结构，使得准循环LDPC码的度分布往往不能获得较为准确的近似，从而影响了码集的性能。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决或减缓上述技术缺陷之一，特别是通过本专利技术提出的LDPC码的校验矩阵构造方法，构造出任意码率的性能优秀的LDPC码，解决校验矩阵的存储问题，有效降低编码器的实现复杂度。为了达到上述目的，本专利技术的一方面提出了一种LDPC码校验矩阵的构造方法，包括以下步骤：构造一个产生码率为R、码长为N的LDPC码的MB×NB维的过度基础矩阵BT，其中MB＝M/K，NB＝N/K，M＝N(1－R)，K为过度基础矩阵的扩张比，K∈Φ，Φ为M和N的公因子的集合；用K×K维的矩阵替换过度基础矩阵BT中的元素，将过度基础矩阵BT扩张为M×N维的过度矩阵HT；去除过度矩阵HT中至少一个K×K维的矩阵的至少一个元素“1”，以获得校验矩阵H，所述校验矩阵H具有优化的行重分布和/或列重分布，用于进行LDPC码的编码和/或译码。本专利技术另一方面提出了一种LDPC码校验矩阵的构造装置，包括过度基础矩阵构造单元、过度矩阵扩张单元和校验矩阵生成单元，其中：过度基础矩阵构造单元，用于构造一个产生码率为R、码长为N的LDPC码的MB×NB维的过度基础矩阵BT，其中MB＝M/K，NB＝N/K，M＝N(1－R)，K为过度基础矩阵的扩张比，K∈Φ，Φ为M和N的公因子的集合；过度矩阵扩张单元，用于用K×K维的矩阵替换过度基础矩阵BT中的元素，将过度基础矩阵BB扩张为M×N维的过度矩阵HB；校验矩阵生成单元，用于去除过度矩阵HB中至少一个K×K维的矩阵的至少一个元素“1”，以获得校验矩阵H，所述校验矩阵H具有优化的行重分布和/或列重分布，用于进行LDPC码的编码和/或译码。本专利技术的另一方面还提出了一种LDPC码的编码方法，包括以下步骤：将校验矩阵H分为两个子矩阵H＝[HmHp]，其中Hm为M×(N-M)维的子矩阵，Hp为M×M维的子矩阵，计算Hp-1和Hp-1Hm，所述校验矩阵H通过以下方式得到：构造一个产生码率为R、码长为N的LDPC码的MB×NB维的过度基础矩阵BT，其中MB＝M/K，NB＝N/K，M＝N(1－R)，K为过度基础矩阵的扩张比，K∈Φ，Φ为M和N的公因子的集合；用K×K维的矩阵替换过度基础矩阵BT中的元素，将过度基础矩阵BT扩张为M×N维的过度矩阵HT；去除过度矩阵HT中至少一个K×K维的矩阵的至少一个元素“1”，以获得校验矩阵H，所述校验矩阵H具有优化的行重分布和/或列重分布，用于进行LDPC码的编码和/或译码。本专利技术的另一方面还提出了一种LDPC码的编码系统，包括LDPC码校验矩阵的构造装置、编码矩阵存储单元、校验序列计算单元以及码字序列生成单元，LDPC码校验矩阵的构造装置，用于构造一个产生码率为R、码长为N的LDPC码的MB×NB维的过度基础矩阵BT，其中MB＝M/K，NB＝N/K，M＝N(1－R)，K为过度基础矩阵的扩张比，K∈Φ，Φ为M和N的公因子的集合，并用K×K维的矩阵替换过度基础矩阵BT中的元素，将过度基础矩阵BT扩张为M×N维的过度矩阵HT，去除过度矩阵HT中至少一个K×K维的矩阵的至少一个元素“1”，以获得M×N维的校验矩阵H；编码矩阵存储模块，用于存储编码矩阵的结构，将由LDPC码校验矩阵的构造装置构造的M×N维的校验矩阵H分为两个子矩阵H＝[HmHp]，其中Hm为M×(N-M)维的子矩阵，Hp为M×M维的子矩阵，所述编码矩阵存储模块用于存储矩阵Hp-1Hm的结构，所述Hp-1Hm具有分块循环的结构，可以以块为单位进行存储；校验序列计算模块，用于将输入的信息序列m与矩阵(Hp-1Hm)T相乘，得到校验序列p；码字序列生成模块，用于将信息序列m和校验序列p组合成码字序列c并输出。本专利技术提出的技术方案可以构造出任意码率的性能优秀的LDPC码。此外，本专利技术提出的技术方案还解决了校验矩阵的存储问题，有效降低了编码器的实现复杂度。本专利技术提出的技术方案构造的LDPC码可以与CMMB系统的物理层结构完全兼容，能有效的提高系统的链路余量。而且，本专利技术提出的技术方案还解决了准循环LDPC码的度分布问题，并增强了码集的性能。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为本专利技术实施例的LDPC码校验矩阵的构造方法的流程图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LDPC码校验矩阵的构造方法，其特征在于，包括以下步骤：构造一个产生码率为R、码长为N的LDPC码的MB×NB维的过度基础矩阵BT，其中MB＝M/K，NB＝N/K，M＝N(1?R)，K为过度基础矩阵的扩张比，K∈Φ，Φ为M和N的公因子的集合；用K×K维的矩阵替换过度基础矩阵BT中的元素，将过度基础矩阵BT扩张为M×N维的过度矩阵HT；去除过度矩阵HT中至少一个K×K维的矩阵的至少一个元素“1”，以获得检验矩阵H，所述校验矩阵H具有优化的行重分布和/或列重分布，用于进行LDPC码的编码和/或译码。

【技术特征摘要】
1.一种LDPC码校验矩阵的构造方法，其特征在于，包括以下步骤：构造一个产生码率为R、码长为N的LDPC码的MB×NB维的过度基础矩阵BT，其中MB＝M/K，NB＝N/K，M＝N(1－R)，K为过度基础矩阵的扩张比，K∈Φ，Φ为M和N的公因子的集合；所述构造一个产生码率为R、码长为N的LDPC码的MB×NB维的过度基础矩阵BT包括以下步骤：构造一个MB×NB维的过度基础矩阵BT，选择过度基础矩阵BT的每一行和每一列中“1”的数目，使得BT的行重和列重分布满足预定的节点度分布；在行重和列重满足预定的节点度分布的前提下，选择过度基础矩阵BT中每一行和每一列中“1”的位置，使得BT的后MB列组成的MB×MB维的子矩阵满秩；用K×K维的矩阵替换过度基础矩阵BT中的元素，将过度基础矩阵BT扩张为M×N维的过度矩阵HT；所述将过度基础矩阵BT扩张为M×N维的过度矩阵HT包括以下步骤：将过度基础矩阵BT中的“0”用K×K维的全“0”矩阵Z替换，将BT中的“1”用K×K维的循环置换矩阵P替换，其中，P中“1”的行号i和列号j满足j＝(i+k)modk，k为循环置换矩阵的偏移量，mod表示取模运算；为每一个循环置换矩阵P选择一个偏移量；或者，所述将过度基础矩阵BT扩张为M×N维的过度矩阵HT包括以下步骤：将过度基础矩阵BT中的“0”用K×K维的全“0”矩阵Z替换，将BT中的“1”用K×K维的代数置换矩阵P替换，其中，P中“1”的行号i和列号j满足j＝f(i)，其中f(i)是有限域或环上的置换多项式；为每一个代数置换矩阵P选择一个偏移量；去除过度矩阵HT中至少一个K×K维的矩阵的至少一个元素“1”，以获得校验矩阵H，所述校验矩阵H具有优化的行重分布和/或列重分布，用于进行LDPC码的编码和/或译码；所述去除过度矩阵HT中至少一个K×K维的矩阵的至少一个元素“1”，以获得校验矩阵H包括以下步骤：对于P，选择行号连续的r个“1”，并将其从过度矩阵HT中删除，获得校验矩阵H，其中0<r≤K；或对于P，选择列号连续的r个“1”，并将其从过度矩阵HT中删除，获得校验矩阵H，其中0<r≤K；或对于P，随机选择r个“1”，并将其从过度矩阵HT中删除，获得校验矩阵H，其中0<r≤K。2.如权利要求1所述的LDPC码校验矩阵的构造方法，其特征在于，所述过度基础矩阵BT的结构或所述矩阵P的偏移量采用表的形式进行存储，表的每一行记录BT的每一行中“1”的位置或者表的每一行记录过度基础矩阵BT的每一行中“1”对应的循环置换矩阵的偏移量。3.如权利要求1所述的LDPC码校验矩阵的构造方法，其特征在于，所述码率R为1/2，所述码长N为9216，所述扩张比K为256，所述过度基础矩阵BT的行重分布为{λ7,λ8,λ9,λ10}＝{1/18,14/18,1/18,2/18}，列重分布为{ρ15,ρ5,ρ4,ρ3,ρ2}＝{4/36,4/36,1/36,10/36,17/36}；H的行重分布为{λ7,λ8,λ9,λ10}＝{17/288,223/288,1/18,2/18}，列重分布为{ρ15,ρ14,ρ5,ρ4,ρ3,ρ2}＝{7/64,1/576,1/9,1/36,5/18,17/36}；其中，λ7,λ8,λ9,λ10分别表示与度为7、8、9、10的变量节点相连的边占总边数的比率，ρ15,ρ14,ρ5,ρ4,ρ3,ρ2分别表示与度为15、14、5、4、3、2的校验节点相连的边占总边数的比率。4.如权利要求3所述的LDPC码校验矩阵的构造方法，其特征在于，所述校验矩阵H具体为：第0行:(1,239,0)(4,166,0)(5,247,0)(11,31,0)(12,217,0)(14,72,0)(18,192,0)(19,0,0)第1行:(2,251,0)(5,153,0)(11,159,0x200)(14,48,0)(15,31,0)(19,0,0)(20,0,0)第2行:(5,230,0)(6,182,0)(11,91,0)(14,62,0)(16,170,0)(20,0,0)(21,0,0)第3行:(2,255,0)(3,196,0)(5,171,0)(7,26,0)(10,11,0)(12,71,0)(17,51,0)(21,0,0)(22,0,0)第4行:(4,240,0)(5,66,0)(11,0,0)(14,118,0)(17,39,0)(22,0,0)(23,0,0)第5行:(2,212,0)(3,115,0)(5,93,0)(8,210,0)(9,29,0)(14,249,0)(18,39,0)(23,0,0)(24,0,0)第6行:(3,60,0)(5,46,0)(11,40,0)(13,180,0)(17,192,0)(24,0,0)(25,0,0)第7行:(4,1,0)(10,247,0)(11,142,0)(14,210,0)(16,192,0)(25,0,0)(26,0,0)第8行:(5,66,0)(10,208,0)(11,31,0)(14,116,0)(15,20,0)(26,0,0)(27,0,0)第9行:(2,47,0)(6,8,0)(10,40,0)(11,219,0)(17,148,0)(27,0,0)(28,0,0)第10行:(5,248,0)(6,255,0)(11,55,0)(14,56,0)(16,201,0)(28,0,0)(29,0,0)第11行:(2,231,...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继龙，白栋，高鹏，申红兵，邢观斌，冯昂，
申请(专利权)人：国家广播电影电视总局广播科学研究院，北京泰美世纪科技有限公司，
类型：发明
国别省市：