[發明專利]LDPC碼校驗矩陣的構造方法、LDPC碼的編碼方法和編碼裝置

有效

• 申請號: 200910092565.6
• 申請日: 2009-09-11
• 公開（公告）號: CN102025441A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 劉斌彬;白棟;葛啟宏;陶濤;王軍偉;陳文;姜紅旗
• 申請（專利權）人: 北京泰美世紀科技有限公司
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H03M13/11
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 尚世浩

技術領域

本發明涉及無線通信領域，具體而言，本發明涉及LDPC碼校驗矩陣的構造方法、LDPC碼的編碼方法和編碼裝置。

背景技術

Shannon在著名的“通信的數學理論”中，闡明了在有噪聲信道中實現可靠傳輸的途徑是編碼。他提出了有噪聲信道中信息可傳輸的最大速率，即信道容量；同時也推導出了信息可無錯誤傳輸所需的最小信噪比值，被稱為Shannon極限。雖然Shannon的信道編碼理論給出了最佳編碼的極限性能，但并沒有給出具體的編碼方案。以此為基礎，人們一直致力于尋找性能上接近Shannon極限的編碼方案。

LDPC碼最早由Gallager提出，是一種校驗矩陣非常稀疏的線性分組碼。也就是說，其校驗矩陣中只有非常少量的非“0”元素(對于二進制碼來說，非“0”元素即為“1”元素)。Mackay等人的進一步研究表明，LDPC碼的性能在消息傳遞(MP)迭代譯碼算法下可以接近Shannon極限。

目前，LDPC碼正被越來越多的應用于各種通信系統中。中國移動多媒體廣播(CMMB)系統就采用了LDPC碼的信道編碼方案。CMMB系統通過衛星和地面基站實現天地一體的大面積廣播覆蓋，傳送多路音視頻廣播業務。用戶可以用終端實現移動接收。由于衛星信號功率受限，同步衛星軌道在36000公里高空，下行信號的路徑損耗嚴重，導致接收終端的鏈路余量很小。因此，需要設計性能優秀的LDPC碼。此外，實際的通信系統還需要低的編、譯碼器實現復雜度。采用計算機搜索的方法雖然可以隨機或者類隨機的生成性能優秀的LDPC碼，但由于校驗矩陣的隨機性，需要大量的存儲器對其進行存儲。又由于LDPC碼的碼長較長，編碼器的實現非常復雜度。

因此，有必要提出相應的技術方案，既可以構造任意碼率的性能優秀的LDPC碼，又能解決校驗矩陣的存儲問題，有效降低編碼器的實現復雜度。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一，特別是通過本發明提出的LDPC碼的校驗矩陣構造方法，構造出任意碼率的性能優秀的LDPC碼，解決校驗矩陣的存儲問題，有效降低編碼器的實現復雜度。

為了達到上述目的，本發明的一方面提出了一種LDPC碼校驗矩陣的構造方法，包括以下步驟：構造一個產生碼率為R、碼長為N的LDPC碼的M_B×N_B維的基礎矩陣B，其中M_B＝M/K，N_B＝N/K，M＝N(1-R)，K為基礎矩陣的擴張比，K∈Φ，Φ為M和N的公因子的集合；用K×K的矩陣替換基礎矩陣B中的元素，將基礎矩陣B擴張為M×N維的校驗矩陣H，所述校驗矩陣H用于進行LDPC碼的編碼或譯碼。

本發明的另一方面還提出了一種LDPC碼的編碼方法，包括以下步驟：

將校驗矩陣H分為兩個子矩陣H＝[H_m?H_p]，其中H_m為M×(N-M)維的子矩陣，H_p為M×M維的子矩陣，計算H_p^-1和H_p^-1H_m，所述校驗矩陣H通過以下方式得到，首先構造一個產生碼率為R、碼長為N的LDPC碼的M_B×N_B維的基礎矩陣B，其中M_B＝M/K，N_B＝N/K，M＝N(1-R)，K為基礎矩陣的擴張比，K∈Φ，Φ為M和N的公因子的集合，選擇基礎矩陣B的每一行和每一列中“1”的數目，使得B的行重和列重分布滿足預定的節點度分布，在行重和列重滿足預定的節點度分布的前提下，選擇基礎矩陣B中每一行和每一列中“1”的位置，使得B的后M_B列組成的M_B×M_B維的子矩陣滿秩，然后將基礎矩陣B擴張為M×N維的校驗矩陣H，將基礎矩陣B中的“0”用K×K維的全“0”矩陣Z替換，將B中的“1”用K×K維的循環置換矩陣P替換，其中，P中“1”的行號i和列號j滿足j＝(i+k)mod?K，k為循環置換矩陣的偏移量，mod表示取模運算，為每一個循環置換矩陣P選擇一個偏移量；根據輸入的1×(N-M)維的信息序列m，計算1×M維的校驗序列p＝m(H_p^-1H_m)^T；將信息序列m和校驗序列p組合成1×N維的碼字序列c＝[m?p]并輸出。

本發明的另一方面還提出了一種LDPC碼的編碼裝置，包括編碼矩陣存儲模塊、校驗序列計算模塊以及碼字序列生成模塊，