[發(fā)明專利]一種基于斐波那契與GCD的非規(guī)則LDPC碼構(gòu)造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111241479.4
• 申請(qǐng)日: 2021-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113949390A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁建國(guó);劉議靖;譚森偉;蒯家松;張育寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H03M13/11
• 分類號(hào): H03M13/11
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明具體涉及一種基于斐波那契數(shù)列與GCD序列的非規(guī)則QC?LDPC碼構(gòu)造方法。該方法先設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的基矩陣P，利用GCD序列與斐波那契數(shù)列構(gòu)造循環(huán)移位矩陣H1，以H1擴(kuò)展基矩陣P得到奇偶校驗(yàn)矩陣H。該方法計(jì)算簡(jiǎn)單，只需存儲(chǔ)極小的原模圖基矩陣與數(shù)列，節(jié)約硬件資源，且能夠避免4環(huán)，提升糾錯(cuò)性能，沒(méi)有明顯的錯(cuò)誤平層。仿真表明，該構(gòu)造方法構(gòu)造的非規(guī)則QC?LDPC碼在碼率為0.5，誤碼率(BER)為10^?6時(shí)，與基于消除陷阱集的有限長(zhǎng)度非規(guī)則FL?QC?LDPC碼、基于完備差集的非規(guī)則Type?I QC?LDPC碼以及基于GCD算法的可快速編譯GL?QC?LDPC碼相比，其凈編碼增益分別提高了約0.2dB，0.2dB和0.08dB。在碼率為0.6，誤碼率為10^?7時(shí)，與GL?QC?LDPC碼和基于矩陣擴(kuò)展的RC?LDPC碼相比，其凈編碼增益分別提高了約0.04dB與0.1dB。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信道編碼技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于斐波那契數(shù)列與最大公約數(shù)(Greatest Common Divisor,GCD)序列的非規(guī)則QC-LDPC碼構(gòu)造方法。

背景技術(shù)

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，信道編碼技術(shù)成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。準(zhǔn)循環(huán)低密度奇偶校驗(yàn)(Quasi-Cyclic Low-Density Parity-Check,QC-LDPC)碼因其接近Shannon限且便于硬件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用。由于信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到噪聲等影響，極大地影響了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院陀行裕虼嗽趶?qiáng)調(diào)信道編碼的糾錯(cuò)能力時(shí)，還需根據(jù)信道的實(shí)時(shí)情況調(diào)整碼率，在不同信道情況發(fā)送相應(yīng)碼率的碼字，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c有效性。

根據(jù)構(gòu)造方式不同，校驗(yàn)矩陣主要分為兩類：隨機(jī)校驗(yàn)矩陣和結(jié)構(gòu)化校驗(yàn)矩陣。目前，經(jīng)典的隨機(jī)構(gòu)造主要有Gallager、MacKay、PEG等構(gòu)造方式，由于校驗(yàn)矩陣的隨機(jī)性，對(duì)硬件要求更為復(fù)雜，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單編碼。結(jié)構(gòu)化校驗(yàn)矩陣構(gòu)造主要有代數(shù)幾何、組合數(shù)學(xué)等方式，雖然構(gòu)造方式簡(jiǎn)單，但以上方式受限于特定結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致碼長(zhǎng)、碼率選擇不夠靈活，在信號(hào)傳輸受限的信道傳輸效果并不理想。為兼顧碼長(zhǎng)、碼率可靈活選擇以及編碼復(fù)雜度等問(wèn)題，結(jié)合隨機(jī)構(gòu)造與結(jié)構(gòu)化構(gòu)造優(yōu)點(diǎn)的混合構(gòu)造被提出，不僅能靈活選擇碼長(zhǎng)碼率，還易于硬件實(shí)現(xiàn)。其中應(yīng)用最為廣泛的是基于原模圖構(gòu)造的QC-LDPC碼，利用原模圖可以更簡(jiǎn)單靈活地構(gòu)造校驗(yàn)矩陣。

本發(fā)明涉及一種基于斐波那契數(shù)列與GCD序列的非規(guī)則QC-LDPC碼構(gòu)造方法，為提高碼型的糾錯(cuò)性能，采用非規(guī)則QC-LDPC碼實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與變量節(jié)點(diǎn)之間的折中。原模圖基矩陣P左側(cè)大小為4×4的矩陣主對(duì)角線為元素∞，對(duì)角線以下元素為∞與1交替出現(xiàn)，此設(shè)計(jì)方法能夠使基矩陣擴(kuò)展后得到具有非規(guī)則特性的奇偶校驗(yàn)矩陣H。為進(jìn)一步提升所構(gòu)造碼字的糾錯(cuò)性能，P右側(cè)大小為4×4的矩陣對(duì)角線元素用0代替，P中其余元素用1表示。然后將基于斐波那契數(shù)列與GCD序列構(gòu)造的循環(huán)位移矩陣H1用于擴(kuò)展基矩陣P，生成就校驗(yàn)矩陣H。其中循環(huán)移位矩陣H1只需通過(guò)兩組數(shù)列簡(jiǎn)單相乘即可構(gòu)造，計(jì)算簡(jiǎn)單，所需存儲(chǔ)空間少，無(wú)需計(jì)算機(jī)搜索即可消除4環(huán)，且存在極少的6環(huán)。該構(gòu)造方法不僅能靈活的選擇碼長(zhǎng)碼率，在高信噪比下糾錯(cuò)性能良好，且沒(méi)有明顯的錯(cuò)誤平層。經(jīng)過(guò)仿真分析，該碼型在碼率0.5和碼率0.6時(shí)，誤碼率分別在10^-6與10^-7均有良好的糾錯(cuò)能力。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的為提供一種基于斐波那契數(shù)列與最大公約數(shù)(GreatestCommon Divisor,GCD)序列的非規(guī)則QC-LDPC碼構(gòu)造方法，利用數(shù)列組合設(shè)計(jì)循環(huán)移位矩陣H1擴(kuò)展基矩陣P，以此生成奇偶校驗(yàn)矩陣H。其中循環(huán)移位矩陣H1只需兩組數(shù)列簡(jiǎn)單相乘即可構(gòu)造，所需存取空間少，計(jì)算簡(jiǎn)單，無(wú)需計(jì)算機(jī)搜索即可消除4環(huán)，所構(gòu)造的碼型有極少的6環(huán)。該方法可靈活選擇碼率碼長(zhǎng)，且在高信噪比下無(wú)明顯錯(cuò)誤平層。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：