CN101471672A - 校验矩阵生成方法及相应的编码方法和编码器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种校验矩阵生成方法，通过对定义母码的基校验矩阵进行分解和交织的联合处理方式来获得不同码率的校验矩阵。本发明还提供相应的低密度奇偶校验码的编码方法、校验矩阵生成器和编码器。由于本发明方案通过分解来扩展基校验矩阵，保证在码率降低时，仍满足较高码率时的校验关系，避免了缩短和删除时带来的校验结构复杂化；同时由于联合使用交织处理，使得能够灵活调节校验节点的度分布，减少了扩展方法在低码率时的性能损失，在实际通信系统中，能够获得更低的帧错误率或块错误率。

Description

校验矩阵生成方法及相应的编码方法和编码器

技术领域

本发明涉及编码技术领域，具体涉及低密度奇偶校验(LDPC：Low DensityParity-Check)码的校验矩阵生成方法和编码方法以及相应的校验矩阵生成器和编码器。

背景技术

LDPC码是一类由稀疏校验矩阵定义的线性分组码，基于其错误平层低、译码复杂性低、适合于高速数据传输系统的特点，正逐渐成为无线通信的信道编码技术中的研究热点。

在无线通信应用中，为了充分利用信道资源并保证数据传输的可靠性，常常需要根据信道条件和系统需求调整数据传输的速率，因此需要能够灵活有效的选择不同码率的信道编码。此外，为了提高传输的效率，满足混合自动重传请求(HARQ：Hybrid Automatic Repeat-reQuest)等传输机制的要求，还需要不同码率的编码具有兼容性。码率兼容(RC：Rate Compatible)码即可满足上述要求，其不同码率的码字具有嵌套性，高码率的码字比特包含在低码率的码字比特中，因此在自适应编码调制领域以及HARQ中都具有重要的应用价值。

目前构造码率兼容的LDPC(RC-LDPC)码主要采用基于母码的删除、缩短、扩展等方式。其中，删除是由低码率码构造高码率码的一种方法，通过删除低码率码中的校验比特得到一系列的高码率码，译码器通过某种方式恢复未传输的校验比特后对码字比特进行译码，与同码率的未删除LDPC码相比，具有较复杂的奇偶校验结构；缩短是由高码率码构造低码率码的一种方法，通过在编码前删除信息比特得到低码率码，译码时仍然使用高码率码的校验矩阵进行译码，当码率较低时，与删除类似，具有较复杂的奇偶校验结构；扩展是通过增加更多的校验比特，由高码率码构造低码率码的一种方法，增加的校验比特可根据需要产生，以避免编译码器不必要的计算，当码率较低时，扩展得到的低码率码的性能损失较大。

发明内容

本发明实施例提供一种能够根据需要简单灵活地提供码率兼容的低密度奇偶校验码的校验矩阵生成方法，包括：获取第一基校验矩阵，所述第一基校验矩阵由行数相同的第一信息矩阵和第一奇偶矩阵连接构成；根据需要获得的码率确定所述第一信息矩阵需要分解获得的行数；按照所述需要分解获得的行数对所述第一信息矩阵的行进行分解，获得第二信息矩阵；确定m_b×m_b维第三奇偶矩阵H_b23，m_b为所述第二信息矩阵的行数，H_b23的第一列是列重量为3的列向量，H_b23具有双斜对角结构，主、副对角线上的元素为1，副对角线上的1元素与同行的主对角线上的1元素之间的距离为d-1，d≥2；对所述第二信息矩阵的行进行

行进列出的交织，其中

表示向上取整，获得第三信息矩阵；连接所述第三信息矩阵和第三奇偶矩阵构成第三基校验矩阵。

本发明实施例还提供相应的低密度奇偶校验码的编码方法，包括：获取待编码的信息块序列u(i)，i＝0，1，…，k_b-1，各个u(i)为z维列矢量；根据信息块序列u(i)和m×n维校验矩阵H生成第一校验块v(0)，其中，m＝m_b×z，n＝n_b×z，n_b＝m_b+k_b， $v\left(0\right)=P_{z-p(x,k_b)}\underset{j=0}{\overset{m_b-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=0}{\overset{k_b-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right),$ 所述校验矩阵H由基校验矩阵H_b扩展获得，H_b由m_b×k_b维信息矩阵H_b13和m_b×m_b维奇偶矩阵H_b23连接构成，H_b的生成方法包括权利要求1～4任意一项所述的方法中的全部步骤；H_b中的0元素扩展为z×z维0矩阵，H_b中的1元素扩展为z×z维循环置换阵；P_y1为z×z维0矩阵或循环置换阵，下标y1表示移位量，为0矩阵时移位量为-1；p(y2，y3)为H中与H_b的第y2行y3列元素对应的循环置换阵的移位量；x为H_b23的第一列中的1元素所在行的行号；根据信息块序列u(i)、校验矩阵H和第一校验块v(0)生成第一临时块序列λ(j)， $\mathrm{\λ}\left(j\right)=\underset{i=0}{\overset{k_b-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right)+P_{p(j,k_b)}v\left(0\right),$ j＝0，1，…，m_b-1；对第一临时块序列λ(j)按照距离参数d进行行进列出的交织，获得第二临时块序列λ’(j)；由第一校验块v(0)和第二临时块序列λ’(j)生成临时校验块序列v’(j)， $v\′\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}v\left(0\right)& ,j=0\\ \mathrm{\λ}\′\left(0\right)& ,j=1\\ v\′(j-1)+\mathrm{\λ}\′(j-1)& ,j=2,...,m_b-1\end{array}\right.;$ 对临时校验块序列v’(j)进行

列进行出的解交织，获得校验块序列v(j)。

以及相应的一种校验矩阵生成器，包括：母码获取单元，用于获取第一基校验矩阵，所述第一基校验矩阵由行数相同的第一信息矩阵和第一奇偶矩阵连接构成；分析单元，根据需要获得的码率确定所述第一信息矩阵需要分解获得的行数；分解单元，用于按照所述需要分解获得的行数对所述第一信息矩阵的行进行分解，获得第二信息矩阵；生成单元，用于确定m_b×m_b维第三奇偶矩阵H_b23，m_b为所述第二信息矩阵的行数，H_b23的第一列是列重量为3的列向量，H_b23具有双斜对角结构，主、副对角线上的元素为1，副对角线上的1元素与同行的主对角线上的1元素之间的距离为d-1，d≥2；交织单元，用于对所述第二信息矩阵的行进行行进列出的交织，其中

表示向上取整，获得第三信息矩阵；连接单元，用于连接所述第三信息矩阵和第三奇偶矩阵构成第三基校验矩阵。

和一种编码器，包括：第一运算单元，用于输入待编码的信息块序列u(i)，i＝0，1，…，k_b-1，各个u(i)为z维列矢量；根据信息块序列u(i)和m×n维校验矩阵H生成第一校验块v(0)，其中，m＝m_b×z，n＝n_b×z，n_b＝m_b+k_b， $v\left(0\right)=P_{z-p(x,k_b)}\underset{j=0}{\overset{m_b-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=0}{\overset{k_b-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right),$ 所述校验矩阵H由基校验矩阵Hb扩展获得，H_b由m_b×k_b维信息矩阵H_b13和m_b×m_b维奇偶矩阵H_b23连接构成，H_b的生成方法包括权利要求1～4任意一项所述的方法中的全部步骤；H_b中的0元素扩展为z×z维0矩阵，H_b中的1元素扩展为z×z维循环置换阵；P_y1为z×z维0矩阵或循环置换阵，下标y1表示移位量，为0矩阵时移位量为-1；p(y2，y3)为H中与H_b的第y2行y3列元素对应的循环置换阵的移位量；x为H_b23的第一列中的1元素所在行的行号；第二运算单元，用于根据信息块序列u(i)、校验矩阵H和第一校验块v(0)生成第一临时块序列λ(j)， $\mathrm{\λ}\left(j\right)=\underset{i=0}{\overset{k_b-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right)+P_{p(j,k_b)}v\left(0\right),$ j＝0，1，…，m_b-1；交织单元，用于对第一临时块序列λ(j)按照距离参数d进行

行进列出的交织，获得第二临时块序列λ’(j)；累加单元，用于由第一校验块v(0)和第二临时块序列λ’(j)生成临时校验块序列v’(j)， $v\′\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}v\left(0\right)& ,j=0\\ \mathrm{\λ}\′\left(0\right)& ,j=1\\ v\′(j-1)+\mathrm{\λ}\′(j-1)& ,j=2,...,m_b-1\end{array}\right.;$ 解交织单元，用于对临时校验块序列v’(j)进行

列进行出的解交织，获得校验块序列v(j)。

本发明实施例采用对定义母码的基校验矩阵进行分解和交织的联合处理方式来获得不同码率的校验矩阵；由于通过分解来扩展基校验矩阵，保证在码率降低时，仍满足较高码率时的校验关系，避免了缩短和删除时带来的校验结构复杂化；同时由于联合使用交织处理，使得能够灵活调节校验节点的度分布，减少了扩展方法在低码率时的性能损失，在实际通信系统中，能够获得更低的帧错误率或块错误率。

附图说明

图1是本发明实施例一校验矩阵生成方法流程示意图；

图2是本发明实施例一中校验节点分解示意图；

图3是本发明实施例二低密度奇偶校验码的编码方法流程示意图；

图4是本发明实施例三校验矩阵生成器的逻辑结构示意图；

图5是本发明实施例四编码器的逻辑结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种校验矩阵生成方法，通过对定义母码的基校验矩阵进行分解和交织的联合处理方式来获得不同码率的校验矩阵。本发明实施例还提供相应的低密度奇偶校验码的编码方法、校验矩阵生成器和编码器。以下分别进行详细说明。

实施例一、一种校验矩阵生成方法。流程如图1所示，包括步骤：

A1、获取第一基校验矩阵，该第一基校验矩阵由行数相同的第一信息矩阵和第一奇偶矩阵连接构成。

可选择性能优异的块型LDPC(B-LDPC：Block-type LDPC)码作为母码，对应的校验矩阵即为第一校验矩阵H₁，H₁可视为由二元的第一基校验矩阵H_b01扩展而成；H_b01由m_b1×k_b维第一信息矩阵H_b11和m_b1×m_b1维第一奇偶矩阵H_b21连接构成；H_b01中的0元素扩展为H₁中的z×z维0矩阵，H_b01中的1元素扩展为H₁中的z×z维循环置换阵，其中z为扩展因子；H_b11的列数k_b表示信息节点的数目，H_b21的列数m_b1表示校验节点的数目，m_b1+k_b＝n_b1即为H_b01的列数。

A2、根据需要获得的码率确定第一信息矩阵需要分解获得的行数，即，第一基校验矩阵需要增加的校验比特的数目。

由校验矩阵H₁定义的LDPC码的码率可表示为：m_b1/(m_b1+k_b)＝m_b1/n_b1。可通过增加校验比特将母码的码率扩展为所需要的码率，本实施例中采用分解的方式进行扩展。根据奇偶性分解原理，当集合A＝{B₁，B₂，…，B_s，C₁，C₂，…，C_t}满足奇偶性，且B_s+1＝B₁+B₂+…+B_s，C_t+1＝C₁+C₂+…+C_t，当B_s+1＝C_t+1时，B＝{B₁，B₂，…，B_s，B_s+1}和C＝{C₁，C₂，…，C_t，C_t+1}也满足奇偶性，因此可通过分解校验节点，并增加相应的校验比特来进行基校验矩阵的扩展。

一个校验节点的分解示例如图2所示。图2中方块表示校验节点，对应基校验矩阵中的行；方块上方的圆点表示校验比特对应的节点，对应奇偶矩阵中的列；方块下方的圆点表示信息比特对应的节点，对应信息矩阵中的列。图2中校验节点A与校验比特对应的节点1、2和信息比特对应的节点3、4、5、6关联，通过增加校验比特对应的节点7将校验节点A分解为两个校验节点B和C，新增加的校验比特对应的节点7将分解后的两个校验节点B和C连接起来，分解的累加性使得分解后仍满足原有的校验结构。该分解过程相当于在基校验矩阵中将与校验节点A对应的行分解为与校验节点B和C对应的两行，并在奇偶矩阵中相应的增加与校验比特对应的节点7对应的列，该列连接分解后的两行。

假设mb₁＝k_b，即第一基校验矩阵H_b01为1/2码率，则若需要获得1/3码率的基校验矩阵，需要增加m_b1个校验节点，即将H_b01逐行分解为两行，并且在H_b21中增加对应连接分解后的两行的m_b1列。仿此，可以很方便的根据需要的码率确定出需要增加的校验节点的数目，即确定出需要进行分解获得的行数和需要增加的列数。

A3、按照需要分解获得的行数对第一信息矩阵的行进行分解，获得第二信息矩阵。此步骤具体可包括：

①按照所确定的需要分解获得的行数确定第一信息矩阵中需要进行分解的行；对第一信息矩阵H_b11进行分解时，根据步骤A2所确定需要增加的行数，可能需要对所有的行进行分解，也可能只需要分解部分行，因此可在执行分解前对需要分解的行进行选择，通常可选择行重量大的行进行分解。例如，假设Hb11一共有4行：

若每行的重量均为5，在确定需要分解增加4行时，需要对所有行进行分解；在确定需要分解增加2行时，则可任意选择2行进行分解；

若每行的重量不完全相等，假设分别为9、7、6、5，在确定需要分解增加2行时，可以选择行重量大的两行进行分解，将行重分别为9、7的两行进行分解，例如可将9分解为5和4，将7分解为3和4，当然，也可以将9分解为6和3，将7分解为2和5。

②对选定的行进行分解；分解的结果能够达到分解所要求获得的行数即可。通常可令分解后获得的行重量尽量均匀，可将H_b11中需要进行分解的行拆分成重量相差最小的两行，例如将行重量为4的1行分解成行重量为2的2行，将重量为5的1行分解成行重量分别为2、3的2行。

示例如下，假设H_b11如表1所示，对H_b11进行逐行拆分，如表2所示，H_b11的第1、2、3、4行分别拆分为H_b12的第1和2行、3和4行、5和6行、7和8行。

表1

表2

A4、确定m_b×m_b维第三奇偶矩阵H_b23，m_b为第二信息矩阵的行数，H_b23的第一列是列重量为3的列向量，H_b23具有双斜对角结构，主、副对角线上的元素为1，副对角线上的1元素与同行的主对角线上的1元素之间的距离为d-1，d≥2。

本实施例中以d＝2为例给出一种H_b23的结构，距离参数d为其他值的情况可类推。d＝2时，H_b23的确定采用如下固定结构：

其中，b_a中有两个1，1≤a≤m_b-1；若m_b为偶数，则c₁＝1、c₂＝0；若m_b为奇数，则c₁＝0、c₂＝1。

A5、对第二信息矩阵的行进行

行进列出的交织，其中

表示向上取整，获得第三信息矩阵。

以表2中的H_b12为例，假设距离参数d＝2，则需要进行2×4行进列出的交织，得到的第三信息矩阵H_b13相当于将H_b12的行顺序：1、2、3、4、5、6、7、8，重排序为：1、5、2、6、3、7、4、8。

上述步骤A4和A5没有执行顺序上的限制，可同时分别执行或依次执行。

A6、连接第三信息矩阵H_b13和第三奇偶矩阵H_b23构成第三基校验矩阵H_b。

假设H_b12如表2所示，且d＝2，则第三基校验矩阵H_b的一个示例如表3所示。表3中，将新增列用来连接分解后的两行的1用下划线标识出。

表3

本实施例中采用对定义母码的基校验矩阵进行分解和交织的联合处理方式来获得不同码率的校验矩阵；由于通过分解来扩展基校验矩阵，保证在码率降低时，仍满足较高码率时的校验关系，避免了缩短和删除时带；来的校验结构复杂化；同时由于联合使用交织处理，使得能够灵活调节校验节点的度分布，减少了扩展方法在低码率时的性能损失，在实际通信系统中，能够获得更低的帧错误率或块错误率。

实施例二、一种低密度奇偶校验码的编码方法，流程如图3所示，包括步骤：

B1、获取待编码的信息块序列u(i)，i＝0，1，…，k_b-1，各个u(i)为z维列矢量，其中z为扩展因子。

u＝[u(0)，u(1)，…，u(k_b-1)]为信道编码器的输入信号。

B2、根据信息块序列u(i)和m×n维校验矩阵H生成第一校验块v(0)，其中，m＝m_b×z，n＝n_b×z，n_b＝m_b+k_b，

$v\left(0\right)=P_{z-p(x,k_b)}\underset{j=0}{\overset{m_b-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=0}{\overset{k_b-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right).$

由实施例一中的描述可知，校验矩阵H由基校验矩阵H_b扩展获得，H_b由m_b×k_b维信息矩阵H_b13和m_b×m_b维奇偶矩阵H_b23连接构成，本实施例中H_b的生成方法可包括实施例一中方法的全部步骤，当然还可以根据需要对采用实施例一方法生成的校验矩阵进行进一步优化后再提供给编码器使用。

本实施例中用P_y1表示z×z维0矩阵或循环置换阵，下标y1表示移位量，为0矩阵时移位量为-1；用p(y2，y3)表示校验矩阵H中与相应的基校验矩阵H_b的第y2行y3列元素对应的循环置换阵的移位量；x为H_b23的第一列中的1元素所在行的行号，其含义是不同移位量所对应的1元素所在的行号；如果第一列中的三个1有两个分别位于首行和尾行，x指另外那个不位于首行和尾行的1元素所在行的行号。

B3、根据信息块序列u(i)、校验矩阵H和第一校验块v(0)生成第一临时块序列λ(j)，

$\mathrm{\λ}\left(j\right)=\underset{i=0}{\overset{k_b-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right)+P_{p(j,k_b)}v\left(0\right),j=\mathrm{0,1},...,m_b-1;$

B4、对第一临时块序列λ(j)按照距离参数d进行

行进列出的交织，获得第二临时块序列λ’(j)。

B5、由第一校验块v(0)和第二临时块序列λ’(j)生成临时校验块序列v’(j)，

$v\′\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}v\left(0\right)& ,j=0\\ \mathrm{\λ}\′\left(0\right)& ,j=1\\ v\′(j-1)+\mathrm{\λ}\′(j-1)& ,j=2,...,m_b-1\end{array}\right..$

B6、对临时校验块序列v’(j)进行

列进行出的解交织，获得校验块序列v(j)。

为了适应码率兼容的要求，可以在执行步骤B2时即选择与需要输出的码率对应的校验矩阵，也可以采用如下步骤：

B7、根据输出码率的要求，按照所述校验块序列中的校验块与不同编码码率的对应关系，对所述校验块序列中的校验块进行删除。

可以在编码时采用低码率的校验矩阵进行编码，然后根据不同码率下奇偶节点的对应关系按照输出码率的要求对校验块进行删除。例如，假设对应于1/5码率的校验块，基于本发明实施例所使用的校验矩阵的累加结构，该校验块序列中包含较高码率的校验块，若需要获得较高码率的编码输出，例如需要输出1/3码率的码字，则可根据校验矩阵的分解交织关系确定出与1/3码率对应的校验块，将多余的校验块删除即可。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

为更好的理解上述实施例，下面给出实施例二方法的一个应用例。假设：k_b＝4，m_b＝8，d＝2，H_b如表3所示，u＝[u(0)，u(1)，u(2)，u(3)]。编码计算过程如下：

1)计算v(0)

$v\left(0\right)=P_{z-p\left(\mathrm{3,4}\right)}\underset{j=0}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right).$

2)生成第一临时块序列λ(j)

$\mathrm{\λ}\left(j\right)=\underset{i=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right)+P_{p(j,4)}v\left(0\right),j=\mathrm{0,1},...,7.$

3)交织

将λ＝[λ(0)，λ(1)，…，λ(7)]进行4×2行进列出的交织，交织输出第二临时块λ’＝[λ’(0)，λ’(1)，…，λ’(7)]，其中，λ’(0)＝λ(0)，λ’(1)＝λ(2)，λ’(2)＝λ(4)，λ’(3)＝λ(6)，λ’(4)＝λ(1)，λ’(5)＝λ(3)，λ’(6)＝λ(5)，λ’(7)＝λ(7)。

4)累加生成临时校验块序列v’(j)

v’(0)＝v(0)；v’(1)＝λ’(0)；

v’(2)＝λ’(1)+v’(1)；v’(3)＝λ’(2)+v’(2)；v’(4)＝λ’(3)+v’(3)；

v’(5)＝λ’(4)+v’(4)；v’(6)＝λ’(5)+v’(5)；v’(7)＝λ’(6)+v’(6)；

5)解交织

将v’＝[v’(0)，v’(1)，…，v’(7)]进行4×2列进行出的解交织，解交织输出校验块序列v＝[v(0)，v(1)，…，v(7)]，其中，v(0)＝v’(0)，v(1)＝v’(4)，v(2)＝v’(1)，v(3)＝v’(5)，v(4)＝v’(2)，v(5)＝v’(6)，v(6)＝v’(3)，v(7)＝v’(7)。

输出u＝[u(0)，u(1)，u(2)，u(3)]和v＝[v(0)，v(1)，…，v(7)]即为编码结果。

下面对本发明实施例的校验矩阵生成器和编码器进行详细说明。

实施例三、一种校验矩阵生成器，如图4所示，包括：

母码获取单元11，用于获取第一基校验矩阵，所述第一基校验矩阵由行数相同的第一信息矩阵和第一奇偶矩阵连接构成；

分析单元12，根据编码码率确定母码获取单元11提供的第一信息矩阵需要分解获得的行数；

分解单元13，用于按照分析单元12提供的需要分解获得的行数对所述第一信息矩阵的行进行分解，获得第二信息矩阵；

生成单元14，用于确定m_b×m_b维第三奇偶矩阵H_b23，m_b为分解单元13提供的第二信息矩阵的行数，H_b23的第一列是列重量为3的列向量，H_b23具有双斜对角结构，主、副对角线上的元素为1，副对角线上的1元素与同行的主对角线上的1元素之间的距离为d-1，d≥2；

交织单元15，用于对分解单元13提供的第二信息矩阵的行进行

行进列出的交织，其中

表示向上取整，获得第三信息矩阵；

连接单元16，用于连接交织单元15提供的第三信息矩阵和生成单元14提供的第三奇偶矩阵构成第三基校验矩阵。

本实施例校验矩阵生成器可用于执行实施例一校验矩阵生成方法。

实施例四、一种编码器，如图5所示，包括：

第一运算单元21，用于输入待编码的信息块序列u(i)，i＝0，1，…，k_b-1，各个u(i)为z维列矢量，z为扩展因子；根据信息块序列u(i)和m×n维校验矩阵H生成第一校验块v(0)，其中，m＝m_b×z，n＝n_b×z，n_b＝m_b+k_b，

$v\left(0\right)=P_{z-p(x,k_b)}\underset{j=0}{\overset{m_b-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=0}{\overset{k_b-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right),$

所述校验矩阵H由基校验矩阵H_b扩展获得，H_b由m_b×k_b维信息矩阵H_b13和m_b×m_b维奇偶矩阵H_b23连接构成，H_b的生成方法可采用实施例一中所描述的方法；H_b中的0元素扩展为z×z维0矩阵，H_b中的1元素扩展为z×z维循环置换阵；P_y1为z×z维0矩阵或循环置换阵，下标y1表示移位量，为0矩阵时移位量为-1；p(y2，y3)为H中与H_b的第y2行y3列元素对应的循环置换阵的移位量；x为H_b23的第一列中的1元素所在行的行号；

第二运算单元22，用于根据信息块序列u(i)、校验矩阵H和第一运算单元21提供的第一校验块v(0)生成第一临时块序列λ(j)，

$\mathrm{\λ}\left(j\right)=\underset{i=0}{\overset{k_b-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right)+P_{p(j,k_b)}v\left(0\right),j=\mathrm{0,1},...,m_b-1;$

交织单元23，用于对第二运算单元22提供的第一临时块序列λ(j)按照距离参数d进行

行进列出的交织，获得第二临时块序列λ’(j)；

累加单元24，用于由第一运算单元21提供的第一校验块v(0)和交织单元23提供的第二临时块序列λ’(j)生成临时校验块序列v’(j)，

$v\′\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}v\left(0\right)& ,j=0\\ \mathrm{\λ}\′\left(0\right)& ,j=1\\ v\′(j-1)+\mathrm{\λ}\′(j-1)& ,j=2,...,m_b-1\end{array}\right.;$

累加单元24具体可采用图5中累加器“+”和延时器“D”的组合来实现；

解交织单元25，用于对第一运算单元21和累加单元24提供的临时校验块序列v’(j)进行列进行出的解交织，获得校验块序列v(j)。

本实施例编码器还可进一步包括：

删余单元26，用于根据输出码率的要求，按照解交织单元25提供的校验块序列中的校验块与不同编码码率的对应关系，对所述校验块序列中的校验块进行删除。

本实施例编码器可用于执行实施例二低密度奇偶校验码的编码方法。

通过上述实施例可以看出，本发明实施例采用对定义母码的基校验矩阵进行分解和交织的联合处理方式来获得不同码率的校验矩阵；由于通过分解来扩展基校验矩阵，保证在码率降低时，仍满足较高码率时的校验关系，避免了缩短和删除时带来的校验结构复杂化；同时由于联合使用交织处理，使得能够灵活调节校验节点的度分布，减少了扩展方法在低码率时的性能损失，在实际通信系统中，能够获得更低的帧错误率或块错误率。在生成校验矩阵的过程中可以采用固定结构提供需要的奇偶矩阵，只需对母码的信息矩阵进行分解和交织处理即可获得所需码率的基校验矩阵，生成过程简单且保证码结构具有良好的一致性。在编码时，可根据码率的要求对低码率码的校验块进行删除，灵活的控制码率，同时可满足HARQ等传输机制的要求。

以上对本发明实施例所提供的校验矩阵生成方法和编码方法以及相应的校验矩阵生成器和编码器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1、一种校验矩阵生成方法，其特征在于，包括：

获取第一基校验矩阵，所述第一基校验矩阵由行数相同的第一信息矩阵和第一奇偶矩阵连接构成；

根据需要获得的码率确定所述第一信息矩阵需要分解获得的行数；

按照所述需要分解获得的行数对所述第一信息矩阵的行进行分解，获得第二信息矩阵；

确定m_b×m_b维第三奇偶矩阵H_b23，m_b为所述第二信息矩阵的行数，H_b23的第一列是列重量为3的列向量，H_b23具有双斜对角结构，主、副对角线上的元素为1，副对角线上的1元素与同行的主对角线上的1元素之间的距离为d-1，d≥2；

对所述第二信息矩阵的行进行

行进列出的交织，其中

表示向上取整，获得第三信息矩阵；

连接所述第三信息矩阵和第三奇偶矩阵构成第三基校验矩阵。

2、根据权利要求1所述的校验矩阵生成方法，其特征在于，d＝2，所述第三奇偶矩阵H_b23具有如下结构：

其中，b_a中有两个1，1≤a≤m_b-1；若m_b为偶数，则c₁＝1、c₂＝0；若m_b为奇数，则c₁＝0、c₂＝1。

3、根据权利要求1或2所述的校验矩阵生成方法，其特征在于，所述按照需要分解获得的行数对所述第一信息矩阵的行进行分解的步骤包括：

按照所述需要分解获得的行数确定所述第一信息矩阵中需要进行分解的行；

将所述需要进行分解的行拆分成重量相差最小的两行。

4、根据权利要求3所述的校验矩阵生成方法，其特征在于，所述确定第一信息矩阵中需要进行分解的行的步骤具体为：判断是否需要对所有的行进行分解，若否，则选择所述第一信息矩阵中行重量大的行进行分解。

5、一种低密度奇偶校验码的编码方法，其特征在于，包括：

获取待编码的信息块序列u(i)，i＝0，1，…，k_b-1，各个u(i)为z维列矢量；

根据信息块序列u(i)和m×n维校验矩阵H生成第一校验块v(0)，其中，m＝m_b×z，n＝n_b×z，n_b＝m_b+k_b，

$v\left(0\right)=P_{z-p(x,k_b)}\underset{j=0}{\overset{m_b-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=0}{\overset{k_b-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right),$

所述校验矩阵H由基校验矩阵H_b扩展获得，H_b由m_b×k_b维信息矩阵H_b13和m_b×m_b维奇偶矩阵H_b23连接构成，H_b的生成方法包括权利要求1～4任意一项所述的方法中的全部步骤；H_b中的0元素扩展为z×z维0矩阵，H_b中的1元素扩展为z×z维循环置换阵；P_y1为z×z维0矩阵或循环置换阵，下标y1表示移位量，为0矩阵时移位量为-1；p(y2，y3)为H中与H_b的第y2行y3列元素对应的循环置换阵的移位量；x为H_b23的第一列中的1元素所在行的行号；

根据信息块序列u(i)、校验矩阵H和第一校验块v(0)生成第一临时块序列λ(j)，

$\mathrm{\λ}\left(j\right)=\underset{i=0}{\overset{k_b-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right)+P_{p(j,k_b)}v\left(0\right),j=\mathrm{0,1},\·\·\·,m_b-1;$

对第一临时块序列λ(j)按照距离参数d进行

行进列出的交织，获得第二临时块序列λ’(j)；

由第一校验块v(0)和第二临时块序列λ’(j)生成临时校验块序列v’(j)，

$v\′\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}v\left(0\right)& ,j=0\\ \mathrm{\λ}\′\left(0\right)& ,j=1\\ v\′(j-1)+\mathrm{\λ}\′(j-1)& ,j=2,...,m_b-1\end{array}\right.;$

对临时校验块序列v’(j)进行

列进行出的解交织，获得校验块序列v(j)。

6、根据权利要求5所述的低密度奇偶校验码的编码方法，其特征在于，还包括：

根据输出码率的要求，按照所述校验块序列中的校验块与不同输出码率的对应关系，对所述校验块序列中的校验块进行删除。

7、一种校验矩阵生成器，其特征在于，包括：

母码获取单元，用于获取第一基校验矩阵，所述第一基校验矩阵由行数相同的第一信息矩阵和第一奇偶矩阵连接构成；

分析单元，根据需要获得的码率确定所述第一信息矩阵需要分解获得的行数；

分解单元，用于按照所述需要分解获得的行数对所述第一信息矩阵的行进行分解，获得第二信息矩阵；

生成单元，用于确定m_b×m_b维第三奇偶矩阵H_b23，m_b为所述第二信息矩阵的行数，H_b23的第一列是列重量为3的列向量，H_b23具有双斜对角结构，主、副对角线上的元素为1，副对角线上的1元素与同行的主对角线上的1元素之间的距离为d-1，d≥2；

交织单元，用于对所述第二信息矩阵的行进行行进列出的交织，其中

表示向上取整，获得第三信息矩阵；

连接单元，用于连接所述第三信息矩阵和第三奇偶矩阵构成第三基校验矩阵。

8、一种编码器，其特征在于，包括：

第一运算单元，用于输入待编码的信息块序列u(i)，i＝0，1，…，k_b-1，各个u(i)为z维列矢量；根据信息块序列u(i)和m×n维校验矩阵H生成第一校验块v(0)，其中，m＝m_b×z，n＝n_b×z，n_b＝m_b+k_b，

$v\left(0\right)=P_{z-p(x,k_b)}\underset{j=0}{\overset{m_b-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=0}{\overset{k_b-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right),$

所述校验矩阵H由基校验矩阵H_b扩展获得，H_b由m_b×k_b维信息矩阵H_b13和m_b×m_b维奇偶矩阵H_b23连接构成，H_b的生成方法包括权利要求1～4任意一项所述的方法中的全部步骤；H_b中的0元素扩展为z×z维0矩阵，H_b中的1元素扩展为z×z维循环置换阵；P_y1为z×z维0矩阵或循环置换阵，下标y1表示移位量，为0矩阵时移位量为-1；p(y2，y3)为H中与H_b的第y2行y3列元素对应的循环置换阵的移位量；x为H_b23的第一列中的1元素所在行的行号；

第二运算单元，用于根据信息块序列u(i)、校验矩阵H和第一校验块v(0)生成第一临时块序列λ(j)，

$\mathrm{\λ}\left(j\right)=\underset{i=0}{\overset{k_b-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{p(j,i)}u\left(i\right)+P_{p(j,k_b)}v\left(0\right),j=\mathrm{0,1},\·\·\·,m_b-1;$

交织单元，用于对第一临时块序列λ(j)按照距离参数d进行

行进列出的交织，获得第二临时块序列λ’(j)；

累加单元，用于由第一校验块v(0)和第二临时块序列λ’(j)生成临时校验块序列v’(j)，

$v\′\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}v\left(0\right)& ,j=0\\ \mathrm{\λ}\′\left(0\right)& ,j=1\\ v\′(j-1)+\mathrm{\λ}\′(j-1)& ,j=2,...,m_b-1\end{array}\right.;$

解交织单元，用于对临时校验块序列v’(j)进行列进行出的解交织，获得校验块序列v(j)。

9、根据权利要求8所述的编码器，其特征在于，还包括：

删余单元，用于根据输出码率的要求，按照所述校验块序列中的校验块与不同输出码率的对应关系，对所述校验块序列中的校验块进行删除。

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