CN110073618B - 产生用于增量冗余harq通信装置的低密度奇偶校验码的设备和方法 - Google Patents

产生用于增量冗余harq通信装置的低密度奇偶校验码的设备和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于基于大小为m×n的第一原模图矩阵P1产生大小为(m+d)×(n+d)的第二原模图矩阵P2的设备和方法，其中，第一原模图矩阵P1定义第一码H1，其中，第二原模图矩阵P2定义第二码H2。该设备包括处理器，用于：基于第一原模图矩阵P1使用行拆分产生大小为(m+d1)×(n+d1)的辅助原模图矩阵P′；产生d2个随机整数，其中d2＝d‑d1；产生大小为d2×(n‑m)的二进制矩阵M，其中二进制矩阵M的行是基于d2个随机整数而产生；通过提升二进制矩阵M产生矩阵M′；产生大小为d2×d2的矩阵I，其中矩阵I具有零循环移位作为对角线元素以及空循环移位作为非对角线元素；产生大小为(m+d1)×d2的矩阵C1和大小为d2×(m+d1)的矩阵C2，其中矩阵C1和矩阵C2仅包括空循环移位等，以及其他步骤。

Description

产生用于增量冗余HARQ通信装置的低密度奇偶校验码的设备 和方法
技术领域
总体上，本发明涉及信道译码的领域。更具体地，本发明涉及确切地说在混合自动重传请求(hybrid automatic repeat request，HARQ)方案的背景下产生用于通信装置的代码的设备和方法以及使用此代码的通信装置。
背景技术
在通信系统中使用混合自动重传请求(hybrid automatic repeat request，HARQ)方案来提供有效且可靠的数据传输。增量冗余(incremental redundancy，IR)是组合来自不同重传的有效负载的HARQ方法。当前在LTE系统中使用固定的重传有效负载作为基线。
一些已知的HARQ方案是根据基于矩阵的低密度奇偶校验(low density paritycheck，LDPC)。确切地说，准循环低密度奇偶校验(quasi cyclic low density paritycheck，QC-LDPC)码可具有紧凑的规格，这是归因于其可借助于原模图矩阵和循环矩阵定义这一事实。
US20110239075公开一种用于基于LDPC的HARQ方案的信道译码、调制和映射方法。针对不同码长考虑均一矩阵H。使用模块化或下限提升来获得具有新循环大小的矩阵。此外，公开群集重新布置策略，其中将高位比特映射到群集中的可靠点。然而，此方案是离线HARQ方案，其中被发送超过一次的位映射到群集的点中的较低可靠位。
US2011138260公开一种获得用于HARQ方案的第二重传的矩阵的行拆分方案。一些行被拆分，并添加一些新列。拆分程度对于不同的行可能不同。
例如在US2007113147、US2010192037和US2007220399中公开了使用低速率码以及在不同传输处传输奇偶校验位的不同集合。US2007113147建议以规律的间隔布置传输的奇偶校验位。在US2010192037中，奇偶校验位的传输顺序是基于其列阶次。在US2007220399中，传输的顺序是基于k步可恢复节点的概念。
尽管上文描述的传统方法已经相较于其它现有技术方法提供一些改进，但仍需要产生用于HARQ通信装置的代码的改进的设备和方法。
发明内容
本发明的目标是，提供产生用于HARQ通信装置的代码的改进的设备和方法。
前述和其它目标通过独立权利要求的主题实现。另外的实施形式通过从属权利要求、说明书以及图式是显而易见的。
根据第一方面，本发明涉及一种设备，用于基于大小为m×n的第一原模图矩阵P1产生大小为(m+d)×(n+d)的第二原模图矩阵P2，其中第一原模图矩阵P1定义第一码H1，其中第二原模图矩阵P2定义第二码H2。所述设备包括处理器，用于基于第一原模图矩阵P1使用行拆分产生大小为(m+d1)×(n+d1)的辅助原模图矩阵P′；产生d2个随机整数，其中d2＝d-d1；产生大小为d2×(n-m)的二进制矩阵M，其中二进制矩阵M的行是基于d2个随机整数而产生；通过提升二进制矩阵M产生矩阵M′；产生大小为d2×d2的矩阵I，其中矩阵I具有零循环移位作为对角线元素以及空循环移位作为非对角线元素；产生大小为(m+d1)×d2的矩阵C1和大小为d2×(m+d1)的矩阵C2，其中矩阵C1和矩阵C2仅包括空循环移位；以及基于辅助原模图矩阵P′、矩阵M′、矩阵I、矩阵C1和矩阵C2产生第二原模图矩阵P2，其中第二原模图矩阵P2包括等于d2个随机整数中的一个的行权重。
在根据第一方面的设备的第一可能实施形式中，处理器还用于基于辅助原模图矩阵P′的平均行权重λ产生d2个随机整数，其中平均行权重λ定义为辅助矩阵P′的非空循环数与m+d1的比率。
在根据第一方面的第一实施形式的设备的第二可能实施形式中，处理器还用于基于具有均值λ的泊松分布产生d2个随机整数。
在根据第一方面、其第一或第二实施形式的设备的第三可能实施形式中，辅助原模图矩阵P′具有循环大小z，且处理器还用于基于种子产生至多z个随机循环移位，其中z个随机循环移位具有小于z或等于z的整数值。
在根据第一方面的第三实施形式的设备的第四可能实施形式中，处理器还用于通过用z个随机循环移位中的一个替换等于1的二进制矩阵M的元素且通过用-1替换等于0的二进制矩阵M的元素来提升二进制矩阵M。
在根据第一方面或其第一到第四实施形式中的任一个的设备的第五可能实施形式中，处理器还用于将第二原模图矩阵P2的元素(1:m+d1,1:n+d1)设定为等于辅助原模图矩阵P′的对应元素。
在根据第一方面或其第一到第五实施形式中的任一个的设备的第六可能实施形式中，处理器还用于将第二原模图矩阵P2的元素(1:m+d1,n+d1+1:n+d)设定为等于矩阵C1的对应元素。
在根据第一方面或其第一到第六实施形式中的任一个的设备的第七可能实施形式中，处理器还用于将第二原模图矩阵P2的元素(m+d1+1:m+d,1:n-m)设定为等于矩阵M′的对应元素。
在根据第一方面或其第一到第七实施形式中的任一个的设备的第八可能实施形式中，处理器还用于将第二原模图矩阵P2的元素(m+d1+1:m+d,n-m+1:n+d1)设定为等于矩阵C2的对应元素。
在根据第一方面或其第一到第八实施形式中的任一个的设备的第九可能实施形式中，处理器还用于将第二原模图矩阵P2的元素(m+d1+1:m+d,n+d1+1:n+d)设定为等于矩阵I的对应元素。
在根据第一方面或其第一到第九实施形式中的任一个的设备的第十可能实施形式中，第一原模图矩阵P1和/或辅助原模图矩阵P′和/或第二原模图矩阵P2具有相同循环大小。
根据第二方面，本发明涉及一种包括信道编码器的通信装置，所述信道编码器包括根据第一方面或其第一到第十实施形式中的任一个的用于产生原模图矩阵的设备。
根据第三方面，本发明涉及一种包括信道编码器的通信装置，所述信道编码器包括第一原模图矩阵P1或对应第一码H1和第二原模图矩阵P2或对应第二码H2，其中信道编码器用于使用第一码H1进行HARQ方案的第一传输以及使用第二码H2进行所述HARQ方案的重传，其中已经通过根据第一方面或其第一到第十实施形式中的任一个的用于产生原模图矩阵的设备提供第一原模图矩阵P1或对应第一码H1和第二原模图矩阵P2或对应第二码H2。
根据第四方面，本发明涉及一种用于基于大小为m×n的第一原模图矩阵P1产生大小为(m+d)×(n+d)的第二原模图矩阵P2的方法，其中第一原模图矩阵P1定义第一码H1，其中第二原模图矩阵P2定义第二码H2。所述方法包括以下步骤：基于第一原模图矩阵P1使用行拆分产生大小为(m+d1)×(n+d1)的辅助原模图矩阵P′；产生d2个随机整数，其中d2＝d-d1；产生大小为d2×(n-m)的二进制矩阵M，其中二进制矩阵M的行是基于d2个随机整数而产生；通过提升二进制矩阵M产生矩阵M′；产生大小为d2×d2的矩阵I，其中矩阵I具有零循环移位作为对角线元素以及空循环移位作为非对角线元素；产生大小为(m+d1)×d2的矩阵C1和大小为d2×(m+d1)的矩阵C2，其中矩阵C1和矩阵C2仅包括空循环移位；以及基于辅助原模图矩阵P′、矩阵M′、矩阵I、矩阵C1和矩阵C2产生第二原模图矩阵P2，其中第二原模图矩阵P2包括等于d2个随机整数中的一个的行权重。
在根据第四方面的方法的第一可能实施形式中，所述方法还包括以下步骤：将第二原模图矩阵P2的元素(1:m+d1,1:n+d1)设定为等于辅助矩阵P′的对应元素。
在根据第四方面或其第一实施形式的方法的第二可能实施形式中，所述方法还包括以下步骤：将第二原模图矩阵P2的元素(1:m+d1,n+d1+1:n+d)设定为等于矩阵C1的对应元素。
在根据第四方面、其第一或第二实施形式的方法的第三可能实施形式中，所述方法还包括以下步骤：将第二原模图矩阵P2的元素(m+d1+1:m+d,1:n-m)设定为等于矩阵M′的对应元素。
在根据第四方面或其第一到第三实施形式中的任一个的方法的第四可能实施形式中，所述方法还包括以下步骤：将第二原模图矩阵P2的元素(m+d1+1:m+d,n-m+1:n+d1)设定为等于矩阵C2的对应元素。
在根据第四方面或其第一到第四实施形式中的任一个的方法的第五可能实施形式中，所述方法还包括以下步骤：将第二原模图矩阵P2的元素(m+d1+1:m+d,n+d1+1:n+d)设定为等于矩阵I的对应元素。
根据第五方面，本发明涉及一种包括程序代码的计算机程序，所述程序代码当在计算机上执行时用于执行根据第四方面或其第一到第五可能实施形式中的任一个的方法。
本发明可以在硬件和/或软件中实施。
附图说明
本发明的具体实施方式将结合以下附图进行描述，其中：
图1示出了根据实施例产生用于HARQ通信装置的代码的设备；
图2示出了根据实施例包括HARQ通信装置的通信系统；
图3示出了根据实施例用于HARQ通信装置中的传输的一些步骤；
图4示出了根据实施例通过用于产生代码的设备产生矩阵的算法的一些步骤；
图5示出了根据实施例通过用于产生代码的设备产生矩阵的算法的一些步骤；
图6示出了根据实施例由用于产生代码的设备产生的第一原模图矩阵和辅助原模图矩阵；
图7示出了根据实施例由用于产生代码的设备产生的二进制矩阵和提升矩阵；
图8示出了根据实施例由用于产生代码的设备产生的第二矩阵；
图9示出了根据实施例的HARQ通信装置的性能；
图10示出了根据实施例的HARQ通信装置的性能；以及
图11示出了根据实施例的产生用于HARQ通信装置的代码的方法。
在不同图式中，相同参考符号用于相同或至少功能上等效的特征。
具体实施方式
在以下描述中，参考附图，附图形成本公开的一部分，且其中借助于说明示出本发明可置于的特定方面。应理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以利用其它方面并且可以作出结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应在限制性意义上理解，因为本发明的范围由所附权利要求书限定。
例如，应理解，结合所描述的方法的公开内容可同样适用于用于执行所述方法的对应设备或系统，反之亦然。举例来说，如果描述了特定方法步骤，那么对应设备可以包括执行所描述的方法步骤的单元，即使此类单元未在图中明确描述或说明也是如此。另外，应理解，除非以另外的方式专门指出，否则本文中描述的多种示例性方面的特征可以彼此组合。
图1是示意图，所述示意图示出产生用于HARQ通信装置的代码的设备100，所述HARQ通信装置例如图2中示出的通信系统200的HARQ通信装置210。
在更详细地描述图1中示出的设备100和图2中示出的HARQ通信装置210之前，将介绍以下定义和记法。假设P为m×n原模图矩阵且z为其循环大小，也就是说，
Figure GDA0002135001800000051
使得-1≤pi,j≤z-1。
对应于原模图矩阵P的长度为n·z的LDPC代码，确切地说QC-LDPC代码，由(m·z)×(n·z)奇偶校验基矩阵H定义：
Figure GDA0002135001800000052
其中循环置换矩阵(circulant permutation matrix，CPM)表示当pi,j＝-1时z×z零矩阵Z，或通过将z×z单位矩阵I(0)循环右移位pi,j个位置获得的循环置换矩阵I(pi,j)。整数通常称为循环移位。如果pi,j＝-1，则称为空循环移位。如果pi,j＝0，则称为零循环移位。
在本发明的实施例中，表示第一LDPC码，确切地说第一QC-LDPC码，其可用于HARQ方案的第一传输，确切地说用于增量冗余(incremental redundancy，IR)HARQ方案的第一传输。在本发明的实施例中，原模图矩阵为重复累加(repeat accumulate，RA)原模图矩阵，其在通信系统中可为有利的，因为对应的奇偶校验矩阵具有易于编码的性质：
Figure GDA0002135001800000061
在原模图矩阵P的上述示例性表示中，为了清晰起见已包括第一行，指示哪些位是信息位或奇偶校验位。已包括第一列以识别该行。如上文已经描述，P的每一m×1列对应于H(P)的m·(z×z)子矩阵，即，ij对应于一组z信息位以及pj。
在本发明的其它实施例中，原模图矩阵为重复累加(repeat accumulate，RA)、扩展不规则重复累加(extended irregular repeat-accumulate，eIRA)原模图矩阵或多边缘原模图矩阵。
图1中产生用于HARQ通信装置210的代码的设备100包括处理器102。设备100的处理器102用于基于大小为m×n的第一原模图矩阵P1产生大小为(m+d)×(n+d)的第二原模图矩阵，其中第一原模图矩阵定义第一码H1，其中第二原模图矩阵定义第二码H2。
在第一阶段中，设备100的处理器102用于基于第一原模图矩阵P1使用行拆分产生大小为(m+d1)×(n+d1)的辅助原模图矩阵P′。
在第二阶段中，设备100的处理器102用于产生个随机整数，其中d2＝d-d1。
在第三阶段中，设备100的处理器102用于产生大小为d2×(n-m)的二进制矩阵M，其中二进制矩阵M的行是基于d2个随机整数而产生。
在第四阶段中，设备100的处理器102用于通过提升二进制矩阵M产生矩阵M′。
在第五阶段中，设备100的处理器102用于产生大小为d2×d2的矩阵I，其中矩阵I具有零循环移位作为对角线元素以及空循环移位作为非对角线元素。
在第六阶段中，设备100的处理器102用于产生大小为(m+d1)×d2的矩阵C1和大小为d2×(m+d1)的矩阵C2，其中矩阵C1和矩阵C2仅包括空循环移位。
在第七阶段中，设备100的处理器102用于基于辅助原模图矩阵P′、矩阵M′、矩阵I、矩阵C1和矩阵C2产生第二原模图矩阵P2，其中第二原模图矩阵P2包括等于d2个随机整数中的一个的行权重。
如上文描述的第一原模图矩阵P1和/或对应第一码H1以及第二原模图矩阵P2和/或对应第二码H2可有益地在HARQ方案中使用。在实施例中，在如图2所示的通信系统200的通信装置210中实施第一原模图矩阵P1和/或对应第一码H1以及第二原模图矩阵P2和/或对应第二码H2。
在实施例中，图2中示出的通信系统200实施基于可靠性的HARQ(reliabilitybased HARQ，RB-HARQ)方案。通信系统200包括传输通信装置210和接收通信装置230。在实施例中，传输通信装置210和接收通信装置230可以是基站、用户设备等。
表示为u＝(u(1),u(2),…,u(K))的具有总长度K的附接循环冗余校验(cyclicredundancy check，CRC)码位的二进制信息序列由通信装置210的源211提供。在由信道编码器213进行信道编码以用于传输l之后，获得二进制代码序列c(l)＝(cl(1),cl(2),…,cl(Nl))，其中Nl表示用于第l次传输的码位数。调制器215将此序列映射到M-QAM调制后序列x(l)。在通过通信信道220，例如完全交错的瑞利信道之后，获得r(l)，即所接收复杂符号的向量：
Figure GDA0002135001800000071
其中表示具有零均值和单位方差的瑞利衰落信道系数，且表示具有方差
Figure GDA0002135001800000081
的复杂高斯噪声。
通信装置230的M-QAM解调器235可计算信道对数似然比(log-likelihood ratio，LLR)L，其可以Max-Log-MAP(最大后验概率)方式实施：
Figure GDA0002135001800000082
其中
Figure GDA0002135001800000083
其中
Figure GDA0002135001800000084
和
Figure GDA0002135001800000085
分别是衰落系数和噪声方差的估计，M-QAM的A群集点k＝1…,log2M。
随后，跟随HARQ组合器233，其中输入LLR在先前发送的代码位置处求和(跟踪合并)，且新奇偶校验位的LLR仅级联以形成一个码字(增量冗余)。此码字被提供给通信装置230的软输入软输出(soft input soft output，SISO)信道解码器231。此信道解码器231可被实施为turbo、LDPC或卷积码解码器。因此，
Figure GDA0002135001800000086
对应于第l次传输处SISO解码器231的输入LLR，且
Figure GDA0002135001800000087
对应于解码器231的软输出LLR。通常，RB-HARQ算法采取
Figure GDA0002135001800000088
且在解码故障(CRC失效)的情况下，尝试确定哪些位应重传并在反馈信道240中用信号发送此信息。
在实施例中，图2中示出的通信系统200可以用于执行图3中所示出的步骤，所述步骤定义具有K≥2个可能步骤的HARQ方案的第一阶段。假设为原模图矩阵Pi的列数，n＝n1,ni+1>ni。在增量冗余的情况下，ni＝i·n。
假设循环大小表示为且假设具有附接CRC的信息位(框301)表示为u。那么，通过借助于LDPC码H(P1)编码u，可获得用于当前信道传输的长度n1·z的码字c1(框303)，其中是第一传输的原模图矩阵(框309)，其可用于第一传输(框311)。在调制码字、码字通过通信信道220和解调所接收信号(框305)之后，可获得由对应于c1的位的LLR组成的软信息L1。接着，可借助于奇偶校验矩阵来解码(框315)L1。解码之后，可校验CRC(框317)。如果确认所述信息，则已经接收正确的信息位(框318)。否则，可执行具有迭代＝2的下一阶段。
在下一阶段中，构建用于下一传输的原模图矩阵Piter(框313)。接着使用LDPC码H(Piter)编码u，且获得长度niter·z的码字citer(框303)。由于citer含有citer-1作为子字，所以仅传输citer的剩余部分，即传输citer\citer-1。在调制码字、码字通过通信信道220和解调所接收信号(框305)之后，可获得由对应于citer\citer-1的位的LLR组成的软信息。接着，软信息Liter-1和L′iter可组合为Liter(在实施例中，这仅是级联为长度niter·z的向量)。借助于奇偶校验矩阵，可解码Liter(框315)。解码之后，可检验CRC(框317)。如果确认所述信息，则已经接收正确的信息位(框318)。否则，如果迭代<K,则可重复具有迭代＝迭代+1的上述下一阶段。
图4是示意图，所述示意图示出根据实施例通过用于产生代码的设备100产生矩阵的算法的一些步骤。特定来说，在此实施例中，示出产生用于产生下一传输的QC LDPC码H2＝H(Pi)的原模图矩阵Pi(框411)的算法的一些步骤，所述算法基于先前传输中用于产生代码H1＝H(Pi-1)的原模图矩阵Pi-1(框401)。QC-LDPC码H2具有长度(n+m)z，其中z为原模图矩阵Pi的循环大小，而QC-LDPC码H1具有长度nz，使得代码为代码H2的子码。
此外，一些预定义参数可存储于内存405中，所述预定义参数在第一行拆分(row-splitting，RS)算法(框403)中和第二算法中使用，所述第二算法在本文被称作猛禽式构造(raptor-like construction，RLC)算法(框407)。
在第一步骤中，将大小为m×n的原模图矩阵Pi-1(框401)用作行拆分(row-splitting，RS)算法(框403)中的输入，以便根据以下关系获得辅助原模图矩阵P′i(框409)：
P′i＝RS(Pi-1,m1)
其中辅助原模图矩阵P′i(框409)比原模图矩阵Pi-1(框401)多m1行和列，且其中m1存储在额外存储单元405中。
在下一步骤中，将大小为(m+m1)×(n+m1)的辅助原模图矩阵P′i(框409)用作猛禽式构造(raptor like construction，RLC)算法的输入(框407)，以便根据以下关系针对下一传输获得大小为(m+m1+m2)×(n+m1+m2)的原模图矩阵Pi(框411)：
Pi＝RLC(P′i,m2,seed)
其中对应于与P′i相比Pi的额外行数和列数且为伪随机算法中使用的种子。输入参数m1、m2和可存储在额外存储单元405中。在本发明的实施例中，所述参数m1、m2和可离线计算，其挑选方式使得具有这些参数的HARQ方案提供所有可能参数当中的最佳性能。
大体来说，为了获得大小为(m+d)×(n+d)的原模图矩阵Pi，可执行前i-2个类似步骤以便获得大小为m×n的原模图矩阵Pi-1，然后，可执行以下步骤：
P′i＝RS(Pi-1,di)
Pi＝RLC(P′i,d-di,seedi)，
其中P′i是大小为(m+di)×(n+di)的原模图矩阵，且seedi是用于产生d-di个随机数字的种子。
一般来说，用于产生HARQ方案中使用的原模图矩阵的算法具有大小为m×n的P1原模图矩阵、数目K个最大HARQ传输、一组种子{seed2,seed3,…,seedK}、以及一组整数{d2,d3,…,dK}作为输入，其中dj≤n，且具有根据HARQ方案对应于每一传输的一组K个原模图矩阵P1,…,PK作为输出，其中Pi的大小为
Figure GDA0002135001800000101
如上文已经描述，在本发明的实施例中，RS算法可由设备100使用以产生辅助原模图矩阵P′。在实施例中，设备100的处理器102用于使用以下RS算法基于具有循环大小z的大小为m×n的第一原模图矩阵P1产生具有循环大小z的大小为(m+d1)×(n+d1)的辅助原模图矩阵P′。在实施例中，第一原模图矩阵P1和/或辅助原模图矩阵是重复累加(repeataccumulate，RA)矩阵。在实施例中，RS算法的进一步输入参数为整数d1，以及选项O∈{A,B}，其中选项A和允许控制所获得QC-LDPC码H(P′)的规律性或不规律性。
在RS算法的第一步骤中，定义m×1向量行权重，使得行权重(i)等于数字pi,j≠-1,1≤j≤n-m。
在RS算法的另一步骤中，定义整数
Figure GDA0002135001800000102
在RS算法的另一步骤中，校验是否权重<m+d1，如果是，则将终止RS算法。
如果O＝A，则定义m×1向量拆分因子(splittingFactor(i))，使得拆分因子(i)(splittingFactor(i))≤行权重(i)，拆分因子的所有值彼此接近(可彼此相等)且∑拆分因子(i)＝m+d1。
如果O＝B，则定义m×1向量拆分因子，使得拆分因子(i)≤行权重(i)，且由
Figure GDA0002135001800000103
给出的所有值彼此接近(可彼此相等)且∑拆分因子(i)＝m+d1。
特定来说，向量拆分因子(i)确定代替第一原模图矩阵P1的第i行，在辅助原模图矩阵P′中将出现多少行。
辅助原模图矩阵P′由m个子矩阵P′(i)组成
Figure GDA0002135001800000104
Figure GDA0002135001800000111
通过拆分第一原模图矩阵P1的第i行且通过以如以下伪代码所表达的方式添加一些新列获得子矩阵P′(i)。
P′(i)预先确定为-1的(splittingFactor(i))×(n+d1)矩阵。
Residue＝0；
对于任何j∈[n-m]
如果P(i,j)＝＝-1
继续；
结束条件
Residue＝Residue+1；
Residue＝mod(Residue,splittingFactor(i))；
P′(i,Residue)＝P(i,j)；
结束
Figure GDA0002135001800000112
在P′(i,begPos(i)+1:begPos(i)+splittingFactor(i))中插入表示LDPC码的RA部分的(splittingFactor(i))×splittingFactor(i)))矩阵；
结束
以上文描述的方式产生的辅助原模图矩阵P′具有RA部分，使得可执行容易的(线性-时间)编码。将基于以下具有循环大小5的示例性第一原模图矩阵P1进一步说明上文描述的一般RS方法：
Figure GDA0002135001800000113
输入：P1和d1＝4；
1)行权重＝(3,2,3)T；
2)权重＝3+3+3＝8；
3)校验8>7；
4)A)拆分因子＝(2,2,3)T；
B)拆分因子＝(3,1,3)T；
对于选项A：
Figure GDA0002135001800000121
辅助原模图矩阵P′的行r11和r12基于第一原模图矩阵P1的行r1。辅助原模图矩阵P′的行r21和r22基于第一原模图矩阵P1的行r2。辅助矩阵P′的行r31、r32和r33基于第一原模图矩阵P1的行r3。
对于选项B：
Figure GDA0002135001800000122
Figure GDA0002135001800000131
辅助原模图矩阵P′的行r11、r12和r13基于第一原模图矩阵P1的行r1。辅助原模图矩阵P′的行r21基于第一原模图矩阵P1的行r2。辅助原模图矩阵P′的行r31和r32基于第一原模图矩阵P1的行r3。
上文描述的RS方法产生一致的第一原模图矩阵P1和一致的辅助原模图P′，以及一致的对应LDPC码。事实上，由于ri＝∑jrij，所以辅助矩阵P′的每一层中的行(使用规则(-1+k)＝k且(k+k)＝-1)可求和，且可获得可与P相同的矩阵P″，条件是排除具有零权重的列，即仅由-1组成的列，其中矩阵P″由以下给出
Figure GDA0002135001800000132
换句话说，如果信息位与对应于辅助原模图矩阵P′的LDPC码编码从而产生码字(i1,i2,i3,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7)，则子字为对应于原模图矩阵P1的具有相同信息位(i1,i2,i3)的LDPC码的码字。
在本发明的实施例中，猛禽式构造(raptor-like construction，RLC)算法可由设备100使用以产生第二原模图矩阵P2。在实施例中，设备100的处理器102用于使用以下RLC算法基于具有循环大小z的大小为(m+d1)×(n+d1)的辅助原模图矩阵P′产生具有循环大小z的大小为(m+d)×(n+d)的第二原模图矩阵P2。在实施例中，第一原模图矩阵P1和/或第二原模图矩阵P2为RA矩阵。
在图5中所示出的RLC算法的第一步骤中，计算辅助原模图矩阵P′的平均行权重(框503)，其中所述行权重根据以下公式定义:
Figure GDA0002135001800000133
其中m+d1对应于辅助原模图矩阵P′的行数。
在RLC算法的另一步骤中，以种子seed(框507)初始化具有均值λ的泊松随机数生成器(Poisson random number generator，PRNG)(框505)。
在RLC算法的另一步骤中，使用PRNG产生具有泊松分布的d2个随机整数
Figure GDA0002135001800000141
(框515)，其中d2＝d-d1。
在RLC算法的另一步骤中，以种子seed初始化t集合生成器(U(k,t))的均一k子集(框511)。
在RLC算法的另一步骤中，构建(框513)大小为d2×(n-m)的二进制矩阵M，其中二进制矩阵M的第i行可视为(n-m)-集合的子集。对于每一i∈d2，使用U(Xi,n-m)产生二进制矩阵M的第i行。
在RLC算法的另一步骤中，以种子seed初始化取值[0,1…z-1]的随机数生成器(random number generator，RNG)。此外，基于RNG随机提升二进制矩阵M(框517)，并非在二进制矩阵M中放置1-s随机循环移位，且并非在二进制矩阵M中放置0-s、-1。通过随机提升二进制矩阵M，获得矩阵M′。
RLC算法的结果为第二原模图矩阵P2(框519)。
根据本发明的实施例，第二原模图矩阵P2可编写如下：
Figure GDA0002135001800000142
其中大小为(m+d1)×(n+d1)的辅助原模图矩阵P′(框501)可以形式P′＝[P′infP′par]表示，其中P′par是对应于奇偶校验位的(m+d1)×(m+d1)矩阵，P′inf是对应于信息位的(m+d1)×(n-m)矩阵，I(d2)是具有零循环移位作为对角线元素以及仅空循环移位作为非对角线元素的d2×d2矩阵。最后，-1对应于仅含有空循环移位的矩阵的部分。
在本发明的实施例中，第二原模图矩阵P2(框519)可以通过下方式表示：P2＝[P2,infP2,par]，其中：
Figure GDA0002135001800000143
Figure GDA0002135001800000151
且
Figure GDA0002135001800000152
由于矩阵I(d2)具有对角形式且P′par具有容易的用于编码的形式，所以第二原模图矩阵P2(框519)可用于容易的(线性—时间)编码。
为了更好地说明RS算法和RLC算法的上述步骤，我们提供了图6中的示例性第一原模图矩阵P1和对应示例性辅助矩阵P′、图7中的示例性二进制矩阵M和示例性提升矩阵M′，以及图8中的示例性第二原模图矩阵P2。
P1是大小为3×6，即m＝3，n＝6，且循环大小z＝10的第一原模图矩阵(参看图6)。矩阵P1对应于HARQ方案中的第一传输。基于上述RS算法和RLC算法，可构造对应于HARQ方案中的第二传输的大小为9×12，即d＝6，的第二原模图矩阵P2。
假设d1等于3(即，d1＝3是优化代码性能的所有可能参数当中离线挑选的参数)，因此，d2＝d-d1＝3。通过将RS算法应用于第一原模图矩阵P1，可获得所得辅助原模图矩阵P′(参看图6)：
P′＝RS(P1,d1)。
为了产生大小为9×12的第二原模图矩阵P2，计算辅助原模图矩阵P′的平均行权重λ：
Figure GDA0002135001800000153
然后，借助于种子seed和具有均值λ的泊松分布
Figure GDA0002135001800000154
产生d2＝3个随机数字X1、X2和X3，其中变量X具有泊松分布
Figure GDA0002135001800000155
条件是：
Figure GDA0002135001800000156
其中为整数。举例来说，泊松随机数生成器给出以下结果：X1＝3，X2＝4，且X3＝2。
接着，使用t集合随机数生成器的均一k子集产生大小为3×3的二进制矩阵M，其中具有t集合分布的均一k子集的随机变量X定义如下。假设A为t个元素的集合，即|A|＝t。接着，对于任何B(A的子集)，且|B|＝k，以下概率分布成立：
Figure GDA0002135001800000161
其中{t挑选k}对应于二项式系数。由于在本发明的实施例中，第二原模图矩阵P2的新行的权重分别等于X1＝3、X2＝4和X3＝2，且矩阵I(d2)(也称为Raptor部分)具有等于1的行权重和列权重，所以为了构建二进制矩阵M，可使用3集合生成器的2子集来获得二进制矩阵M的第一行，可使用3集合生成器的3子集来获得二进制矩阵M的第二行，且可使用3集合生成器的1子集来获得二进制矩阵M的第三行(参看图7)。
一旦产生二进制矩阵M，也可通过随机提升二进制矩阵M获得矩阵M′(参看图7)，而非可放置1-s随机循环移位(不超过循环大小10)。最后，可获得第二原模图矩阵P2(参看图8)：
P2＝RLC(P′,3,seed),
其中第二原模图矩阵P2比辅助原模图矩阵P′多三行且多三列。此外，第二原模图矩阵P2的新行的权重分别等于X1＝3、X2＝4和X3＝2。
有利地，第二原模图矩阵P2的特定形式允许执行容易的(线性时间)编码。
图9和10是示意图，所述示意图示出根据实施例的HARQ通信装置230的性能。在此实施例中，用于HARQ方案中的第一传输的第一原模图矩阵对应于大小为6×21的多边缘原模图矩阵，译码速率为3/4，信息位数为2000，且第一原模图矩阵含有49个非空循环移位。对于HARQ方案中的第4传输，代码由具有206个非空循环移位的66×81第四原模图矩阵产生。对于每一循环，可存储以下位：对于每一循环移位值为9位，对于其在对应原模图矩阵中的位置：对于行和列，针对离线HARQ方案为7+7位，针对在线HARQ方案为5+5位。可考虑针对用于在线计算的种子和HARQ方案参数的额外内存(小于或等于25位)。用于HARQ方案中原模图矩阵的离线存储的内存总量为：23×206＝4738位，而用于根据本发明的实施例的HARQ方案中原模图矩阵的运行中产生的内存总量为：19×49+25＝956位。在此示例中，我们需要少4.96倍的内存用于矩阵存储和HARQ参数。
此外，本发明的实施例与不同速率的LTE HARQ方案相比具有较好性能(误块率和吞吐量)，且其还具有与离线HARQ方案中用于LDPC码的一个离线HARQ方案相当的性能。这些结果还在不同信道条件中检验，如图9和10中所示。
确切地说，图9示出作为通信装置以dB计的信噪比Eb/N0的函数的误块率(BLER)，其中案例ME LDPC IR(实线)指根据本发明实施例的HARQ方案中使用的多边缘LDPC运行中代码，其与HARQ方案中使用的具有8个迭代和缩放Max Log MAP解码(对于所有迭代，缩放因子＝0.75)的LTE TURBO码进行比较。借助于示例，挑选CRC长度24、译码速率等于2/3、传输次数等于4、QPSK调制、加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise，AWGN)信道和1000位信息长度。此外，用于LDPC码模拟的分层最小和解码器或通信装置的迭代数被设定成50。如从图9中可获知，对于Eb/N0的相同值，ME LDPC IR案例(实线)中的BLER比其它案例中低得多。因此，根据本发明的实施例的HARQ方案中使用的LDPC运行中代码的性能显著高于HARQ方案中使用的其它代码的性能。
在图10中，对由高通公司提议的多边缘LDPC离线HARQ方案的性能与根据本发明实施例的多边缘LDPC运行中HARQ方案的性能进行比较。在此实施例中，挑选代码速率0.83、传输次数等于2、QPSK调制、AWGN信道、2000位信息长度，以及用于LDPC模拟的分层最小和解码器的迭代数50。
根据本发明实施例产生用于HARQ方案的运行中LDPC矩阵的设备100的实施例的一些优点包括：极好的性能(类似于离线HARQ方案中的所述一个且优于LTE TURBO方案中的所述一个)、节省用于矩阵存储的内存(仅用于行拆分算法的种子和参数保存在所述内存中)，以及构造扩展码的低复杂性(其在非空循环移位数上为线性的)。因此，可在实时系统中实现本发明的实施例。
图11是示意图，所述示意图示出产生用于HAQR通信装置210的代码的方法1100，其中方法1100基于大小为m×n的第一原模图矩阵P1产生大小为(m+d)×(n+d)的第二原模图矩阵，其中第一原模图矩阵P1定义第一码H1，其中第二原模图矩阵P2定义第二码H2。方法1100包括以下步骤：基于第一原模图矩阵P1使用行拆分产生1102大小为(m+d1)×(n+d1)的辅助原模图矩阵P′，其中d2＝d-d1；产生1104d2个随机整数，其中d2＝d-d1；产生1106大小为d2×(n-m)的二进制矩阵M，其中基于d2个随机整数产生二进制矩阵M的行；通过提升二进制矩阵M产生1108矩阵M′；产生1110大小为d2×d2的矩阵I，其中矩阵I具有零循环移位作为对角线元素以及空循环移位作为非对角线元素；产生1112大小为(m+d1)×d2的矩阵C1和大小为d2×(m+d1)的矩阵C2，其中矩阵C1和矩阵C2仅包括空循环移位；以及基于辅助原模图矩阵P′、矩阵M′、矩阵I、矩阵C1和矩阵C2产生1114第二原模图矩阵P2，其中第二原模图矩阵P2包括等于d2个随机数中的一个的行权重。
尽管本公开的特定特征或方面可能已经仅结合几种实施方式或实施例中的一种进行公开，但此类特征或方面可以和其它实施方式或实施例中的一个或多个特征或方面相结合，只要对于任何给定或特定的应用是有需要或有利。而且，在一定程度上，术语“包括”、“有”、“具有”或这些词的其它变形在详细的说明书或权利要求书中使用，这类术语和所述术语“包含”是类似的，都是表示包括的含义。同样，术语“示例性地”、“例如”仅表示为示例，而不是最好或最佳的。可以使用术语“耦合”和“连接”及其派生词。应当理解，这些术语可以用于指示两个元件彼此协作或交互，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们彼此不直接接触。
尽管本文中已说明和描述特定方面，但所属领域的技术人员应了解，多种替代和/或等效实施方式可在不脱离本公开的范围的情况下替代所示和描述的特定方面。该申请旨在覆盖本文论述的特定方面的任何修改或变更。
尽管所附权利要求书中的元件是利用对应的标签按照特定顺序列举的，除非对权利要求的阐述另有暗示用于实施部分或所有这些元件的特定顺序，否则这些元件不必限于以所述特定顺序来实施。
通过以上启示，对于本领域技术人员来说，许多替代、修改和变化是显而易见的。当然，所属领域的技术人员容易认识到除本文所述的应用之外，还存在本发明的众多其它应用。虽然已参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将认识到在不偏离本发明的范围的前提下，仍可对本发明作出许多改变。因此，应理解，只要是在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以用不同于本文具体描述的方式来实践本发明。

Claims (20)

1.一种处理设备(100)，用于基于大小为m×n的第一原模图矩阵P1产生大小为(m+d)×(n+d)的第二原模图矩阵P2，其中所述第一原模图矩阵P1定义第一码H1，其中所述第二原模图矩阵P2定义第二码H2，其特征在于，所述设备(100)包括：
处理器(102)，用于：
基于所述第一原模图矩阵P1使用行拆分产生大小为(m+d1)×(n+d1)的辅助原模图矩阵P′；产生d2个随机整数，其中d2＝d-d1；
产生大小为d2×(n-m)的二进制矩阵M，其中所述二进制矩阵M的行是基于所述d2个随机整数而产生；
通过提升所述二进制矩阵M产生矩阵M′；
产生大小为d2×d2的矩阵I，其中所述矩阵I具有零循环移位作为对角线元素以及空循环移位作为非对角线元素；
产生大小为(m+d1)×d2的矩阵C1和大小为d2×(m+d1)的矩阵C2，其中所述矩阵C1和所述矩阵C2仅包括空循环移位；以及
基于所述辅助原模图矩阵P′、所述矩阵M′、所述矩阵I、所述矩阵C1和所述矩阵C2产生所述第二原模图矩阵P2，其中所述第二原模图矩阵P2包括等于所述d2个随机整数中的一个的行权重。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，所述处理器(102)还用于基于所述辅助原模图矩阵P′的平均行权重λ产生所述d2个随机整数，其中所述平均行权重λ定义为所述辅助原模图矩阵P′的非空循环数与m+d1的比率。
3.根据权利要求2所述的设备(100)，其特征在于，所述处理器(102)还用于基于具有均值λ的泊松分布产生所述d2个随机整数。
4.根据权利要求1至3任一项所述的设备(100)，其特征在于，所述辅助原模图矩阵P′具有循环大小z，其中所述处理器(102)还用于基于种子产生至多z个随机循环移位，其中所述z个随机循环移位具有小于z或等于z的整数值。
5.根据权利要求4所述的设备(100)，其特征在于，所述处理器(102)还用于通过使用所述z个随机循环移位中的一个替换等于1的所述二进制矩阵M的元素，并且通过使用-1替换等于0的所述二进制矩阵M的元素来提升所述二进制矩阵M。
6.一种处理设备(100)，其特征在于，所述处理设备包括权利要求1至5任意一项所述设备的全部特征，并且，其中述处理器(102)还用于将所述第二原模图矩阵P2的元素(1:m+d1,1:n+d1)设定为等于所述辅助原模图矩阵P′的对应元素。
7.一种处理设备(100)，其特征在于，所述处理设备包括权利要求1至6任意一项所述设备的全部特征，并且，所述处理器(102)还用于将所述第二原模图矩阵P2的元素(1:m+d1,n+d1+1:n+d)设定为等于所述矩阵C1的对应元素。
8.一种处理设备(100)，其特征在于，所述处理设备包括权利要求1至7任意一项所述设备的全部特征，并且，所述处理器(102)还用于将所述第二原模图矩阵P2的元素(m+d1+1:m+d,1:n-m)设定为等于所述矩阵M′的对应元素。
9.一种处理设备(100)，其特征在于，所述处理设备包括权利要求1至8任意一项所述设备的全部特征，并且，所述处理器(102)还用于将所述第二原模图矩阵P2的元素(m+d1+1:m+d,n-m+1:n+d1)设定为等于所述矩阵C2的对应元素。
10.一种处理设备(100)，其特征在于，所述处理设备包括权利要求1至9任意一项所述设备的全部特征，并且，所述处理器(102)还用于将所述第二原模图矩阵P2的元素(m+d1+1:m+d,n+d1+1:n+d)设定为等于所述矩阵I的对应元素。
11.一种处理设备(100)，其特征在于，所述处理设备包括权利要求1至10任意一项所述设备的全部特征，并且，所述第一原模图矩阵P1和/或所述辅助原模图矩阵P′和/或所述第二原模图矩阵P2具有相同循环大小。
12.一种包括信道编码器(213)的通信装置(210)，其特征在于，所述信道编码器包括根据前述权利要求任一项所述的用于产生原模图矩阵的设备(100)。
13.一种包括信道编码器(213)的通信装置(210)，其特征在于，所述信道编码器包括第一原模图矩阵P1或对应第一码H1和第二原模图矩阵P2或对应第二码H2，其中所述信道编码器(213)用于使用所述第一码H1进行HARQ方案的第一传输以及使用所述第二码H2进行所述HARQ方案的重传，其中已经通过根据权利要求1-11任一项所述的用于产生原模图矩阵的设备(100)提供所述第一原模图矩阵P1或所述对应第一码H1和所述第二原模图矩阵P2或所述对应第二码H2。
14.一种处理方法(1100)，用于基于大小为m×n的第一原模图矩阵P1产生大小为(m+d)×(n+d)的第二原模图矩阵P2，其中所述第一原模图矩阵P1定义第一码H1，其中所述第二原模图矩阵P2定义第二码H2，其特征在于，所述方法(1100)包括：
基于所述第一原模图矩阵P1使用行拆分产生(1102)大小为(m+d1)×(n+d1)的辅助原模图矩阵P′；
产生(1104)d2个随机整数，其中d2＝d-d1；
产生(1106)大小为d2×(n-m)的二进制矩阵M，其中所述二进制矩阵M的行是基于所述d2个随机整数而产生；
通过提升所述二进制矩阵M产生(1108)矩阵M′；
产生(1110)大小为d2×d2的矩阵I，其中所述矩阵I具有零循环移位作为对角线元素以及空循环移位作为非对角线元素；
产生(1112)大小为(m+d1)×d2的矩阵C1和大小为d2×(m+d1)的矩阵C2，其中所述矩阵C1和所述矩阵C2仅包括空循环移位；以及
基于所述辅助原模图矩阵P′、所述矩阵M′、所述矩阵I、所述矩阵C1和所述矩阵C2产生(1114)所述第二原模图矩阵P2，其中所述第二原模图矩阵P2包括等于所述d2个随机整数中的一个的行权重。
15.根据权利要求14所述的方法(1100)，其特征在于，所述方法(1100)还包括以下步骤：将所述第二原模图矩阵P2的元素(1:m+d1,1:n+d1)设定为等于所述辅助原模图矩阵P′的对应元素。
16.根据权利要求14或15所述的方法(1100)，其特征在于，所述方法(1100)还包括以下步骤：将所述第二原模图矩阵P2的元素(1:m+d1,n+d1+1:n+d)设定为等于所述矩阵C1的对应元素。
17.一种处理方法(1100)，其特征在于，所述处理方法包括权利要求14至16任意一项所述方法的全部特征，并且，所述方法(1100)还包括以下步骤：将所述第二原模图矩阵P2的元素(m+d1+1:m+d,1:n-m)设定为等于所述矩阵M′的对应元素。
18.一种处理方法(1100)，其特征在于，所述处理方法包括权利要求14至17任意一项所述方法的全部特征，并且，所述方法(1100)还包括以下步骤：将所述第二原模图矩阵P2的元素(m+d1+1:m+d,n-m+1:n+d1)设定为等于所述矩阵C2的对应元素。
19.一种处理方法(1100)，其特征在于，所述处理方法包括权利要求14至18任意一项所述方法的全部特征，并且，所述方法(1100)还包括以下步骤：将所述第二原模图矩阵P2的元素(m+d1+1:m+d,n+d1+1:n+d)设定为等于所述矩阵I的对应元素。
20.一种存储介质，所述存储介质存储有包括程序代码的计算机程序，其特征在于，所述程序代码当在计算机上执行时，用于执行根据权利要求14-19任一项所述的方法(1100)。
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