[發明專利]LDPC碼校驗矩陣的構造方法、裝置和編碼方法及系統

有效

• 申請號: 201110238045.9
• 申請日: 2011-08-17
• 公開（公告）號: CN102957435B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 李繼龍;白棟;高鵬;申紅兵;邢觀斌;馮昂
• 申請（專利權）人: 國家新聞出版廣電總局廣播科學研究院;北京泰美世紀科技有限公司
• 主分類號: H03M13/11
• 分類號: H03M13/11
• 代理公司: 北京博雅睿泉專利代理事務所(特殊普通合伙)11442
• 代理人: 馬佑平

技術領域

本發明涉及無線通信領域，具體而言，本發明涉及低密度奇偶校驗(LDPC)碼校驗矩陣的構造方法、裝置和編碼方法及系統。

背景技術

香農(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碼最早由加拉格爾(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。又由于LDPC碼的碼長較長，編碼器的實現非常復雜度。采用數學的方法對LDPC碼進行構造，則可以通過附加一定的約束條件，使其校驗矩陣具有一定的結構。

而且，校驗矩陣的每一行中“1”的數目稱為該行的“行度”，校驗矩陣的每一列中“1”的數目稱為該列的“列度”。如果滿足以下條件：其校驗矩陣所有行的行度相同，所有列的列度也相同，那么這個LDPC碼稱為規則LDPC碼。校驗矩陣的行度不完全相同或者列度不完全相同的LDPC碼，稱為非規則LDPC碼。有研究表明，非規則LDPC碼性能優于規則LDPC碼。優選非規則LDPC碼的重要方法之一是優化行度和列度的分布。

準循環LDPC碼因為降低了編譯碼器的復雜度，被廣泛應用。為了獲得結構化設計，準循環LDPC碼將整個校驗矩陣分為方型子陣，每個子陣通常成為一個“塊”，每個子陣滿足循環矩陣定義。通常，有限碼長LDPC碼的行度分布和列度分布是對于優選度分布的近似，而由于準循環LDPC碼的“分塊”結構，使得準循環LDPC碼的度分布往往不能獲得較為準確的近似，從而影響了碼集的性能。

發明內容

本發明旨在至少解決或減緩上述技術缺陷之一，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MB×NB維的過度基礎矩陣BT，其中MB＝M/K，NB＝N/K，M＝N(1-R)，K為過度基礎矩陣的擴張比，K∈Φ，Φ為M和N的公因子的集合；

用K×K維的矩陣替換過度基礎矩陣BT中的元素，將過度基礎矩陣BT擴張為M×N維的過度矩陣HT；

去除過度矩陣HT中至少一個K×K維的矩陣的至少一個元素“1”，以獲得檢驗矩陣H，所述校驗矩陣H具有優化的行重分布和/或列重分布，用于進行LDPC碼的編碼和/或譯碼。

本發明另一方面提出了一種LDPC碼校驗矩陣的構造裝置，包括過度基礎矩陣構造單元、過度矩陣擴張單元和檢驗矩陣生成單元，其中：

過度基礎矩陣構造單元，用于構造一個產生碼率為R、碼長為N的LDPC碼的MB×NB維的過度基礎矩陣BT，其中MB＝M/K，NB＝N/K，M＝N(1-R)，K為過度基礎矩陣的擴張比，K∈Φ，Φ為M和N的公因子的集合；

過度矩陣擴張單元，用于用K×K維的矩陣替換過度基礎矩陣BT中的元素，將過度基礎矩陣BB擴張為M×N維的過度矩陣HB；

檢驗矩陣生成單元，用于去除過度矩陣HB中至少一個K×K維的矩陣的至少一個元素“1”，以獲得檢驗矩陣H，所述校驗矩陣H具有優化的行重分布和/或列重分布，用于進行LDPC碼的編碼和/或譯碼。