CN108471340A - 码率兼容qc-ldpc码构造和信道编码方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种码率兼容QC‑LDPC码构造和信道编码方法及系统，其中，方法包括：根据QC‑LDPC码的设计目标，结合模板矩阵的等价原则，构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵；依次从候选模板矩阵和校验矩阵中选取得到目标模板矩阵和编码校验矩阵，并对编码校验矩阵进行截取，以得到截取校验矩阵；根据截取校验矩阵的大小对待发送信息比特序列进行处理得到填充信息比特序列；根据截取校验矩阵对填充信息比特序列进行LDPC编码并进行处理得到输出编码比特序列。该方法利用模板矩阵的等价原则简化并优化码率兼容QC‑LDPC码的构造，可以有效提高QC‑LDPC码的适用性和信道编码的灵活性。

Description

码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法及系统
技术领域
本发明涉及数字信息传输技术领域，特别涉及一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法及系统。
背景技术
目前，随着智能终端的爆炸性增长以及新兴应用场景的不断涌现，移动通信系统面临着越来越多的挑战，比如海量的潜在接入用户数，超高的频谱效率和吞吐量等。传统的上行多用户多址接入方案广泛采用OMA(Orthogonal Multiple Access，正交多址接入技术)。本质上，OMA将信道资源进行正交划分，得到多个相互正交的子信道，每个用户占据一个子信道进行传输，以此实现多用户传输共享一个物理层信道。由于用户占据的子信道相互正交，故没有用户间干扰。OMA技术实现简单、灵活，但是在信道随机或用户随机等条件下不能充分挖掘多址接入信道的潜能。
在相关技术中，NOMA(Non-orthogonal Multiple Access，非正交多址接入技术)受到了很多关注，已被证实可以逼近多址接入信道的容量，且在提高系统接入用户数和总频谱效率等方面具有天然的优势。区别于OMA技术，NOMA技术不再对信道资源进行正交划分，即不同用户占据的信道资源可以完全重合或部分重合，故不同用户之间存在多用户干扰。且NOMA方案的性能和其采用的信道编码密切相关。
然而，用于NOMA方案的信道编码面临的挑战在于：提供逼近多址接入信道容量界的高性能，适应信道条件的多样性，以及提供多种传输应用所需的多码率和多码长等功能。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法，该方法可以有效提高QC-LDPC码的适用性和信道编码的灵活性。
本发明的另一个目的在于提出一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码系统。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法，包括以下步骤：根据QC-LDPC码的设计目标，结合模板矩阵的等价原则，构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵；获取待发送信息比特序列、待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度；根据所述待发送信息比特序列长度、用户传输需求和基站广播的控制信息依次从候选模板矩阵和校验矩阵选取得到目标模板矩阵和编码校验矩阵；根据所述待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度得到校验比特序列长度，并对所述编码校验矩阵进行截取，以得到所述截取校验矩阵；通过所述截取校验矩阵对所述待发送信息编码比特序列进行零填充，以得到填充信息比特序列和填充信息比特序列长度；通过所述截取校验矩阵对所述填充信息比特序列进行低密度奇偶校验(LDPC)码编码，以得到编码比特序列和编码比特序列长度；根据所述编码比特序列、所述编码比特序列长度、所述待发送信息比特序列长度、所述校验比特序列长度和所述输出编码比特序列长度得到输出编码比特序列。
本发明实施例的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法，构造的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码适用于非正交多用户传输，结合非正交多址接入技术具有逼近多址接入信道理论界的性能，适于多种传输应用，根据自身传输需求和多用户传输系统规范的参数选择相应的QC-LDPC码校验矩阵，引入边分类等诸多等价原则，可显著降低码率兼容码长可扩展QC-LDPC码的设计复杂度，从而有效提高QC-LDPC码的适用性和信道编码的灵活性。
另外，根据本发明上述实施例的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵具体包括：确定码率兼容QC-LDPC码的设计目标；确定码率兼容QC-LDPC码候选模板矩阵参数，包括所述候选模板矩阵TKb,Mb_max的信息节点长度Kb，最大校验节点长度Mb_max，最小校验节点长度Mb_min，信息节点删除长度为Vb，预编码校验节点长度gb；构造Mb_min行Kb+Mb_min列的候选模板矩阵TKb,Mb_min，采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，优选并保留JKb,Mb_min个构造结果，其中，所述候选模板矩阵TKb,Mb_min采用传统方法构造或采用行列扩展的方式进行构造或根据预编码校验节点长度参数gb首先构造gb行，Kb+gb列的预编码模板矩阵Tpre，再采用行列扩展的方式构造TKb,Mb_min；对所述JKb,Mb_min个候选模板矩阵TKb,Mb_min进行行列扩展得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max，其中，对Mb＝Mb_min至Mb_max-1，在JKb,Mb个候选模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)通过增加第Mb+1行第1至Kb+gb列的元素值，并根据raptor-like结构填充第Mb+1行第Kb+gb+1至Kb+Mb列和第Kb+Mb+1列第1至Mb+1行的元素值，构造得到Nj个候选模板矩阵TKb,Mb+1，共得到个构造结果，并采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，从N个构造结果中优选并保留JKb,Mb+1个候选模板矩阵TKb,Mb+1，最终得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max；根据所述QC-LDPC码的候选模板矩阵TKb,Mb_max构造一组校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}，其中b为扩展因子。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵进一步包括：在模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)进行行列扩展得到模板矩阵TKb,Mb+1时，对待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列采用限定行重最大值和最小值的方法，将Kb+gb个元素的总重量(即Kb+gb个元素中1的个数)限制在Wmin(Kb,Mb)至Wmax(Kb,Mb)之间，缩小所述待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列的候选序列的数量；构造待分类矩阵族{BKb,Mb+1}，其中待分类矩阵BKb,Mb+1具有Mb+1行，Kb+gb列，其第1至Mb行第1至Kb+gb列与模板矩阵TKb,Mb的第1至Mb行第1至Kb+gb列相同，其第Mb+1行第1至Kb+gb列为上述模板矩阵TKb,Mb+1待增加的第Mb+1行的候选序列；采用模板矩阵的等价原则对待分类矩阵族{BKb,Mb+1}进行分类，进一步缩小待分类矩阵族中矩阵种类的数量至Nj，得到Nj个已分类的矩阵族，并从每个已分类的矩阵族中任选一个矩阵，最终得到Nj个已分类的矩阵将所述Nj个已分类的矩阵根据raptor-like结构补充第Mb+1行第Kb+gb+1列至第Kb+Mb列，和第Kb+Mb+1列第1至第Mb+1行，以得到候选模板族{TKb,Mb+1}。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵进一步包括：选定一组扩展因子{b|b＝b0×2j(j＝0,1,…J)}；对扩展因子b＝b0，构造偏移地址表{A0}；在偏移地址表{A0}的基础上构造偏移地址表{AJ}＝{A}；根据QC-LDPC码定义、所述候选模板矩阵TKb,Mb_max、所述扩展因子{b}＝{b0×2j}和所述扩展因子对应的偏移地址表{A}得到所述校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述编码比特序列、所述编码比特序列长度、所述待发送信息比特序列长度、所述校验比特序列长度和所述输出编码比特序列长度得到输出编码比特序列，具体包括：根据所述待发送信息比特序列长度去除所述编码比特序列中的(b*×Kb-K)个零填充比特，其中，所述待发送信息比特序列长度为K、所述输出编码比特序列长度为N；根据所述校验比特序列长度去除所述编码比特序列中(b*×Mb*-M)个校验比特，其中，所述填充信息比特序列长度b*×Kb，所述编码比特序列长度为b*×(Kb+Mb*)，所述校验比特序列长度为M；根据所述信息节点删除长度Vb删除所述编码比特序列前b*×Vb个信息比特得到长度为(K+M-b*×Vb)＝N的所述输出编码比特序列。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码系统，包括：候选模板矩阵及校验矩阵构造模块，用户根据设计目标，采用模板矩阵的等价原则、密度演进分析工具和EXIT曲线匹配原理构造候选模板矩阵及校验矩阵；序列长度获取模块，用于获取待发送信息比特序列、待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度；截取校验矩阵获取模块，用于根据所述待发送信息比特序列长度、用户传输需求和基站广播的控制信息分别从通过QC-LDPC码的设计目标构造得到的模板矩阵和根据所述模板矩阵构造得到的校验矩阵选取得到目标模板矩阵和编码校验矩阵，以得到校验比特序列长度，并对所述编码校验矩阵进行截取，以得到所述截取校验矩阵；零填充模块，用于根据所述截取校验矩阵的大小对所述待发送信息编码比特序列进行零填充，以得到填充信息比特序列和填充信息比特序列长度；编码模块，用于根据所述截取校验矩阵对所述填充信息比特序列进行低密度奇偶校验(LDPC)码编码，以得到编码比特序列和编码比特序列长度；处理模块，用于根据所述编码比特序列、所述编码比特序列长度、所述待发送信息比特序列长度、所述校验比特序列长度和所述输出编码比特序列长度得到输出编码比特序列。
本发明实施例的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码系统，构造的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码适用于非正交多用户传输，结合非正交多址接入技术具有逼近多址接入信道理论界的性能，适于多种传输应用，根据自身传输需求和多用户传输系统规范的参数选择相应的QC-LDPC码校验矩阵，引入边分类等诸多模板矩阵的等价原则，可显著降低码率兼容码长可扩展QC-LDPC码的设计复杂度，从而有效提高QC-LDPC码的适用性和信道编码的灵活性。
另外，根据本发明上述实施例的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码系统还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述候选模板矩阵及校验矩阵构造模块具体用于确定码率兼容QC-LDPC码的设计目标，确定码率兼容QC-LDPC码候选模板矩阵参数，包括所述候选模板矩阵TKb,Mb_max的信息节点长度Kb，最大校验节点长度Mb_max，最小校验节点长度Mb_min，信息节点删除长度为Vb，预编码校验节点长度gb，构造Mb_min行Kb+Mb_min列的候选模板矩阵TKb,Mb_min，采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，优选并保留JKb,Mb_min个构造结果，其中，所述候选模板矩阵TKb,Mb_min采用传统方法构造或采用行列扩展的方式进行构造或根据预编码校验节点长度参数gb首先构造gb行，Kb+gb列的预编码模板矩阵Tpre，再采用行列扩展的方式构造TKb,Mb_min，对所述JKb,Mb_min个候选模板矩阵TKb,Mb_min进行行列扩展得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max，其中，对Mb＝Mb_min至Mb_max-1，在JKb,Mb个候选模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)通过增加第Mb+1行第1至Kb+gb列的元素值，并根据raptor-like结构填充第Mb+1行第Kb+gb+1至Kb+Mb列和第Kb+Mb+1列第1至Mb+1行的元素值，构造得到Nj个候选模板矩阵TKb,Mb+1，共得到个构造结果，并采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，从N个构造结果中优选并保留JKb,Mb+1个候选模板矩阵TKb,Mb+1，最终得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max，根据所述QC-LDPC码的候选模板矩阵TKb,Mb_max构造一组校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}，其中b为扩展因子。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述候选模板矩阵及校验矩阵构造模块进一步用于在模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)进行行列扩展得到模板矩阵TKb,Mb+1时，对待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列采用限定行重最大值和最小值的方法，将Kb+gb个元素的总重量(即Kb+gb个元素中1的个数)限制在Wmin(Kb,Mb)至Wmax(Kb,Mb)之间，缩小所述待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列的候选序列的数量，构造待分类矩阵族{BKb,Mb+1}，其中待分类矩阵BKb,Mb+1具有Mb+1行，Kb+gb列，其第1至Mb行第1至Kb+gb列与模板矩阵TKb,Mb的第1至Mb行第1至Kb+gb列相同，其第Mb+1行第1至Kb+gb列为上述模板矩阵TKb,Mb+1待增加的第Mb+1行的候选序列，采用模板矩阵的等价原则对待分类矩阵族{BKb,Mb+1}进行分类，进一步缩小待分类矩阵族中矩阵种类的数量至Nj，得到Nj个已分类的矩阵族，并从每个已分类的矩阵族中任选一个矩阵，最终得到Nj个已分类的矩阵将所述Nj个已分类的矩阵根据raptor-like结构补充第Mb+1行第Kb+gb+1列至第Kb+Mb列，和第Kb+Mb+1列第1至第Mb+1行，以得到候选模板族{TKb,Mb+1}。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述候选模板矩阵及校验矩阵构造模块进一步用于选定一组扩展因子{b|b＝b0×2j(j＝0,1,…J)}，对扩展因子b＝b0，构造偏移地址表{A0}，在偏移地址表{A0}的基础上构造偏移地址表{AJ}＝{A}，根据QC-LDPC码定义、所述候选模板矩阵TKb,Mb_max、所述扩展因子{b}＝{b0×2j}和所述扩展因子对应的偏移地址表{A}得到所述校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述处理模块进一步用于根据所述待发送信息比特序列长度去除所述编码比特序列中的(b*×Kb-K)个零填充比特，其中，所述待发送信息比特序列长度为K、所述输出编码比特序列长度为N，根据所述校验比特序列长度去除所述编码比特序列中(b*×Mb*-M)个校验比特，其中，所述填充信息比特序列长度b*×Kb，所述编码比特序列长度为b*×(Kb+Mb*)，所述校验比特序列长度为M，根据所述信息节点删除长度Vb删除所述编码比特序列前b*×Vb个信息比特得到长度为(K+M-b*×Vb)＝N的所述输出编码比特序列。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码的构造方法的流程图；
图3为根据本发明一个实施例的由模板矩阵TKb,Mb_min逐行扩展得到TKb,Mb_max的示意图；
图4为根据本发明一个实施例的QC-LDPC码预编码模板矩阵Tpre的示意图；
图5为根据本发明一个实施例的QC-LDPC码模板矩阵TKb,Mb_min的示意图；
图6为根据本发明一个实施例的QC-LDPC码模板矩阵TKb,Mb_max的示意图；
图7为根据本发明一个实施例的构造的QC-LDPC码的密度演进分析结果示意图；
图8为根据本发明一个实施例的QC-LDPC码预编码模板矩阵Tpre的示意图；
图9为根据本发明一个实施例的QC-LDPC码模板矩阵TKb,Mb_min的示意图；
图10为根据本发明一个实施例的QC-LDPC码模板矩阵TKb,Mb_max的示意图；
图11为根据本发明一个实施例的构造的QC-LDPC码的密度演进分析结果的示意图；
图12为根据本发明一个实施例的QC-LDPC码预编码模板矩阵Tpre的示意图；
图13为根据本发明一个实施例的QC-LDPC码模板矩阵TKb,Mb_min的示意图；
图14为根据本发明一个实施例的QC-LDPC码模板矩阵TKb,Mb_max的示意图；
图15为根据本发明一个实施例的构造的QC-LDPC码的密度演进分析结果的示意图；
图16为根据本发明一个实施例的模板矩阵TKb,Mb的示意图；
图17为根据本发明一个实施例的具有raptor-like结构的LDPC码的校验矩阵的示意图；
图18为根据本发明一个实施例的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码的一种多用户传输的信道编码方法的流程图；以及
图19为根据本发明一个实施例的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法及系统，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法。
图1是本发明一个实施例的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法的流程图。
如图1所示，该码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法包括以下步骤：
在步骤S101中，根据QC-LDPC码的设计目标，结合模板矩阵的等价原则，构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵具体包括：确定码率兼容QC-LDPC码的设计目标；确定码率兼容QC-LDPC码候选模板矩阵参数，包括候选模板矩阵TKb,Mb_max的信息节点长度Kb，最大校验节点长度Mb_max，最小校验节点长度Mb_min，信息节点删除长度为Vb，预编码校验节点长度gb；构造Mb_min行Kb+Mb_min列的候选模板矩阵TKb,Mb_min，采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，优选并保留JKb,Mb_min个构造结果，其中，候选模板矩阵TKb,Mb_min采用传统方法构造或采用行列扩展的方式进行构造或根据预编码校验节点长度参数gb首先构造gb行，Kb+gb列的预编码模板矩阵Tpre，再采用行列扩展的方式构造TKb,Mb_min；对JKb,Mb_min个候选模板矩阵TKb,Mb_min进行行列扩展得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max，其中，对Mb＝Mb_min至Mb_max-1，在JKb,Mb个候选模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)通过增加第Mb+1行第1至Kb+gb列的元素值，并根据raptor-like结构填充第Mb+1行第Kb+gb+1至Kb+Mb列和第Kb+Mb+1列第1至Mb+1行的元素值，构造得到Nj个候选模板矩阵TKb,Mb+1，共得到个构造结果，并采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，从N个构造结果中优选并保留JKb,Mb+1个候选模板矩阵TKb,Mb+1，最终得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max；根据QC-LDPC码的候选模板矩阵TKb,Mb_max构造一组校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}，其中b为扩展因子。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵进一步包括：在模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)进行行列扩展得到模板矩阵TKb,Mb+1时，对待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列采用限定行重最大值和最小值的方法，将Kb+gb个元素的总重量(即Kb+gb个元素中1的个数)限制在Wmin(Kb,Mb)至Wmax(Kb,Mb)之间，缩小待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列的候选序列的数量；构造待分类矩阵族{BKb,Mb+1}，其中待分类矩阵BKb,Mb+1具有Mb+1行，Kb+gb列，其第1至Mb行第1至Kb+gb列与模板矩阵TKb,Mb的第1至Mb行第1至Kb+gb列相同，其第Mb+1行第1至Kb+gb列为上述模板矩阵TKb,Mb+1待增加的第Mb+1行的候选序列；采用模板矩阵的等价原则对待分类矩阵族{BKb,Mb+1}进行分类，进一步缩小待分类矩阵族中矩阵种类的数量至Nj，得到Nj个已分类的矩阵族，并从每个已分类的矩阵族中任选一个矩阵，最终得到Nj个已分类的矩阵将Nj个已分类的矩阵根据raptor-like结构补充第Mb+1行第Kb+gb+1列至第Kb+Mb列，和第Kb+Mb+1列第1至第Mb+1行，以得到候选模板族{TKb,Mb+1}。
可以理解的是，如图2所示，本发明实施例的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码的构造方法包括以下步骤：
S1，确定码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码的设计目标，包括目标总谱效或目标总用户数；
S2，构造一个符合S1设计目标的支持码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码的模板矩阵TKb,Mb_max，其中，最小校验节点长度为Mb_min，最大校验节点长度为Mb_max，信息节点长度为Kb，信息节点删除长度为Vb，预编码校验节点长度gb，循环移位子矩阵的每行每列最多有1个非零元素；
S3，根据QC-LDPC码的模板矩阵TKb,Mb_max构造一组校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}，其中b为扩展因子。
具体而言，步骤S2，进一步包括：
S2.1确定码率兼容码长可扩展QC-LDPC码模板矩阵TKb,Mb_max的参数，包括模板矩阵TKb,Mb_max的信息节点长度Kb，最大校验节点长度Mb_max，最小校验节点长度Mb_min，信息节点删除长度为Vb，预编码校验节点长度gb；其中，由模板矩阵参数可确定构造所得的码率兼容码长可扩展QC-LDPC码所支持的码率具体为
其中，系统为了支持更低谱效率，用户需要使用更低码率的信道编码。码率兼容码长可扩展QC-LDPC码的构造方法还可以引入比特重复码参数nrep，构造重复nrep次的比特重复码。基于步骤S2.1，引入比特重复码参数nrep，则构造所得的码率兼容码长可扩展QC-LDPC码所支持的码率具体为：
S2.2，构造Mb_min行Kb+Mb_min列的模板矩阵TKb,Mb_min，采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，优选并保留JKb,Mb_min个构造结果；
其中，Mb_min行Kb+Mb_min列的模板矩阵TKb,Mb_min可以用传统方法构造；也可以采用行列扩展的方式进行构造；还可以根据预编码校验节点长度参数gb首先构造gb行，Kb+gb列的预编码模板矩阵Tpre，再采用行列扩展的方式构造TKb,Mb_min。
预编码模板矩阵Tpre与模板矩阵TKb,Mb_min的嵌套关系如图4所示。本发明实施例以根据gb构造预编码模板矩阵Tpre，再进行行列扩展构造TKb,Mb_min的方法为例，进一步阐述后续步骤。
S2.3，对JKb,Mb_min个模板矩阵TKb,Mb_min进行行列扩展得到JKb,Mb_max个模板矩阵TKb,Mb_max，其中，对Mb＝Mb_min至Mb_max-1，在JKb,Mb个模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)通过增加第Mb+1行第1至Kb+gb列的元素值，并根据raptor-like结构填充第Mb+1行第Kb+gb+1至Kb+Mb列和第Kb+Mb+1列第1至Mb+1行的元素值，构造得到Nj个模板矩阵TKb,Mb+1，共得到个构造结果，并采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，从N个构造结果中优选并保留JKb,Mb+1个模板矩阵TKb,Mb+1，最终得到JKb,Mb_max个模板矩阵TKb,Mb_max。
步骤S2.3中扩展过程如图3所示。具体包括：
在模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)进行行列扩展得到模板矩阵TKb,Mb+1时，对待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列采用限定行重最大值和最小值的方法，将Kb+gb个元素的总重量(即Kb+gb个元素中1的个数)限制在Wmin(Kb,Mb)至Wmax(Kb,Mb)之间，缩小待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列的候选序列的数量；构造待分类矩阵族{BKb,Mb+1}，其中待分类矩阵BKb,Mb+1具有Mb+1行，Kb+gb列，其第1至Mb行第1至Kb+gb列与模板矩阵TKb,Mb的第1至Mb行第1至Kb+gb列相同，其第Mb+1行第1至Kb+gb列为上述模板矩阵TKb,Mb+1待增加的第Mb+1行的候选序列；采用等价原则对待分类矩阵族{BKb,Mb+1}进行分类，进一步缩小待分类矩阵族中矩阵种类的数量至Nj，得到Nj个已分类的矩阵族；从每个已分类的矩阵族中任选一个矩阵，最终得到Nj个已分类的矩阵将上述Nj个已分类的矩阵根据raptor-like结构补充第Mb+1行第Kb+gb+1列至第Kb+Mb列，和第Kb+Mb+1列第1至第Mb+1行，即得到候选模板族{TKb,Mb+1}。
在本发明的具体实施例中，下面进行详细叙述：
在具体实施例A中，
步骤S1，设定目标总用户数为6；
步骤S2.1，确定码率兼容码长可扩展QC-LDPC码模板矩阵TKb,Mb_max的参数，其中，设置Kb＝6，Mb_min＝6，Mb_max＝18，Vb＝0，gb＝3；则待设计的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码支持的最低码率为1/4，最高码率为1/2；
步骤S2.2，首先根据预编码校验节点长度参数gb和信息节点长度参数Kb构造3行，9列的预编码模板矩阵Tpre。在本实施例中采用适用于单用户传输的QC-LDPC码作为预编码模板矩阵Tpre，如图4所示。再对预编码模板矩阵Tpre进行行列扩展构造模板矩阵TKb,Mb_min，如图5所示。
S2.3，对构造所得的模板矩阵TKb,Mb_min进行行列扩展，得到TKb,Mb_max，如图6所示。
在步骤S2.3中，为构造性能优异的模板矩阵TKb,Mb_max，需采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，对所有候选模板矩阵进行优选。如图7所示，本发明实施例对构造所得的模板矩阵TKb,Mb_max截取得到的码率为1/4，1/3，2/5和1/2的模板矩阵的DE-EXIT曲线。经密度演进分析可知上述所得码率为1/4，1/3，2/5和1/2的QC-LDPC码的预测SNR门限与SNR门限理论界的差分别为0.70dB，0.87dB，1.56dB，3.08dB。
上述理论SNR门限可通过以下计算得到：根据多址接入信道的互信息公式，在对称用户(每个用户的接收信噪比和传输速率相同)和AWGN多址接入信道的假设下，接入Nu个用户的最大传输速率R和用户接收信噪比SNR满足NuR≤log2(1+NuSNR)所以每个用户的SNR门限理论界为
因此，本发明实施例提出的构造方法可以构造出逼近多址接入信道理论界的适用于非正交多用户传输的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码。
在具体实施例B中，具体包括：
步骤S1，设定目标总用户数为6；
步骤S2.1，设置Kb＝6，Vb＝2，gb＝3，为和具体实施例A进行码率相同的对等比较，设置Mb_min＝8，Mb_max＝20；则待设计的QC-LDPC码支持的最低码率为1/4，最高码率为1/2；
步骤S2.2，首先构造3行，9列的预编码模板矩阵Tpre。在本实施例中，采用适用于单用户传输的QC-LDPC码作为预编码模板矩阵Tpre，具体如图8所示；再对预编码模板矩阵Tpre进行行列扩展构造得模板矩阵TKb,Mb_min，如图9所示。
S2.3，对构造所得的模板矩阵TKb,Mb_min进行行列扩展，构造所得TKb,Mb_max如图10所示
在步骤S2.3中，为构造性能优异的模板矩阵TKb,Mb_max，需采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，对所有候选模板矩阵进行优选。图11为对构造所得的模板矩阵TKb,Mb_max截取得到的码率为1/4，1/3，2/5和1/2的模板矩阵的DE-EXIT曲线。经密度演进分析可知，上述所得码率为1/4，1/3，2/5和1/2的QC-LDPC码的预测SNR门限与SNR门限理论界的差分别为0.52dB，0.60dB，0.78dB，1.27dB。可以看出，本专利提出的构造方法可以构造出逼近多址接入信道理论界的适用于非正交多用户传输的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码。相对于具体实施例A，由于采用了信息节点删除技术，即Vb＝2，SNR门限性能明显改善。
在具体实施例C中，
步骤S1，设定目标总用户数为6；
步骤S2.1，设置Kb＝6，Vb＝2，gb＝3，为和具体实施例A进行码率相同的对等比较，设置Mb_min＝8，Mb_max＝20；则待设计的QC-LDPC码支持的最低码率为1/4，最高码率为1/2；
步骤S2.2，构造8行，14列的模板矩阵TKb,Mb_min。其中，首先构造3行，9列的预模板矩阵Tpre，如图12所示，再在该模板矩阵的基础上进行行列扩展得到8行，14列的候选模板矩阵TKb,Mb_min；根据目标总用户数6和候选模板矩阵TKb,Mb_min所支持的最高码率1/2；采用密度演进工具计算BPSK调制的6用户的多用户检测(Multi-user Detection,MUD)的EXIT曲线；采用密度演进工具计算候选模板矩阵的DE-EXIT曲线，与6用户检测的EXIT曲线进行匹配；依据EXIT曲线匹配结果，挑选JKb,Mb_min个模板矩阵TKb,Mb_min。在本实施例中，JKb,Mb_min＝1，构造所得的模板矩阵TKb,Mb_min如图13所示
S2.3，对构造所得的模板矩阵进行行列扩展，构造所得TKb,Mb_max如图14所示。
在步骤S2.3中，为构造性能优异的模板矩阵TKb,Mb_max，需采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，对所有候选模板矩阵进行优选。图15为对构造所得的模板矩阵TKb,Mb_max截取得到的码率为1/4，1/3，2/5和1/2的模板矩阵的DE-EXIT曲线。经密度演进分析可知上述所得码率为1/4，1/3，2/5和1/2的QC-LDPC码的预测SNR门限与SNR门限理论界的差分别为0.42dB，0.31dB，0.29dB，0.99dB。可以看出，本专利提出的构造方法可以构造出逼近多址接入信道理论界的适用于非正交多用户传输的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码。相对于具体实施例B，由于优化了预编码模板矩阵，SNR门限性能进一步改善。
在具体实施例D中，进一步阐释步骤S2.3中如何采用模板矩阵的等价原则对候选模板矩阵进行分类，帮助优选构造结果。
设定码率兼容码长可扩展QC-LDPC码参数，Kb＝6，gb＝3，Vb＝2，Mb_min＝8，当Mb＝9时，模板矩阵TKb,Mb如图16所示，
根据步骤S2.3对上述模板矩阵进行行列扩展得到TKb,Mb+1，则待扩展的第10行第1至9列元素共有29＝512种可能，将第10行第1至9列元素总重量限制在Wmin(Kb,Mb)＝2至Wmax(Kb,Mb)＝3之间，则待扩展的第10行第1至9列元素共有种，即共有120个待分类矩阵BKb,Mb+1。为进一步减少候选模板数量，采用边等价原则对120个待分类矩阵BKb,Mb+1进行分类。
在发明的实施例中，Vb＝2即待分类矩阵前两列对应的变量节点的节点状态为删除，其他列对应的变量节点的节点状态为正常，则待分类矩阵前两列中的边的节点状态与后7列中的边的节点状态不一样。根据边等价原则对120个待分类矩阵BKb,Mb+1进行分类，得到48个矩阵类
经过分析和仿真验证，同一类别的多个矩阵性能相同。从每个矩阵类中任选一个矩阵，最终得到48个已分类的矩阵根据raptor-like结构构造对应的48个候选模板矩阵TKb,Mb+1。
在具体实施例E中，将具体实施例D中的边等价原则改为列重等价原则，则120个待分类矩阵BKb,Mb+1经过列重等价原则分类，得到23个已分类的矩阵族进而得到23个矩阵
需要说明的是，模板矩阵的等价原则可以为边分类的等价原则、列重分类的等价原则、行重分类的等价原则、或者行列重联合分类的等价原则。
其中，(1)边分类的等价原则，具体为，模板矩阵中的每个非零元素(即边)由其所在行和列的行重和列重及节点状态表征；具有相同行重、列重及节点状态的边等价；模板矩阵由其所含的不同类型的非零元素的集合(边集合)表征；非零元素的集合(边集合)相同的模板矩阵等价；根据等价原则，从每个等价的模板矩阵的集合中，任选其一作为候选模板矩阵。
(2)行重分类的等价原则，具体为，模板矩阵由其行重分布表征；具有相同行重分布的模板矩阵等价；根据等价原则，从每个等价的模板矩阵集合中，任选其一作为候选模板矩阵。
(3)列重分类的等价原则，具体为，模板矩阵由其列重分布表征；具有相同列重分布的模板矩阵等价；根据等价原则，从每个等价的模板矩阵集合中，任选其一作为候选模板矩阵。
(4)行列重联合分类的等价原则，具体位置，模板矩阵由其行重分布和列重分布联合表征；具有相同的列重分布和相同行重分布的模板矩阵等价；根据等价原则从每个等价的模板矩阵集合中，任选其一作为候选模板矩阵。
进一步地，在实际多用户传输系统中，根据需要，步骤S1可能有多个目标总谱效或目标总有户数，故需要设计多个模板矩阵，则重复步骤S2.1至步骤S2.3即可得到。
进一步地，在本发明的一个实施例中，进一步地，在本发明的一个实施例中，根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵进一步包括：选定一组扩展因子{b|b＝b0×2j(j＝0,1,…J)}；对扩展因子b＝b0，构造偏移地址表{A0}；在偏移地址表{A0}的基础上构造偏移地址表{AJ}＝{A}；根据QC-LDPC码定义、候选模板矩阵TKb,Mb_max、扩展因子{b}＝{b0×2j}和扩展因子对应的偏移地址表{A}得到校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}。
可以理解的是，步骤S3具体包括：
S3.1：选定一组扩展因子{b}，其中，对b＝b0×2j(j＝0,1,…J)的扩展因子{b}＝{b0×2j}，共享一个偏移地址表{A}。给定扩展因子b*，假设偏移地址取值为A*，则实际偏移地址为mod(A*,b*)
S3.2：对扩展因子b＝b0，构造偏移地址表{A0}；
S3.3：对j＝0,1,…J-1，在b＝b0*2j偏移地址表{Aj}的基础上构造偏移地址表{Aj+1}，其中mod(Aj+1,b0×2j+1)＝mod(Aj,b0×2j)，最后得到的偏移地址表{Aj+1}＝{A}；
S3.4：根据QC-LDPC码定义、模板矩阵TKb,Mb_max、扩展因子{b}＝{b0×2j}和扩展因子对应的偏移地址表{A}得到校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}。
下面将对QC-LDPC码进行详细叙述。
QC-LDPC码(Quasi-Cyclic LDPC，准循环LDPC码)是LDPC码的一个重要子类，具有设计简单、描述方便和实现灵活等优势。QC-LDPC码特点在于它的校验矩阵H具有准循环形式，可以用Mb行Kb+Mb列的模板矩阵T和Mb×(Mb+Kb)个循环移位子矩阵简化描述。用循环移位子矩阵替换模板矩阵T中的每个元素就可以得到M行M+K列的QC-LDPC码的校验矩阵H，其中M＝Mb×b，K＝Kb×b，b为循环移位子矩阵阶数或称扩展因子。因此，QC-LDPC码的信息比特长度为K＝Kb×b，校验比特长度为M＝Mb×b。
每个循环移位子矩阵都是b×b的方阵，其特点在于，每一行都是其上一行的右循环移位。一般为零阵，或由单位矩阵平移得到，此时该循环移位子矩阵的一行或一列有且仅有一个非零元素，且该循环移位子矩阵可以由其相对单位阵的偏移地址唯一确定，偏移地址取值为{0,1,…,b-1}。用上述零阵或循环移位子矩阵替代QC-LDPC模板矩阵T中每一元素可以得到QC-LDPC码的校验矩阵H。一个模板矩阵T结合不同扩展因子b可以构造多个校验矩阵，这些校验矩阵码率相同但码长可大范围变化。在发明实施例中，为简化描述相同模板矩阵T结合不同扩展因子b构造得到不同校验矩阵H，引入偏移地址表概念。即模板矩阵T的元素取值为{0,1}，其中元素取值为0，代表该元素由b×b的全零矩阵替代，取值为1代表该元素由b×b的循环移位子矩阵替代，循环移位子矩阵进一步由偏移地址表A进行规范。故结合模板矩阵T，扩展因子b和偏移地址表A，可以得到QC-LDPC码的校验矩阵H。
其中，LDPC码(Low Density Parity Check，低密度奇偶校验码)是由RobertG.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。LDPC码是一种可以逼近信道容量理论界的信道编码，并且具有译码复杂度较低、吞吐能力高、结构灵活等优势。LDPC码通常由其校验矩阵H定义，用(N,K)表示的LDPC码对应的校验矩阵具有M＝N-K行N列，其中K为信息位长度，M为校验位长度，N为编码比特长度(简称码长)，对应码率R＝K/N。
LDPC码的M行N列校验矩阵H定义于GF(2)域，元素取值为0或1。校验矩阵每一行表示一个校验方程，在Tanner图中称为校验节点，共M个；每一列代表一位编码比特，在Tanner图中称为变量节点，共N个；校验矩阵中的非零元素表示其所在行的校验节点和所在列的变量节点之间的连接关系，在Tanner图中称为边。
如图17所示，具有Raptor-like结构的LDPC码的特征在于，K位信息比特与g<M_max位校验比特对应的校验矩阵部分构成预编码校验矩阵，K位信息比特和g位校验比特构成预编码比特；其余M_max-g位校验比特为扩展校验比特，均是预编码比特的校验位，其相互之间没有校验关系，对应的校验矩阵部分为全零矩阵和单位阵组成。对具有Raptor-like结构的码率较低的LDPC码，可以直接删除M_max位校验比特中最后的M_max-M0位校验比特，得到M0位校验比特作为较高码率的LDPC码的校验比特，即对低码率的M_max行K+M_max列的校验矩阵直接截取前M0行和前K+M0列，得到较高码率的M0行K+M0列的校验矩阵，一般要求M0不小于g，即g≤M0≤M_max。
在步骤S102中，获取待发送信息比特序列、待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度。
具体而言，如图18所示，在用户的发送端，确定待发送信息比特序列，待发送信息比特序列长度K。
在步骤S103中，根据待发送信息比特序列长度、用户传输需求和基站广播的控制信息依次从候选模板矩阵和校验矩阵选取得到目标模板矩阵和编码校验矩阵。
在步骤S104中，根据待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度得到校验比特序列长度，并对编码校验矩阵进行截取，以得到截取校验矩阵。
可以理解的是，如图18所示，S5：在每个用户的发送端，根据待发送信息比特序列长度K，结合用户传输需求和基站广播的控制信息确定输出编码比特长度N，并从多个模板矩阵中选取一个目标模板矩阵；从目标模板矩阵对应的一组校验矩阵选取一个作为编码校验矩阵；计算校验比特序列长度M，并对编码校验矩阵进行截取，得到截取校验矩阵。
具体而言，步骤S5进一步包括：
S5.1，根据待发送信息比特序列长度K，和用户传输需求、基站广播的控制信息，从多个模板矩阵中选取一个目标模板矩阵TKb,Mb_max；
S5.2，根据编码比特序列长度N，选择扩展因子参数b*；
S5.3，根据扩展因子参数b*，从目标模板矩阵TKb,Mb_max对应的一组校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max},得到编码校验矩阵使得K≤b*×Kb；
S5.4，计算校验比特序列长度M＝N-K+b*×Vb，根据校验比特序列长度M，对编码校验矩阵进行截取，得到截取编码矩阵其中M≤b*×Mb*。
在步骤S105中，根据截取校验矩阵的大小对待发送信息比特序列进行零填充，以得到填充信息比特序列和填充信息比特序列长度。
可以理解的是，在每个用户的发送端，根据待发送信息比特序列长度K和截取校验矩阵的大小对长度为K的待发送信息比特序列进行零填充，得到长度为b*×Kb的填充信息比特序列。
需要说明的是，基于Raptor-like结构，在设计码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码过程中经常会采用信息比特零填充技术，其具体编码过程如下：不同长度的信息比特序列首先经过零填充(即填充零比特，通常在信息比特序列末尾或起始填充)，得到长度固定的填充信息比特序列；采用Raptor-like结构的QC-LDPC码校验矩阵进行编码，得到编码比特序列；对编码比特序列进行后处理，去除零填充信息比特得到发送比特序列。在接收端，对接收比特序列同样进行零填充，得到与填充信息比特序列长度一致的接收填充信息比特序列。利用QC-LDPC码校验矩阵进行解码，在解码过程中，假设零填充信息比特已知。
在步骤S106中，根据截取校验矩阵对填充信息比特序列进行低密度奇偶校验(LDPC)码编码，以得到编码比特序列和编码比特序列长度。
可以理解的是，本发明实施例根据如图18所示的S5在每个用户的发送端，根据待发送信息比特序列长度K和截取校验矩阵的大小对长度为K的待发送信息比特序列进行零填充，得到长度为b*×Kb的填充信息比特序列。
在步骤S107中，根据编码比特序列、编码比特序列长度、待发送信息比特序列长度、校验比特序列长度和输出编码比特序列长度得到输出编码比特序列。
在本发明的一个实施例中，根据编码比特序列、编码比特序列长度、待发送信息比特序列长度、校验比特序列长度和输出编码比特序列长度得到输出编码比特序列，具体包括：根据待发送信息比特序列长度去除编码比特序列中的(b*×Kb-K)个零填充比特，其中，待发送信息比特序列长度为K、输出编码比特序列长度为N；根据校验比特序列长度去除编码比特序列中(b*×Mb*-M)个校验比特，其中，填充信息比特序列长度b*×Kb，编码比特序列长度为b*×(Kb+Mb*)，校验比特序列长度为M；根据信息节点删除长度Vb删除编码比特序列前b*×Vb个信息比特得到长度为(K+M-b*×Vb)＝N的输出编码比特序列。
可以理解的是，本发明实施例根据待发送信息比特序列长度K，去除编码比特序列中包含的(b*×Kb-K)个零填充比特，并根据校验比特序列长度M，去除编码比特序列最后的(b*×Mb*-M)个校验比特，以及根据信息节点删除长度Vb，删除编码比特序列中包含的前b*×Vb个信息比特，得到长度为(K+M-b*×Vb)＝N的输出编码比特序列。
需要说明的是，本发明实施例采用了信息比特删除技术，具体为对K+M位编码比特中包含的K位信息比特的前V位进行删除(即K位信息比特参与编码后，前V位不进行后续传输)，得到N＝K+M-V位的删除编码比特。由于V位信息比特删除，实际码率由R＝K/(K+M)变化为R＝K/(K+M-V)。因此，实际LDPC信道编码包含三个参数：信息比特长度K、校验比特长度M和信息比特删除长度V，其中K和M为正整数，V为非负整数，V＝0表示不进行信息比特删除的特例。基于Raptor-like结构，采用信息比特零填充技术和信息比特删除技术有助于设计码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码。
综上，本发明实施例首先获取待发送信息比特序列及其长度K，输出比特序列长度N；然后选取目标模板矩阵和编码校验矩阵，对待发送信息比特序列进行零填充，得到填充信息比特序列及其长度；对填充信息比特序列进行LDPC编码得到编码比特序列及其长度；对编码比特序列进行后续处理得到输出编码比特序列。
进一步地，本发明实施例具有以下优点：
(1)根据本发明实施例构造的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码适用于非正交多用户传输，结合非正交多址接入技术具有逼近多址接入信道理论界的性能。典型地，在多用户干扰最强的情况下，本发明构造的多用户QC-LDPC码性能显著优于面向单用户传输设计的单用户QC-LDPC码(在本发明实施例中多用户干扰最强情况对应的信道模型为GMAC信道和对称用户)。
(2)本发明实施例面向实际传输需求的目标总谱效或目标总用户数构造码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码，适于多种传输应用。
(3)本发明实施例可面向多个实际传输需求设计多个码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码，对不同的设计目标(用户数或总谱效)进行优化，用户根据自身传输需求和多用户传输系统规范的参数选择相应的QC-LDPC码校验矩阵。
(4)本发明实施例在LDPC码构造方法中，引入等价原则包括行重分类等价原则、列重分类等价原则、行列重联合分类等价原则和边分类等价原则，可显著降低码率兼容码长可扩展QC-LDPC码的设计复杂度。
根据本发明实施例提出的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法，构造的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码适用于非正交多用户传输，结合非正交多址接入技术具有逼近多址接入信道理论界的性能，适于多种传输应用，根据自身传输需求和多用户传输系统规范的参数选择相应的QC-LDPC码校验矩阵，引入边分类的等价原则，可显著降低码率兼容码长可扩展QC-LDPC码的设计复杂度，从而有效提高QC-LDPC码的适用性和信道编码的灵活性。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码系统。
图19是本发明一个实施例的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码系统的结构示意图。
如图19所示，该码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码系统10包括：候选模板矩阵及校验矩阵构造模块100、序列长度获取模块200、截取校验矩阵获取模块300、零填充模块400、编码模块500和处理模块600。
其中，候选模板矩阵及校验矩阵构造模块100用于依据设计目标，采用等价原则和密度演进分析构造候选模板矩阵和校验矩阵。序列长度获取模块200用于获取待发送信息比特序列、待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度。截取校验矩阵获取模块300用于根据待发送信息比特序列长度、用户传输需求和基站广播的控制信息分别从通过QC-LDPC码的设计目标构造得到的模板矩阵和根据模板矩阵构造得到的校验矩阵选取得到目标模板矩阵和编码校验矩阵，根据待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度得到校验比特序列长度得到校验比特序列长度，并对编码校验矩阵进行截取，以得到截取校验矩阵。零填充模块400用于根据截取校验矩阵的大小对待发送信息编码比特序列进行零填充，以得到填充信息比特序列和填充信息比特序列长度。编码模块500用于根据截取校验矩阵对填充信息比特序列进行低密度奇偶校验(LDPC)码编码，以得到编码比特序列和编码比特序列长度。处理模块600用于根据编码比特序列、编码比特序列长度、待发送信息比特序列长度、校验比特序列长度和输出比特序列长度得到输出编码比特序列。本发明实施例的系统10可以有效提高QC-LDPC码的适用性和信道编码的灵活性。
进一步地，在本发明的一个实施例中，候选模板矩阵及校验矩阵构造模块100具体用于确定码率兼容QC-LDPC码的设计目标，确定码率兼容QC-LDPC码候选模板矩阵参数，包括候选模板矩阵TKb,Mb_max的信息节点长度Kb，最大校验节点长度Mb_max，最小校验节点长度Mb_min，信息节点删除长度为Vb，预编码校验节点长度gb，构造Mb_min行Kb+Mb_min列的候选模板矩阵TKb,Mb_min，采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，优选并保留JKb,Mb_min个构造结果，其中，候选模板矩阵TKb,Mb_min采用传统方法构造或采用行列扩展的方式进行构造或根据预编码校验节点长度参数gb首先构造gb行，Kb+gb列的预编码模板矩阵Tpre，再采用行列扩展的方式构造TKb,Mb_min，对JKb,Mb_min个候选模板矩阵TKb,Mb_min进行行列扩展得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max，其中，对Mb＝Mb_min至Mb_max-1，在JKb,Mb个候选模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)通过增加第Mb+1行第1至Kb+gb列的元素值，并根据raptor-like结构填充第Mb+1行第Kb+gb+1至Kb+Mb列和第Kb+Mb+1列第1至Mb+1行的元素值，构造得到Nj个候选模板矩阵TKb,Mb+1，共得到个构造结果，并采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，从N个构造结果中优选并保留JKb,Mb+1个候选模板矩阵TKb,Mb+1，最终得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max，根据QC-LDPC码的候选模板矩阵TKb,Mb_max构造一组校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}，其中b为扩展因子。
进一步地，在本发明的一个实施例中，候选模板矩阵及校验矩阵构造模块100进一步用于在模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)进行行列扩展得到模板矩阵TKb,Mb+1时，对待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列采用限定行重最大值和最小值的方法，将Kb+gb个元素的总重量(即Kb+gb个元素中1的个数)限制在Wmin(Kb,Mb)至Wmax(Kb,Mb)之间，缩小待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列的候选序列的数量，构造待分类矩阵族{BKb,Mb+1}，其中待分类矩阵BKb,Mb+1具有Mb+1行，Kb+gb列，其第1至Mb行第1至Kb+gb列与模板矩阵TKb,Mb的第1至Mb行第1至Kb+gb列相同，其第Mb+1行第1至Kb+gb列为上述模板矩阵TKb,Mb+1待增加的第Mb+1行的候选序列，采用模板矩阵的等价原则对待分类矩阵族{BKb,Mb+1}进行分类，进一步缩小待分类矩阵族中矩阵种类的数量至Nj，得到已分类的矩阵族，并从每个已分类的矩阵族中任选一个矩阵，最终得到Nj个已分类的矩阵将Nj个已分类的矩阵根据raptor-like结构补充第Mb+1行第Kb+gb+1列至第Kb+Mb列，和第Kb+Mb+1列第1至第Mb+1行，以得到候选模板族{TKb,Mb+1}。
进一步地，在本发明的一个实施例中，候选模板矩阵及校验矩阵构造模块100进一步用于选定一组扩展因子{b|b＝b0×2j(j＝0,1,…J)}，对扩展因子b＝b0，构造偏移地址表{A0}，在偏移地址表{A0}的基础上构造偏移地址表{AJ}＝{A}，根据QC-LDPC码定义、候选模板矩阵TKb,Mb_max、扩展因子{b}＝{b0×2j}和扩展因子对应的偏移地址表{A}得到校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}。
进一步地，在本发明的一个实施例中，处理模块600进一步用于根据待发送信息比特序列长度去除编码比特序列中的(b*×Kb-K)个零填充比特，其中，待发送信息比特序列长度为K、输出编码比特序列长度为N，根据校验比特序列长度去除编码比特序列中(b*×Mb*-M)个校验比特，其中，填充信息比特序列长度b*×Kb，编码比特序列长度为b*×(Kb+Mb*)，校验比特序列长度为M，根据信息节点删除长度Vb删除编码比特序列前b*×Vb个信息比特得到长度为(K+M-b*×Vb)＝N的输出编码比特序列。
需要说明的是，前述对码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法实施例的解释说明也适用于该实施例的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码系统，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码系统，构造的码率兼容码长可扩展的QC-LDPC码适用于非正交多用户传输，结合非正交多址接入技术具有逼近多址接入信道理论界的性能，适于多种传输应用，根据自身传输需求和多用户传输系统规范的参数选择相应的QC-LDPC码校验矩阵，引入边分类的等价原则，可显著降低码率兼容码长可扩展QC-LDPC码的设计复杂度，从而有效提高QC-LDPC码的适用性和信道编码的灵活性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据QC-LDPC码的设计目标，结合模板矩阵的等价原则，构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵；
获取待发送信息比特序列、待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度；
根据所述待发送信息比特序列长度、用户传输需求和基站广播的控制信息依次从候选模板矩阵和校验矩阵选取得到目标模板矩阵和编码校验矩阵；
根据所述待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度得到校验比特序列长度，并对所述编码校验矩阵进行截取，以得到所述截取校验矩阵；
根据所述截取校验矩阵的大小对所述待发送信息比特序列进行零填充，以得到填充信息比特序列和填充信息比特序列长度；
根据所述截取校验矩阵对所述填充信息比特序列进行低密度奇偶校验(LDPC)码编码，以得到编码比特序列和编码比特序列长度；以及
根据所述编码比特序列、所述编码比特序列长度、所述待发送信息比特序列长度、所述校验比特序列长度和所述输出编码比特序列长度得到输出编码比特序列。
2.根据权利要求1所述的一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码方法，其特征在于，所述根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵具体包括：
确定码率兼容QC-LDPC码的设计目标；
确定码率兼容QC-LDPC码候选模板矩阵参数，包括所述候选模板矩阵TKb,Mb_max的信息节点长度Kb，最大校验节点长度Mb_max，最小校验节点长度Mb_min，信息节点删除长度为Vb，预编码校验节点长度gb；
构造Mb_min行Kb+Mb_min列的候选模板矩阵TKb,Mb_min，采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，优选并保留JKb,Mb_min个构造结果，其中，所述候选模板矩阵TKb,Mb_min采用传统方法构造或采用行列扩展的方式进行构造或根据预编码校验节点长度参数gb首先构造gb行，Kb+gb列的预编码模板矩阵Tpre，再采用行列扩展的方式构造TKb,Mb_min；
对所述JKb,Mb_min个候选模板矩阵TKb,Mb_min进行行列扩展得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max，其中，对Mb＝Mb_min至Mb_max-1，在JKb,Mb个候选模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)通过增加第Mb+1行第1至Kb+gb列的元素值，并根据raptor-like结构填充第Mb+1行第Kb+gb+1至Kb+Mb列和第Kb+Mb+1列第1至Mb+1行的元素值，构造得到Nj个候选模板矩阵TKb,Mb+1，共得到个构造结果，并采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，从N个构造结果中优选并保留JKb,Mb+1个候选模板矩阵TKb,Mb+1，最终得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max；
根据所述QC-LDPC码的候选模板矩阵TKb,Mb_max构造一组校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}，其中b为扩展因子。
3.根据权利要求2所述的码率兼容QC-LDPC码构造方法和信道编码方法，其特征在于，所述根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵进一步包括：
在模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)进行行列扩展得到模板矩阵TKb,Mb+1时，对待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列采用限定行重最大值和最小值的方法，将Kb+gb个元素的总重量(即Kb+gb个元素中1的个数)限制在Wmin(Kb,Mb)至Wmax(Kb,Mb)之间，缩小所述待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列的候选序列的数量；
构造待分类矩阵族{BKb,Mb+1}，其中待分类矩阵BKb,Mb+1具有Mb+1行，Kb+gb列，其第1至Mb行第1至Kb+gb列与模板矩阵TKb,Mb的第1至Mb行第1至Kb+gb列相同，其第Mb+1行第1至Kb+gb列为上述模板矩阵TKb,Mb+1待增加的第Mb+1行的候选序列；
采用模板矩阵的等价原则对待分类矩阵族{BKb,Mb+1}进行分类，进一步缩小待分类矩阵族中矩阵种类的数量至Nj，得到Nj个已分类的矩阵族，并从每个已分类的矩阵族中任选一个矩阵，最终得到Nj个已分类的矩阵
将所述Nj个已分类的矩阵根据raptor-like结构补充第Mb+1行第Kb+gb+1列至第Kb+Mb列，和第Kb+Mb+1列第1至第Mb+1行，以得到候选模板族{TKb,Mb+1}。
4.根据权利要求3所述的码率兼容QC-LDPC码构造方法和信道编码方法，其特征在于，所述根据QC-LDPC码的设计目标构造码率兼容的候选模板矩阵和校验矩阵进一步包括：
选定一组扩展因子{b|b＝b0×2j(j＝0,1,…J)}；
对扩展因子b＝b0，构造偏移地址表{A0}；
在偏移地址表{A0}的基础上构造偏移地址表{AJ}＝{A}；
根据QC-LDPC码定义、所述候选模板矩阵TKb,Mb_max、所述扩展因子{b}＝{b0×2j}和所述扩展因子对应的偏移地址表{A}得到所述校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}。
5.根据权利要求4所述的码率兼容QC-LDPC码构造方法和信道编码方法，其特征在于，所述根据所述编码比特序列、所述编码比特序列长度、所述待发送信息比特序列长度、所述校验比特序列长度和所述输出编码比特序列长度得到输出编码比特序列，具体包括：
根据所述待发送信息比特序列长度去除所述编码比特序列中的(b*×Kb-K)个零填充比特，其中，所述待发送信息比特序列长度为K、所述输出编码比特序列长度为N；
根据所述校验比特序列长度去除所述编码比特序列中(b*×Mb*-M)个校验比特，其中，所述填充信息比特序列长度b*×Kb，所述编码比特序列长度为b*×(Kb+Mb*)，所述校验比特序列长度为M；
根据所述信息节点删除长度Vb删除所述编码比特序列前b*×Vb个信息比特得到长度为(K+M-b*×Vb)＝N的所述输出编码比特序列。
6.一种码率兼容QC-LDPC码构造和信道编码系统，其特征在于，包括：
候选模板矩阵及校验矩阵构造模块，用于依据设计目标，采用模板矩阵的等价原则、密度演进分析工具和EXIT曲线匹配原理构造候选模板矩阵和校验矩阵；
序列长度获取模块，用于获取待发送信息比特序列、待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度；
截取校验矩阵获取模块，用于根据所述待发送信息比特序列长度、用户传输需求和基站广播的控制信息依次从候选模板矩阵和校验矩阵选取得到目标模板矩阵和编码校验矩阵，根据所述待发送信息比特序列长度和输出编码比特序列长度得到校验比特序列长度，并对所述编码校验矩阵进行截取，以得到所述截取校验矩阵；
零填充模块，用于根据所述截取校验矩阵的大小对所述待发送信息比特序列进行零填充，以得到填充信息比特序列和填充信息比特序列长度；
编码模块，用于根据所述截取校验矩阵对所述填充信息比特序列进行低密度奇偶校验(LDPC)码编码，以得到编码比特序列和编码比特序列长度；以及
处理模块，用于根据所述编码比特序列、所述编码比特序列长度、所述待发送信息比特序列长度、所述校验比特序列长度和所述输出编码比特序列长度得到输出编码比特序列。
7.根据权利要求6所述的码率兼容QC-LDPC码构造方法和信道编码系统，其特征在于，所述候选模板矩阵及校验矩阵构造模块具体用于确定码率兼容QC-LDPC码的设计目标，确定码率兼容QC-LDPC码候选模板矩阵参数，包括所述候选模板矩阵TKb,Mb_max的信息节点长度Kb，最大校验节点长度Mb_max，最小校验节点长度Mb_min，信息节点删除长度为Vb，预编码校验节点长度gb，构造Mb_min行Kb+Mb_min列的候选模板矩阵TKb,Mb_min，采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，优选并保留JKb,Mb_min个构造结果，其中，所述候选模板矩阵TKb,Mb_min采用传统方法构造或采用行列扩展的方式进行构造或根据预编码校验节点长度参数gb首先构造gb行，Kb+gb列的预编码模板矩阵Tpre，再采用行列扩展的方式构造TKb,Mb_min，对所述JKb,Mb_min个候选模板矩阵TKb,Mb_min进行行列扩展得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max，其中，对Mb＝Mb_min至Mb_max-1，在JKb,Mb个候选模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)通过增加第Mb+1行第1至Kb+gb列的元素值，并根据raptor-like结构填充第Mb+1行第Kb+gb+1至Kb+Mb列和第Kb+Mb+1列第1至Mb+1行的元素值，构造得到Nj个候选模板矩阵TKb,Mb+1，共得到个构造结果，并采用密度演进分析工具，结合EXIT曲线匹配原理，从N个构造结果中优选并保留JKb,Mb+1个候选模板矩阵TKb,Mb+1，最终得到JKb,Mb_max个候选模板矩阵TKb,Mb_max，根据所述QC-LDPC码的候选模板矩阵TKb,Mb_max构造一组校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}，其中b为扩展因子。
8.根据权利要求7所述的码率兼容QC-LDPC码构造方法和信道编码系统，其特征在于，所述候选模板矩阵及校验矩阵构造模块进一步用于在模板矩阵TKb,Mb的基础上，对第j个扩展结果(1≤j≤JKb,Mb)进行行列扩展得到模板矩阵TKb,Mb+1时，对待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列采用限定行重最大值和最小值的方法，将Kb+gb个元素的总重量(即Kb+gb个元素中1的个数)限制在Wmin(Kb,Mb)至Wmax(Kb,Mb)之间，缩小所述待增加的第Mb+1行第1至Kb+gb列的候选序列的数量，构造待分类矩阵族{BKb,Mb+1}，其中待分类矩阵BKb,Mb+1具有Mb+1行，Kb+gb列，其第1至Mb行第1至Kb+gb列与模板矩阵TKb,Mb的第1至Mb行第1至Kb+gb列相同，其第Mb+1行第1至Kb+gb列为上述模板矩阵TKb,Mb+1待增加的第Mb+1行的候选序列，采用模板矩阵的等价原则对待分类矩阵族{BKb,Mb+1}进行分类，进一步缩小待分类矩阵族中矩阵种类的数量至Nj，得到Nj个已分类的矩阵族，并从每个已分类的矩阵族中任选一个矩阵，最终得到Nj个已分类的矩阵将所述Nj个已分类的矩阵根据raptor-like结构补充第Mb+1行第Kb+gb+1列至第Kb+Mb列，和第Kb+Mb+1列第1至第Mb+1行，以得到候选模板族{TKb,Mb+1}。
9.根据权利要求8所述的码率兼容QC-LDPC码构造方法和信道编码系统，其特征在于，所述候选模板矩阵及校验矩阵构造模块进一步用于选定一组扩展因子{b|b＝b0×2j(j＝0,1,…J)}，对扩展因子b＝b0，构造偏移地址表{A0}，在偏移地址表{A0}的基础上构造偏移地址表{AJ}＝{A}，根据QC-LDPC码定义、所述候选模板矩阵TKb,Mb_max、所述扩展因子{b}＝{b0×2j}和所述扩展因子对应的偏移地址表{A}得到所述校验矩阵{Hb×Kb,b×Mb_max}。
10.根据权利要求9所述的码率兼容QC-LDPC码构造方法和信道编码方法，其特征在于，所述处理模块进一步用于根据所述待发送信息比特序列长度去除所述编码比特序列中的(b*×Kb-K)个零填充比特，其中，所述待发送信息比特序列长度为K、所述输出编码比特序列长度为N，根据所述校验比特序列长度去除所述编码比特序列中(b*×Mb*-M)个校验比特，其中，所述填充信息比特序列长度b*×Kb，所述编码比特序列长度为b*×(Kb+Mb*)，所述校验比特序列长度为M，根据所述信息节点删除长度Vb删除所述编码比特序列前b*×Vb个信息比特得到长度为(K+M-b*×Vb)＝N的所述输出编码比特序列。
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