CN108832936A - 一种ldpc码的构造方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LDPC码的构造方法和系统,其中方法包括:(1)根据自己设定的扩展因子z(常数)构造m′n的基矩阵Hb,其中,m为码字校验位个数,n为码字长度;(2)从基矩阵Hb中截取部分元素形成mb行kb列的矩阵Hb1,其中,mb=m/z,kb=k/z,k=n‑m为码字信息位个数;(3)将矩阵Hb1扩展为m′k的矩阵H1,具体扩展方法为:以Hb1中每一元素p(i,j)作为H1中循环置换子矩阵的循环右移位数,所述循环置换子矩阵是大小为z′z的单位矩阵,所述H1为校验矩阵信息位部分;(4)生成m′m的具有双对角线结构的矩阵,作为校验矩阵校验位部分H2;(5)将信息位部分H1与校验位部分H2合并,得到校验矩阵H。本发明构造的LDPC码具有确定的代数结构,不含4‑环,且编码译码简单,容易实现。

Description

一种LDPC码的构造方法及系统
技术领域
本发明涉及编码技术,尤其涉及一种LDPC码的构造方法及系统。
背景技术
低密度奇偶检验码最早由Gallager于1963年提出,20世纪90年代后期,由于Turbo码的发现使得学者重新对LDPC码进行了研究。现在LDPC码从理论上已被证明是一类非常接近香农限的纠错码。
由于码型结构决定了码的性能,所以为了构造性能优且编译码复杂度低的LDPC码,就要利用一定的方式来构造校验矩阵H。目前构造LDPC码校验矩阵H的方法一般分为两大类:随机构造法和结构化构造法。其中,随机构造法构造的的LDPC码虽然性能较好,但是由于其随机性,导致在译码过程中校验矩阵H存储需求大,复杂度较高。Gallager、MacKay以及Richardson等人构造的LDPC码就是采用随机构造法。
发明内容
发明目的:本发明针对现有技术存在的问题,提供一种LDPC码的构造方法及系统,本发明构造的LDPC码具有确定的代数结构,不含4-环。
技术方案:本发明所述的LDPC码的构造方法包括:
(1)根据自己设定的扩展因子z(常数)构造m′n的基矩阵Hb,其中,m为码字校验位个数,n为码字长度;
(2)从基矩阵Hb中截取部分元素形成mb行kb列的矩阵Hb1,其中,mb=m/z,kb=k/z,k=n-m为码字信息位个数;
(3)将矩阵Hb1扩展为m′k的矩阵H1,具体扩展方法为:以Hb1中每一元素p(i,j)作为H1中循环置换子矩阵的循环右移位数,所述循环置换子矩阵是大小为z′z的单位矩阵,所述H1为校验矩阵信息位部分;
(4)生成m′m的具有双对角线结构的矩阵,作为校验矩阵校验位部分H2
(5)将信息位部分H1与校验位部分H2合并,得到校验矩阵H。
进一步的,步骤(1)具体包括:
(1)选取扩展因子z;
(2)根据扩展因子z构造基矩阵Hb,其中,
Hb(i,j)=mod[mod(a·i,z)′mod(j,z),z]
式中,(i,j)表示第i行第j列的元素,且0≤i≤m-1,0≤j≤n-1,mod为取模函数,a为公差因子,为非零整数。
进一步的,步骤(2)具体包括:
从基矩阵Hb的第一行、第一列开始,共截取mb行kb列的元素,形成Hb1矩阵。
进一步的,步骤(3)中得到的矩阵H1为:
其中,Ip(i,j)表示将单位矩阵按照行向右循环移动p(i,j)位形成的矩阵,p(i,j)为Hb1中第i行第j列的元素。
进一步的,步骤(5)具体包括:
将信息位部分H1与校验位部分H2合并,得到校验矩阵H=[(H1)m′k|(H2)m′m]。
本发明所述的LDPC码的构造系统包括:
基矩阵构造模块,用于根据自己设定的扩展因子z(常数)构造m′n的基矩阵Hb,其中,m为码字校验位个数,n为码字长度;
矩阵截取模块,用于从基矩阵Hb中截取部分元素形成mb行kb列的矩阵Hb1,其中,mb=m/z,kb=k/z,k=n-m为码字信息位个数;
矩阵扩展模块,用于将矩阵Hb1扩展为m′k的矩阵H1,具体扩展方法为:以Hb1中每一元素p(i,j)作为H1中循环置换子矩阵的循环右移位数,所述循环置换子矩阵是大小为z′z的单位矩阵,所述H1为校验矩阵信息位部分;
校验部分矩阵生成模块,用于生成m′m的具有双对角线结构的矩阵,作为校验矩阵校验位部分H2
矩阵合成模块,用于将信息位部分H1与校验位部分H2合并,得到校验矩阵H。
进一步的,所述基矩阵构造模块具体用于:
选取扩展因子z,并根据扩展因子z构造基矩阵Hb,其中,
Hb(i,j)=mod[mod(a·i,z)′mod(j,z),z]
式中,(i,j)表示第i行第j列的元素,且0≤i≤m-1,0≤j≤n-1,mod为取模函数,a为公差因子,为非零整数。
进一步的,所述矩阵截取模块具体用于:从基矩阵Hb的第一行、第一列开始,共截取mb行kb列的元素,形成Hb1矩阵。
进一步的,所述矩阵H1为:
其中,Ip(i,j)表示将单位矩阵按照行向右循环移动p(i,j)位形成的矩阵,p(i,j)为Hb1中第i行第j列的元素。
进一步的,所述校验矩阵H=[(H1)m′k|(H2)m′m]。
有益效果:本发明与现有技术相比,其显著优点是:本发明基于AP数列,可以构造围长至少为6,即不含“4-环”的LDPC码,构造的LDPC码具有确定的代数结构,编译码简单,同时码率与码长可灵活改变,在使用LLR-BP译码算法条件下BER优于同类QC-LDPC码。
具体实施方式
1、技术问题分析
新颖的QC-LDPC码校验矩阵结构为:H=[(H1)m′k|(H2)m′m],其中,k为码字的信息位个数,m为码字的校验位个数,m+k=n,校验矩阵的H1部分大小为m′k,对应码字的信息位,H2部分则大小为m′m,对应码字的校验位。同时,H1具有准循环结构的特点,而H2具有固定不变的双对角线结构,如下式所示
由此可得,大小为m′n的校验矩阵H的整体结构如下式所示
由QC-LDPC码的经典表示形式所知,构造性能良好的QC-LDPC码在于如何设计子矩阵,能使该H中不存在短环,特别是“4-环”。
2、技术方法
为了解决以上技术问题,本实施例提出了一种不含4-环的LDPC码的构造方法,包括:
(1)构造基矩阵Hb
首先根据码长和码率的需要选取扩展因子z(常数),构造维数为z′z的单位子矩阵。
基矩阵Hb中各位置的元素都是模z相乘,表达式为Hb(i,j)=mod[mod(a·i,z)′mod(j,z),z],其中0≤i≤m-1,0≤j≤n-1,公差因子a为一个设置的非零整数,用来控制等差数列的公差。则构造的Hb如下式所示
(2)从基矩阵Hb中截取码字校验位对应的部分Hb1
根据所要构造的QC-LDPC码码长以及码率,从基矩阵Hb的第一行、第一列开始截取矩阵:
例如,从Hb中截取mb行kb列的基矩阵作为Hb1
式中,mb=m/z,kb=k/z。
在这一步骤中可以根据需要灵活地改变码长和码率,并且码率R ≥0.5。
(3)对基矩阵的截取部分Hb1进行扩展
以Hb1中的元素p(i,j)作为校验矩阵H1部分中循环置换子矩阵的循环右移位数,循环置换子矩阵是大小为z′z的单位矩阵。由Hb1扩展生成的H1部分如下所示,由mb′kb个单位子矩阵循环移位得到H1部分
其中,Ip(i,j)表示将单位矩阵按照行向右循环移动p(i,j)位,而p(i,j)也就是基矩阵的截取部分Hb1中对应位置的元素。
(4)生成固定矩阵H2
因为奇偶校验矩阵H中信息位对应的部分H2大小为m′m,即mbz′mbz。于是生成m′m的、具有双对角线结构的矩阵作为H2
(5)完成校验矩阵
将生成好的H1部分与具有固定结构的H2部分合并,即H=[(H1)m′k|(H2)m′m],就完成了校验矩阵H的构造。这里有m=n-k=mb′z,k=kb′z,其中码率R≥1-mb/(mb+kb)。
本实施例还提供了一种LDPC码的构造系统,包括:
基矩阵构造模块,用于根据扩展因子z构造m′n的基矩阵Hb,其中,m为码字校验位个数,n为码字长度,Hb(i,j)=mod[mod(a·i,z)′mod(j,z),z],式中,(i,j)表示第i行第j列的元素,且0≤i≤m-1,0≤j≤n-1,mod为取模函数,a为公差因子,为非零整数;
矩阵截取模块,用于从基矩阵Hb的第一行、第一列开始,共截取mb行kb列的元素,形成Hb1矩阵,mb=m/z,kb=k/z,k=n-m为码字信息位个数;
矩阵扩展模块,用于将矩阵Hb1扩展为m′k的矩阵H1,具体扩展方法为:以Hb1中每一元素p(i,j)作为H1中循环置换子矩阵的循环右移位数,所述循环置换子矩阵是大小为z′z的单位矩阵,所述H1为校验矩阵信息位部分;矩阵H1为:
其中,Ip(i,j)表示将单位矩阵按照行向右循环移动p(i,j)位形成的矩阵,p(i,j)为Hb1中第i行第j列的元素;
校验部分矩阵生成模块,用于生成m′m的具有双对角线结构的矩阵,作为校验矩阵校验位部分H2
矩阵合成模块,用于将信息位部分H1与校验位部分H2合并,得到校验矩阵H=[(H1)m′k|(H2)m′m]。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种LDPC码的构造方法,其特征在于该方法包括:
(1)根据自己设定的扩展因子z(常数)构造m×n的基矩阵Hb,其中,m为码字校验位个数,n为码字长度;
(2)从基矩阵Hb中截取部分元素形成mb行kb列的矩阵Hb1,其中,mb=m/z,kb=k/z,k=n-m为码字信息位个数;
(3)将矩阵Hb1扩展为m×k的矩阵H1,具体扩展方法为:以Hb1中每一元素p(i,j)作为H1中循环置换子矩阵的循环右移位数,所述循环置换子矩阵是大小为z×z的单位矩阵,所述H1为校验矩阵信息位部分;
(4)生成m×m的具有双对角线结构的矩阵,作为校验矩阵校验位部分H2
(5)将信息位部分H1与校验位部分H2合并,得到校验矩阵H。
2.根据权利要求1所述的LDPC码的构造方法,其特征在于:步骤(1)具体包括:
(1)选取扩展因子z;
(2)根据扩展因子z构造基矩阵Hb,其中,
Hb(i,j)=mod[mod(a·i,z)×mod(j,z),z]
式中,(i,j)表示第i行第j列的元素,且0≤i≤m-1,0≤j≤n-1,mod为取模函数,a为公差因子,为非零整数。
3.根据权利要求1所述的LDPC码的构造方法,其特征在于:步骤(2)具体包括:
从基矩阵Hb的第一行、第一列开始,共截取mb行kb列的元素,形成Hb1矩阵。
4.根据权利要求1所述的LDPC码的构造方法,其特征在于:步骤(3)中得到的矩阵H1为:
其中,Ip(i,j)表示将单位矩阵按照行向右循环移动p(i,j)位形成的矩阵,p(i,j)为Hb1中第i行第j列的元素。
5.根据权利要求1所述的LDPC码的构造方法,其特征在于:步骤(5)具体包括:
将信息位部分H1与校验位部分H2合并,得到校验矩阵H=[(H1)m×k|(H2)m×m]。
6.一种LDPC码的构造系统,其特征在于包括:
基矩阵构造模块,用于根据扩展因子z构造m×n的基矩阵Hb,其中,m为码字校验位个数,n为码字长度;
矩阵截取模块,用于从基矩阵Hb中截取部分元素形成mb行kb列的矩阵Hb1,其中,mb=m/z,kb=k/z,k=n-m为码字信息位个数;
矩阵扩展模块,用于将矩阵Hb1扩展为m×k的矩阵H1,具体扩展方法为:以Hb1中每一元素p(i,j)作为H1中循环置换子矩阵的循环右移位数,所述循环置换子矩阵是大小为z×z的单位矩阵,所述H1为校验矩阵信息位部分;
校验部分矩阵生成模块,用于生成m×m的具有双对角线结构的矩阵,作为校验矩阵校验位部分H2
矩阵合成模块,用于将信息位部分H1与校验位部分H2合并,得到校验矩阵H。
7.根据权利要求6所述的LDPC码的构造系统,其特征在于:所述基矩阵构造模块具体用于:
选取扩展因子z,并根据扩展因子z构造基矩阵Hb,其中,
Hb(i,j)=mod[mod(a·i,z)×mod(j,z),z]
式中,(i,j)表示第i行第j列的元素,且0≤i≤m-1,0≤j≤n-1,mod为取模函数,a为公差因子,为非零整数。
8.根据权利要求6所述的LDPC码的构造系统,其特征在于:所述矩阵截取模块具体用于:
从基矩阵Hb的第一行、第一列开始,共截取mb行kb列的元素,形成Hb1矩阵。
9.根据权利要求6所述的LDPC码的构造系统,其特征在于:所述矩阵H1为:
其中,Ip(i,j)表示将单位矩阵按照行向右循环移动p(i,j)位形成的矩阵,p(i,j)为Hb1中第i行第j列的元素。
10.根据权利要求6所述的LDPC码的构造系统,其特征在于:所述校验矩阵H=[(H1)m×k|(H2)m×m]。
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