專利名稱：基于準(zhǔn)循環(huán)ra碼構(gòu)造的多元ldpc碼及其實(shí)現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字通信系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)傳輸糾錯(cuò)的編譯碼器，特別是糾錯(cuò)編碼領(lǐng)域中關(guān) 于基于準(zhǔn)循環(huán)RA碼的多元LDPC碼的校驗(yàn)矩陣的生成方法，和其編譯碼方法。
背景技術(shù)：
隨著無線數(shù)字通信的發(fā)展以及各種高速率、突發(fā)性強(qiáng)的業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，人們對(duì)糾錯(cuò)編碼技 術(shù)提出了越來越高的要求。與經(jīng)典的BCH碼、RS碼、巻積碼相比，現(xiàn)在的渦輪碼(Turbo 碼)和低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC碼)更加逼近香農(nóng)容量限。但是Turbo碼的譯碼延遲大， 錯(cuò)誤平層(errorfloor)高，信道容量與迭代譯碼的闊值之間都有一定的距離。與Turbo碼比較， LDPC碼的譯碼器不僅可以并行實(shí)現(xiàn)，i雜度低，而且錯(cuò)誤平層低，特別是多元LDPC碼， 抗突發(fā)能力強(qiáng)，誤碼率低，它有比二元域LDPC碼更重的列重，同時(shí)還有和二元域LDPC碼 相似的二分圖結(jié)構(gòu)。因而具有較二進(jìn)制LDPC碼更好的性能。但是LDPC碼的稀疏校驗(yàn)矩陣 H對(duì)應(yīng)的生成矩陣G往往是高密度的，這就增加了編碼器的存儲(chǔ)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。特別是這種 復(fù)雜度與碼長(zhǎng)呈二次關(guān)系。
基于以上問題，本文提出一種基于準(zhǔn)循環(huán)RA結(jié)構(gòu)的多元LDPC碼。它具有和隨機(jī)LDPC 碼同樣好的性能，同時(shí)因其準(zhǔn)循環(huán)RA結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，降低了編碼實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，節(jié)省了存儲(chǔ)空 間，方便編譯碼的硬件實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
基于準(zhǔn)循環(huán)RA結(jié)構(gòu)的多元LDPC碼，其編碼器與校驗(yàn)矩陣具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，在進(jìn)行簡(jiǎn)單 編碼的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高性能的快速譯碼?；跍?zhǔn)循環(huán)RA構(gòu)造的多元LDPC碼是一種多元系 統(tǒng)RA碼。多元系統(tǒng)RA碼是由碼率為丄的重復(fù)碼、組合系數(shù)為a的組合器，通過交織器、加
權(quán)器、累加器連接而成(見圖l)，碼率是工。這種碼的重復(fù)器、交織器、組合器、加權(quán)器
和累加器一起決定了系統(tǒng)RA碼的奇偶校驗(yàn)矩陣^-[^1 H^的結(jié)構(gòu)。其中，^是列重為《，
行重為"的稀疏矩陣，度的分布由交織器決定；A的行具有循環(huán)特性。"2是一個(gè)由累加器決 定的三斜對(duì)角矩陣(見圖2)。如果建立了系統(tǒng)RA碼的奇偶校驗(yàn)矩陣，那么與其對(duì)應(yīng)的二分 圖也就確定了 (見如圖3)。編碼過程即根據(jù)H直接計(jì)算校驗(yàn)位，而不需要生成矩陣G。最后
3根據(jù)H進(jìn)行BP-FFT譯碼。
本發(fā)明給出了一種基于準(zhǔn)循環(huán)RA碼的多元LDPC碼的構(gòu)造方法。給出了一種編碼結(jié)構(gòu)、 一種無小環(huán)的交織器設(shè)計(jì)、 一種準(zhǔn)循環(huán)加權(quán)方式和累加器加權(quán)方式。
1、 準(zhǔn)循環(huán)ra碼的結(jié)構(gòu)
二元系統(tǒng)RA碼是由重復(fù)器、交織器、組合器和累加器組成的，這一編碼結(jié)構(gòu)與一校驗(yàn) 矩陣H-[H1H2]是相對(duì)應(yīng)的，其中H1是由重復(fù)器、交織器和組合器決定的，H2與累加器的 結(jié)構(gòu)相關(guān)。
本發(fā)明改變了二元系統(tǒng)RA碼的交織器，累加器，并增加了具有循環(huán)結(jié)構(gòu)的加權(quán)器部分。 從而構(gòu)造出基于準(zhǔn)循環(huán)RA碼結(jié)構(gòu)的多元LDPC碼。(如圖4所示)。
2、 無小環(huán)的交織器設(shè)計(jì)
本交織器由一個(gè)外部的行列交織器n， p個(gè)列內(nèi)交織器n,，rL，…，r^和一個(gè)復(fù)用器共同
組成(見圖5)。具體的交織過程如下
(a) 首先將經(jīng)過重復(fù)器的信息6輸入到外交纟只器n， n是一個(gè)/t行; 列的行列交織器， 其中每一列都是信息序列w-[附p…，附t]的轉(zhuǎn)置。
(b) 將n的每一列進(jìn)行列內(nèi)交織。
(M)將n的第i列經(jīng)過交織器n,得到"；
(b2)將]1的第2列經(jīng)過交織器112得到6；
(b3)依次類推，直到將n的第p列經(jīng)過交織器n,得到《。
(c) 將步驟bl)、 b2)、 b3)的輸出序列",《,…&依次復(fù)用得到交織器的輸出序列6'。
外交織器n的第/列的列內(nèi)交織器n,.由公式(i)確定。
其中;ceU，2，…，W表示交織前的位置，巧(;c)表示經(jīng)過n,交織后的位置，q是一個(gè)常量，
在一個(gè)rx內(nèi)不變；對(duì)于任意兩個(gè)列內(nèi)交織器a與n,,如果!>_/，則c,-。。如果用^表示
矩陣/f,中與交織器n,對(duì)應(yīng)的行集合(見圖6),用《是《中相鄰兩個(gè)非零元素之間的距離，
則從公式(1)可以看出，對(duì)于所有的;ceO，2,…，W，當(dāng)^(x);^i(:e-l)時(shí)，當(dāng) 《(力<巧(>:—l)時(shí),《=2"_(a — l)c,.。、
當(dāng)k, a和A滿足以下條件時(shí)，可構(gòu)造具有循環(huán)結(jié)構(gòu)且無小環(huán)的校驗(yàn)矩陣H。
①k能被a整除；
4② Cj <A:/a;
③ 左二^x《x…xC",…，ts是不同的素?cái)?shù))，c,是大于l的素?cái)?shù)，且與々,…A都互 素。
其中/,)e(l，2，…，pJ，!VJ， xe(l，2，…，W， a、(1，2，…，。)。
由于滿足條件的交織器參數(shù)c,較多，可按等間距的辦法選出p個(gè)。本發(fā)明在具體實(shí)施中
是按[旦l丄]間距選取參數(shù)的。具體步驟如下 6 6 6
(a) 首先產(chǎn)生滿足以上5個(gè)條件的參數(shù)&的集合^，集合大小為M;
(b) 將集合J中的元素從小到大依次排列，得到一個(gè)序列J'。
(c) 參數(shù)^根據(jù)公式(2)產(chǎn)生。
Vw= J'(Af-('.-l)x「M/6"l) ，i=l，2,...p (2) 其中，「M/zTI表示大于等于M/;7的最小整數(shù)。 3、加權(quán)器的設(shè)置
長(zhǎng)度為k的輸入信息序列m，經(jīng)過重復(fù)p次后形成序列b，經(jīng)過交織器的置換后得到序 列b'。加權(quán)器r-(w,，^,…，M^p)，其中w,e(l，2，…，《-l)。加權(quán)序列的值決定H中非零元素
的值。例如，當(dāng)組合參數(shù)是a時(shí)，則^，W2,…，w。，就是Hl中第一行的非零元素。
1+1，^。+2，...，^+1)。就是第/行的非零元素。為了使H1具有循環(huán)特性，本發(fā)明提供一種加權(quán)
序列形式為
且加權(quán)序列滿足以下條件
D Wje[l,q-l],j = l,2, ,q-l。
2) Wi H。
3) H""iq"均是k的整數(shù)倍。
結(jié)合交織器中交織序列的產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)，為了避免構(gòu)造準(zhǔn)循環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)生成小環(huán)，本設(shè)計(jì)取 、=p*k/q_l。
4、組合器的設(shè)計(jì)對(duì)加權(quán)序列中的元素每a個(gè)一組在有限域GF(4)上進(jìn)行求和，得到一個(gè)長(zhǎng)度為Pp/a的序 列R,，r2，,.如〗。
5、 累加器的設(shè)計(jì)
累加器的結(jié)構(gòu)如圖7所示，有限域上的表達(dá)式是~~^——^， ",-e(l，2，…，《-l)，對(duì) 應(yīng)的校驗(yàn)矩陣H2如圖8所示。
6、 譯碼器的設(shè)計(jì)
譯碼采用基于二分圖的置信傳播譯碼。其中二分圖與本發(fā)明構(gòu)造的校驗(yàn)矩陣H呵H1 H2]
一一對(duì)應(yīng)。為了提高譯碼速度，本發(fā)明應(yīng)用FFT-BP譯碼。


圖l是二元系統(tǒng)RA碼的編碼結(jié)構(gòu)圖。
圖2是H矩陣中的/^矩陣。
圖3是系統(tǒng)RA碼的二分圖表示。 圖4是多元系統(tǒng)RA碼的編碼結(jié)構(gòu)圖。 圖5是新設(shè)計(jì)的交織器的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是與交織器參數(shù)n'對(duì)應(yīng)的矩陣A的行集合《。
圖7累加器。
圖8加權(quán)累加器對(duì)應(yīng)的矩陣^ 。
具體實(shí)施例方式
下面是有限域GF (22)上的多元準(zhǔn)循環(huán)RA碼的具體實(shí)施方式
。傳輸?shù)拿總€(gè)符號(hào)和校驗(yàn)矩 陣中的每個(gè)非零元素都是GF (22)中的元素，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列長(zhǎng)度是486符號(hào)，每個(gè)符號(hào)重 復(fù)3次，經(jīng)過交織后，每3個(gè)符號(hào)組合成一個(gè)符號(hào)，構(gòu)成的LDPC碼的碼長(zhǎng)是972,碼率是1/2。 則其編碼過程如圖4所示。具體的操作過程如下
1、 重復(fù)。
對(duì)長(zhǎng)度為& = 486的接收數(shù)據(jù)/ 重復(fù)3次得到6 = [^/^w，2附2/W2... W/^w*]。
2、 交織。
將6按行輸入到一個(gè)486x3的行列交織器n，并對(duì)n內(nèi)的每一列進(jìn)行列內(nèi)交織后按列讀出得到交織后的序列6'。交織方法如發(fā)明內(nèi)容的第2節(jié)所述，按照公式(2)產(chǎn)生的q，q,q分 別是71， 43， 19。
3、 加權(quán)。
首先根據(jù)加權(quán)器設(shè)置中的要求l)至4)_產(chǎn)生加權(quán)序列，加權(quán)的過程就是序列6'與w在有限 域GF(4)上的對(duì)應(yīng)元素的乘積，得到6'。其中加權(quán)序列中的元素w(一，)^，vvD^，w(,，+3對(duì)應(yīng)
校驗(yàn)矩陣H1的第/行的非零元素。
4、 組合。
對(duì)6'中的元素每3個(gè)一組在有限域GF(4)上進(jìn)行求和，得到一個(gè)長(zhǎng)度為486的序列 R=[r"r2"."r486]。
5、 累加。
結(jié)合H2的結(jié)構(gòu)(圖9),本發(fā)明的累加器是一個(gè)加權(quán)累加器。加權(quán)因子是"，"^￡(^(4)， 當(dāng)"=3，/ = 2，" = 1時(shí)可以獲得較好的性能。其中累加器的第一個(gè)輸出是r的第一個(gè)元素與々_1
在有限域G^(4)上的乘積。第二個(gè)輸出是第一個(gè)輸出與"的有限域上的乘積再加上"的第二 個(gè)元素的和與"—'在有限域GF(4)上的乘積。第三個(gè)輸出是第一個(gè)輸出與^在有限域上的乘積 加上第二個(gè)輸出與^的有限域上的乘積再加上r的第三個(gè)元素的和與"—'在有限域GF(4)上 的乘積。BP: .
A二C'"/2 (3)
p^(A^ + a"2)^—、(/^2 + 0/3 (4)
A = (A—2 * " A-, * )* "_l = CP" * 1 + A扁,* 2 + a; ) /"， ( 5 )
!二3，4，…,m-l
其中將信息序列m與校驗(yàn)序列P經(jīng)過復(fù)用就得到編碼器的輸出。
6、 調(diào)制。
為了避免符號(hào)轉(zhuǎn)換間的性能損失，采用與GF(4)相對(duì)應(yīng)的QPSK調(diào)制。
7、 譯碼。
'
采用GF(4)域上的多元LDPC碼的BP-FFT譯碼，可以大大提高譯碼速度。
權(quán)利要求
1、一種基于準(zhǔn)循環(huán)RA碼的多元LDPC碼的編碼方法，該編碼器由重復(fù)器、交織器、加權(quán)器、組合器和累加器構(gòu)成，兼?zhèn)溆蠷A碼編碼簡(jiǎn)單和循環(huán)LDPC碼存儲(chǔ)量少的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)，編碼時(shí)，先根據(jù)碼率和優(yōu)化要求，確定重復(fù)器和組合器參數(shù)，然后生成無小環(huán)的循環(huán)交織序列，再根據(jù)校驗(yàn)矩陣的循環(huán)特性確定加權(quán)器的加權(quán)序列和累加器的系數(shù)，最后按照重復(fù)、交織、加權(quán)、組合和累加的順序生成校驗(yàn)序列。
2、 如權(quán)利要求l所述的交織器，其特征在于交織器設(shè)計(jì)靈活，編碼器對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)矩陣沒 有小4環(huán)，且具有循環(huán)結(jié)構(gòu)，交織器生成時(shí)需要以下步驟(a) 根據(jù)碼長(zhǎng)和重復(fù)次數(shù)確定外交織器n的行數(shù)^和列數(shù)《，同時(shí)k和組合器參數(shù)a要滿足循環(huán)優(yōu)化關(guān)系；(b) 內(nèi)交織器參數(shù)的確定；(c) 將外交織器的每一列提取出來，根據(jù)內(nèi)交織器參數(shù)進(jìn)行列內(nèi)交織；(d) 然后將經(jīng)過列內(nèi)交織的交織器n內(nèi)的數(shù)據(jù)按列讀出，得到交織器的最后輸出。
3、 如權(quán)利要求1所述的加權(quán)器，其特征在于它位于交織器之后，可以方便地進(jìn)行非零元 素的優(yōu)化選擇和循環(huán)碼的構(gòu)造。
4、 如權(quán)利要求1所述的累加器，其特征在于加權(quán)，對(duì)累加器加權(quán)后可以進(jìn)一步優(yōu)化譯碼 性能，構(gòu)造出性能好的循環(huán)結(jié)構(gòu)校驗(yàn)矩陣H。'
5、 如權(quán)利要求1所述生成的校驗(yàn)矩陣H，其特征在于H=[H1 H2]，其中Hl具有循環(huán)性， H2是一個(gè)三斜下三角矩陣，Hl可由重復(fù)器、交織器、加權(quán)器和組合器直接確定，其列重等 于重復(fù)次數(shù)，行重等于組合次數(shù)，非零元素的分布由交織器確定，非零元素的取值由加權(quán)器 確定，H2由累加器確定，其非零元素的取值由加權(quán)系數(shù)確定。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于準(zhǔn)循環(huán)RA碼構(gòu)造的多元LDPC碼的編譯碼器及其生成方法，包括編碼器的構(gòu)造和校驗(yàn)矩陣的設(shè)計(jì)等；給出了一種由重復(fù)器、交織器、加權(quán)器、組合器和累加器構(gòu)成的一種編碼器的構(gòu)成方法。并通過優(yōu)化交織器，加權(quán)器和累加器，構(gòu)造出具有循環(huán)特性的無小環(huán)的校驗(yàn)矩陣H。本發(fā)明提出的基于準(zhǔn)循環(huán)RA碼構(gòu)造的多元LDPC碼，編碼過程簡(jiǎn)單，不需要生成矩陣G即可完成編碼。又因其稀疏校驗(yàn)矩陣H具有準(zhǔn)循環(huán)結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步降低編譯碼器的復(fù)雜度，節(jié)省了存儲(chǔ)資源，編碼時(shí)間短，實(shí)用性強(qiáng)，并且在采用BP-FFT快速譯碼時(shí)性能損失小。
文檔編號(hào)H03M13/00GK101635573SQ200810045619
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者于清蘋, 史治平, 亮 周, 張忠培 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)