CN111371463B - Ldpc码字结构的码字编码方法及系统和介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LDPC码字结构的码字编码方法、系统和介质，及其对应的码表，码字结构为QC‑IRA结构，校验矩阵H中包含M个行和N个列，N个列中包含K个信息位和M校验位，其中：所述K为LDPC码字的信息位长，所述N为LDPC码字的码字长，且N＝K+M。所述编码方法包括：对校验位进行初始化；根据编码码表将信息位累加到校验位上；对校验位进行累加。该编码方法具有编码简单，性能较好的特点。

Description

LDPC码字结构的码字编码方法及系统和介质
技术领域
本发明涉及通信编码技术领域，具体地，涉及LDPC码字结构的码字编码方法及系统和介质，以及相应码表。
背景技术
1963年，Gallager在他的博士论文中，第一次提出了低密度奇偶校验码LDPC(LowDensity Parity Check)，同时推演出了其基于迭代原理的译码方法，并证明了该迭代译码方法的复杂度随码长增长而线性增长的重要结论。但由于起初的迭代译码算法较为复杂，加之当时的集成电路技术发展缓慢，因此LDPC码字在当时并未收到重视。随后，在上世纪90年代，基于迭代译码机制的Turbo码被发现是一种可以逼近Shannon限的编码方案，至此人们才开始注意到了迭代译码所具备的优良性能。事实上到了90年代中期，受到Turbo码的启发，Mackay和Spielman等学者分别基于随机图和扩展图构造了具备稀疏特性的线性分组码字即LDPC码，发现了该类码同Turbo码一样，也具备瀑布区逼近香农限的优秀性能。之后Luby和MacKay等人又多次论证LDPC码逼近香农限和译码复杂度随码长线性增长的特性。这些研究成果再加上当时成熟的集成电路技术，使得理论界和工业界重新燃起了对LDPC码研究的兴趣。
虽然LDPC最初的随机码字编码不受任何结构约束，度分布设计自由度较大，更易获得逼近香农限的度分布，但编码复杂度极高，不适合广泛应用。为降低随机码字在编码方向的复杂度，结构化的LDPC码字相继被提出，QC、QC-IRA、QC-IRA-raptor等结构化的码字具有编码复杂度低、可直接基于校验矩阵完成编码等优点。经过对LDPC码字的深度研究，大家发现LDPC码在各方面都比Turbo码更有优势，具备更好的译码性能和更低的实现复杂度，更能适应未来系统高速数据传输和高性能的要求，因此收到广泛应用。目前采用LDPC码字的通信系统有：5G、欧洲第二代数字广播电视传输标准DVB2系列；IEEE802.11n无线局域网标准；IEEE802.11e无线广域网标准；中国数字电视地面传输标准(DTTB)，以及北美CCSDS的近地、深空通信系统等等。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种LDPC码字结构的码字编码方法及系统和介质。
根据本发明提供的一种LDPC码字结构的码字编码方法，包括如下步骤：
步骤S1：对校验位进行初始化；
步骤S2：根据编码码表将信息位累加到校验位上；
步骤S3：对校验位进行累加。
优选地，在所述步骤S1中：对码字码率为K/N的LDPC码字的校验位(p0,p1,…,pM-1)进行初始化，即令p0＝p1＝p2＝…＝pM-1＝0，其中，M＝N-K，M表示校验位长度，N表示LDPC码字的码长，K表示LDPC码字的信息位长度；
校验矩阵H中包含M个行和N个列，N个列中包含K个信息位和M个校验位；所述校验矩阵H每一行包括L个循环子矩阵，每一列包括J个循环子矩阵，其中每个子矩阵的大小为q×q；J×q＝M，L×q＝N-M；
在所述步骤S2中：根据LDPC码字的编码码表，将信息位(s0,s1,…,sK-1)累加到校验位(p0,p1,…,pM-1)上；
在所述步骤S3中：对校验位(p0,p1,…pM-1)进行累加。
优选地，设q(i,j,0)为第j次读取码表中第i行的元素，则对任意l，0＜l＜256，q(i,j,l)＝q(i,j,0)+Qldpc·l(mod M)，其中Qldpc在表1中找到对应的值；
表1编码参数：N＝61440
码率 Q<sub>ldpc</sub> 码率 Q<sub>ldpc</sub>
7/15 128 11/15 64
8/15 112 12/15 48
9/15 96 13/15 32
10/15 80 14/15 16
所述步骤S2具体为：
对于任意k，0≤k＜K，令
Figure BDA0001922746250000021
将sk累加到pq(i,j,l)上，即：
pq(i,w(i)-1,l)+sk；
其中w(i)为码率对应码表第i行的元素个数；
所述步骤S3具体为：p0维持不变，对于所有区间(0,M)中的n，依次令pn自增pn-1。
优选地，每个子矩阵的大小为256*256。
根据本发明提供的一种LDPC码字结构的码字编码系统，包括：
校验位进行初始化模块：对校验位进行初始化；
信息位累加模块：根据编码码表将信息位累加到校验位上；
校验位累加模块：对校验位进行累加。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的LDPC码字编码方法，其校验矩阵H为QC-IRA结构，并且为该结构的LDPC码字设计了一套编码码表。与现有技术相比，该编码方法具有编码简单，性能较好的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种LDPC码的编码方案，以及对应的编码码表，并对相应的码字结构和编码方法进行详细说明。
一种LDPC码字编码方法，码字结构为QC-IRA结构，校验矩阵H中包含M个行和N个列，N个列中包含K个信息位和M校验位。其中：所述K为LDPC码字的信息位长，所述N为LDPC码字的码字长，且N＝K+M。
QC-IRA码的结构如公式H＝[∏THqcHp]所示，其中的Hp为双对角阵，大小为m×m。
Figure BDA0001922746250000031
H表示校验矩阵，∏T表示行变换。
所述校验矩阵H每一行包括L个循环子矩阵，每一列包括J个循环子矩阵，其中每个子矩阵的大小为q×q。
令H1＝∏THqc，大小为m×(n-m)。Hqc为QC矩阵，是由基于单位阵的准循环子矩阵和零矩阵Hj,k组成
Figure BDA0001922746250000041
其中每个子块Hj,k的大小为q×q，满足如下关系1≤j≤J，1≤i≤L，J×q＝m，L×q＝n-m。而∏T的作用是对Hqc做行变换。
在一个具体的实施例中，码字码率为7/15，信息位长度K为15360，码长N为61440，子块大小为256*256。因此使用(i0,i1,…i15359)代表信息位，(p0,p1,…p46079)代表校验位，进而获得最终码字(i0,i1,…i15359,p0,p1,…p46079)。
针对这个具体的实施例的母码，编码方法如下：
步骤一、对校验位进行初始化。即令p0＝p1＝p2＝…＝p46079＝0。
步骤二、根据附录I码率为7/15、码长为61440的LDPC码字的编码码表，将信息位循环累加到校验位上。即对于任意k，0≤k＜15359，令i＝[k/256],l＝k(mod256)。将sk累加到pq(i,j,l)上，pq(i,0,l)＝pq(i,0,l)+sk；pq(i,1,l)＝pq(i,1,l)+sk；pq(i,2,l)＝pq(i,2,l)+sk；…；pq(i,w(i)-1,l)＝pq(i,w(i)-1,l)+sk。
其中，q(i,j,0)为第j次读取码表中第i行的元素，码表见附录I，对任意l(0＜l＜256)，q(i,j,l)＝q(i,j,0)+Qldpc·l(mod30720)，其中Qldpc可以从附录II中找到对应的值,w(i)为附录I中码表第i行的元素个数，以上所有的累加计算都在GF(2)中进行。
步骤三、对于所有区间(0,30720)中的n，有更新后的pn＝更新前的pn+pn-1。
附录I是码率为7/15、码长为61440的LDPC码字的编码码表。
附录II是码长为61440的LDPC码字的编码参数。
与现有技术相比，本发明具有结构简单、性能较好的优点。
附录I：码率为7/15、码长为61440的LDPC码字的编码码表：
Figure BDA0001922746250000051
Figure BDA0001922746250000061
Figure BDA0001922746250000071
附录II：码长为61440的LDPC码字的编码参数：
码率 Q<sub>ldpc</sub> 码率 Q<sub>ldpc</sub>
7/15 128 11/15 64
8/15 112 12/15 48
9/15 96 13/15 32
10/15 80 14/15 16
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (14)

1.一种LDPC码字结构的码字编码方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：对校验位进行初始化；
步骤S2：根据编码码表将信息位累加到校验位上；
步骤S3：对校验位进行累加；
其中，码字结构为QC-IRA结构，校验矩阵H中包含M个行和N个列，N个列中包含K个信息位和M校验位；其中：所述K为LDPC码字的信息位长，所述N为LDPC码字的码字长，且N＝K+M；
QC-IRA码的结构如公式H＝[∏THqcHp]所示，其中的Hp为双对角阵，大小为m×m；
Figure FDA0003289520100000011
H表示校验矩阵，∏T表示行变换；
所述校验矩阵H每一行包括L个循环子矩阵，每一列包括J个循环子矩阵，其中每个子矩阵的大小为q×q；
令H1＝∏THqc，大小为m×(n-m)；Hqc为QC矩阵，是由基于单位阵的准循环子矩阵和零矩阵Hj,k组成
Figure FDA0003289520100000012
其中每个子块Hj,k的大小为q×q，满足如下关系1≤j≤J，1≤i≤L，J×q＝m，L×q＝n-m；而∏T的作用是对Hqc做行变换。
2.根据权利要求1所述的LDPC码字结构的码字编码方法，其特征在于，在所述步骤S1中：对码字码率为K/N的LDPC码字的校验位(p0,p1,…,pM-1)进行初始化，即令p0＝p1＝p2＝…＝pM-1＝0，其中，M＝N-K，M表示校验位长度，N表示LDPC码字的码长，K表示LDPC码字的信息位长度；
校验矩阵H中包含M个行和N个列，N个列中包含K个信息位和M个校验位；所述校验矩阵H每一行包括L个循环子矩阵，每一列包括J个循环子矩阵，其中每个子矩阵的大小为q×q；J×q＝M，L×q＝N-M；
在所述步骤S2中：根据LDPC码字的编码码表，将信息位(s0,s1,…,sK-1)累加到校验位(p0,p1,…,pM-1)上；
在所述步骤S3中：对校验位(p0,p1,…pM-1)进行累加。
3.根据权利要求1所述的LDPC码字结构的码字编码方法，其特征在于，设q(i,j,0)为第j次读取码表中第i行的元素，则对任意l，0<l<256，q(i,j,l)＝q(i,j,0)+Qldpc·l(mod M)，其中Qldpc在表1中找到对应的值；
表1编码参数：N＝61440
码率 Q<sub>ldpc</sub> 码率 Q<sub>ldpc</sub> 7/15 128 11/15 64 8/15 112 12/15 48 9/15 96 13/15 32 10/15 80 14/15 16
所述步骤S2具体为：
对于任意k，0≤k<K，令
Figure FDA0003289520100000021
将sk累加到pq(i,j,l)上，即：
pq(i,w(i)-1,l)+sk；
其中w(i)为码率对应码表第i行的元素个数；
所述步骤S3具体为：p0维持不变，对于所有区间(0,M)中的n，依次令pn自增pn-1。
4.根据权利要求1所述的LDPC码字结构的码字编码方法，其特征在于，每个子矩阵的大小为256*256。
5.根据权利要求1所述的LDPC码字结构的码字编码方法，其特征在于，所述的码字，码字码率为7/15，码长为61440，子矩阵大小为256*256，编码码表为：
Figure FDA0003289520100000031
Figure FDA0003289520100000041
Figure FDA0003289520100000051
。
6.根据权利要求1所述的LDPC码字结构的码字编码方法，其特征在于，所述的码字，码字码率为8/15，码长为61440，子矩阵大小为256*256，编码码表为：
Figure FDA0003289520100000061
Figure FDA0003289520100000071
Figure FDA0003289520100000081
Figure FDA0003289520100000091
。
7.根据权利要求1所述的LDPC码字结构的码字编码方法，其特征在于，所述的码字，码字码率为9/15，码长为61440，子矩阵大小为256*256，编码码表为：
Figure FDA0003289520100000101
Figure FDA0003289520100000111
Figure FDA0003289520100000121
Figure FDA0003289520100000131
。
8.根据权利要求1所述的LDPC码字结构的码字编码方法，其特征在于，所述的码字，码字码率为10/15，码长为61440，子矩阵大小为256*256，编码码表为：
Figure FDA0003289520100000141
Figure FDA0003289520100000151
Figure FDA0003289520100000161
Figure FDA0003289520100000171
Figure FDA0003289520100000181
。
9.根据权利要求1所述的LDPC码字结构的码字编码方法，其特征在于，所述的码字，码字码率为11/15，码长为61440，子矩阵大小为256*256，编码码表为：
Figure FDA0003289520100000191
Figure FDA0003289520100000201
Figure FDA0003289520100000211
Figure FDA0003289520100000221
。
10.根据权利要求1所述的LDPC码字结构的码字编码方法，其特征在于，所述的码字，码字码率为12/15，码长为61440，子矩阵大小为256*256，编码码表为：
Figure FDA0003289520100000222
Figure FDA0003289520100000231
Figure FDA0003289520100000241
Figure FDA0003289520100000251
Figure FDA0003289520100000261
Figure FDA0003289520100000271
Figure FDA0003289520100000281
。
11.根据权利要求1所述的LDPC码字结构的码字编码方法，其特征在于，所述的码字，码字码率为13/15，码长为61440，子矩阵大小为256*256，编码码表为：
Figure FDA0003289520100000291
Figure FDA0003289520100000301
Figure FDA0003289520100000311
Figure FDA0003289520100000321
Figure FDA0003289520100000331
。
12.根据权利要求1所述的LDPC码字结构的码字编码方法，其特征在于，所述的码字，码字码率为14/15，码长为61440，子矩阵大小为256*256，编码码表为：
Figure FDA0003289520100000341
Figure FDA0003289520100000351
Figure FDA0003289520100000361
Figure FDA0003289520100000371
Figure FDA0003289520100000381
。
13.一种LDPC码字结构的码字编码系统，其特征在于，包括：
校验位进行初始化模块：对校验位进行初始化；
信息位累加模块：根据编码码表将信息位累加到校验位上；
校验位累加模块：对校验位进行累加；
其中，码字结构为QC-IRA结构，校验矩阵H中包含M个行和N个列，N个列中包含K个信息位和M校验位；其中：所述K为LDPC码字的信息位长，所述N为LDPC码字的码字长，且N＝K+M；
QC-IRA码的结构如公式H＝[∏THqcHp]所示，其中的Hp为双对角阵，大小为m×m；
Figure FDA0003289520100000391
H表示校验矩阵，∏T表示行变换；
所述校验矩阵H每一行包括L个循环子矩阵，每一列包括J个循环子矩阵，其中每个子矩阵的大小为q×q；
令H1＝∏THqc，大小为m×(n-m)；Hqc为QC矩阵，是由基于单位阵的准循环子矩阵和零矩阵Hj,k组成
Figure FDA0003289520100000392
其中每个子块Hj,k的大小为q×q，满足如下关系1≤j≤J，1≤i≤L，J×q＝m，L×q＝n-m；而∏T的作用是对Hqc做行变换。
14.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至12中任一项所述的方法的步骤。
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