專利名稱：一種多碼率ldpc碼的構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多碼率LDPC碼的構(gòu)造方法。
背景技術(shù)：
低密度奇偶校驗(yàn)(LowDensity Parity Check, LDPC)碼，是由 Robert G. Gallager于1962年提出的一類基于稀疏校驗(yàn)矩陣的特殊線性分組碼。它通常由校驗(yàn)矩陣H進(jìn)行描述，校驗(yàn)矩陣H的化零空間即LDPC碼的碼字空間，其主要特點(diǎn)是校驗(yàn)矩陣具有稀疏性。LDPC碼不僅有逼近香農(nóng)限的良好性能，而且譯碼復(fù)雜度較低，吞吐能力高，結(jié)構(gòu)靈活，是近年來信道編碼領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，目前己廣泛應(yīng)用于深空通信、光纖通信、地面及衛(wèi)星數(shù)字多媒體廣播等領(lǐng)域。LDPC碼成為第四代無線移動通信系統(tǒng)和新一代數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)信道編碼方案的強(qiáng)有力競爭者，而基于LDPC碼的信道編碼方案己經(jīng)被多個(gè)通信與廣播標(biāo)準(zhǔn)所采 納，如IEEE802. 16e、IEEE802. 3an、DVB_T2和DVB-S2，以及數(shù)字電視地面多媒體廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)(DTMB)等。LDPC碼具有(N-K)行N列的校驗(yàn)矩陣H= [h ] (Ν_κ) XN，其中，N為碼字長度(簡稱碼長)，K為信息位長度，M(N-K) —般稱作校驗(yàn)位長度，對應(yīng)碼率RK/N。H矩陣由元素O或I組成，它的每一行代表一個(gè)校驗(yàn)方程，在Tanner圖中稱為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn),共(N-K)個(gè)；每一列代表一個(gè)信息比特，在Tanner圖中稱為變量節(jié)點(diǎn)，共N個(gè)；H矩陣中的非零元素表示其所在行的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)和所在列的變量節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系，在Tanner圖中稱為邊。N(m)表示連接到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m的全部變量節(jié)點(diǎn)的集合,即N (Iii) = InIhmn=U ;M(n)表示連接到變量節(jié)點(diǎn)η的全部校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合，即M(n) = {m|hmn=l}。LDPC碼的列]R卩(H)表示校驗(yàn)矩陣H每一列中非零元素的個(gè)數(shù)，是長度為N的向量，也即，;F = [Υ , Υ2. -, KiSf]. Yn = Em=I hmn, n=l,2, · · · , N。LDPC 碼的行重盧(H)表示校驗(yàn)矩陣H每一行中非零元素的個(gè)數(shù),是長度為M的向量,也即，盧=\Pi,Pl,-,PMlPm = Zn=ihmn, m=l,2, · · · , Μ。兼容多種碼率(簡稱多碼率)的信道編碼方案在數(shù)字廣播和移動通信等實(shí)際系統(tǒng)中具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。兼容多種碼長(簡稱多碼長)的信道編碼方案主要來源于傳輸系統(tǒng)支持多種業(yè)務(wù)模式的需求。長碼一般應(yīng)用于廣播和衛(wèi)星通信，而移動通信、電力線通信(Power Line Communication, PLC)等業(yè)務(wù)一般要求采用短碼。空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(The Consultative Committee for Space Data Systems, CCSDS)用于深空通信的 LDPC碼、DVB-T2的LDPC碼以及LTE V8. I提案的Turbo碼，都采用多種碼長的信道編碼方案。傳統(tǒng)的多碼率(或多碼長)LDPC碼的構(gòu)造，大多是根據(jù)不同碼率(或碼長)的要求分別構(gòu)造不同的H矩陣，然后分別進(jìn)行編碼或解碼操作。由于各個(gè)碼率(或碼長)的H矩陣相對獨(dú)立或差別較大，在硬件實(shí)現(xiàn)多碼率(或多碼長)合一的編碼及解碼系統(tǒng)時(shí)，往往難以進(jìn)行有效的整體優(yōu)化，使得硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高。行合并碼由Andres I. Vila Casado 等人在文獻(xiàn) Multiple-Rate Low-DensityParity-Check Codes with Constant Block-length中定義。為方便描述，首先給出以下定乂 可合并校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)i, j可合并，指的是Tanner圖中沒有變量節(jié)點(diǎn)同時(shí)連接到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)i和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)j，也即ΛΓωη#(/) = 0;反之，則不可合并。行合并校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)i，j合并，指的是i，j滿足可合并條件，并且Tanner圖中校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)i，j合并為一個(gè)新節(jié)點(diǎn)k，原節(jié)點(diǎn)i連接的全部變量節(jié)點(diǎn)與原節(jié)點(diǎn)j連接的全部變量節(jié)點(diǎn)，連接至該新節(jié)點(diǎn) k。*Βρ,ΛΓ(ΟηΛΓθ·) = 0,Ν/ (k)=N(i) U N(J)0附圖I (a)給出了校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)i，j行合并為新節(jié)點(diǎn)k的示例。類似地，L個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)i1;L可合并、行合并的定義，可由上述定義得到。部分行合并碼擴(kuò)充了傳統(tǒng)的行合并碼,它由Zhichu Lin等人在文獻(xiàn)A New DesignMethod of Multi-Rate Quasi-Cyclic LDPC Codes中定義。為方便描述，給出以下定義 行分裂校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k分裂為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，指的是Tanner圖中校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k分裂為兩個(gè)新校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)Iq, k2,原節(jié)點(diǎn)k連接的全部變量節(jié)點(diǎn)分為兩部分,一部分與新節(jié)點(diǎn)Ic1連接,另一部分與新節(jié)點(diǎn)k2連接。也即，見㈨)AJNTfe) = 0, NGO U N(k2)=N' (k)。行分裂和行合并互為逆過程。附圖I (b)給出了校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k分裂為兩個(gè)新節(jié)點(diǎn)b k2的示例。由圖可知，行分裂具有一定的靈活性，因?yàn)樵?jié)點(diǎn)k的邊，在分裂后可以靈活地選擇與新節(jié)點(diǎn)Ic1連接，或者與新節(jié)點(diǎn)k2連接。部分行合并校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k部分行合并至校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)i，j，指的是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k行分裂為兩個(gè)新節(jié)點(diǎn)k” k2，其中Ic1與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)i行合并，k2與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)j行合并，并且它們均滿足可合并條件。類似地，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k行部分行合并至i1; i2, , k節(jié)點(diǎn)的定義，可由上述定義得到。由上述定義可知，行合并定義了矩陣多行合并為一行的方法，行分裂定義了矩陣一行分解為多行的方法，部分行合并則定義為矩陣一行分裂為多行，再與多行進(jìn)行合并的方法。為敘述方便，行合并、行分裂和部分行合并，統(tǒng)稱為行合并分裂或行分裂合并。LDPC解碼算法較多，但目前應(yīng)用比較廣泛的是基于對數(shù)似然比(LogarithmLikelihood Ratio,LLR)軟信息的置信度傳播算法(Belief Propagation Algorithm,BP)。BP算法主要由兩個(gè)解碼運(yùn)算步驟交替迭代組成,水平運(yùn)算(Horizontal Process, HP)與垂直運(yùn)算(Vertical Process, VP)。水平運(yùn)算由 HPU (Horizontal Process Unit,水平運(yùn)算單元)執(zhí)行，垂直運(yùn)算由VPU (Vertical Process Unit,垂直運(yùn)算單元)執(zhí)行。對于行合并碼和部分行合并碼，不同碼率解碼器的HPU可以經(jīng)過簡單組合后復(fù)用，構(gòu)成多碼率合一 HPU ;不同碼率解碼器的VPU可以完全復(fù)用，構(gòu)成多碼率合一 VPU。由多碼率合一 HPU/VPU可以組成得到多碼率合一的解碼器。所以，基于行合并碼和部分行合并碼的多碼率LDPC碼方案，可以在獲得優(yōu)良性能的前提下同時(shí)保證相對較低的硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。準(zhǔn)循環(huán)(Quasi-Cyclic，QC)-LDPC碼是LDPC碼的一個(gè)重要子類，它的校驗(yàn)矩陣和生成矩陣均具有準(zhǔn)循環(huán)形式，參見Marc P. C. Fossorier等人在文獻(xiàn)Quasi_cycliclow-density parity-check codes from circulant permutation matrices 中的定義。
QC-LDPC碼的校驗(yàn)矩陣由Μ。X N。個(gè)子矩陣組成，其中，Mc= (N-K) /b，Nc=N/b，b是子矩陣的階數(shù)。每個(gè)子矩陣的大小相同，都是bXb的方陣，這些方陣或者是全零矩陣，或者是循環(huán)行列式矩陣。其中，循環(huán)行列式矩陣的特點(diǎn)是，其每一行都是它的上一行的右循環(huán)移位，而第一行是最后一行的右循環(huán)移位。QC-LDPC碼的循環(huán)行列式矩陣一般由單位矩陣平移得到，此時(shí)，一個(gè)循環(huán)行列式矩陣的一行或一列中只有一個(gè)非零元素，由其偏移地址唯一確定。為描述方便，根據(jù)QC-LDPC碼校驗(yàn)矩陣的準(zhǔn)循環(huán)結(jié)構(gòu)，首先進(jìn)行如下解釋子矩陣=QC-LDPC碼的H矩陣由&XN。個(gè)子矩陣組成，子矩陣或者是循環(huán)行列式矩陣，或者是全零矩陣，分別定義為循環(huán)行列式子矩陣(Circulant Sub-Matrix, CSM)和全零子矩陣(Zero Sub-Matrix)ο基矩陣T 即QC-LDPC碼H矩陣的模板矩陣(Template Matrix, T矩陣)。T矩陣為McXNc階矩陣，元素只有I和O兩種，其中每個(gè)元素I代表H矩陣中的一個(gè)循環(huán)行列式子矩
陣，每個(gè)元素O代表一個(gè)全零子矩陣。偏移地址=QC-LDPC碼H矩陣中的CSM較單位矩陣向右偏移的位置δ m,n定義為編號(m，η)的CSM的偏移地址，O ( δ m,n彡b_l，其中m，η分別表示該CSM對應(yīng)元素位于T矩陣中的行、列編號，I彡m彡Μ。，I彡η彡N。，且m，η只對T矩陣中的元素I存在取值。偏移地址矩陣A :當(dāng)子矩陣階數(shù)b和各CSM的偏移地址δ m, n確定后，將原T矩陣中的元素I用(Sm,n+1)的值替換，所有ZSM用零替換，得到的ΜεΧΝ。階矩陣定義為偏移地址矩陣(簡稱A矩陣)。由上述解釋可知，T矩陣作為QC-LDPC碼H矩陣的模板矩陣，僅缺少各CSM的偏移地址S m,n的信息以及子矩陣階數(shù)b的信息。但當(dāng)b和δπ,η確定后，A矩陣即可作為H矩陣的簡化表示形式；此時(shí)，A矩陣與H矩陣唯一對應(yīng)，H矩陣由A矩陣進(jìn)行準(zhǔn)循環(huán)子矩陣擴(kuò)展后得到。QC-LDPC碼H矩陣的行合并、行分裂等定義，與LDPC碼H矩陣的行合并、行分裂等定義一致。又由于A矩陣可作為H矩陣的簡化表示形式，QC-LDPC碼A矩陣的行合并、行分裂等定義，可以由H矩陣的行合并、行分裂等定義簡化得到。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多碼率LDPC碼構(gòu)建方法，實(shí)現(xiàn)在獲得優(yōu)良性能的前提下同時(shí)保證相對較低的硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的目的。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多碼率LDPC碼的構(gòu)造方法，包括以下步驟SI.設(shè)所要構(gòu)造的多碼率LDPC碼校驗(yàn)矩陣依次為[Hik1XW, [H2Jm2χ ,[Ηι]Μ ΧΛ ,其中，Μ)Μ2> …爲(wèi)，其中列重依次為 KH1). F(H2),…，F(xiàn)(Hi)其中，KH1) Sf(H2) S …Sf(Hi),
選定母碼矩陣為選定由H1經(jīng)過行合并分裂得到其余各碼率校驗(yàn)矩陣的規(guī)則Pm1-^m2,Pm1^m3”·”，其中，N為碼字長度，I表示所要構(gòu)造的LDPC碼對應(yīng)的碼率個(gè)數(shù)；S2.按照單碼率LDPC碼的構(gòu)造方法，構(gòu)造滿足列重P(H1)的母碼矩陣[&]$>< ，且Hi Pm卜m2,Pmw ...,Pm1,,記該Hl矩陣為H ，也即H = H1,初始化i = 2 ;矩陣H1同時(shí)倆足規(guī)則 Piwr1^MVf2I■■■ * ，記為 Hi Izz Pm1-^m2*…> ，S3.在Hf13矩陣的基礎(chǔ)上添加非零元素，得到滿足列重P(Hi)的M1行N列矩陣Hf,并且成.)t= Pmx^mm> —5S4.滿足規(guī)則的矩陣H〗 >按照規(guī)則口^^^得到一組或一個(gè)Mi行N列矩陣{HJ ；S5.若{HJ中碼的性能均無法滿足要求，則返回步驟S3 ;否則選擇{HJ中性能最優(yōu)的碼，作為Hi;S6.若i=I，則所有碼率構(gòu)造完畢，最終得到所有I個(gè)碼率的校驗(yàn)矩陣；否則，則令i = i+Ι，并返回步驟S3，構(gòu)造下一個(gè)碼率的校驗(yàn)矩陣。
優(yōu)選地，在步驟SI中，所述規(guī)則Pm1I3<…包括行合并、行分裂和部分
行合并。優(yōu)選地，在步驟S3中，所述每個(gè)非零元素選擇行重最小的行加入。 優(yōu)選地,在步驟S6之后還包括步驟S7.若步驟S6所得到的校驗(yàn)矩陣均為子矩陣階數(shù)為Id1的QC-LDPC碼，且偏移地址矩陣依次為A1, A2, ...，A1,則初始化i = 1，設(shè)所要構(gòu)造的多碼長QC-LDPC碼的子矩陣階數(shù)依次為 bp b2, · · · , bL,且 b^by... <bL ；S8.由矩陣Ai和各子矩陣階數(shù)b1; b2，. . .，bL,得到QC-LDPC碼各碼長的校驗(yàn)矩陣Hi,^Hii2，…，Hi^ Hiil 即為 Hi;S9.若i=I，則結(jié)束；否則令i = i+Ι，并返回步驟S8，構(gòu)造下一個(gè)碼率所有碼長的校驗(yàn)矩陣。優(yōu)選地，在步驟S7中，偏移地址矩陣Ai的每個(gè)偏移地址O彡5m>n^ brl。優(yōu)選地,在步驟S9之后還包括步驟S10.根據(jù)步驟S9得到第i種碼率第I種碼長的QC-LDPC碼A矩陣為Aia=Ai, i =1，2，. . .，I，I = 1，2，. . .，L，子矩陣階數(shù)為 Id1 ；Sll.調(diào)整Au，改變一至多個(gè)循環(huán)行列式子矩陣的偏移地址，或不進(jìn)行調(diào)整；S12.調(diào)整Aiil，將一至多個(gè)循環(huán)行列式子矩陣修改為全零子矩陣，或?qū)⒁恢炼鄠€(gè)全零子矩陣修改為循環(huán)行列式子矩陣，或不進(jìn)行調(diào)整；S13.由步驟Sll和S12得到的經(jīng)過修改的A矩陣Aiil，根據(jù)子矩陣階數(shù)b1;得到經(jīng)過調(diào)整后的第i種碼率第I種碼長的QC-LDPC碼Hi,1;至此，第i種碼率第I種碼長QC-LDPC碼的優(yōu)化完成；S14.重復(fù)步驟S1(TS13，優(yōu)化所有碼率所有碼長QC-LDPC碼的性能。(三)有益效果上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明基于同一母碼校驗(yàn)矩陣構(gòu)建多碼率QC-LDPC碼，充分利用了 LDPC碼的優(yōu)良特性，不僅便于設(shè)計(jì)，而且可以在獲得優(yōu)良性能的前提下有效提高編碼調(diào)制系統(tǒng)的靈活性、可擴(kuò)展性和多業(yè)務(wù)適用性，同時(shí)保證了相對較低的硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。


圖I (a)為行合并的示意圖；圖I (b)為行分裂的示意圖；圖2給出了校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k任意可合并至i，j的示意圖；圖3為本發(fā)明的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明提出的多碼率LDPC碼構(gòu)建方法，結(jié)合附圖和實(shí)施例說明如下。
傳統(tǒng)的多碼率(或多碼長)LDPC碼的構(gòu)造，大多是根據(jù)不同碼率(或碼長)的要求分別構(gòu)造不同的H矩陣，然后分別進(jìn)行編碼或解碼操作。由于各個(gè)碼率(或碼長)的H矩陣相對獨(dú)立或差別較大，在硬件實(shí)現(xiàn)多碼率(或多碼長)合一的編碼調(diào)制及解調(diào)解碼系統(tǒng)時(shí)，往往難以進(jìn)行有效的整體優(yōu)化，使得硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高。而本發(fā)明提出的多碼率LDPC碼構(gòu)建方法基于同一母碼的校驗(yàn)矩陣，可克服上述缺陷。為敘述方便，首先進(jìn)行如下解釋行合并分裂為敘述方便，行合并、行分裂和部分行合并，統(tǒng)稱為行合并分裂或行分裂合并；任意可合并如果校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k，i之間可合并，k，j之間可合并，則k任意行分裂得到的兩個(gè)新節(jié)點(diǎn)，均與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)i, j可合并，則稱校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k任意可合并至i, j ；附圖2給出了校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k任意可合并至i，j的示意圖。行分裂具有靈活性，而任意可合并則保障了校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k任意行分裂之后，均與i，j可合并；規(guī)則由M1個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過行合并分裂得到M2個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的一種行合并分裂混合方案，稱為一個(gè)M1至M2的規(guī)則,記為Pm1^m2，滿足規(guī)則如果某個(gè)M1行N列矩陣H1，在規(guī)則Μ-下，所有該規(guī)則中的行合并操作均滿足可合并條件，所有該規(guī)則中的部分行合并操作均滿足任意可合并條件，則稱該矩陣H1滿足規(guī)則Pm^m2，記為Ηι Pm1^m2 若規(guī)則Pa-M2只包含行合并操作，則某個(gè)M1行N列矩陣H1，按照規(guī)則所述步驟，得到一個(gè)M2RN列矩陣H2;反之，若規(guī)則包含行分裂或部分行合并操作，則該矩陣4 * PWl-，由于行分裂和部分行合并的靈活性，按照規(guī)則所述步驟，可以得到多個(gè)M2行矩陣，構(gòu)成一組伍2}矩陣組；上述兩種情況統(tǒng)一記為？列重的大小關(guān)系定義兩個(gè)列重的大小關(guān)系為，P(H1)大于f(H2)，等價(jià)于KH1)中的每個(gè)元素分別都大于F(H2)中的對應(yīng)元素，即，K(H1) > f(H2) ^ Vn(H1) > Kn(H2)j η = I,2，. . .，N。其他關(guān)系如〈，<，彡，=等，可由上述定義類似得到。依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的多碼率LDPC碼構(gòu)建方法，包括以下步驟SI.所要構(gòu)造的多碼率LDPC碼校驗(yàn)矩陣依次為[HiJM1Xiv, ^Im2κιν. ··■, [H丨]m,xw,M^M^···爲(wèi)，其中列重依次為^(H1) Sf(H2) <…S F(Hi)。選定母碼矩陣為[HJmixwij選定由H1經(jīng)過行合并分裂得到其余各碼率校驗(yàn)矩陣的規(guī)則…<Pm-;行合并分裂的定義見背景技術(shù)。S2.按照單碼率LDPC碼的構(gòu)造方法，構(gòu)造滿足列重F(H1)的母碼矩陣[H1^ixi^并且Hi k Pm15 記該 H1 矩陣為，也即Η:1) = H1，初始化 i=2 ；S3.在H1^矩陣的基礎(chǔ)上添加非零元素，得到滿足列重f(_的M1 RN列矩陣H_i]，并且H;) I= PMt-^Mi+i> …/ ，S4.根據(jù)規(guī)則pMl,, Pm1,: H — (Hi),得到一組或一個(gè)Mi行N列矩陣{HJ ；S5.若{HJ中碼的性能(例如誤碼率、信噪比門限等等)均無法滿足要求，則返回步驟S3，重新設(shè)計(jì)添加非零元素；反之，則優(yōu)選{HJ中性能最優(yōu)的碼，作為Hi ；S6.若i = I，則所有碼率構(gòu)造完畢，最終得到所有I個(gè)碼率的校驗(yàn)矩陣；反之，則令i = i+Ι，并返回步驟S3，構(gòu)造下一個(gè)碼率的校驗(yàn)矩陣； 其中，在步驟SI中，所述規(guī)則包括行合并、行分裂和部分行合并；行合并、行分裂和部分行合并的定義見背景技術(shù)。其中，在步驟S3中，非零元素的添加滿足列重分布要求，優(yōu)選地，每個(gè)非零元素在加入時(shí)選擇行重最小的行，并使新增環(huán)數(shù)最少；至此，基于同一母碼校驗(yàn)矩陣的多碼率LDPC碼構(gòu)造完成。該方法在碼長不變的條件下，通過行分裂合并，得到不同校驗(yàn)位長度，實(shí)現(xiàn)多碼率。為了擴(kuò)展所構(gòu)建LDPC碼的應(yīng)用范圍，充分利用QC-LDPC碼校驗(yàn)矩陣的準(zhǔn)循環(huán)結(jié)構(gòu)，在相同的A矩陣條件下，通過改變子矩陣階數(shù)b實(shí)現(xiàn)多碼長方案，以適用于其他多種業(yè)務(wù)。為此，本方法進(jìn)一步包括以下步驟S7.由前述步驟所得到的全部多碼率QC-LDPC碼校驗(yàn)矩陣Hi, i = 1，2，· · ·，I，若它們均為子矩陣階數(shù)匕的QC-LDPC碼，且偏移地址矩陣依次為A1, A2, . . .，A1,所要構(gòu)造的多碼長QC-LDPC碼的子矩陣階數(shù)依次為Id1 < b2〈…〈匕；初始化i = I ;S8.由Ai矩陣和各子矩陣階數(shù)Id1 < b2〈K，得到QC-LDPC碼各碼長的校驗(yàn)矩陣Hiil, Hi,2，這些碼具有相同的Ai矩陣，不同之處在于它們的子矩陣階數(shù)b不相同；S9.若i = I，則所有碼率所有碼長構(gòu)造完畢；反之，則令i = i+Ι，并返回步驟S8，構(gòu)造下一個(gè)碼率所有碼長的校驗(yàn)矩陣；其中，在步驟S7中，偏移地址矩陣Ai的每個(gè)偏移地址O彡δ m,n彡brl ；其中，在步驟S8中，Hia即為Hi ;對于上述QC-LDPC碼的多碼長方案，所謂A矩陣的性能，特指該A矩陣在各子矩陣階數(shù)bi〈b2〈…<bL下得到的QC-LDPC碼各碼長校驗(yàn)矩陣H1, H2, . . . , Hl的綜合性能。優(yōu)選地，A矩陣性能較優(yōu)，指的是扎滿足性能需求，H1, H2, ...，Hl^1各碼性能均較優(yōu)；A矩陣性能較差，指的是扎不滿足性能需求，H1, H2, , Hl^1各碼中的一個(gè)或多個(gè)碼性能較差。為了進(jìn)一步優(yōu)化同一個(gè)碼率下各個(gè)碼長的QC-LDPC碼的性能，通過調(diào)整各碼長的A矩陣，提高各碼長下QC-LDPC碼的性能，本方法進(jìn)一步包括以下步驟S10.由前述步驟得到第i種碼率第I種碼長的QC-LDPC碼A矩陣為Ai, ^Ai, i =1，2，. . .，I，I = 1，2，. . .，L，子矩陣階數(shù)為 Id1 ；Sll.調(diào)整Au，改變一至多個(gè)循環(huán)行列式子矩陣的偏移地址，或不進(jìn)行調(diào)整；
S12.調(diào)整Au，將一至多個(gè)循環(huán)行列式子矩陣修改為全零子矩陣，或?qū)⒁恢炼鄠€(gè)全零子矩陣修改為循環(huán)行列式子矩陣，或不進(jìn)行調(diào)整；S13.由步驟Sll和S12得到的經(jīng)過修改的A矩陣Aiil，根據(jù)子矩陣階數(shù)b1;得到經(jīng)過調(diào)整后的第i種碼率第I種碼長的QC-LDPC碼Hi,1;至此，第i種碼率第I種碼長QC-LDPC碼的優(yōu)化完成；S14.重復(fù)步驟S1(TS13，優(yōu)化所有碼率所有碼長QC-LDPC碼的性能。實(shí)施例I參考圖3，針對QC-LDPC碼的準(zhǔn)循環(huán)結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例給出構(gòu)造I種碼率L種碼長的QC-LDPC碼方法，包括步驟SI.所要構(gòu)建的多碼率多碼長LDPC碼A矩陣依次為[A2]m2xjv> ■■■> [Αι]μ,χλ Mi>M2>…爲(wèi)，其中A矩陣列重依次為KA1) < K(A2) <…SKAi)。其中，L種碼長的子矩陣階數(shù) 依次為I^b2〈…<bLo選定QC-LDPC母碼A矩陣為[AiL^xw。選定由母碼矩陣A1經(jīng)過行合并分裂得到其余各碼率A矩陣的規(guī)則Pm1 ■■■>S2.按照單碼率QC-LDPC碼的構(gòu)建方法，構(gòu)建母碼A矩陣[AJm1 χλρ并且Al 匕 ...,PMpAf,，記該 A1 矩陣為 A》)，也即 A ) = A1,初始化 i = 2 ;S3.在A(廣 矩陣的基礎(chǔ)上添加非零元素及其偏移地址OS δ m,n < brl，得到滿足列重P(Ai)的 M1 H N 列矩陣，并且aP I=S4.根據(jù)規(guī)則— {七}，得到一組或一個(gè)Mi行N列矩陣{AJ ；S5.若{AJ中A矩陣的性能均無法滿足要求，則返回步驟S3，重新設(shè)計(jì)添加非零元素及其偏移地址Sm,n;反之，則優(yōu)選{AJ中性能較優(yōu)的A矩陣，作為Ai;S6.若i = I，則所有碼率構(gòu)造完畢，最終得到所有I個(gè)碼率的A矩陣和所有I個(gè)碼率L種碼長的H矩陣；反之，則令i = i+Ι，并返回步驟S3，構(gòu)造下一個(gè)碼率的A矩陣；其中，在步驟SI中，所述規(guī)則Pm -W2'PAi1^i3""'PAi1I/包括行合并、行分裂和部分行合并；其中，在步驟S2中，A矩陣構(gòu)建具體包括首先構(gòu)造T矩陣，再設(shè)置偏移地址，并且每個(gè)偏移地址O彡Smjn^b1-I ；其中，在步驟S3中，非零元素的添加滿足列重分布要求，優(yōu)選地，每個(gè)非零元素在加入時(shí)選擇行重最小的行，并使新增環(huán)數(shù)最少；其中，在步驟S5中，所謂A矩陣的性能，特指該A矩陣在各子矩陣階數(shù)bi〈b2〈…〈K下得到的QC-LDPC碼各碼長校驗(yàn)矩陣H1, H2,...，扎的綜合性能。優(yōu)選地，A矩陣性能較優(yōu)，指的是扎滿足性能需求，H1, H2, , Hl^1各碼性能均較優(yōu);A矩陣性能較差，指的是扎不滿足性能需求，H1, H2, , Hl^1各碼中的一個(gè)或多個(gè)碼性能較差；其中，在步驟S6中，相同碼率的L種碼長的QC-LDPC碼，具有一致的A矩陣，不同之處在于它們的子矩陣階數(shù)b不相同。為了進(jìn)一步優(yōu)化同一個(gè)碼率下各個(gè)碼長的QC-LDPC碼的性能，本實(shí)施例進(jìn)一步包括以下步驟S7.由前述步驟得到第i種碼率第I種碼長的QC-LDPC碼A矩陣為Aiil = Ai, i =1，2，. . .，I，I = 1，2，. . .，L，子矩陣階數(shù)為 Id1 ；S8.調(diào)整Au，改變一至多個(gè)循環(huán)行列式子矩陣的偏移地址，或不進(jìn)行調(diào)整；S9.調(diào)整Ai, 1；將一至多個(gè)循環(huán)行列式子矩陣修改為全零子矩陣，或?qū)⒁恢炼鄠€(gè)全零子矩陣修改為循環(huán)行列式子矩陣，或不進(jìn)行調(diào)整；S10.由步驟S8和S9得到的經(jīng)過修改的A矩陣Aia和，根據(jù)子矩陣階數(shù)b1;得到經(jīng)過調(diào)整后的第i種碼率第I種碼長的QC-LDPC碼Hi,1;至此，第i種碼率第I種碼長QC-LDPC碼的優(yōu)化完成；Sll.重復(fù)步驟S7 S10，優(yōu)化所有碼率所有碼長QC-LDPC碼的性能。實(shí)施例2再次參考圖3，構(gòu)造4種碼率2種碼長的QC-LDPC碼，各碼率A矩陣分別為 6MX12M,4MX 12Μ [A3] 3MX12M，
[A4]
2MX12M， 子矩陣階數(shù)分別為b” b2，包括步驟SI.所要構(gòu)建的多碼率 LDPC 碼 A 矩陣依次為[AJ6mx12m, [A2]4MX12M, [A3J3mx12m,[AJ2mx12m，其中，A矩陣列重依次為KA1) < F(A2) < F(A3) < f(A4)。子矩陣階數(shù)為Id1彡b2 ;S2. [A1J6mxn為QC-LDPC母碼的A矩陣。設(shè)定由母碼矩陣A1經(jīng)過行合并分裂得到其余各碼率A矩陣的規(guī)則p6M —4M，p6M—3M, P6M —2M，具體為$61 — ，將4的第m行分裂為兩部分，一部分與第m+2M行合并至A2的第m行，另一部分與第m+4M行合并至A2的第m+2M行，m=l，2，· · ·，2M ;P6Mm^A1 的第 m，m+3M 行合并至 A3 的第 m 行,m=l, 2, . . . , 3M ；P6M —2M，將 A1 的第 m, m+2M, i+4M 行合并至 A4 的第 m 行，m=l, 2, . . . , 2M ；S3.按照單碼率QC-LDPC碼的構(gòu)建方法，構(gòu)建母碼A矩陣[AJ6mx12m, A1滿足列重K(A1)，并且 A1 I= P SM > ΡβΜ- 3Μ< P6M-J2M，S4. I在A1矩陣的基礎(chǔ)上添加非零元素及其偏移地址O彡δ m,n彡brl，得到滿足列重f (A2)的 )矩陣，并且.A丨)t= P6M^4M>P6M^>3M>P6M^>2M 5S4. 2根據(jù)規(guī)則ρ6Μ — 4Μ，由于其包含行分裂操作，由經(jīng)過ρ6Μ — 4Μ得到一組4Μ行12Μ列的矩陣組{AJ ；S4. 3若{Α2}中A矩陣的性能均無法滿足要求，則返回步驟S4. 1，重新設(shè)計(jì)添加非零元素及其偏移地址Sm,n;反之，則優(yōu)選{A2}中性能最優(yōu)的A矩陣，作為A2;S5. I在Af矩陣的基礎(chǔ)上添加非零元素及其偏移地址OS δ m,n < brl，得到滿足
列重f(A3)的 )矩陣，并且.A丨)I= Psnf-,3Μ> ΡβΜ^2Μ S5. 2根據(jù)規(guī)則ρ6Μ—3Μ，由于其只包含行合并操作，由經(jīng)過ρ6Μ—3Μ得到一個(gè)3Μ行12Μ列的矩陣八3 ；S5. 3若A3矩陣的性能無法滿足要求，則返回步驟S5. 1，重新設(shè)計(jì)添加非零元素及其偏移地址sm,n;S6. I在Af矩陣的基礎(chǔ)上添加非零元素及其偏移地址O彡δ m,n彡brl，得到滿足列重f(A4)的矩陣，并且乂4)
P6M—2M，S6. 2根據(jù)規(guī)則p6M—2M，由于其只包含行合并操作，由A(,4)經(jīng)過!^^2 得到一個(gè)2M行12M列的矩陣八4 ；S6. 3若A4矩陣的性能無法滿足要求，則返回步驟S6. 1，重新設(shè)計(jì)添加非零元素及其偏移地址sm,n;S7.根據(jù)子矩陣階數(shù)b” b2，由A1矩陣得到2種碼長的碼率為1/2的QC-LDPC碼；由A2矩陣得到2種碼長的碼率為2/3的QC-LDPC碼；由A3矩陣得到2種碼長的碼率為3/4的QC-LDPC碼；由A4矩陣得到2種碼長的碼率為5/6的QC-LDPC碼；最終得到所有4個(gè)碼率的A矩陣和所有4個(gè)碼率2種碼長的H矩陣；其中，在步驟S3中，A矩陣構(gòu)建具體包括首先構(gòu)造T矩陣，再設(shè)置所有非零元素的偏移地址,并且每個(gè)偏移地址O彡δ u彡brl ；其中，在步驟S4. I、S5. I和S6. I中，非零元素及其偏移地址的添加滿足列重分布要求，優(yōu)選地，每個(gè)偏移地址在加入時(shí)選擇行重最小的行，并使新增環(huán)數(shù)最少；
其中，優(yōu)選地，在步驟S4. 3、S5. 3和S6. 3中，所謂A矩陣的性能滿足要求，特指該A矩陣在子矩陣階數(shù)b2下得到的長碼H2的性能滿足要求的前提下，在子矩陣階數(shù)Id1下得到的短碼H1的性能最優(yōu)，即，A矩陣性能最優(yōu)，指的是H2的性能滿足要求的條件下，H1的性能最優(yōu)；其中，在步驟S7中，相同碼率的2種碼長的LDPC碼,具有一致的A矩陣，不同之處在于它們的子矩陣階數(shù)b不相同。為了進(jìn)一步優(yōu)化同一個(gè)碼率下QC-LDPC短碼的性能，本實(shí)施例進(jìn)一步包括以下步驟S8.由前述步驟得到第i種碼率第I種碼長的QC-LDPC短碼A矩陣為Aui=Ai, i =1,2, 3，4，子矩陣階數(shù)為b1;S9.調(diào)整Aiil，改變一至多個(gè)循環(huán)行列式子矩陣的偏移地址，或不進(jìn)行調(diào)整；S10.調(diào)整Aiil，將一至多個(gè)循環(huán)行列式子矩陣修改為全零子矩陣，或?qū)⒁恢炼鄠€(gè)全零子矩陣修改為循環(huán)行列式子矩陣，或不進(jìn)行調(diào)整；Sll.由步驟S9和SlO得到的經(jīng)過修改的A矩陣Aiil和，根據(jù)子矩陣階數(shù)Id1，得到經(jīng)過調(diào)整后的第i種碼率第I種碼長的QC-LDPC碼Hiil，至此，第i種碼率QC-LDPC短碼的優(yōu)化完成；S12.重復(fù)步驟SfSll，優(yōu)化所有碼率QC-LDPC短碼的性能。根據(jù)實(shí)施例2，令M = 10，可構(gòu)造4種碼率2種碼長的QC-LDPC碼，子矩陣階數(shù)分別為Id1 = 128，b2 = 512。應(yīng)用本發(fā)明提出的多碼率QC-LDPC碼的構(gòu)造方法，最終得到碼長為61440的4種長碼和碼長為15360的4種短碼。4種碼率b1=128的短碼A矩陣分別記為 60X120，[八2，I] 40X120，30X120 ^4,1^20X120
；4種碼率b2 = 512的長碼A矩陣分別記為 60X120, [A2，2] 40X120，t-^3,30X120 t-^4, 20X120°由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明基于同一母碼校驗(yàn)矩陣構(gòu)建多碼率LDPC碼，特別是QC-LDPC碼，充分利用了 LDPC碼的優(yōu)良特性，不僅便于設(shè)計(jì)，而且可以在獲得優(yōu)良性能的前提下有效提高編碼調(diào)制系統(tǒng)的靈活性、可擴(kuò)展性和多業(yè)務(wù)適用性，同時(shí)保證了相對較低的硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種多碼率LDPC碼的構(gòu)造方法，其特征在于，包括以下步驟 51.設(shè)所要構(gòu)造的多碼率LDPC碼校驗(yàn)矩陣依次為[HiJm1XJv,[HzIm2KWi…,出丨] 丨xjv,其中，M1W…〉M1,其中列重依次為 K(H1), K(H2),…，KH,)，其中,/(H1) < y(H2) < …< _,)，選定母碼矩陣為選定由H1經(jīng)過行合并分裂得到其余各碼率校驗(yàn)矩陣的規(guī)則….PM0M,，其中，N為碼字長度，I表示所要構(gòu)造的LDPC碼對應(yīng)的碼率個(gè)數(shù)； .52.按照單碼率LDPC碼的構(gòu)造方法，構(gòu)造滿足列重P(H1)的母碼矩陣[H1Imix^，并且Ht I= Pm1-^m2,Pm1-^m3- Pm ,，記該H1矩陣為Hp》，也即H^1 = H1，初始化i = 2 ;矩陣H1同時(shí)滿足規(guī)則PM1-^M3^，記為Hi J= Pm1^m2IPmpm3,…，Pm-m/， .53.在Hf_1〕矩陣的基礎(chǔ)上添加非零元素，得到滿足列重的M1行N列矩陣Hi)并且rr(0^zz"■ f Pm1^JWj， .54.滿足規(guī)則PMl,的矩陣Hf按照規(guī)則PMl,得到一組或一個(gè)MiRN列矩陣{HJ ； .55.若{HJ中碼的性能均無法滿足要求，則返回步驟S3;否則選擇{HJ中性能最優(yōu)的碼，作為Hi ； .56.若i= I，則所有碼率構(gòu)造完畢，最終得到所有I個(gè)碼率的校驗(yàn)矩陣；否則，則令i=i+1，并返回步驟S3，構(gòu)造下一個(gè)碼率的校驗(yàn)矩陣。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在步驟SI中，所述規(guī)則Pm1^m2'Pm1^m3)…,^^^^,包括彳了合并、彳了分裂和部分彳了合并。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，在步驟S3中，所述每個(gè)非零元素選擇行重最小的行加入。
4.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，在步驟S6之后還包括步驟 .57.若步驟S6所得到的校驗(yàn)矩陣均為子矩陣階數(shù)為Id1的QC-LDPC碼，且偏移地址矩陣依次為A1, A2, ...，A1,則初始化i = 1，設(shè)所要構(gòu)造的多碼長QC-LDPC碼的子矩陣階數(shù)依次為 Id1, b2, , bL,且 b^by... <bL ； .58.由矩陣Ai和各子矩陣階數(shù)bpb2，. . .，K，得到QC-LDPC碼各碼長的校驗(yàn)矩陣I，氏,2，…，Hi^ H^1 即為 Hi ; .59.若i= I，則結(jié)束；否則令i = i+1，并返回步驟S8，構(gòu)造下一個(gè)碼率所有碼長的校驗(yàn)矩陣。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟S7中，偏移地址矩陣Ai的每個(gè)偏移地址 O 彡 SnunSb1-U
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟S9之后還包括步驟 .510.根據(jù)步驟S9得到第i種碼率第I種碼長的QC-LDPC碼A矩陣為Ai,^Ai, i = 1，.2，. . .，I，I = 1，2，. . .，L，子矩陣階數(shù)為 Id1 ； . 511.調(diào)整Ai,p改變一至多個(gè)循環(huán)行列式子矩陣的偏移地址，或不進(jìn)行調(diào)整； . 512.調(diào)整Au，將一至多個(gè)循環(huán)行列式子矩陣修改為全零子矩陣，或?qū)⒁恢炼鄠€(gè)全零子矩陣修改為循環(huán)行列式子矩陣，或不進(jìn)行調(diào)整； .513.由步驟Sll和S12得到的經(jīng)過修改的A矩陣Au，根據(jù)子矩陣階數(shù)bp得到經(jīng)過調(diào)整后的第i種碼率第I種碼長的QC-LDPC碼Hi,!,至此，第i種碼率第I種碼長QC-LDPC碼的優(yōu)化完成；S14.重復(fù)步驟S1(TS13，優(yōu)化所有 碼率所有碼長QC-LDPC碼的性能。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種多碼率LDPC碼的構(gòu)造方法。本發(fā)明基于同一母碼校驗(yàn)矩陣構(gòu)建多碼率LDPC碼，充分利用了LDPC碼的優(yōu)良特性，不僅便于設(shè)計(jì)，而且可以在獲得優(yōu)良性能的前提下有效提高編碼調(diào)制系統(tǒng)的靈活性、可擴(kuò)展性和多業(yè)務(wù)適用性，同時(shí)保證了相對較低的硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
文檔編號H03M13/11GK102811064SQ20121027281
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者彭克武, 范力文, 潘長勇, 黃嘉晨, 宋健 申請人:清華大學(xué)