具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例,提供了一种校验矩阵的生成方法的方法实施例,需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的一种校验矩阵的生成方法的流程图,如图1所示,该方法包括如下步骤:
步骤S101,初始化规则校验矩阵,其中,规则校验矩阵的每行按照相同度的分布;
步骤S102,调整规则校验矩阵的列的度,其中,调整后的规则校验矩阵的行和列均满足度的分布;
步骤S103,检验规则校验矩阵是否存在短环;
步骤S104,在检测出规则校验矩阵存在短环的情况下,调整由短环引起的非零元素,并在调整后重复检验是否存在短环,直到规则校验矩阵没有短环;
步骤S105,输出规则校验矩阵。
通过本发明上述实施例,初始化规则校验矩阵,其中,规则校验矩阵的每行按照相同度的分布,以通过规则校验矩阵调整规则校验矩阵的列的度,其中,调整后的规则校验矩阵的行和列均满足度的分布。检验调整后的规则校验矩阵是否存在短环,在检测出规则校验矩阵存在短环的情况下,调整由短环引起的非零元素,并在调整后重复检验是否存在短环,直到规则校验矩阵没有短环;输出规则校验矩阵。采用本发明上述实施例,通过随机或不同种子生成初始矩阵,并按照一定的方法对其进行反复检测,最终得到无四环现象的校验矩阵,实现了以随机矩阵或不同种子,固定的或实时的构造LDPC码的校验矩阵的目的,不仅可以避免码中四环的出现,同时还具有保密的特性,解决了现有技术中LDPC校验矩阵存在短环的技术问题,且设计较为灵活可适配于不同的码率。
需要说明的是,上述校验矩阵的生成方法不仅可以应用于OvXDM系统(X代表任何域,时间T,频率F,空间S,码域C或混合H等),也可广泛应用于移动通信、深空通信、光纤通信、卫星通信、微波视距通信、散射通信、大气层光通信、红外通信与水生通信等任何无线通信系统中,还可以应用于大容量无线传输和小容量的轻型无线电系统。
由于LDPC码是一种可以接近香农限的线性分组码,为使译码可行,在码长较长时需要校验矩阵满足“稀疏性”,即校验矩阵中1的密度比较低,也就是要求校验矩阵中1的个数远小于0的个数,并且码长越长,密度就要越低。
上述构造规则LDPC校验矩阵具体可以通过如下方式实现:
在一个可选的实施例中,可以通过稀疏奇偶校验矩阵来构造,也可以用因子图来构成,因子图里有两类节点:消息比特节点和校验节点,其双向因子图如图2所示:
一个码长为N在GF(2)上的LDPC码的稀疏校验矩阵HM×N可以表示为H(N,p,q),其中p为该矩阵的列的度,q为该矩阵的行的度,其应当满足如下要求:(1)矩阵每行非零元素个数为q,每列非零元素个数为p,且p、q满足条件p>q>2,(2)任意两行/列位置相同非零元素的个数不大于1;(3)非零元素个数尽量随机排列,且分布稀疏;(4)某个矩阵的逆矩阵存在(在二元域上存在)。在校验矩阵H中四环的形状只有一种,其四个“1”平均分布于校验矩阵中的两行两列,如图3所示,其中,c1、c2、c3和c4分别表示校验矩阵H的第一行、第二行、第三行和第四行,并且c1、c2、c3和c4为校验节点;v1、v2、v3、v4、v5、v6、v7和v8分别表示校验矩阵H的第一列、第二列、第三列、第四列、第五列、第六列、第七列和第八列,并且v1、v2、v3、v4、v5、v6、v7和v8为消息节点。
在构造出规则LDPC校验矩阵后,初始化规则LDPC校验矩阵,在初始化规则校验矩阵后,调整规则校验矩阵的列的度,其中,调整后的规则校验矩阵的行和列均满足度的分布。进一步地,检验规则校验矩阵是否存在短环,在检测出规则校验矩阵存在短环的情况下,调整由短环引起的非零元素,并在调整后重复检验是否存在短环,直到规则校验矩阵没有短环。
采用本发明上述实施例,实现了以随机矩阵或不同种子,固定的或实时的构造LDPC码的校验矩阵,不仅可以避免码中四环的出现,同时还具有保密的特性,设计较灵活且适配于不同的码率。需要说明的是,本实施例以解决四环问题为例,采取本申请上述实施例,也可解决六环或八环的问题。
进一步地,调整列的度包括:按照从左到右的顺序,检验每列的度;对包含非零元素超过阈值的列的位置按照预定规则调整或者随机调整。
调整列的度,使得矩阵的行列均满足度分布。按照从左到右的顺序,检验每列的度,并且对包含较多非零元素列的位置进行随机调整。调整方法较为灵活,可按照固定方法调整,也可对其进行随机调整,最终目的是要保证每行和每列都满足对应的度。
进一步地,对包含非零元素超过阈值的列的位置按照预定规则调整包括:如果当前的列的度大于预设值,则将当前的列与最后一列进行替换;和/或,如果当前的列的度小于预设值,则将当前的列中任意行的零元素与之度大于预设值的最近一列对应行的非零元素进行交换;和/或,如果当前的列的度等于预设值,则保持当前的列不变,继续检测下一列。
在一个可选的实施例中,如果当前列的度大于预设值p,那么将当前列与最后一列进行替换。如果当前列的度小于预设值p,那么将当前列中任意行的零元素和与之度大于预设值p的最近一列对应行的非零元素进行交换。如果当前列的度等于预设值p,那么该列保持不变,继续检测下一列,其调整示例图如图4所示。
采用本发明上述实施例,通过对校验矩阵不断检测,最终得到无四环现象的校验矩阵。
根据本发明上述实施例,初始化规则校验矩阵包括:随机或者按照规定的种子初始化规则校验矩阵。可选的,对每行按照相同度的分布,随机或按照规定的种子生成初始规则校验矩阵。
例如,以规则(8,2,4)的LDPC码为例,其码长为8,码率为1/2,矩阵大小为4×8,每行的度都是4,随机初始化生成的校验矩阵如下,其中×表示非零元素,o表示零元素:
采用本发明上述实施例,达到了初始化规则校验矩阵的目的。
根据本发明上述实施例,调整由短环引起的非零元素包括:选取短环的矩阵中的任一个元素,将该元素和其他行或者其他列中的元素进行互换。短环包括:四环。
通过调整由四环引起的非零元素,直至没有四环现象。采用本发明,对满足行列分布矩阵引起的四环现象进行调整,可选取四环矩阵中的任意一个元素,将其和其它行或其他列中的元素进行互换,经过反复调整,最终消除四环现象,调整方法较为灵活。
本发明上述实施例,采取的方法是将四环矩阵中的第四个非零元素与之较近列对应行的零元素进行交换,由于LDPC的码长一般较长,我们选取中间一部分矩阵来说明如何消除四环,消除四环现象的示意图如图5所示。
需要说明的是,由于LDPC码一般适用于码长较长的系统中,其码长越长,矩阵越稀疏,构造过程越简单。
下面以OvTDM系统处理过程为例,详述本发明具体实施过程:
LDPC码校验矩阵可应用于大多通信系统中,以OvXDM(X代表任何域,时间T,频率F,空间S,码域C或混合H等)系统为例,OvXDM系统利用了符号间的约束关系,将前后符号通过卷积模型相关联起来,令其自身产生编码约束关系,能够提升系统谱效率,同时增强信号对抗噪声的能力,使输出信号逼近高斯分布。然而将LDPC码用于纠错码与OvXDM系统相结合,能够提供系统可观的编码增益,使得系统具有更好的保密效果,提高系统整体性能。
一、OvTDM发送端系统框图如图6所示,具体处理步骤如下:
步骤S611,首先生成发送信号的包络波形h(t)。
步骤S612,将步骤S511中所设计的包络波形h(t)经特定时间移位后,形成其它各个时刻发送信号包络波形h(t-i×△T)。
步骤S613,将所要发送的符号xi与(2)生成的相应时刻的包络波形h(t-i×△T)相乘,得到各个时刻的待发送信号波形xih(t-i×△T)。
步骤S614,将步骤S513所形成的各个待发送波形进行xih(t-i×△T)叠加,形成发射信号波形。
步骤S615,发送的信号可以表示为:
重叠复用方法遵循平行四边形规则,如图7所示,其中,ak-1为符号xi的输入系数,i=k-1,k为大于等于1的整数。
二、OvTDM接收端系统框图如图8(a)和图所示,利用该系统具体通过如下步骤实现上述实施例:
发送端将编码调制后的信号通过天线发射出去,信号在无线信道中传输,接收端对接收信号进行匹配滤波,再对信号分别进行抽样、译码,最终判决输出比特流。
步骤S811,首先对接收信号进行同步,包括载波同步、帧同步、符号时间同步等;
步骤S813,根据取样定理,对每一帧内的接收信号进行数字化处理;
步骤S815,对接收到的波形按照波形发送时间间隔切割;
步骤S817,按照一定的译码算法对切割后的波形进行译码。
其中,如图8(a)和图8(b)所示,该系统的预处理单元8000包括同步8001、信道估计8002和数字化处理8003。序列检测单元8008包括分析单元存储器8004、比较器8005、保留路径存储器80061、欧式距离存储器80071、保留路径存储器8006n和欧式距离存储器8007n,其中,n为大于等于1的整数。
译码过程如图9所示,其中K=3,重叠时分输入-输出关系图,图10节点状态转移图,图11示出的为当K=3时OvTDM系统Trellis图。
采用本发明上述实施例,通过随机或不同种子生成初始矩阵,并按照一定的方法对其进行优化,得到无四环现象的校验矩阵。不仅可以避免码中四环的出现,同时还具有保密的特性,设计较灵活且适配于不同的码率。
根据本发明另一方面,还提供了一种校验矩阵的生成装置,如图12所示,该装置可以包括:
初始单元1201,用于初始化规则校验矩阵,其中,规则校验矩阵的每行按照相同度的分布;
第一调整单元1202,用于调整规则校验矩阵的列的度,其中,调整后的规则校验矩阵的行和列均满足度的分布;
检验单元1203,用于检验规则校验矩阵是否存在短环;
第二调整单元1204,用于在检测出规则校验矩阵存在短环的情况下,调整由短环引起的非零元素,并在调整后重复检验是否存在短环,直到规则校验矩阵没有短环;
输出单元1205,用于输出规则校验矩阵。
通过本发明上述实施例,初始化规则校验矩阵,其中,规则校验矩阵的每行按照相同度的分布,以通过规则校验矩阵调整规则校验矩阵的列的度,其中,调整后的规则校验矩阵的行和列均满足度的分布。检验调整后的规则校验矩阵是否存在短环,在检测出规则校验矩阵存在短环的情况下,调整由短环引起的非零元素,并在调整后重复检验是否存在短环,直到规则校验矩阵没有短环;输出规则校验矩阵。采用本发明上述实施例,通过随机或不同种子生成初始矩阵,并按照一定的方法对其进行反复检测,最终得到无四环现象的校验矩阵,实现了以随机矩阵或不同种子,固定的或实时的构造LDPC码的校验矩阵的目的,不仅可以避免码中四环的出现,同时还具有保密的特性,解决了现有技术中LDPC校验矩阵存在短环的技术问题,且设计较为灵活可适配于不同的码率。
需要说明的是,上述校验矩阵的生成方法不仅可以应用于OvXDM系统(X代表任何域,时间T,频率F,空间S,码域C或混合H等),也可广泛应用于移动通信、深空通信、光纤通信、卫星通信、微波视距通信、散射通信、大气层光通信、红外通信与水生通信等任何无线通信系统中,还可以应用于大容量无线传输和小容量的轻型无线电系统。
由于LDPC码是一种可以接近香农限的线性分组码,为使译码可行,在码长较长时需要校验矩阵满足“稀疏性”,即校验矩阵中1的密度比较低,也就是要求校验矩阵中1的个数远小于0的个数,并且码长越长,密度就要越低。
上述构造规则LDPC校验矩阵具体可以通过如下方式实现:
在一个可选的实施例中,可以通过稀疏奇偶校验矩阵来构造,也可以用因子图来构成,因子图里有两类节点:消息比特节点和校验节点,其双向因子图如图2所示:
一个码长为N在GF(2)上的LDPC码的稀疏校验矩阵HM×N可以表示为H(N,p,q),其中p为该矩阵的列的度,q为该矩阵的行的度,其应当满足如下要求:(1)矩阵每行非零元素个数为q,每列非零元素个数为p,且p、q满足条件p>q>2,(2)任意两行/列位置相同非零元素的个数不大于1;(3)非零元素个数尽量随机排列,且分布稀疏;(4)某个矩阵的逆矩阵存在(在二元域上存在)。在校验矩阵H中四环的形状只有一种,其四个“1”平均分布于校验矩阵中的两行两列。
在构造出规则LDPC校验矩阵后,初始化规则LDPC校验矩阵,在初始化规则校验矩阵后,调整规则校验矩阵的列的度,其中,调整后的规则校验矩阵的行和列均满足度的分布。进一步地,检验规则校验矩阵是否存在短环,在检测出规则校验矩阵存在短环的情况下,调整由短环引起的非零元素,并在调整后重复检验是否存在短环,直到规则校验矩阵没有短环。
采用本发明上述实施例,实现了以随机矩阵或不同种子,固定的或实时的构造LDPC码的校验矩阵,不仅可以避免码中四环的出现,同时还具有保密的特性,设计较灵活且适配于不同的码率。
进一步地,第一调整单元包括:检验模块,用于按照从左到右的顺序,检验每列的度;调整模块,用于对包含非零元素超过阈值的列的位置按照预定规则调整或者随机调整。
调整列的度,使得矩阵的行列均满足度分布。按照从左到右的顺序,检验每列的度,并且对包含较多非零元素列的位置进行随机调整。调整方法较为灵活,可按照固定方法调整,也可对其进行随机调整,最终目的是要保证每行和每列都满足对应的度。
进一步地,调整模块包括:第一交换子模块,用于如果当前的列的度大于预设值,则将当前的列与最后一列进行替换;和/或,第二交换子模块,用于如果当前的列的度小于预设值,则将当前的列中任意行的零元素与之度大于预设值的最近一列对应行的非零元素进行交换;和/或,检测子模块,用于如果当前的列的度等于预设值,则保持当前的列不变,继续检测下一列。
采用本发明上述实施例,通过对校验矩阵不断检测,最终得到无四环现象的校验矩阵。
可选的,初始单元包括:初始模块,用于随机或者按照规定的种子初始化规则校验矩阵。
采用本发明上述实施例,达到了初始化规则校验矩阵的目的。
根据本发明上述实施例,第二调整单元包括:互换模块,用于选取短环的矩阵中的任一个元素,将该元素和其他行或者其他列中的元素进行互换。短环包括:四环。
通过调整由四环引起的非零元素,直至没有四环现象。采用本发明,对满足行列分布矩阵引起的四环现象进行调整,可选取四环矩阵中的任意一个元素,将其和其它行或其他列中的元素进行互换,经过反复调整,最终消除四环现象,调整方法较为灵活。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。