專利名稱：一種低密度校驗(yàn)碼的構(gòu)造方法、編碼器和譯碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及編碼技術(shù)，尤其涉及一種低密度校驗(yàn)碼的構(gòu)造方法、編碼器和譯碼器。

背景技術(shù)：
為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，在無線通信等領(lǐng)域需要用到編碼技術(shù)。在各種編碼技術(shù)中，低密度校驗(yàn)(Low Density Parity Check Code，LDPC)碼已經(jīng)成為下一代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)(DVB-S2)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，也是微波全球互操作系統(tǒng)(WiMAX)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中可選的信道編碼技術(shù)之一。
LDPC碼是一種線性分組碼，即LDPC碼分為兩部分，分別為消息部分和冗余部分。其中的消息部分由信息比特組成，冗余部分由校驗(yàn)比特組成，消息部分的長(zhǎng)度除以LDPC碼長(zhǎng)度得到的商是該LDPC碼的速率。
對(duì)于任意一個(gè)LDPC碼，必然存在一個(gè)二維矩陣H，使得二維矩陣H與該LDPC碼的碼向量的乘積為0向量，該二維矩陣H即為所述LDPC碼的校驗(yàn)矩陣。
LDPC碼的校驗(yàn)矩陣中，每一行為1的元素的個(gè)數(shù)稱為該行的行重，每一列為1的元素的個(gè)數(shù)稱為該列的列重。當(dāng)校驗(yàn)矩陣的所有行重都相等，所有列重也都相等時(shí)，該校驗(yàn)矩陣表示的LDPC碼為規(guī)則LDPC碼，否則，該校驗(yàn)矩陣表示的LDPC碼為非規(guī)則LDPC碼。經(jīng)研究表明，非規(guī)則LDPC碼的性能比規(guī)則LDPC碼的性能好。LDPC碼還分為有結(jié)構(gòu)的LDPC碼和隨機(jī)LDPC碼，其中，有結(jié)構(gòu)的LDPC碼多是循環(huán)或準(zhǔn)循環(huán)結(jié)構(gòu)，編碼遠(yuǎn)比隨機(jī)LDPC碼簡(jiǎn)單，性能也更好，然而，有結(jié)構(gòu)的LDPC碼在碼長(zhǎng)、碼率等碼參數(shù)的選擇上不如隨機(jī)LDPC碼自由，例如，碼長(zhǎng)為2的冪次的有結(jié)構(gòu)的LDPC碼在短長(zhǎng)度上很難尋找到性能較好的碼。
LDPC碼可由其校驗(yàn)矩陣H唯一確定，因此，現(xiàn)有技術(shù)在中，通過求取待構(gòu)造LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H來構(gòu)造LDPC碼，然后再根據(jù)求得的校驗(yàn)矩陣H設(shè)計(jì)LDPC編碼器和LDPC譯碼器。
現(xiàn)有由校驗(yàn)矩陣H構(gòu)造LDPC碼的典型方法有下三角式校驗(yàn)矩陣的LDPC碼構(gòu)造方法和類下三角式校驗(yàn)矩陣的LDPC碼構(gòu)造方法，下面對(duì)這兩種方法分別予以介紹。
一、下三角式校驗(yàn)矩陣的LDPC碼構(gòu)造方法 設(shè)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H為m×n維，且行滿秩，其中n為待構(gòu)造的LDPC碼的長(zhǎng)度。LDPC碼向量為行向量x，滿足HxT＝0，其中xT是x的轉(zhuǎn)置。下三角式校驗(yàn)矩陣的LDPC碼構(gòu)造方法具體包括 先用高斯消元法將校驗(yàn)矩陣H化簡(jiǎn)為H＝[H1，H2]，其中H2為下三角形矩陣；然后將LDPC碼向量x分成兩部分，一部分為消息部分向量s，由n-m個(gè)信息比特構(gòu)成，另一部分是冗余部分向量p，由m個(gè)校驗(yàn)比特構(gòu)成，用公式表示則有x＝(s，p)。按照以下步驟構(gòu)造一個(gè)LDPC編碼器 1)將n-m個(gè)信息比特作為向量s的元素； 2)利用下式遞歸計(jì)算校驗(yàn)比特pi其中，hi，j是校驗(yàn)矩陣H的第(i，j)個(gè)元素。
將校驗(yàn)矩陣H化簡(jiǎn)為H＝[H1，H2]后構(gòu)造LDPC碼，計(jì)算的復(fù)雜度包括兩部分一是對(duì)校驗(yàn)矩陣H進(jìn)行高斯消元運(yùn)算的復(fù)雜度，為待構(gòu)造LDPC碼的長(zhǎng)度n的三次方的高階無窮小o(n3)；二是計(jì)算m個(gè)校驗(yàn)比特的復(fù)雜度，為n的二次方的高階無窮小o(n2)。
二、類下三角形式校驗(yàn)矩陣的LDPC碼構(gòu)造方法 假設(shè)對(duì)校驗(yàn)矩陣只進(jìn)行行列變換，這時(shí)變換得到的新的校驗(yàn)矩陣依然為稀疏矩陣，設(shè)新的校驗(yàn)矩陣為 A，B，C，D，E，T分別是(m-g)×(n-m)，(m-g)×g，g×(n-m)，g×g，g×(m-g)，(m-g)×(m-g)維矩陣，且都是稀疏矩陣，并且T是下三角矩陣。矩陣H左乘一矩陣得到 這樣，LDPC碼向量x＝(s，p1，p2)，s是為消息向量，p1，p2分別是校驗(yàn)向量，s長(zhǎng)為n-m，p1長(zhǎng)為g，p2長(zhǎng)為m-g。由HxT≡O(shè)(O為0向量)可得 設(shè)-ET-1B+D可逆，令

則

據(jù)此求出第一個(gè)校驗(yàn)向量p1的轉(zhuǎn)置p1T和第二個(gè)校驗(yàn)向量p2的轉(zhuǎn)置其中，p1T的總計(jì)算復(fù)雜度為O(n+g2)，p2T的總計(jì)算復(fù)雜度為O(n)。
可見，現(xiàn)有技術(shù)在構(gòu)造LDPC碼時(shí)，都是先通過數(shù)學(xué)運(yùn)算計(jì)算LDPC碼的校驗(yàn)矩陣，然后再根據(jù)校驗(yàn)矩陣來構(gòu)造LDPC碼。這種方法需要的運(yùn)算量很大，構(gòu)造LDPC碼和LDPC編碼及譯碼的復(fù)雜度較高。


發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種低密度校驗(yàn)碼的構(gòu)造方法、編碼器和譯碼器，以降低構(gòu)造LDPC碼、以及LDPC碼編碼或譯碼的復(fù)雜度。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種低密度校驗(yàn)LDPC碼的構(gòu)造方法，預(yù)先確定待構(gòu)造LDPC碼的碼長(zhǎng)和碼率，以及用于存儲(chǔ)LDPC碼的編碼矩陣的存儲(chǔ)空間，該方法還包括以下步驟 A、根據(jù)確定的碼長(zhǎng)和碼率，將待構(gòu)造LDPC碼的消息部分劃分為M個(gè)消息子集，將待構(gòu)造LDPC碼的冗余部分劃分為K個(gè)校驗(yàn)子集，將各個(gè)消息子集分別存儲(chǔ)在編碼矩陣的不同的行中，并在所述編碼矩陣中留出K行分別用于存儲(chǔ)各個(gè)校驗(yàn)子集；其中，M和K均為自然數(shù)； B、根據(jù)確定的碼長(zhǎng)和碼率產(chǎn)生循環(huán)移位矩陣； C、根據(jù)生成的循環(huán)移位矩陣，將編碼矩陣中的元素按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加，所得各列的和值分別對(duì)應(yīng)存入所述編碼矩陣留出的用于存儲(chǔ)消息子集的同一行的相應(yīng)列中，作為一個(gè)校驗(yàn)子集的校驗(yàn)比特，判斷采用當(dāng)前的循環(huán)移位矩陣是否已產(chǎn)生K個(gè)校驗(yàn)子集，若是轉(zhuǎn)入步驟D，否則，根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣將所述編碼矩陣中每一行的元素進(jìn)行行循環(huán)移位后，返回步驟C； D、根據(jù)編碼矩陣中的消息子集和校驗(yàn)子集得到LDPC碼，驗(yàn)證LDPC碼的性能是否滿足預(yù)定指標(biāo)，若是，結(jié)束本流程，否則，返回步驟B。
一種LDPC碼的編碼器，該編碼器包括消息部分接收模塊、循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊、冗余部分生成模塊、編碼矩陣和碼輸出模塊； 所述消息部分接收模塊，接收待構(gòu)造LDPC碼的消息部分，將所述消息部分劃分為M個(gè)消息子集并分別存儲(chǔ)在編碼矩陣的M行中； 所述循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)有預(yù)先根據(jù)待構(gòu)造LDPC碼的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生的循環(huán)移位矩陣； 所述冗余部分生成模塊，根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊中的循環(huán)移位矩陣將存儲(chǔ)在所述編碼矩陣中的元素按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加，所得結(jié)果分別存入所述編碼矩陣用于存儲(chǔ)校驗(yàn)子集的同一行的相應(yīng)列中，作為一個(gè)校驗(yàn)子集的校驗(yàn)比特，根據(jù)循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣的元素進(jìn)行行循環(huán)移位，根據(jù)循環(huán)移位矩陣將存儲(chǔ)在所述編碼矩陣的消息子集和已生成的校驗(yàn)子集按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加以產(chǎn)生下一校驗(yàn)子集，直至產(chǎn)生所有的校驗(yàn)子集，向所述碼輸出模塊發(fā)送輸出指示； 所述編碼矩陣，用于存儲(chǔ)消息子集和校驗(yàn)子集； 所述碼輸出模塊，用于收到來自冗余部分生成模塊的輸出指示后，根據(jù)編碼矩陣的消息子集和校驗(yàn)子集輸出LDPC碼。
一種LDPC碼的譯碼器，該譯碼器包括LDPC碼接收模塊、LDPC碼存儲(chǔ)矩陣、循環(huán)移位模塊、校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生模塊和糾錯(cuò)模塊； 所述LDPC碼接收模塊，用于接收LDPC碼，將所述LDPC碼的消息部分和冗余部分分別劃分為M個(gè)消息子集和K個(gè)校驗(yàn)子集，將各個(gè)消息子集和校驗(yàn)子集分別存儲(chǔ)在LDPC碼存儲(chǔ)矩陣的不同的行中； 所述LDPC碼存儲(chǔ)矩陣，用于在不同的行中存儲(chǔ)各個(gè)消息子集和校驗(yàn)子集，根據(jù)來自糾錯(cuò)模塊的糾錯(cuò)指示對(duì)存儲(chǔ)的LDPC碼進(jìn)行糾錯(cuò)； 所述循環(huán)移位模塊，存儲(chǔ)有預(yù)先根據(jù)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生的循環(huán)移位矩陣，接收校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生模塊的移位指示，根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣對(duì)LDPC碼存儲(chǔ)矩陣中的元素進(jìn)行行循環(huán)移位； 所述校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生模塊，將LDPC碼存儲(chǔ)矩陣中的元素按列分別并行地根據(jù)校驗(yàn)方程生成校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)并存儲(chǔ)，在需要繼續(xù)產(chǎn)生校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)時(shí)，向所述循環(huán)移位模塊發(fā)送移位指示； 所述糾錯(cuò)模塊，根據(jù)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的值向所述LDPC碼存儲(chǔ)矩陣發(fā)送糾錯(cuò)指示。
可見，本發(fā)明實(shí)施例中，將待構(gòu)造LDPC碼的消息部分劃分為M個(gè)消息子集，并存儲(chǔ)在編碼矩陣的不同的行中，將待構(gòu)造LDPC碼的冗余部分劃分為K個(gè)校驗(yàn)子集，并在編碼矩陣中預(yù)留K行用于存儲(chǔ)校驗(yàn)子集；根據(jù)LDPC碼的碼長(zhǎng)和碼率產(chǎn)生循環(huán)移位矩陣，在每次將編碼矩陣中的元素按列分別進(jìn)行異或加之前，通過根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣中的元素進(jìn)行行循環(huán)移位，使得對(duì)于編碼矩陣中的同一列，參與所述異或加的信息比特和校驗(yàn)比特各次不同，進(jìn)而由所述異或加產(chǎn)生不同的校驗(yàn)比特，因此，通過搜索循環(huán)移位矩陣，本發(fā)明實(shí)施例即可構(gòu)造出LDPC碼，與現(xiàn)有技術(shù)中大量的矩陣運(yùn)算相比，本發(fā)明降低了構(gòu)造LDPC碼以及LDPC碼編碼和譯碼的復(fù)雜度。
由于每次將編碼矩陣中的元素按列分別進(jìn)行異或加時(shí)，各列元素的異或加是并行進(jìn)行的，因而一次可產(chǎn)生多個(gè)校驗(yàn)比特，加快了構(gòu)造LDPC碼、以及LDPC碼編碼和譯碼的速度。



圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的構(gòu)造LDPC碼的示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的LDPC碼的構(gòu)造方法流程圖； 圖3是碼長(zhǎng)為256位、碼率為0.5的LDPC碼的構(gòu)造方法流程圖； 圖4是在AWGN信道下進(jìn)行仿真得到的誤碼率效果圖； 圖5是在AWGN信道下進(jìn)行仿真得到的誤字率效果圖； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的LDPC碼編碼器結(jié)構(gòu)圖； 圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的LDPC碼譯碼器第一結(jié)構(gòu)圖； 圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的LDPC碼編碼器第二結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施例方式 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的構(gòu)造LDPC碼的示意圖。下面結(jié)合圖1，對(duì)LDPC碼的構(gòu)造方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹 圖1示出了用于存儲(chǔ)待構(gòu)造的LDPC碼的編碼矩陣和用于構(gòu)造LDPC碼的異或加法器。將待構(gòu)造的LDPC碼的消息部分的信息比特輸入到編碼矩陣中，其中，所述消息部分的信息比特?cái)?shù)目是預(yù)先確定的，具體確定方法為根據(jù)預(yù)先確定的LDPC碼的碼長(zhǎng)和碼率計(jì)算構(gòu)造當(dāng)前的LDPC碼所需要的信息比特?cái)?shù)目，例如，如果碼長(zhǎng)是256，碼率是0.5，那么需要輸入的信息比特?cái)?shù)目即為128，輸入編碼矩陣的128個(gè)信息比特即為當(dāng)前待構(gòu)造的LDPC碼的消息部分。
將輸入的信息比特劃分為M個(gè)消息子集，各個(gè)消息子集存儲(chǔ)在編碼矩陣的不同的行中，其中M的值是待構(gòu)造LDPC碼的校驗(yàn)矩陣的最小行重減去1得到的差，其中，LDPC碼的最小行重可以由LDPC碼的碼長(zhǎng)和碼率預(yù)先進(jìn)行選擇，具體選擇方法為現(xiàn)有技術(shù)。在圖1中，M個(gè)消息子集分別存儲(chǔ)在編碼矩陣的前M行中，如圖1所示，第一個(gè)消息子集的信息比特s(1，1)、s(1，2)......s(1，n-1)、s(1，n)存儲(chǔ)在編碼矩陣的第一行中，第二個(gè)消息子集的信息比特s(2，1)、s(2，2)......s(2，n-1)、s(2，n)存儲(chǔ)在編碼矩陣的第二行中，依此類推，第M個(gè)消息子集存儲(chǔ)在編碼矩陣的第M行中。
根據(jù)待構(gòu)造LDPC碼的碼長(zhǎng)和碼率以及消息部分的長(zhǎng)度，可以確定待構(gòu)造的LDPC碼的冗余部分的長(zhǎng)度，將冗余部分劃分為K個(gè)校驗(yàn)子集，并在編碼矩陣中為每個(gè)校驗(yàn)子集預(yù)留一行存儲(chǔ)空間。其中的K是根據(jù)M確定的，具體確定方法請(qǐng)見圖2中的相關(guān)說明。
對(duì)存儲(chǔ)在編碼矩陣中所有存儲(chǔ)了消息子集或者校驗(yàn)子集的行中的元素按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加，所得結(jié)果作為一個(gè)校驗(yàn)子集的校驗(yàn)比特存入編碼矩陣既沒有存儲(chǔ)消息子集也沒有存儲(chǔ)校驗(yàn)子集的行的相應(yīng)列中。在圖1中，首先對(duì)M行信息比特按列分別并行地對(duì)各列中的信息比特進(jìn)行異或加，所得結(jié)果分別存入相應(yīng)列的下一行中，這樣，在第M+1行中就存儲(chǔ)了由LDPC碼的消息部分生成的一個(gè)校驗(yàn)子集，即圖1中的p(1，1)、p(1，2)......p(1，n-1)、p(1，n)。之后再生成校驗(yàn)子集時(shí)，先將編碼矩陣中的元素按照預(yù)先生成的循環(huán)移位矩陣進(jìn)行行循環(huán)移位，由編碼矩陣中的消息子集和校驗(yàn)子集按列分別并行地對(duì)各列中的信息比特和校驗(yàn)比特進(jìn)行異或加，產(chǎn)生新的校驗(yàn)子集并存入編碼矩陣中的下一行，直至產(chǎn)生所有的校驗(yàn)子集。由消息子集和校驗(yàn)子集即可構(gòu)成LDPC碼。
圖1中的異或加法器只是示意圖，表示對(duì)編碼矩陣的元素按列并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加，將異或加所得的結(jié)果存儲(chǔ)到編碼矩陣的下一行對(duì)應(yīng)該各列的列中。實(shí)際應(yīng)用中，可以為編碼矩陣的每一列均設(shè)置一個(gè)異或加門電路，該異或加門電路用于對(duì)該列的元素進(jìn)行異或加操作，并將異或加得到的和存儲(chǔ)到下一行對(duì)應(yīng)該列的列中，各個(gè)異或加門電路并行動(dòng)作，從而對(duì)編碼矩陣的元素實(shí)現(xiàn)按列并行地分別進(jìn)行異或加操作。
下面結(jié)合圖2，對(duì)LDPC碼的構(gòu)造方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的LDPC碼的構(gòu)造方法流程圖，如圖2所示，該方法包括 步驟201，將待構(gòu)造LDPC碼的消息部分劃分為M個(gè)消息子集并存儲(chǔ)，將待構(gòu)造LDPC碼的冗余部分劃分為K個(gè)校驗(yàn)子集并預(yù)留存儲(chǔ)空間。
本步驟中，預(yù)先確定待構(gòu)造LDPC碼的碼長(zhǎng)和碼率，以及用于存儲(chǔ)LDPC碼的編碼矩陣的存儲(chǔ)空間，根據(jù)確定的的碼長(zhǎng)和碼率將待構(gòu)造LDPC碼的消息部分劃分為M個(gè)消息子集，將待構(gòu)造LDPC碼的冗余部分劃分為K個(gè)校驗(yàn)子集，將各個(gè)消息子集分別存儲(chǔ)在編碼矩陣不同的行中，并在所述編碼矩陣中留出K行分別用于存儲(chǔ)各個(gè)校驗(yàn)子集，M和K均為自然數(shù)。
具體地，M的值可以是LDPC碼的校驗(yàn)矩陣的最小行重減去1得到的差，其中，LDPC碼的最小行重可以由LDPC碼的碼長(zhǎng)和碼率預(yù)先進(jìn)行選擇，具體選擇方法為現(xiàn)有技術(shù)。
M的值確定以后，即可確定編碼矩陣的列數(shù)，具體地，如果LDPC碼的消息部分的長(zhǎng)度能夠整除M，則編碼矩陣的列數(shù)N是所述整除得到的商，否則，N是所述消息部分的長(zhǎng)度除以M得到的商加上1的和。
N的值確定以后，校驗(yàn)子集的數(shù)目K也是可以確定的，具體方法為如果LDPC碼的冗余部分的長(zhǎng)度能夠整除N，則K是所述整除得到的商，否則，K是所述消息部分的長(zhǎng)度除以N得到的商加上1的和。K的值確定以后，即可在編碼矩陣中預(yù)留K行用于存儲(chǔ)K個(gè)校驗(yàn)子集，其中，所述K行中的每一行存儲(chǔ)一個(gè)校驗(yàn)子集。
步驟202，根據(jù)待構(gòu)造LDPC碼的碼長(zhǎng)和碼率產(chǎn)生循環(huán)移位矩陣。
本步驟中，將待構(gòu)造LDPC碼的校驗(yàn)矩陣劃分為用于與LDPC碼的消息部分相乘的第一矩陣Hs、和用于與LDPC碼的冗余部分相乘的第二矩陣Hp，其中，Hs是隨機(jī)矩陣，Hp是結(jié)構(gòu)化矩陣。具體地，Hp的結(jié)構(gòu)為將Hp分塊，其中的行塊數(shù)和列塊數(shù)均是校驗(yàn)子集的數(shù)目，Hp的對(duì)角線上的分塊矩陣是單位陣，右上三角的分塊矩陣均是0矩陣，左下三角的分塊矩陣是0矩陣和置換矩陣。
對(duì)于較短的LDPC碼，例如長(zhǎng)度小于2000的LDPC碼，先根據(jù)碼長(zhǎng)、碼率等參數(shù)確定編碼矩陣的維數(shù)和校驗(yàn)子集的數(shù)目，進(jìn)而確定Hp的結(jié)構(gòu)；對(duì)于較長(zhǎng)的LDPC碼，先進(jìn)行度分布優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)度分布優(yōu)化結(jié)果確定編碼矩陣的維數(shù)和校驗(yàn)子集的數(shù)目，進(jìn)而確定Hp的結(jié)構(gòu)。其中，如何進(jìn)行度分布優(yōu)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)有技術(shù)。
由于本發(fā)明實(shí)施例中將校驗(yàn)矩陣分為了隨機(jī)結(jié)構(gòu)的Hs和結(jié)構(gòu)化的Hp，因此，本發(fā)明實(shí)施例中要構(gòu)造的LDPC碼實(shí)際上是一種半隨機(jī)結(jié)構(gòu)的碼，與現(xiàn)有技術(shù)中的有結(jié)構(gòu)的LDPC碼和隨機(jī)LDPC碼相比，這種半隨機(jī)結(jié)構(gòu)的LDPC碼能夠兼顧在碼長(zhǎng)、碼率等碼參數(shù)的選擇上的自由性以及碼的性能。
循環(huán)移位矩陣的元素的值和有效性可以根據(jù)Hs和Hp中為1的元素所在的位置確定，其中，循環(huán)移位矩陣的第i行第j列的元素的值表示，采用當(dāng)前的循環(huán)移位矩陣產(chǎn)生第i+1個(gè)校驗(yàn)子集時(shí)，對(duì)編碼矩陣的第j行元素進(jìn)行行循環(huán)移位的位數(shù)和方向；循環(huán)移位矩陣的第i行第j列的元素的有效性表示，采用當(dāng)前的循環(huán)移位矩陣將編碼矩陣中的元素按列分別并行地進(jìn)行異或加以產(chǎn)生第i+1個(gè)校驗(yàn)子集時(shí)，編碼矩陣的第j行元素是否參與所述異或加運(yùn)算。
由于Hs是隨機(jī)的，Hp是結(jié)構(gòu)化的，因此，循環(huán)移位矩陣中與Hs對(duì)應(yīng)的元素的值和有效性、即用于表示對(duì)編碼矩陣中的消息子集進(jìn)行循環(huán)移位的元素的值和有效性是可以隨機(jī)產(chǎn)生的，而循環(huán)移位矩陣中與Hp對(duì)應(yīng)的元素的值和有效性需要與Hp的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。鑒于上述Hp的結(jié)構(gòu)，具體地，循環(huán)移位矩陣中與Hp的左下角的分塊矩陣對(duì)應(yīng)的元素的值和有效性隨機(jī)產(chǎn)生，循環(huán)移位矩陣中與Hp的其他分塊矩陣對(duì)應(yīng)的元素保持為無效。
鑒于上述對(duì)Hs、Hp和循環(huán)移位矩陣之間的關(guān)系的分析，如果產(chǎn)生了循環(huán)移位矩陣，那么相應(yīng)地Hs和Hp也就確定了，LDPC碼的校驗(yàn)矩陣也確定了。在產(chǎn)生循環(huán)移位矩陣時(shí)，保證循環(huán)移位矩陣中與Hp的左下角分塊矩陣對(duì)應(yīng)的元素是無效的，循環(huán)移位矩陣中的其他元素則可以隨機(jī)地產(chǎn)生。這樣，通過搜索循環(huán)移位矩陣，即可以搜索LDPC碼的校驗(yàn)矩陣。
步驟203，根據(jù)循環(huán)移位矩陣產(chǎn)生校驗(yàn)子集并存儲(chǔ)。
本步驟中的校驗(yàn)子集分成兩部分，第一部分校驗(yàn)子集完全由消息子集產(chǎn)生，第二部分校驗(yàn)子集由消息子集和已經(jīng)生成的校驗(yàn)子集產(chǎn)生。具體地 當(dāng)編碼矩陣中只有消息子集時(shí)，根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣將編碼矩陣中的消息子集按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加，所得結(jié)果分別存入所述編碼矩陣未存儲(chǔ)有消息子集和校驗(yàn)子集的同一行的相應(yīng)列中，作為一個(gè)校驗(yàn)子集的校驗(yàn)比特。
當(dāng)編碼矩陣中既有消息子集也有校驗(yàn)子集時(shí)，先根據(jù)循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣中的消息子集和校驗(yàn)子集進(jìn)行行循環(huán)移位，然后再將編碼矩陣中的消息比特和校驗(yàn)比特按列分別并行地進(jìn)行異或加，所得結(jié)果分別存入所述編碼矩陣留出的用于存儲(chǔ)校驗(yàn)子集的同一行的相應(yīng)列中，作為一個(gè)校驗(yàn)子集的校驗(yàn)比特。
其中，根據(jù)循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣中的消息子集和校驗(yàn)子集進(jìn)行行循環(huán)移位時(shí)，循環(huán)移位矩陣的行數(shù)表示對(duì)編碼矩陣中的元素進(jìn)行行循環(huán)移位的次數(shù)，由于只有產(chǎn)生第一個(gè)校驗(yàn)子集時(shí)不需要對(duì)編碼矩陣中的元素進(jìn)行行循環(huán)移位，因此，循環(huán)移位矩陣的行數(shù)應(yīng)不小于K減去1得到的差。
循環(huán)移位矩陣每一行中的各列元素的值表示，采用循環(huán)移位矩陣中的當(dāng)前行元素對(duì)編碼矩陣中的消息子集和校驗(yàn)子集進(jìn)行行循環(huán)移位時(shí)，對(duì)編碼矩陣中的各行元素進(jìn)行循環(huán)移位的位數(shù)和方向。循環(huán)移位矩陣每一行中的各列元素的有效性表示，對(duì)編碼矩陣中的各列元素進(jìn)行異或加時(shí)，相應(yīng)行元素是否參與所述異或加。由于每列元素進(jìn)行異或加時(shí)，參與所述異或加運(yùn)算的元素個(gè)數(shù)等于LDPC碼的校驗(yàn)矩陣的某一個(gè)行重減去1得到的差，因此，循環(huán)移位矩陣的列數(shù)不小于LDPC碼的最大行重減去1得到的差。
具體地，根據(jù)循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣中的消息子集和校驗(yàn)子集進(jìn)行行循環(huán)移位的方法可以為 當(dāng)采用當(dāng)前的循環(huán)移位矩陣將編碼矩陣中的元素按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加以產(chǎn)生第i+1個(gè)校驗(yàn)子集時(shí)，即采用當(dāng)前的循環(huán)移位矩陣第i+1次進(jìn)入步驟203時(shí)，如果循環(huán)移位矩陣的第i行第j列的元素有效，則按照循環(huán)移位矩陣的第i行第j列的元素的值對(duì)編碼矩陣的第j行元素進(jìn)行行循環(huán)移位，而且編碼矩陣的第j行元素參與按列分別并行地將編碼矩陣中的各列元素進(jìn)行異或加的運(yùn)算，否則不必對(duì)編碼矩陣的第j行元素進(jìn)行循環(huán)移位，所述第j行元素也不參與所述異或加運(yùn)算。
本步驟中，由于一個(gè)校驗(yàn)子集的所有效驗(yàn)比特是并行產(chǎn)生的，因此，可以一次產(chǎn)生一個(gè)完整的校驗(yàn)子集，提高了構(gòu)造LDPC碼的速度。
步驟204，判斷采用當(dāng)前的循環(huán)移位矩陣是否已產(chǎn)生K個(gè)校驗(yàn)子集，若是，進(jìn)入步驟205，否則，返回步驟203。
本步驟中，若已產(chǎn)生了K個(gè)校驗(yàn)子集，則說明已構(gòu)造出一個(gè)LDPC碼；如果產(chǎn)生的校驗(yàn)子集數(shù)目小于K，說明還需要采用當(dāng)前的循環(huán)移位矩陣?yán)^續(xù)產(chǎn)生校驗(yàn)子集。
步驟205，根據(jù)編碼矩陣中的消息子集和校驗(yàn)子集得到LDPC碼。
由于LDPC碼是由消息子集和校驗(yàn)子集構(gòu)成的，因此，得到了消息子集和校驗(yàn)子集自然也就得到了LDPC碼。
步驟206，驗(yàn)證LDPC碼的性能是否滿足預(yù)定指標(biāo)，若是，結(jié)束本流程，否則，返回步驟202。
本步驟中，對(duì)于碼長(zhǎng)較短(例如碼長(zhǎng)小于2000)的LDPC碼，可以采用蒙特卡洛仿真分析LDPC碼的性能是否滿足預(yù)定指標(biāo)，對(duì)于碼長(zhǎng)較長(zhǎng)(例如碼長(zhǎng)不小于2000)的LDPC碼，可以采用圖論和/或密度進(jìn)化理論分析LDPC碼的性能是否滿足預(yù)定指標(biāo)。
下面結(jié)合具體的實(shí)例對(duì)LDPC碼的構(gòu)造方法進(jìn)行介紹。
圖3是碼長(zhǎng)為256位、碼率為0.5的LDPC碼的構(gòu)造方法流程圖，如圖3所示，該方法包括 步驟301，將LDPC碼的消息部分劃分為4個(gè)消息子集并存儲(chǔ)，將LDPC碼的冗余部分劃分為4個(gè)校驗(yàn)子集并預(yù)留存儲(chǔ)空間。
碼長(zhǎng)為256位、碼率為0.5的LDPC碼的度分布公式可以為λ(x)＝0.25x4+0.75x5和ρ(x)＝0.125+0.25x+0.25x2+0.375x3，可見，LDPC碼的最小行重為5，所以消息子集的數(shù)目取為4，即最小行重減去1的差。
LDPC碼的消息部分的長(zhǎng)度是256×0.5＝128位，相應(yīng)地，冗余部分的長(zhǎng)度為256-128＝128位，編碼矩陣的列數(shù)根據(jù)消息部分的長(zhǎng)度除以消息子集的數(shù)目得到，校驗(yàn)子集的數(shù)目根據(jù)冗余部分的長(zhǎng)度除以編碼矩陣的列數(shù)得到，在本實(shí)例中，編碼矩陣的列數(shù)是128/4＝32，校驗(yàn)子集的數(shù)目是128/32＝4。
因此，采用一個(gè)8×32的二維矩陣作為編碼矩陣，可以用該編碼矩陣的前4行分別存儲(chǔ)4個(gè)消息子集，后四行被預(yù)留用于存儲(chǔ)4個(gè)校驗(yàn)子集。其中，每個(gè)消息子集由32個(gè)信息比特組成，每個(gè)校驗(yàn)子集由32個(gè)校驗(yàn)比特組成。
步驟302，產(chǎn)生循環(huán)移位矩陣。
本步驟中，將LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H劃分為Hs和Hp兩部分，其中Hs用于與消息子集相乘，Hp用于與校驗(yàn)子集相乘，具體地H＝[Hs Hp]， 其中I為32X32的單位陣，O為32X32的0矩陣，PiP(i＝1，2，3，4)為置換矩陣，Hs是隨機(jī)矩陣。
Hs中為1的元素的位置表示生成校驗(yàn)比特時(shí)參與異或加的信息比特在消息部分中的位置，Hp中為1的元素的位置表示生成校驗(yàn)比特時(shí)參與異或加的校驗(yàn)比特在冗余部分中的位置。
產(chǎn)生3×7的循環(huán)移位矩陣RR中前4列的元素與Hs對(duì)應(yīng)，具體地，前4列元素中的第一行元素對(duì)應(yīng)Hs，2，前4列元素中的第二行元素對(duì)應(yīng)Hs，3，前4列元素中的第三行元素對(duì)應(yīng)Hs，4，RR中前4列的元素都是隨機(jī)產(chǎn)生的，該前四列元素產(chǎn)生后，Hs也就相應(yīng)地確定了。RR中的第1行第6、7列元素和第2行第7列元素分別對(duì)應(yīng)Hp中第2行第2、3列元素和第3行第3列元素，需要保持為無效，RR中的第6、7、8列中的其他元素對(duì)應(yīng)Hp中的左下角的分塊矩陣，具體地，P1P對(duì)應(yīng)RR中第1行第5列的元素，P2P對(duì)應(yīng)RR中第2行第6列的元素，P3P對(duì)應(yīng)RR中第3行第6列的元素，P4P對(duì)應(yīng)RR中第3行第7列的元素，該其他元素可以隨機(jī)產(chǎn)生，該其他元素產(chǎn)生后，Hp也就相應(yīng)地確定了。
RR的元素為正表示向左循環(huán)移位，為負(fù)表示向右循環(huán)移位，元素的絕對(duì)值表示循環(huán)移位的位數(shù)，X表示該元素所對(duì)應(yīng)的編碼矩陣的行不參與當(dāng)前的異或加運(yùn)算。由于在只根據(jù)消息子集產(chǎn)生校驗(yàn)子集時(shí)不需要對(duì)編碼矩陣中的元素進(jìn)行循環(huán)移位，因此RR的行數(shù)為3，RR的第一行表示產(chǎn)生第二個(gè)校驗(yàn)子集時(shí)，第一行信息比特不移位、第二行信息比特循環(huán)右移10位、第三行信息比特循環(huán)右移11位、第四行信息比特循環(huán)左移2位、第一個(gè)校驗(yàn)子集循環(huán)右移7位，進(jìn)行上述循環(huán)移位后，將第1～4行信息比特和第1個(gè)校驗(yàn)子集中的元素按列分別并行地進(jìn)行異或加，得到第二個(gè)校驗(yàn)子集。依次類推，RR的第二行表示對(duì)第1～4行信息比特和第二個(gè)校驗(yàn)子集進(jìn)行循環(huán)移位，然后由第1～4行信息比特和第二個(gè)校驗(yàn)子集得到第三個(gè)校驗(yàn)子集，RR的第三行表示對(duì)第2～4行信息比特和第2～3個(gè)校驗(yàn)子集進(jìn)行循環(huán)移位，然后由第2～4行信息比特和第2～3個(gè)校驗(yàn)子集得到第四個(gè)校驗(yàn)子集。
步驟303，根據(jù)循環(huán)移位矩陣構(gòu)造LDPC碼。
由步驟302中對(duì)循環(huán)移位矩陣的介紹可知，可以用數(shù)學(xué)公式將LDPC碼的構(gòu)造過程表示為 步驟304，在加性白高斯噪聲(Additive White Gaussion Noise，AWGN)信道下進(jìn)行蒙特卡洛仿真評(píng)估所構(gòu)造的LDPC碼的性能。
本步驟中，對(duì)采用本發(fā)明方法構(gòu)造的LDPC碼采用BPSK進(jìn)行調(diào)制并在AWGN信道下進(jìn)行了仿真，同時(shí)對(duì)采用現(xiàn)有技術(shù)的方法構(gòu)造得到的各種碼也在AWGN信道下進(jìn)行了仿真，以比較采用本發(fā)明方法構(gòu)造的LDPC碼和采用現(xiàn)有技術(shù)方法構(gòu)造的碼的性能，具體請(qǐng)見圖4和圖5。
圖4是在AWGN信道下進(jìn)行仿真得到的誤碼率效果圖。圖4的橫坐標(biāo)是分貝(dB)，縱坐標(biāo)是誤碼率。
圖5是在AWGN信道下進(jìn)行仿真得到的誤字率效果圖。圖5的橫坐標(biāo)是dB，縱坐標(biāo)是誤字率。
圖4和圖5中帶圓圈標(biāo)記的曲線分別代表的是采用本發(fā)明方法產(chǎn)生的LDPC(128，256)碼的誤碼率和誤字率、帶雪花標(biāo)記的曲線分別代表的是第三代伙伴計(jì)劃(3rd Generation Partnership Project，3GPP)Turbo(128，256)碼的誤碼率和誤字率、帶菱形標(biāo)記的曲線分別代表的是隨機(jī)構(gòu)造的非規(guī)則LDPC(128，256)碼的誤碼率和誤字率，帶正方形標(biāo)記的曲線分別代表的是規(guī)則LDPC(128，256，3，6)碼的誤碼率和誤字率、帶三角標(biāo)記的曲線分別代表的是3GPP卷積碼的誤碼率和誤字率。其中的(128，256)表示碼的長(zhǎng)度為256位、消息部分長(zhǎng)度為128位；(128，256，3，6)表示碼的長(zhǎng)度為256位、消息部分長(zhǎng)度為128位、行重為3、列重為6。
由圖4和圖5可見，與采用現(xiàn)有技術(shù)的方法得到的Turbo碼、或非規(guī)則LDPC碼、或規(guī)則LDPC碼、或卷積碼相比，采用本發(fā)明方法產(chǎn)生的LDPC碼均具有較低的誤碼率和誤字率。
下面給出LDPC碼的編碼器和譯碼器的實(shí)施例。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的LDPC碼編碼器第一結(jié)構(gòu)圖，如圖6所示，該編碼器包括消息部分接收模塊601、循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊602、冗余部分生成模塊603、編碼矩陣604和碼輸出模塊605。
消息部分接收模塊601，接收待構(gòu)造LDPC碼的消息部分，將所述消息部分劃分為M個(gè)消息子集并分別存儲(chǔ)在編碼矩陣604的M行中。
循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊602，存儲(chǔ)有預(yù)先根據(jù)待構(gòu)造LDPC碼的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生的循環(huán)移位矩陣。
冗余部分生成模塊603，根據(jù)循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊602中的循環(huán)移位矩陣將存儲(chǔ)在編碼矩陣604中的元素按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加，所得結(jié)果分別存入所述編碼矩陣用于校驗(yàn)子集的同一行的相應(yīng)列中，作為一個(gè)校驗(yàn)子集的校驗(yàn)比特，根據(jù)循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣的元素進(jìn)行行循環(huán)移位，根據(jù)循環(huán)移位矩陣將存儲(chǔ)在編碼矩陣604的消息子集和已生成的校驗(yàn)子集按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加以產(chǎn)生下一校驗(yàn)子集，直至產(chǎn)生所有的校驗(yàn)子集，向碼輸出模塊605發(fā)送輸出指示。
編碼矩陣604，用于存儲(chǔ)消息子集和校驗(yàn)子集。
碼輸出模塊605，用于收到來自冗余部分生成模塊603的輸出指示后，根據(jù)編碼矩陣604的消息子集和校驗(yàn)子集輸出LDPC碼。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的LDPC碼編碼器第二結(jié)構(gòu)圖。圖7中的消息部分接收模塊601、循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊602、編碼矩陣604和碼輸出模塊605與圖6中的消息部分接收模塊601、循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊602、編碼矩陣604和碼輸出模塊605分別對(duì)應(yīng)相同，圖7中的冗余部分生成模塊603包括第一部分校驗(yàn)子集生成模塊6031和第二部分校驗(yàn)子集生成模塊6032。
第一部分校驗(yàn)子集生成模塊6031，根據(jù)循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊602中的循環(huán)移位矩陣將存儲(chǔ)在編碼矩陣604的M行消息子集按列分別并行地進(jìn)行異或加，所得結(jié)果分別存入編碼矩陣604用于存儲(chǔ)第一部分校驗(yàn)子集的同一行的相應(yīng)列中，作為第一部分校驗(yàn)子集的校驗(yàn)比特，向第二部分校驗(yàn)子集生成模塊6032發(fā)送生成指示。
第二部分校驗(yàn)子集生成模塊6032，接收第一部分校驗(yàn)子集生成模塊6031的生成指示，根據(jù)循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊602將編碼矩陣604中的消息子集和已生成的校驗(yàn)子集進(jìn)行行循環(huán)移位，根據(jù)循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊602將循環(huán)移位后的編碼矩陣604的消息子集和已生成的校驗(yàn)子集按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加，所得結(jié)果分別存入編碼矩陣604未用于存儲(chǔ)第二部分校驗(yàn)子集的同一行的相應(yīng)列中，作為第二部分校驗(yàn)子集的校驗(yàn)比特。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的LDPC碼譯碼器結(jié)構(gòu)圖，該譯碼器包括LDPC碼接收模塊801、LDPC碼存儲(chǔ)矩陣802、循環(huán)移位模塊803、校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生模塊804和糾錯(cuò)模塊805。
LDPC碼接收模塊801，用于接收LDPC碼，將所述LDPC碼的消息部分和冗余部分分別劃分為M個(gè)消息子集和K個(gè)校驗(yàn)子集，將各個(gè)消息子集和校驗(yàn)子集分別存儲(chǔ)在LDPC碼存儲(chǔ)矩陣802的不同的行中。
LDPC碼存儲(chǔ)矩陣802，用于在不同的行中存儲(chǔ)各個(gè)消息子集和校驗(yàn)子集，根據(jù)來自糾錯(cuò)模塊805的糾錯(cuò)指示對(duì)存儲(chǔ)的LDPC碼進(jìn)行糾錯(cuò)。
循環(huán)移位模塊803，存儲(chǔ)有預(yù)先根據(jù)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生的循環(huán)移位矩陣，接收校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生模塊804的移位指示，根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣對(duì)LDPC碼存儲(chǔ)矩陣802中的元素進(jìn)行行循環(huán)移位。
校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生模塊804，將LDPC碼存儲(chǔ)矩陣802中的元素按列分別并行地根據(jù)校驗(yàn)方程生成校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)并存儲(chǔ)，在需要繼續(xù)產(chǎn)生校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)時(shí)，向循環(huán)移位模塊803發(fā)送移位指示。
糾錯(cuò)模塊805，根據(jù)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的值向LDPC碼存儲(chǔ)矩陣802發(fā)送糾錯(cuò)指示。
圖8中的循環(huán)移位模塊803以及圖6中的冗余部分生成模塊603根據(jù)循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣的元素進(jìn)行行循環(huán)移位的方法均和圖2中的步驟203中根據(jù)循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣中的消息子集和校驗(yàn)子集進(jìn)行行循環(huán)移位的方法相同。
下面以采用硬判決方法進(jìn)行譯碼的譯碼器為例說明圖8所示的譯碼器。
當(dāng)圖8所示的譯碼器采用硬判決方法進(jìn)行譯碼時(shí)，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生模塊804將LDPC碼存儲(chǔ)矩陣802中的元素按列分別并行地進(jìn)行異或加，將所得的加和值作為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，由于各列元素是并行地進(jìn)行異或加的，因此一次可以產(chǎn)生一組校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)不為0的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)生成時(shí)所用到的信息比特，當(dāng)所述信息比特中某一信息比特的出現(xiàn)概率較高時(shí)，則說明這一信息比特出錯(cuò)的概率也較高，因此，糾錯(cuò)模塊805統(tǒng)計(jì)所述信息比特中各個(gè)信息比特的出現(xiàn)概率，篩選出現(xiàn)概率較高的信息比特，向LDPC碼存儲(chǔ)矩陣802發(fā)送對(duì)篩選出的信息比特進(jìn)行糾錯(cuò)的指示，LDPC碼存儲(chǔ)矩陣802根據(jù)該糾錯(cuò)指示對(duì)相應(yīng)的信息比特進(jìn)行位翻轉(zhuǎn)。進(jìn)行所述位翻轉(zhuǎn)后，LDPC碼譯碼器需要對(duì)翻轉(zhuǎn)后的LDPC碼再次進(jìn)行譯碼，直至糾錯(cuò)模塊805統(tǒng)計(jì)得到不為0的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)占總的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)的比率小于預(yù)定數(shù)值，則說明當(dāng)前的LDPC碼的誤碼率和誤幀率已經(jīng)符合要求了，這時(shí)可以停止譯碼，此刻LDPC碼存儲(chǔ)模塊802中的LDPC碼即是譯碼結(jié)果。
由上述技術(shù)方案可見，將LDPC碼的消息部分和冗余部分分別劃分為M個(gè)消息子集和K個(gè)校驗(yàn)子集，并分別存儲(chǔ)在編碼矩陣的不同的行中；根據(jù)LDPC碼的碼長(zhǎng)和碼率產(chǎn)生循環(huán)移位矩陣，在每次將編碼矩陣中的元素按列分別進(jìn)行異或加之前，通過根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣中的元素進(jìn)行行循環(huán)移位，使得對(duì)于編碼矩陣中的同一列，參與所述異或加的信息比特和校驗(yàn)比特各次不同，進(jìn)而由所述異或加產(chǎn)生新的校驗(yàn)比特、構(gòu)造出LDPC碼，因此，通過搜索循環(huán)移位矩陣，本發(fā)明實(shí)施例即可構(gòu)造出滿足預(yù)定指標(biāo)的LDPC碼，與現(xiàn)有技術(shù)中大量的矩陣運(yùn)算相比，本發(fā)明降低了構(gòu)造LDPC碼以及LDPC碼編碼和譯碼的復(fù)雜度。
由于每次將編碼矩陣中的元素按列分別進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，各列元素的運(yùn)算是并行進(jìn)行的，因而一次可產(chǎn)生多個(gè)校驗(yàn)比特，加快了構(gòu)造LDPC碼、以及LDPC碼編碼和譯碼的速度。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種低密度校驗(yàn)LDPC碼的構(gòu)造方法，其特征在于，預(yù)先確定待構(gòu)造LDPC碼的碼長(zhǎng)和碼率，以及用于存儲(chǔ)LDPC碼的編碼矩陣的存儲(chǔ)空間，該方法還包括以下步驟
A、根據(jù)確定的碼長(zhǎng)和碼率，將待構(gòu)造LDPC碼的消息部分劃分為M個(gè)消息子集，將待構(gòu)造LDPC碼的冗余部分劃分為K個(gè)校驗(yàn)子集，將各個(gè)消息子集分別存儲(chǔ)在編碼矩陣的不同的行中，并在所述編碼矩陣中留出K行分別用于存儲(chǔ)各個(gè)校驗(yàn)子集；其中，M和K均為自然數(shù)；
B、根據(jù)確定的碼長(zhǎng)和碼率產(chǎn)生循環(huán)移位矩陣；
C、根據(jù)生成的循環(huán)移位矩陣，將編碼矩陣中的元素按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加，所得各列的和值分別對(duì)應(yīng)存入所述編碼矩陣留出的用于存儲(chǔ)校驗(yàn)子集的同一行的相應(yīng)列中，作為一個(gè)校驗(yàn)子集的校驗(yàn)比特，判斷采用當(dāng)前的循環(huán)移位矩陣是否已產(chǎn)生K個(gè)校驗(yàn)子集，若是轉(zhuǎn)入步驟D，否則，根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣將所述編碼矩陣中每一行的元素進(jìn)行行循環(huán)移位后，返回步驟C；
D、根據(jù)編碼矩陣中的消息子集和校驗(yàn)子集得到LDPC碼，驗(yàn)證LDPC碼的性能是否滿足預(yù)定指標(biāo)，若是，結(jié)束本流程，否則，返回步驟B。
2、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A中，
預(yù)先確定待構(gòu)造LDPC碼的最小行重，M是待構(gòu)造LDPC碼的校驗(yàn)矩陣的最小行重減去1得到的差；
在待構(gòu)造LDPC碼的消息部分的長(zhǎng)度能夠整除M時(shí)，編碼矩陣的列數(shù)N是所述整除得到的商，否則，列數(shù)N是所述消息部分的長(zhǎng)度除以M得到的商加上1的和；
在待構(gòu)造LDPC碼的冗余部分的長(zhǎng)度能夠整除列數(shù)N時(shí)，K是所述整除得到的商，否則，K是所述消息部分的長(zhǎng)度除以列數(shù)N得到的商加上1的和。
3、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B具體包括
B1、將待構(gòu)造LDPC碼的校驗(yàn)矩陣劃分為用于與待構(gòu)造LDPC碼的消息部分相乘的第一矩陣Hs、和用于與待構(gòu)造LDPC碼的冗余部分相乘的第二矩陣Hp，其中，Hs是隨機(jī)矩陣，Hp是結(jié)構(gòu)化矩陣，Hp的結(jié)構(gòu)由所述碼長(zhǎng)和碼率確定；
B2、根據(jù)Hs和Hp中為1的元素所在的位置確定循環(huán)移位矩陣的元素的值和有效性；
其中，循環(huán)移位矩陣的第i行第j列的元素的值表示采用當(dāng)前的循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣進(jìn)行行循環(huán)移位以產(chǎn)生第i+1個(gè)校驗(yàn)子集時(shí)，對(duì)編碼矩陣的第j行元素進(jìn)行所述行循環(huán)移位的位數(shù)和方向；
循環(huán)移位矩陣的第i行第j列的元素的有效性表示，采用當(dāng)前的循環(huán)移位矩陣將編碼矩陣中的元素按列分別并行地進(jìn)行異或加以產(chǎn)生第i+1個(gè)校驗(yàn)子集時(shí)，編碼矩陣的第j行元素是否參與所述異或加運(yùn)算，其中的i和j均是自然數(shù)。
4、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟C中，
將編碼矩陣中的元素按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加包括
采用當(dāng)前的循環(huán)移位矩陣將編碼矩陣中的元素按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加以產(chǎn)生第i+1個(gè)校驗(yàn)子集時(shí)，如果循環(huán)移位矩陣的第i行第j列的元素有效，則編碼矩陣的第j行元素參與所述異或加運(yùn)算，否則不參與所述異或加運(yùn)算；
根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣將所述編碼矩陣中每一行的元素進(jìn)行行循環(huán)移位包括
采用當(dāng)前的循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣進(jìn)行行循環(huán)移位以產(chǎn)生第i+1個(gè)校驗(yàn)子集時(shí)，按照循環(huán)移位矩陣的第i行第j列的元素的值對(duì)編碼矩陣的第j行元素進(jìn)行行循環(huán)移位。
5、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟B中，
所述循環(huán)移位矩陣的行數(shù)不小于K減去1得到的差、列數(shù)不小于LDPC碼的最大行重減去1得到的差。
6、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟B2中根據(jù)Hs和Hp中為1的元素所在的位置確定循環(huán)移位矩陣的元素的值和有效性包括
將Hp劃分為行塊數(shù)和列塊數(shù)均為校驗(yàn)子集的數(shù)目的分塊矩陣，其中Hp的對(duì)角線上的分塊矩陣是單位陣，右上角的分塊矩陣是0矩陣，左下角的分塊矩陣是置換陣和0矩陣，將循環(huán)移位矩陣中與Hp的對(duì)角線上的分塊矩陣對(duì)應(yīng)的元素和與Hp的右上角的分塊矩陣對(duì)應(yīng)的元素保證為無效，循環(huán)移位矩陣中的其他元素隨機(jī)產(chǎn)生。
7、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟D中，
所述驗(yàn)證LDPC碼的性能是否滿足預(yù)定指標(biāo)包括
在LDPC碼的碼長(zhǎng)小于預(yù)定長(zhǎng)度時(shí)，采用蒙特卡洛仿真分析LDPC碼的性能是否滿足預(yù)定指標(biāo)，在LDPC碼的碼長(zhǎng)大于預(yù)定長(zhǎng)度時(shí)，采用圖論和/或密度進(jìn)化理論分析LDPC碼的性能是否滿足預(yù)定指標(biāo)。
8、一種LDPC碼的編碼器，其特征在于，該編碼器包括消息部分接收模塊、循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊、冗余部分生成模塊、編碼矩陣和碼輸出模塊；
所述消息部分接收模塊，接收待構(gòu)造LDPC碼的消息部分，將所述消息部分劃分為M個(gè)消息子集并分別存儲(chǔ)在編碼矩陣的M行中；
所述循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)有預(yù)先根據(jù)待構(gòu)造LDPC碼的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生的循環(huán)移位矩陣；
所述冗余部分生成模塊，根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊中的循環(huán)移位矩陣將存儲(chǔ)在所述編碼矩陣中的元素按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加，所得結(jié)果分別存入所述編碼矩陣用于存儲(chǔ)校驗(yàn)子集的同一行的相應(yīng)列中，作為一個(gè)校驗(yàn)子集的校驗(yàn)比特，根據(jù)循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣的元素進(jìn)行行循環(huán)移位，根據(jù)循環(huán)移位矩陣將存儲(chǔ)在所述編碼矩陣的消息子集和已生成的校驗(yàn)子集按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加以產(chǎn)生下一校驗(yàn)子集，直至產(chǎn)生所有的校驗(yàn)子集，向所述碼輸出模塊發(fā)送輸出指示；
所述編碼矩陣，用于存儲(chǔ)消息子集和校驗(yàn)子集；
所述碼輸出模塊，用于收到來自冗余部分生成模塊的輸出指示后，根據(jù)編碼矩陣的消息子集和校驗(yàn)子集輸出LDPC碼。
9、如權(quán)利要求8所述的編碼器，其特征在于，所述冗余部分生成模塊包括第一部分校驗(yàn)子集生成模塊和第二部分校驗(yàn)子集生成模塊；
所述第一部分校驗(yàn)子集生成模塊，根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊中的循環(huán)移位矩陣將存儲(chǔ)在所述編碼矩陣的M行消息子集按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加，所得結(jié)果分別存入所述編碼矩陣用于存儲(chǔ)第一部分校驗(yàn)子集的同一行的相應(yīng)列中，作為第一部分校驗(yàn)子集的校驗(yàn)比特，向所述第二部分校驗(yàn)子集生成模塊發(fā)送生成指示；
所述第二部分校驗(yàn)子集生成模塊，接收第一部分校驗(yàn)子集生成模塊的生成指示，根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊將存儲(chǔ)在所述編碼矩陣中的消息子集和已生成的校驗(yàn)子集進(jìn)行行循環(huán)移位，根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣存儲(chǔ)模塊將循環(huán)移位后的消息子集和已生成的校驗(yàn)子集的元素按列分別并行地對(duì)各列中的元素進(jìn)行異或加，所得結(jié)果分別存入所述編碼矩陣用于存儲(chǔ)第二部分校驗(yàn)子集的同一行的相應(yīng)列中，作為第二部分校驗(yàn)子集的校驗(yàn)比特。
10、一種LDPC碼的譯碼器，其特征在于，該譯碼器包括LDPC碼接收模塊、LDPC碼存儲(chǔ)矩陣、循環(huán)移位模塊、校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生模塊和糾錯(cuò)模塊；
所述LDPC碼接收模塊，用于接收LDPC碼，將所述LDPC碼的消息部分和冗余部分分別劃分為M個(gè)消息子集和K個(gè)校驗(yàn)子集，將各個(gè)消息子集和校驗(yàn)子集分別存儲(chǔ)在LDPC碼存儲(chǔ)矩陣的不同的行中；
所述LDPC碼存儲(chǔ)矩陣，用于在不同的行中存儲(chǔ)各個(gè)消息子集和校驗(yàn)子集，根據(jù)來自糾錯(cuò)模塊的糾錯(cuò)指示對(duì)存儲(chǔ)的LDPC碼進(jìn)行糾錯(cuò)；
所述循環(huán)移位模塊，存儲(chǔ)有預(yù)先根據(jù)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生的循環(huán)移位矩陣，接收校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生模塊的移位指示，根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣對(duì)LDPC碼存儲(chǔ)矩陣中的元素進(jìn)行行循環(huán)移位；
所述校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生模塊，將LDPC碼存儲(chǔ)矩陣中的元素按列分別并行地根據(jù)校驗(yàn)方程生成校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)并存儲(chǔ)，在需要繼續(xù)產(chǎn)生校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)時(shí)，向所述循環(huán)移位模塊發(fā)送移位指示；
所述糾錯(cuò)模塊，根據(jù)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的值向所述LDPC碼存儲(chǔ)矩陣發(fā)送糾錯(cuò)指示。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種低密度校驗(yàn)碼的構(gòu)造方法、編碼器和譯碼器。將待構(gòu)造LDPC碼的消息部分和冗余部分分別劃分為M個(gè)消息子集和K個(gè)校驗(yàn)子集，并分別存儲(chǔ)在編碼矩陣的不同的行中；根據(jù)待構(gòu)造LDPC碼的碼長(zhǎng)和碼率產(chǎn)生循環(huán)移位矩陣，在每次將編碼矩陣中的元素按列分別進(jìn)行異或加之前，通過根據(jù)所述循環(huán)移位矩陣對(duì)編碼矩陣中的元素進(jìn)行行循環(huán)移位，使得對(duì)于編碼矩陣中的同一列，參與所述異或加的信息比特和校驗(yàn)比特各次不同，進(jìn)而由所述異或加產(chǎn)生不同的校驗(yàn)比特，因此，通過搜索循環(huán)移位矩陣，本發(fā)明實(shí)施例即可構(gòu)造出LDPC碼，與現(xiàn)有技術(shù)中大量的矩陣運(yùn)算相比，本發(fā)明降低了構(gòu)造LDPC碼以及LDPC碼編碼和譯碼的復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H03M13/11GK101340193SQ20081011828
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者李晉聲 申請(qǐng)人:普天信息技術(shù)研究院有限公司