CN102075196B - 多码率多码长qc-ldpc码编码方法及编码调制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多码率多码长QC-LDPC码构建方法及编码调制与解调译码系统，该方法包括步骤：S1.按照第k种码率要求，构建QC-LDPC母码的基矩阵T_k；S2.按照第一码长要求，确定对应于第一码长的子矩阵阶数b₁；S3.设计各CSM的偏移地址δ_m，n，得到第k种码率下对应于第一码长的偏移地址矩阵A_k，1；S4.在第一码长下，从A_k，1开始，逐次对前高一级或前低一级码率的偏移地址矩阵进行列删除或列插入，得到第一码长下对应于全部码率的偏移地址矩阵A_i，1；S5.对A_i，1进行准循环子矩阵扩展，得到第一码长下对应于全部码率的QC-LDPC码的校验矩阵H_i，1本发明的方法及系统可在获得优良性能的前提下提高编码调制系统的灵活性、可扩展性和多业务适用性，同时保证较低的硬件实现复杂度。

Description

多码率多码长QC-LDPC码编码方法及编码调制系统

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其涉及一种多码率多码长QC-LDPC码的编码方法及兼容该方法的QC-LDPC码的编码调制系统与解调译码系统。

背景技术

数字通信系统，包括典型的无线移动通信系统和地面数字广播系统，其根本任务之一是实现数字信息的高效可靠传输。利用信道编码进行差错控制是实现这一根本任务的有效方法和手段。为了适应数字信息在常见模拟信道环境下的传输需求，信道编码技术通常需要与数字调制技术结合。信道编码与调制的结合构成编码调制系统，它是数字通信系统发射端的子系统，也是其核心模块之一，对应的编码调制技术也是数字通信系统的核心技术。与编码调制系统相对应，解调和信道译码的结合构成数字通信系统接收端的解调译码系统，对应的解调译码技术也是数字通信系统的核心技术。

低密度奇偶校验（Low Density Parity Check，LDPC）码，是由Robert G.Gallager于1962年提出的一类基于稀疏校验矩阵的特殊线性分组码。它通常由校验矩阵H进行描述，校验矩阵H的化零空间即LDPC码的码字空间，其主要特点是校验矩阵具有稀疏性。LDPC码不仅有逼近香农限的良好性能，而且译码复杂度较低，结构灵活，是近年来信道编码领域的研究热点，目前已广泛应用于深空通信、光纤通信、地面及卫星数字多媒体广播等领域。LDPC码成为第四代无线移动通信系统和新一代数字电视地面广播传输系统信道编码方案的强有力竞争者，而基于LDPC码的信道编码方案已经被多个通信与广播标准所采纳，如IEEE802.16e、IEEE802.3an、DVB-T2、DVB-S2，以及中国数字电视地面广播传输标准（DTMB）等。

LDPC（N,K）码具有（N-K）×N维的H矩阵，其中，N为码字长度（简称码长），K为信息位长度，N-K一般称作校验位长度，对应码率为K/N。

图1（a）和图1（b）分别表示传统的LDPC码编码调制系统，及其对应的解调译码系统。如图1（a）所示，在编码调制端，输入信息比特经LDPC编码得到编码比特，再经星座映射（即调制）得到输出符号，完成编码调制。在解调译码端，通常采用软入软出的星座解映射（即解调，后文简称解映射）和LDPC译码技术，此时，比特以比特软信息表示。如图1（b）所示，包含信道状态信息的接收符号，经解映射得到对应的待译码比特软信息，再经LDPC译码得到输出信息比特，完成解调译码。

准循环（Quasi-Cyclic，QC）-LDPC码是LDPC码的一个重要子类，它的校验矩阵和生成矩阵均具有准循环形式。利用校验矩阵的准循环结构，QC-LDPC码可以通过比较简单的电路结构设计编码器，可以采用半并行结构设计译码器，有效降低编译码的硬件实现复杂度。同时，QC-LDPC码也能够提供优异的纠错性能。因此，QC-LDPC码被广泛应用，DTMB标准的信道编码方案已经采用QC-LDPC码。

QC-LDPC（N,K）码的校验矩阵由M_c×N_c个子矩阵组成，其中，M_c=(N-K)/b，N_c=N/b，b是子矩阵的阶数。每个子矩阵的大小相同，都是b×b的方阵，这些方阵或者是全零矩阵，或者是循环行列式矩阵（Circulant Matrix）。其中，循环行列式矩阵的特点是，其每一行都是它的上一行的右循环移位，而第一行是最后一行的右循环移位。QC-LDPC码的循环行列式矩阵一般由单位矩阵平移得到，此时，一个循环行列式矩阵的一行或一列中只有一个非零元素，由其偏移地址唯一确定。

为描述方便，根据QC-LDPC码校验矩阵的准循环结构，首先进行如下解释：

子矩阵（Sub-Matrix）：QC-LDPC码的H矩阵由M_c×N_c个子矩阵组成，子矩阵或者是循环行列式矩阵，或者是全零矩阵，分别定义为循环行列式子矩阵（Circulant Sub-Matrix，CSM），和全零子矩阵（ZeroSub-Matrix，ZSM）。

基矩阵T：即QC-LDPC码H矩阵的模板矩阵（Template Matrix，T矩阵）。T矩阵为M_c×N_c阶矩阵，元素只有1和0两种，其中每个元素1代表H矩阵中的一个循环行列式子矩阵，每个元素0代表一个全零子矩阵。

偏移地址：QC-LDPC码H矩阵中的CSM较单位矩阵向右偏移的位置δ_m,n定义为编号m,n的CSM的偏移地址，0≤δ_m,n≤b-1，其中m、n分别表示该CSM对应元素位于T矩阵中的行、列编号，1≤m≤M_c，1≤n≤N_c，且m、n只对T矩阵中的元素1存在取值。

偏移地址矩阵A：当子矩阵阶数b和各CSM的偏移地址δ_m,n确定后，将原T矩阵中的元素1用相应位置的偏移地址δ_m,n加1的值替换，得到的M_c×N_c阶矩阵定义为偏移地址矩阵（简称A矩阵）。

由上述解释可知，T矩阵作为QC-LDPC码H矩阵的模板矩阵，仅缺少各CSM的偏移地址δ_m,n的信息，以及子矩阵阶数b的信息；但当b和δ_m,n确定后，A矩阵即可作为H矩阵的简化表示形式。A矩阵与H矩阵唯一对应，H矩阵由A矩阵进行准循环子矩阵扩展后得到。

兼容多种码率（简称多码率）的信道编码方案在数字广播、移动通信等实际系统中具有很强的应用价值。如DTMB标准即采用了3种码率的非规则QC-LDPC码作为信道编码方案。该方案3种码率下的码长N相同，信息位长度K选取不同的值从而得到不同的码率，同时校验位长度N-K也不同，即，3种码率下的H矩阵的列数相同，但行数不同，这样使得各个H矩阵存在较大差异。图2（a）和图2（b）分别表示传统的多码率LDPC码的编码调制系统，及其对应的解调译码系统。传统的多码率LDPC码的构建，大多是根据不同码率的要求分别构建不同的H矩阵，然后分别进行编码或译码操作。由于各个码率的H矩阵相对独立，其差别较大，在硬件实现多码率合一的编码调制及解调译码系统时，往往难以进行有效的整体优化，使得硬件实现复杂度较高。

兼容多种码长（简称多码长）的信道编码方案来源于传输系统支持多种业务模式的需求。长码一般应用于广播、卫星通信，而移动通信、电力线通信（Power Line Communication，PLC）等业务一般要求采用短码。空间数据系统咨询委员会（The Consultative Committee forSpace Data Systems，CCSDS）用于深空通信的LDPC码、DVB-T2的LDPC码以及LTE的Turbo码，都采用不同码长的信道编码方案。图3（a）和图3（b）分别表示传统的多码长LDPC码编码调制系统，及与其对应的解调译码系统。传统的多码长LDPC码的构建，大多是根据不同码长的要求分别构建不同的H矩阵，然后分别进行编码或译码操作。由于各个码长的H矩阵相对独立，其差别较大，在硬件实现多码长合一的编码调制及解调译码系统时，往往难以进行有效的整体优化，使得硬件实现复杂度较高。

一般来说，信道编码是针对无记忆信道设计和优化的，为了适应接收端的信道译码，提高编码调制系统的分集阶数（Diversity Order），最常见的手段是采用交织技术使得输入给星座解映射和信道译码单元的信息体现出近似无记忆特性。近年来编码调制系统中主要采用的交织技术是比特交织（Bit-Interleaving）。比特交织编码调制（Bit-Interleaved Coded Modulation，BICM）由E.Zehavi于1992年提出，参见文献E.Zehavi,“8PSK trellis codes for a Rayleigh channel”,IEEE Trans.Commun.,vol.40,no.5,pp.873-884,May1992.。BICM在加性高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise，AWGN）信道下性能较网格编码调制（Trellis Coded Modulation，TCM）有所损失，但在衰落信道下有不俗的表现。接收端迭代解映射和译码的BICM系统，即BICM-ID（BICM with Iterative Demapping and Decoding）系统由Xiaodong Li等人和Ten Brink等人独立提出，参见文献X.Li and J.A.Ritcey,“Bit-interleaved coded modulation with iterative decoding usingsoft feedback”,Electronics Letters,vol.34,no.10,pp.942–943,May1998.和S.T.Brink,J.Speidel,and R.-H.Yan,“Iterative demapping anddecoding for multilevel modulation”,in Globecom’98,1998,pp.579–584。BICM-ID系统通过将译码输出的信息反馈回来作为解映射的先验信息，增大了先验信息条件下的欧氏距离，从而在AWGN信道下获得了与TCM同样好的误码性能。但是，传统BICM-ID有一个较高的误码平台，这是因为即使所有反馈的比特信息都是无误的，系统的误码率依然由外码的特性（对于线性码，主要取决于码本中最小非零码重及其个数）和解映射时的Harmonic欧氏距离决定，而传统码字的最小非零码重通常较小且其对应的码字个数通常较多。

传统的BICM-ID系统的信道编码一般采用卷积码，由于卷积码性能较弱，近年来学术界普遍研究在BICM-ID系统中采用强信道编码，以获得更好的系统性能。LDPC码作为目前广泛使用的一种强信道编码，具有逼近香农限的良好性能，且具有高吞吐能力、低误码平台的优势。同时，LDPC码译码复杂度较低，结构灵活，便于实现多码率和多码长合一。图4（a）和图4（b）分别表示传统的采用LDPC码的BICM-ID系统（简称LDPC-BICM-ID系统）的编码调制端和迭代解调译码端。如图4（a）所示，在编码调制端，输入信息比特经LDPC编码得到编码比特，再经比特交织得到交织比特，最后经星座映射得到输出符号，完成比特交织编码调制。如图4（b）所示，在迭代解调译码端，解映射器的输入不仅包括接收符号，还包括LDPC译码器反馈的译码比特外信息经比特软信息交织得到的待解映射比特先验信息，经解映射得到对应的解映射比特软信息，再经比特软信息解交织得到待译码比特软信息，最后经LDPC译码，如果译码成功，则得到输出信息比特，完成迭代解调译码，否则输出译码比特外信息，其经比特软信息交织得到待解映射比特先验信息，继续与解映射进行迭代。其中，解调译码端的比特软信息解交织与编码调制端的比特交织对应；比特软信息交织与编码调制端的比特交织完全一致。但是，传统的LDPC-BICM-ID系统在兼容多码长方面仍存在着上述不足。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：提供一种多码率多码长QC-LDPC码的编码方法及兼容该方法的QC-LDPC码的编码调制系统与解调译码系统，实现在获得优良性能的前提下有效提高编码调制系统的灵活性、可扩展性和多业务适用性，同时保证相对较低的硬件实现复杂度的目的。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种多码率多码长QC-LDPC码的编码方法，对输入信息比特进行QC-LDPC码的编码，得到编码比特，所述QC-LDPC码根据如下步骤得到：

S1.按照要构建的多码率中的第k种码率要求，构建QC-LDPC母码的基矩阵T_k；

S2.按照要构建的多码长中的第一码长要求，确定对应于所述第一码长的子矩阵阶数b₁；

S3.以所述基矩阵T_k为基础，根据所述子矩阵阶数b₁，设计各循环行列式子矩阵的偏移地址δ_m,n，将所述基矩阵T_k中的非0元素1，用相应位置的偏移地址δ_m,n加1的值替换，得到所述第k种码率下对应于所述第一码长的偏移地址矩阵A_k,1，其中，m、n分别表示循环行列式子矩阵对应元素位于所述基矩阵中的行、列编号；

S4.在所述第一码长下，按照要构建的多码率中低于所述第k种码率的码率要求，对所述偏移地址矩阵A_k,1进行列删除，得到对应于第k-1种码率的偏移地址矩阵A_k-1,1，并依此类推，逐次对高一级码率的偏移地址矩阵进行列删除；

在所述第一码长下，按照要构建的多码率中高于所述第k种码率的码率要求，对所述偏移地址矩阵A_k,1进行列插入，得到对应于第k+1种码率的偏移地址矩阵A_k+_1,1，并依此类推，逐次对低一级码率的偏移地址矩阵进行列插入；

最终得到所述第一码长下对应于全部I种码率的偏移地址矩阵A_i,1，i=1,2,…,I，其中，I为所述要构建的多码率多码长QC-LDPC码中码率的个数，为大于1的正整数；S5.对所述全部I种码率的偏移地址矩阵A_i,1进行准循环子矩阵扩展，得到所述第一码长下对应于全部I种码率的校验矩阵H_i,1；

S6.由所述第一码长下的全部I种码率的偏移地址矩阵A_i,1反推得到全部I种码率的基矩阵T_i；

S7.按照所要构建的多码长中的码长要求，确定对应于第j种码长的子矩阵阶数b_j，j=2,3,…,J，J为所要构建的多码率多码长QC-LDPC码中码长的个数，为大于1的正整数；

S8.以各码率下的基矩阵T_i为基础，根据所述子矩阵阶数b_j，从T₁开始，按码率由低到高逐次对T_i设计各循环行列式子矩阵的偏移地址δ_m,n，逐次得到所述第j种码长下全部I种码率的偏移地址矩阵A_i,j；

S9.对所述偏移地址矩阵A_i,j进行准循环子矩阵扩展，得到所述第j种码长下对应于全部I种码率的校验矩阵H_i,j；

S10.若已得到全部码率和码长下的校验矩阵，则结束，否则，返回步骤S7。

其中，在步骤S4中，所述对所述偏移地址矩阵A_k,1进行列删除的方法为：在满足对应码率的最优列重度分布的条件下，将原偏移地址矩阵中的列删除。

其中，在步骤S4中，所述对所述偏移地址矩阵A_k,1进行列插入的方法为：在满足对应码率的最优列重度分布的条件下，重新构造新的列，插入到原偏移地址矩阵中，构造新的列包括构建非零元素在该列中的位置，以及设计对应的偏移地址。

其中，在步骤S8中，所述按码率由低到高逐次对T_i设计各循环行列式子矩阵的偏移地址的方法为：在保留低一级码率的偏移地址矩阵A_i,j的条件下，逐次对其后高一级码率的基矩阵T_i+1较T_i增加的列设计其中循环行列式子矩阵的偏移地址，并由A_i,j扩展得到A_i+1,j。

本发明还提供了一种兼容上述多码率多码长QC-LDPC码的编码方法编码的多码率多码长QC-LDPC码的编码调制系统，该系统包括：

QC-LDPC编码器，对输入信息比特进行QC-LDPC编码，得到编码比特，并输送至比特交织器；

比特交织器，对所述编码比特进行交织，得到交织比特，并输送至星座映射器；

星座映射器，对所述交织比特进行星座映射，得到输出符号；

其中，所述QC-LDPC编码器基于所述多码率多码长QC-LDPC码的最高码率和最大码长进行设计，同时兼容其他码率和码长，利用结构的相似性，通过控制参数实现对应于不同校验矩阵H_i,j的编码操作。

其中，所述比特交织器采用行列交织算法，行数或列数为子矩阵阶数b。

其中，所述星座映射器针对迭代解调译码系统采用非规则映射方式或规则映射方式。

本发明还提供了一种与上述编码调制系统对应的解调译码系统，该系统包括：

解映射器，结合QC-LDPC译码器反馈的经比特软信息交织得到的待解映射比特先验信息，对接收符号进行星座软解映射，得到解映射比特软信息，并输入至比特软信息解交织器；

比特软信息解交织器，对所述解映射比特软信息进行解交织，得到待译码比特软信息，并输送至QC-LDPC译码器；

QC-LDPC译码器，对所述待译码比特软信息进行QC-LDPC译码，若译码成功，则得到输出信息比特，完成迭代解调译码，否则，得到译码比特外信息，并输送至比特软信息交织器；

比特软信息交织器，对所述译码比特外信息进行再交织，得到待解映射比特先验信息，并输送至所述解映射器；

其中，所述QC-LDPC译码器基于所述多码率多码长QC-LDPC码的最高码率和最大码长进行设计，同时兼容其他码率和码长，利用结构的相似性，通过控制参数实现对应于不同校验矩阵H_i,j的译码操作。

（三）有益效果

本发明提出基于同一母码基矩阵的多码率多码长QC-LDPC码的编码方法，并进一步提出兼容该方法的QC-LDPC码的BICM-ID系统，充分利用了QC-LDPC码以及BICM-ID系统的优良特性，不仅便于设计，而且可以在获得优良性能的前提下有效提高编码调制系统的灵活性、可扩展性和多业务适用性，同时保证了相对较低的硬件实现复杂度，适合传统LDPC码编码调制系统的性能提升与业务扩展。

附图说明

图1（a）为传统的LDPC码编码调制系统示意图；

图1（b）为传统的LDPC码解调译码系统示意图；

图2（a）为传统的兼容多种码率的LDPC码编码调制系统示意图；

图2（b）为传统的兼容多种码率的LDPC码解调译码系统示意图；

图3（a）为传统的兼容多种码长的LDPC码编码调制系统示意图；

图3（b）为传统的兼容多种码长的LDPC码解调译码系统示意图；

图4（a）为传统的LDPC-BICM-ID系统编码调制端示意图；

图4（b）为传统的LDPC-BICM-ID系统解调译码端示意图；

图5为依照本发明一种实施方式的多码率多码长QC-LDPC码的编码方法流程图；

图6（a）为依照本发明一种实施方式的一种3/4码率QC-LDPC码的参考A矩阵示意图；

图6（b）为依照本发明一种实施方式的一种2/3码率QC-LDPC码的参考A矩阵示意图；

图7为依照本发明一种实施方式的QC-LDPC码编码调制系统示意图；

图8为依照本发明一种实施方式的QC-LDPC码解调译码系统示意图。

具体实施方式

本发明提出的多码率多码长QC-LDPC码的编码方法及兼容该方法的QC-LDPC码的编码调制系统与解调译码系统，结合附图和实施例说明如下。

传统的多码率（或多码长）LDPC码的构造，大多是根据不同码率（或码长）的要求分别构造不同的H矩阵，然后分别进行编码或译码操作。由于各个码率（或码长）的H矩阵相对独立，其差别较大，在硬件实现多码率（或多码长）合一的编码调制及解调译码系统时，往往难以进行有效的整体优化，使得硬件实现复杂度较高。而本发明提出的多码率多码长QC-LDPC码的编码方法基于同一母码的基矩阵，可克服上述缺陷。

如图5所示，依照本发明一种实施方式的多码率多码长QC-LDPC码的编码方法，对输入信息比特进行QC-LDPC码的编码，得到编码比特，所述QC-LDPC码根据如下步骤得到：

S1.按照要构建的多码率方案中的第k种码率（主要码率）要求，构建QC-LDPC母码的T矩阵T_k；

S2.按照要构建的多码长方案中的第一码长要求，确定对应于第一码长的子矩阵阶数b₁；

S3.以T_k为基础，根据所确定的子矩阵阶数b₁，设计各循环行列式子矩阵的偏移地址δ_m,n，将所述基矩阵T_k中的非0元素1，用相应位置的偏移地址δ_m,n加1的值替换，得到第k种码率下对应于第一码长的A矩阵A_k,1，m、n分别表示该循环行列式子矩阵对应元素位于所述基矩阵中的行、列编号；

S4.1在第一码长下，按照多码率方案中的其它低于第k种码率的码率要求，对A_k,1进行列删除，得到对应于低一级码率的A矩阵A_k-1,1，并依此类推，逐次对前高一级码率的A矩阵A_i,1进行列删除得到低一级码率的A矩阵A_i-1,1，i=k,k-1,…,2；最终得到第一码长下码率低于第k种码率的k-1种码率的A矩阵A_i,1，i=1,2,…,k-1；

S4.2在第一码长下，按照多码率方案中的其它高于第k种码率的码率要求，对A_k,1进行列插入，得到对应于高一级码率的A矩阵A_k+1,1，并依此类推，逐次对前低一级码率的A矩阵A_i,1进行列插入得到高一级码率的A矩阵A_i+1,1，i=k,k+1,…,I-1；最终得到第一码长下码率高于第k种码率的I-k种码率的A矩阵A_i,1，i=k+1,k+2,…,I；

其中，以参数i指示不同码率，i=1,2,…,I，I为要构建的多码率多码长QC-LDPC码中码率的个数，为大于1的正整数，i=1时表示多码率中的最低码率，随编号i增大码率逐次提高，i=I时表示最高码率。在本发明的方法中，很难实现每种码率都达到最优的列重度分布（degreedistribution），在应用中一般根据实际需要确定一种主要的码率，并以此码率构造母码基矩阵，使其达到最优的列重度分布。设i=k时表示主要码率，1≤k≤I。此外，以参数j指示不同码长，j=1,2,…,J，J是总的码长个数，为大于1的正整数。

步骤S4.1与S4.2顺序可互换。

S5.对前述步骤所得到的全部A_i,1进行准循环子矩阵扩展，得到第一码长下对应于全部I种码率的H矩阵H_i,1，i=1,2,…,I；

至此，基于同一母码基矩阵的多码率QC-LDPC码构建完成。该方法在校验位长度不变的条件下，通过改变码长和信息位长度实现多种码率。虽然每种码率对应的码长不一样，但都处于同一量级。为了扩展所构建QC-LDPC码的应用范围，使对应的编码调制系统具有更大的灵活性，本发明的方法充分利用QC-LDPC码校验矩阵的准循环结构，通过改变子矩阵阶数b并在母码基矩阵的基础上重新设计偏移地址实现不同量级的码长方案，以适用于其它多种业务。为此，本方法进一步包括以下步骤：

S6.由前述步骤所得到的第一码长下的全部偏移地址矩阵A_i,1反推得到全部I种码率的T矩阵T_i，i=1,2,…,I；

S7.按照要构建的多码长方案中的其它码长要求，确定对应于第j种码长的子矩阵阶数b_j，j=2,3,…,J；

S8.以各码率下的基矩阵T_i为基础，根据子矩阵阶数b_j，从T₁开始，按码率由低到高逐次对T_i设计各循环行列式子矩阵的偏移地址δ_m,n，逐次得到第j种码长下全部I种码率的偏移地址矩阵A_i,j，i=1,2,…,I；

S9.对所得到的A_i,j进行准循环子矩阵扩展，得到第j种码长下对应于全部I种码率的H矩阵H_i,j，i=1,2,…,I；

S10.若已得到全部码率和码长下的校验矩阵，则结束，否则，返回步骤S7。

其中，所述步骤S4.1中的对A矩阵进行列删除的方法为，在尽量满足对应码率的最优列重度分布的条件下，选择性地将原A矩阵中的某些选定列删除。

其中，所述步骤S4.2中的对A矩阵进行列插入的方法为，在尽量满足对应码率的最优列重度分布的条件下，重新构建一些新的列插入到原A矩阵当中，构建新的列包括构建非零元素在该列中的位置，以及设计对应的偏移地址。

其中，所述步骤S8中的按码率由低到高逐次对T_i设计各循环行列式子矩阵的偏移地址的方法为，在保留低一级码率的偏移地址矩阵A_i,j的条件下，逐次对其后高一级码率的基矩阵T_i+1较T_i增加的列设计其中循环行列式子矩阵的偏移地址，并由A_i,j扩展得到A_i+1,j。

作为上述方法的特例一，主要码率即为最高码率，即k=I，则步骤S4.2可省略。

作为上述方法的特例二，主要码率即为最低码率，即k=1，则步骤S4.1可省略。

此外，在多码长方案中，可针对较小的子矩阵（如b=64）优先设计偏移地址，其后针对较大的子矩阵（如b=256）设计偏移地址时，可考虑尽量兼容较小子矩阵的偏移地址，如此尽量提高各方案最终H矩阵的相似性，降低实现复杂度。

如图6（a）、图6（b），分别表示b=256时按上述方法设计出的24×96（3/4码率）和24×72（2/3码率）的两个参考A矩阵，分别设为A_a和A_b。其中，A_b是在A_a的基础上进行列删除所得到，A_a中斜条纹的列表示A_b删除的列。如b取其他值时，重新设计偏移地址即可得到其他码长方案的A矩阵。

以上述方法为基础，本发明同时还提供了一种兼容上述方法的多码率多码长QC-LDPC码的编码调制系统，及其对应的解调译码系统。

如图7所示，该编码调制系统包括：

QC-LDPC编码器，对输入信息比特进行QC-LDPC编码，得到编码比特，并输送至比特交织器，该编码器基于所述多码率多码长QC-LDPC码的最高码率和最大码长进行设计，同时兼容其他码率和码长，利用结构的相似性，通过控制参数实现对应于不同校验矩阵H_i,j的编码操作；

比特交织器，对所述编码比特进行交织，得到交织比特，并输送至星座映射器，特别地，本发明提出比特交织算法采用行列交织，以满足半并行的需求，具体为，交织器按行写入，按列读出，其中行数（或列数）选择为子矩阵阶数b。此外，为避免行列交织引起的LDPC码H矩阵的特定列重始终对应星座映射中的特定比特（即部分丧失了比特交织的伪随机性），可以对行列交织算法进行部分修改，例如，在写入的每一行或读出的每一列，进行行内或列内交织，以使H矩阵各种列重与星座映射的各比特间的对应关系伪随机化。

星座映射器，对所述交织比特进行星座映射，得到输出符号，针对迭代解调译码系统，为使在各种码率和码长下均能获得良好的系统性能，星座映射可采用非规则映射方式（Irregular Mapping）。具体来说，对于同一种星座图，在不同的码率和码长下可分别采用多种不同的映射方式进行混合，其目的是寻求迭代解映射和译码之间达到更佳的匹配，从而使BICM-ID系统获得更好的性能；

作为参考，本发明提出一种简化的非规则映射技术，仅采用两种映射方式按一定比例进行混合，其中，第一种固定为格雷（Gray）映射（或其他合适的映射方式），第二种为新设计的映射方式（简称新映射方式），混合率η=N_d/N，即每N个星座符号中有N_d个星座符号采用新映射方式，其他采用第一种映射方式。传统非规则映射技术先确定映射方式而后搜索混合率，本发明所提出的非规则映射技术则是先设定一种简单的混合率而后搜索新映射方式，再根据需要调整混合率并重新搜索。如此可提高待搜索星座映射的自由度，更易获得与信道译码极优匹配的非规则映射，使采用非规则映射的BICM-ID系统获得逼近信道容量的优异性能。显然，规则映射作为特例也包含在上述非规则映射的范畴内。

如图8所示，与上述编码调制系统对应的解调译码系统包括：

解映射器，结合QC-LDPC译码器反馈的经比特软信息交织得到的待解映射比特先验信息，对接收符号进行星座软解映射，得到解映射比特软信息，并输入至比特软信息解交织器；

比特软信息解交织器，对所述解映射比特软信息进行解交织，得到待译码比特软信息，并输送至QC-LDPC译码器；

QC-LDPC译码器，对所述待译码比特软信息进行QC-LDPC译码，若译码成功，则得到输出信息比特，完成迭代解调译码，否则，得到译码比特外信息，并输送至比特软信息交织器，该译码器基于所述多码率多码长QC-LDPC码的最高码率和最大码长进行设计，同时兼容其他码率和码长，利用结构的相似性，通过控制参数实现对应于不同校验矩阵H_i,j的译码操作；

比特软信息交织器，对所述译码比特外信息进行再交织，得到待解映射比特先验信息，并输送至所述解映射器；

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种多码率多码长QC-LDPC码的编码方法，其特征在于，对输入信息比特进行QC-LDPC码的编码，得到编码比特，所述QC-LDPC码根据如下步骤得到：

S1.按照要构建的多码率中的第k种码率要求，构建QC-LDPC母码的基矩阵T_k；

S2.按照要构建的多码长中的第一码长要求，确定对应于所述第一码长的子矩阵阶数b₁；

S3.以所述基矩阵T_k为基础，根据所述子矩阵阶数b₁，设计各循环行列式子矩阵的偏移地址δ_m,n，将所述基矩阵T_k中的非0元素1，用相应位置的偏移地址δ_m,n加1的值替换，得到所述第k种码率下对应于所述第一码长的偏移地址矩阵A_k,1，其中，m、n分别表示循环行列式子矩阵对应元素位于所述基矩阵中的行、列编号；

S4.在所述第一码长下，按照要构建的多码率中低于所述第k种码率的码率要求，对所述偏移地址矩阵A_k,1进行列删除，得到对应于第k-1种码率的偏移地址矩阵A_k-1,1，并依此类推，逐次对高一级码率的偏移地址矩阵进行列删除；

在所述第一码长下，按照要构建的多码率中高于所述第k种码率的码率要求，对所述偏移地址矩阵A_k,1进行列插入，得到对应于第k+1种码率的偏移地址矩阵A_k+1,1，并依此类推，逐次对低一级码率的偏移地址矩阵进行列插入；

最终得到所述第一码长下对应于全部I种码率的偏移地址矩阵A_i,1，i=1,2,…,I，其中，I为所述要构建的多码率多码长QC-LDPC码中码率的个数，为大于1的正整数；S5.对所述全部I种码率的偏移地址矩阵A_i,1进行准循环子矩阵扩展，得到所述第一码长下对应于全部I种码率的校验矩阵H_i,1；

S6.由所述第一码长下的全部I种码率的偏移地址矩阵A_i,1反推得到全部I种码率的基矩阵T_i；

S7.按照所要构建的多码长中的码长要求，确定对应于第j种码长的子矩阵阶数b_j，j=2,3,…,J，J为所要构建的多码率多码长QC-LDPC码中码长的个数，为大于1的正整数；

S8.以各码率下的基矩阵T_i为基础，根据所述子矩阵阶数b_j，从T₁开始，按码率由低到高逐次对T_i设计各循环行列式子矩阵的偏移地址δ_m,n，逐次得到所述第j种码长下全部I种码率的偏移地址矩阵A_i,j；

S9.对所述偏移地址矩阵A_i,j进行准循环子矩阵扩展，得到所述第j种码长下对应于全部I种码率的校验矩阵H_i,j；

S10.若已得到全部码率和码长下的校验矩阵，则结束，否则，返回步骤S7。

2.如权利要求1所述的多码率多码长QC-LDPC码的编码方法，其特征在于，在步骤S4中，所述对所述偏移地址矩阵A_k,1进行列删除的方法为：在满足对应码率的最优列重度分布的条件下，将原偏移地址矩阵中的列删除。

3.如权利要求1所述的多码率多码长QC-LDPC码的编码方法，其特征在于，在步骤S4中，所述对所述偏移地址矩阵A_k,1进行列插入的方法为：在满足对应码率的最优列重度分布的条件下，重新构造新的列，插入到原偏移地址矩阵中，构造新的列包括构建非零元素在该列中的位置，以及设计对应的偏移地址。

4.如权利要求1所述的多码率多码长QC-LDPC码的编码方法，其特征在于，在步骤S8中，所述按码率由低到高逐次对T_i设计各循环行列式子矩阵的偏移地址的方法为：在保留低一级码率的偏移地址矩阵A_i,j的条件下，逐次对其后高一级码率的基矩阵T_i+1较T_i增加的列设计其中循环行列式子矩阵的偏移地址，并由A_i,j扩展得到A_i+1,j。

5.一种兼容权利要求1-4任一项所述的多码率多码长QC-LDPC码的编码方法编码的多码率多码长QC-LDPC码的编码调制系统，其特征在于，该系统包括：

QC-LDPC编码器，对输入信息比特进行QC-LDPC编码，得到编码比特，并输送至比特交织器；

比特交织器，对所述编码比特进行交织，得到交织比特，并输送至星座映射器；

星座映射器，对所述交织比特进行星座映射，得到输出符号；

其中，所述QC-LDPC编码器基于所述多码率多码长QC-LDPC码的最高码率和最大码长进行设计，同时兼容其他码率和码长，利用结构的相似性，通过控制参数实现对应于不同校验矩阵H_i,j的编码操作。

6.如权利要求5所述的编码调制系统，其特征在于，所述比特交织器采用行列交织算法，行数或列数为子矩阵阶数b。

7.如权利要求5所述的编码调制系统，其特征在于，所述星座映射器针对迭代解调译码系统采用非规则映射方式或规则映射方式。

8.一种与权利要求5-7任一项所述的编码调制系统对应的解调译码系统，其特征在于，该系统包括：

解映射器，结合QC-LDPC译码器反馈的经比特软信息交织得到的待解映射比特先验信息，对接收符号进行星座软解映射，得到解映射比特软信息，并输入至比特软信息解交织器；

比特软信息解交织器，对所述解映射比特软信息进行解交织，得到待译码比特软信息，并输送至QC-LDPC译码器；

QC-LDPC译码器，对所述待译码比特软信息进行QC-LDPC译码，若译码成功，则得到输出信息比特，完成迭代解调译码，否则，得到译码比特外信息，并输送至比特软信息交织器；

比特软信息交织器，对所述译码比特外信息进行再交织，得到待解映射比特先验信息，并输送至所述解映射器；

其中，所述QC-LDPC译码器基于所述多码率多码长QC-LDPC码的最高码率和最大码长进行设计，同时兼容其他码率和码长，利用结构的相似性，通过控制参数实现对应于不同校验矩阵H_i,j的译码操作。

Images