[發明專利]一種逼近信道容量的碼率可變LDPC碼的編碼方法

有效

• 申請號: 201210044081.6
• 申請日: 2012-02-24
• 公開（公告）號: CN102571105A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 童勝;白寶明;鄭慧娟;李琪
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H03M13/11
• 分類號: H03M13/11
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于數字通信技術領域，涉及信道編碼技術，具體地說是一種性能逼近信道容量的碼率可變LDPC碼的編碼方法。該編碼方法產生的信道碼可作為前向糾錯編碼技術應用于無線移動通信等信道條件時變的通信場合。

背景技術

在無線移動通信系統中，信道編碼技術是實現可靠通信的關鍵技術之一。由于用戶移動和周圍環境的變化，無線移動通信系統的信道條件是時變的。為了在這種時變通信場景下獲得較高的系統吞吐量，一般要求系統能夠靈活的改變信道編碼的碼率以適應信道的時變特性。因此，碼率可變碼在無線移動通信中具有良好的應用前景。

以Turbo碼和低密度奇偶校驗LDPC碼為代表的迭代可譯碼或者稱為圖碼，是當今信道編碼領域的研究熱點之一。Turbo碼是以卷積碼為分量碼通過交織器連接成的并行級聯碼，它的優化可以通過選擇不同的分量碼來實現。因此，Turbo碼的優化空間較小，其性能離Shannon限仍有一定差距。比如Berrou等人于1993年國際通信會議上提出的1/2碼率Turbo碼離Shannon限仍有0.5dB的差距。LDPC碼是以非規則重復碼為內碼，單校驗碼為外碼的串行級聯碼。由于重復碼和單校驗碼的度數可選范圍很大，LDPC碼的優化空間很大，其性能可以非常逼近Shannon限。比如Chung等人于2001年2月在IEEE?Communications?Letters上發表的論文“On?the?design?of?low-density?parity-check?codes?within?0.0045dB?of?the?Shannon?limit”中，設計了一個1/2碼率的LDPC碼，離Shannon限僅有0.04dB。

目前，已經有一些通信標準采納了Turbo碼和LDPC碼作為可選信道編碼方案，并且支持多種碼率。在CDMA2000標準中，Turbo碼使用兩個8狀態遞歸卷積碼作為分量碼，并且通過不同的刪余模式實現1/2，1/3和1/4三種碼率。在802.16e標準中使用了基于循環置換矩陣構造的LDPC碼。由于各個碼率下LDPC碼的校驗矩陣差異較大，為了支持多種碼率，需要記錄多個基礎矩陣，從而增加了系統開銷。此外，Turbo碼譯碼采用復雜度較高的MAP算法，而LDPC碼的譯碼采用低復雜度的和積算法。

綜上所述，碼率可變Turbo碼和碼率可變LDPC碼各有優缺點：碼率可變Turbo碼性能一般，編碼器實現簡單，譯碼復雜度較高；碼率可變LDPC碼性能優異，編碼器實現相對復雜，譯碼復雜度低。

2001年2月，Li?Ping等人于在IEEE?Transaction?on?Information?Theory上發表的論文“Zigzag?codes?and?concatenated?zigzag?codes”中，提出了一種稱為級聯Zigzag碼的新型迭代可譯碼。該類碼綜合了Turbo碼的低編碼復雜度和LDPC碼的低譯碼復雜度的特點。級聯Zigzag碼是一種以Zigzag碼為分量碼通過交織器并行連接而成的并行級聯碼。具體說，參數為(I，J，K)的級聯Zigzag碼的編碼步驟如下：長度為IJ的信息比特分組m送入K條編碼分支，每條分支由交織器和Zigzag碼編碼器構成；對于第i條編碼分支(i＝1，2，...，K)，將經過交織之后的信息比特分組送入累加器(即兩狀態遞歸卷積碼)得到長為IJ比特分組，采用長度為J的刪余模式(00...0x)，即刪余模式中前J-1個0表示刪掉前J-1個比特，而最后一個x表示保留最后一個比特，對這IJ個比特進行刪余操作，得到長度為I的校驗分組p_i；最后，通過復用形成碼字c＝(m，p₁，p₂，...，p_K)。由上述編碼方法可知，類似于Turbo碼，級聯Zigzag碼可以通過改變刪余模式靈活的改變碼率。然而，由于級聯Zigzag碼結構的規則性，無法像非規則LDPC碼一樣優化設計，其性能離Shannon限仍有一定差距，特別是在中等碼率時其譯碼門限離Shannon限存在較大差距。

發明內容

本發明的目的在于針對級聯Zigzag碼因優化空間受限而性能優化困難這一問題，利用預編碼技術，提出一種逼近信道容量的碼率可變LDPC碼編碼方法，以實現對級聯Zigzag碼的優化設計。

實現本發明目的的技術方案是：以預編碼為外碼，級聯Zigzag碼為內碼形成串行級聯碼；預編碼技術的引入為級聯Zigzag碼提供了新的優化自由度，用以實現級聯Zigzag碼的優化設計，其具體步驟包括如下：