專利名稱：一種低碼率準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的構(gòu)造方法。
背景技術(shù)：
無線通信傳輸信道主要有高斯白噪聲信道、瑞利信道等信道。在這些信道中傳輸信息，需采用信道編碼來實現(xiàn)較高的接收質(zhì)量。目前，接近香農(nóng)限的現(xiàn)代高性能編碼主要有渦輪(Turbo)碼、低密度奇偶校驗碼(LDPC)碼及結(jié)合這兩者特性的類Turbo碼。Turbo碼是接近香農(nóng)限的信道碼。其主要構(gòu)造思路是如何優(yōu)化交織器參數(shù)和分量 碼，以獲得低誤碼平底和低復(fù)雜度的譯碼方案。其中，誤碼平底指在信道碼誤碼率曲線中，誤碼率隨信噪比增加而下降緩慢或不下降的現(xiàn)象。但是，該編碼主要存在譯碼復(fù)雜度較高和誤碼平底等問題，只能采用性能較差的簡化方法以降低復(fù)雜度，或者采用級聯(lián)外碼來克服誤碼平底等的方案。LDPC碼性能也能接近香農(nóng)限，且其譯碼快，易實現(xiàn)并具有低誤碼平底等優(yōu)勢。該碼采用迭代方式譯碼，且編譯碼過程都可用二分圖表示和分析。在LDPC編碼構(gòu)造方面，因其采用迭代譯碼，如在其二分圖中存在短環(huán)，將引起迭代信息自反饋而影響譯碼性能。針對該原理，業(yè)界采用啟發(fā)式增加邊來構(gòu)造二分圖而減少短環(huán)的漸進(jìn)邊增長(PEG)方法，進(jìn)行該類碼校驗矩陣的優(yōu)化構(gòu)造。此外，該碼的譯碼性能還與其二分圖中停止集(描述環(huán)分布)特點(diǎn)等有關(guān)。故通過改善二分圖中環(huán)分布特性的近似環(huán)外消息度(ACE)方法，在無法避免環(huán)的情況下，可優(yōu)化構(gòu)造其校驗矩陣。但通常LDPC編碼復(fù)雜度較高，難以工程實現(xiàn)。性能好的全隨機(jī)LDPC碼的復(fù)雜度與碼長成二次方關(guān)系。過長的碼長將引起編碼過于復(fù)雜而難以實現(xiàn)。解決方法就是采用兼有Turbo碼低編碼復(fù)雜度和LDPC碼低譯碼復(fù)雜度的類Turbo碼。這類碼主要有不規(guī)則重復(fù)累積(ARA)碼和準(zhǔn)循環(huán)QC-LDPC碼等。此外，還有一類通過擴(kuò)展線性分組碼等方法構(gòu)造的結(jié)構(gòu)化廣義LDPC碼。該碼也具有設(shè)計和分析方便，性能優(yōu)異的特點(diǎn)，并已在結(jié)構(gòu)化LDPC編碼構(gòu)造中獲得廣泛應(yīng)用。在ARA碼基礎(chǔ)上，還發(fā)展了一類基于原模圖結(jié)構(gòu)的低復(fù)雜度和低誤碼平底的AR4JA碼。該碼采用原模圖構(gòu)造了校驗矩陣的框架，并擴(kuò)展了該框架，用若干ARA碼的結(jié)構(gòu)化方矩陣來構(gòu)造整個校驗矩陣。其中，原模圖是基本的二分圖原型。它可通過擴(kuò)展，得到碼矩陣對應(yīng)的二分圖。此外，在ARA碼基礎(chǔ)上，還可通過不同累加次數(shù)及校驗和累加次序的重排列，來構(gòu)造綜合性能較好的結(jié)構(gòu)化重復(fù)交織累積碼。該系列類Turbo碼性能較好，實現(xiàn)復(fù)雜度適中，但僅限于設(shè)計高碼率碼，難以構(gòu)造高性能的低碼率碼，故不能適應(yīng)空間、衛(wèi)星通信等低信噪比通信的應(yīng)用場合需求?？傊?，以類Turbo碼為代表的信道碼具有巨大的應(yīng)用潛力。相對于Turbo和LDPC碼，該類碼具有接近香農(nóng)限的譯碼性能，且譯碼速度快，易實現(xiàn)并具有極低的誤碼平底，且也是至今為止最接近香農(nóng)限的信道碼之一。由于上述優(yōu)點(diǎn)，它們已應(yīng)用于無線通信(包括地面無線、衛(wèi)星通信等)、無線局域網(wǎng)和城域網(wǎng)等領(lǐng)域，如DVB-S2，IEEE802. Iln及IEEE802. 16e等標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外知名公司也都開始研究和開發(fā)該碼，并生產(chǎn)相關(guān)芯片。但該類碼構(gòu)造方法還需進(jìn)一步改進(jìn)，以便能構(gòu)造出高性能低碼率碼，而適應(yīng)低信噪比通信的應(yīng)用場合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有低碼率信道編碼不能同時具有低編譯碼復(fù)雜度和高誤碼性能的缺陷與不足，提供一種低碼率準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼構(gòu)造方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的構(gòu)造方法，該方法包括以下步驟實現(xiàn)
(1)選擇短碼長的線性分組碼，根據(jù)其校驗矩陣，將其映射為標(biāo)準(zhǔn)的二分圖結(jié)構(gòu)；映射過程如下以校驗矩陣的行標(biāo)號，作為二分圖中的校驗節(jié)點(diǎn)；以校驗矩陣的列標(biāo)號，作為二分圖中的變量節(jié)點(diǎn)；如在校驗矩陣中行標(biāo)號所在行與列標(biāo)號所在列的交叉位置存在數(shù)據(jù)1，則在行標(biāo)號對應(yīng)校驗節(jié)點(diǎn)與列標(biāo)號對應(yīng)變量節(jié)點(diǎn)間增加一條連線；直到矩陣所有數(shù)據(jù)I 都映射為二分圖中的一條連線；
(2)構(gòu)造高性能累積重復(fù)累積碼原模圖，將該原模圖中的一個校驗節(jié)點(diǎn)，用步驟I所得二分圖所有校驗節(jié)點(diǎn)組成的復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H代替，得到復(fù)合原模圖G ;其中，該復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H與變量節(jié)點(diǎn)的連接邊數(shù)量與關(guān)系不變，但邊可為多重邊，使變量與校驗節(jié)點(diǎn)間的邊數(shù)大于I ;另外，復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H除了與原圖中變量節(jié)點(diǎn)的邊連接關(guān)系外，還需增加部分變量節(jié)點(diǎn)，使其與外接邊的數(shù)量和關(guān)系保持不變；
(3)根據(jù)步驟2所得復(fù)合原模圖G中不同多重邊的重數(shù)，計算它們的最小公倍數(shù)I且k為整數(shù)；復(fù)制步驟2所得原模圖A個，通過以下方法消除多重邊，得到復(fù)合二分圖F :保持邊兩端所連接節(jié)點(diǎn)的編號不變，但編號可屬于任意個復(fù)合原模圖G的副本，使不同原模圖中的多重邊得以消除；
(4)在步驟3所得的復(fù)合二分圖F基礎(chǔ)上，將復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H及其連接關(guān)系展開將步驟I中線性分組碼對應(yīng)二分圖中所有校驗節(jié)點(diǎn)，代入到復(fù)合二分圖F中的復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H 將步驟I所得二分圖中所有校驗與變量節(jié)點(diǎn)的邊連接關(guān)系，代替該復(fù)合二分圖F中的復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H與變量節(jié)點(diǎn)的邊連接關(guān)系，得到基準(zhǔn)二分圖S ；
(5)采用步驟I所述的矩陣與二分圖的映射關(guān)系，根據(jù)步驟4所得的基準(zhǔn)二分圖S的變量與校驗節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，將其轉(zhuǎn)換為基矩陣，并將該矩陣中的數(shù)據(jù)O和1，分別映射為一定維數(shù)的全零方矩陣或單位循環(huán)方矩陣，得到最終所需的低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的校驗矩陣，完成編碼構(gòu)造；其中，所述單位循環(huán)方矩陣為在該方矩陣中對角線數(shù)據(jù)為1，其他數(shù)據(jù)為O的單位方陣，經(jīng)循環(huán)右移若干位后得到的矩陣，循環(huán)右移的位數(shù)記為循環(huán)偏移量參數(shù)；所述循環(huán)右移為將一行數(shù)據(jù)保持秩序不變右移若干位，并將移出該行的數(shù)據(jù)，按秩序補(bǔ)充到該行最左邊因右移而空出來的若干位中。本發(fā)明的有益效果是，應(yīng)用本發(fā)明的方法構(gòu)造的準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼復(fù)雜度適中、性能較好，編譯碼延遲少，可廣泛應(yīng)用于適合低信噪比傳輸?shù)牡孛鏌o線應(yīng)急通信、衛(wèi)星與深空通信等數(shù)字通信領(lǐng)域。


本發(fā)明上述及附加的內(nèi)容和特點(diǎn)，將在以下結(jié)合附圖對實施例的描述中，變得明顯、容易理解和實施，其中
圖I為本發(fā)明實施例利用現(xiàn)有方法構(gòu)造的典型高性能累積重復(fù)累積碼的原模 圖2為本發(fā)明實施例海明碼(7，3，4)矩陣及對應(yīng)二分圖的結(jié)構(gòu) 圖3為本發(fā)明實施例圖I所示高性能累積重復(fù)累積碼原模圖，采用圖2實施例中海明碼(7，3，4)校驗矩陣擴(kuò)展的多邊結(jié)構(gòu) 圖4為本發(fā)明針對實施例圖2所示的擴(kuò)展原模圖，為了消除其多重邊，而進(jìn)行復(fù)制和重復(fù)節(jié)點(diǎn)及其連接關(guān)系的結(jié)構(gòu) 圖5為本發(fā)明針對實施例圖4所示結(jié)構(gòu)圖，在消除復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)后所得的擴(kuò)展圖，及其對應(yīng)的基本校驗矩陣和準(zhǔn)循環(huán)校驗矩陣的結(jié)構(gòu)圖； 圖6為本發(fā)明實施例圖5所示準(zhǔn)循環(huán)基矩陣中的準(zhǔn)循環(huán)近似環(huán)外消息度的循環(huán)偏移量參數(shù)優(yōu)化搜索方法的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出一種低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的構(gòu)造方法，主要包括以下過程利用現(xiàn)有啟發(fā)式優(yōu)化方法(方法見“A. Abbasfar, K. Yao and D. Disvalar,“Accumulate repeat accumulate codes, ” in Proc. IEEE Globalcom, Nov. 2004, pp.509-513. ”)，構(gòu)造出基本的高性能累積重復(fù)累積(ARA)碼原模圖；根據(jù)所需碼率，對該原模圖中的若干檢驗節(jié)點(diǎn)用短碼長線性分組碼(如碼長小于15的海明碼)校驗矩陣進(jìn)行擴(kuò)展，即該節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展采用不同碼長、碼率線性分組碼校驗矩陣的約束關(guān)系實現(xiàn)；對該擴(kuò)展后原模圖進(jìn)行消除多重邊的復(fù)制和重復(fù)處理，得到基本二分圖，但校驗節(jié)點(diǎn)與變量節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系都保持不變；對該擴(kuò)展后的原模圖，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的校驗矩陣，并對該矩陣方程數(shù)據(jù)進(jìn)行方矩陣擴(kuò)展，將0、1分別映射為一定維數(shù)的全零或單位循環(huán)方矩陣(即單位陣循環(huán)右移若干位后的矩陣)，得到準(zhǔn)循環(huán)矩陣。最后，對擴(kuò)展所得校驗矩陣非零循環(huán)方矩陣中的循環(huán)偏移量參數(shù)，用準(zhǔn)循環(huán)近似環(huán)外消息度方法，進(jìn)行優(yōu)化搜索，得到低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的校驗矩陣，完成編碼。本發(fā)明通過基本原模圖設(shè)計，原模圖節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展和多重邊消除擴(kuò)展，擴(kuò)展后原模圖的準(zhǔn)循環(huán)節(jié)點(diǎn)映射，準(zhǔn)循環(huán)方矩陣中循環(huán)偏移量的準(zhǔn)循環(huán)近似環(huán)外消息度選擇等方法，構(gòu)造了實現(xiàn)復(fù)雜度低、誤碼性能較高的低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼。本發(fā)明提出了一種低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的構(gòu)造方法，該方法具體包括以下步驟
I、選擇短碼長的線性分組碼(碼長小于15)，根據(jù)其校驗矩陣，將其映射為標(biāo)準(zhǔn)的二分圖結(jié)構(gòu)；映射過程如下以校驗矩陣的行標(biāo)號，作為二分圖中的校驗節(jié)點(diǎn)；以校驗矩陣的列標(biāo)號，作為二分圖中的變量節(jié)點(diǎn)；如在校驗矩陣中行標(biāo)號所在行與列標(biāo)號所在列的交叉位置存在數(shù)據(jù)1，則在行標(biāo)號對應(yīng)校驗節(jié)點(diǎn)與列標(biāo)號對應(yīng)變量節(jié)點(diǎn)間增加一條連線；直到矩陣所有數(shù)據(jù)I都映射為二分圖中的一條連線。2、應(yīng)用現(xiàn)有啟發(fā)式優(yōu)化方法(方法見“A. Abbasfar, K. Yao and D. Disvalar,“Accumulate repeat accumulate codes, ” in Proc. IEEE Globalcom, Nov. 2004, pp.509-513. ”)構(gòu)造出高性能累積重復(fù)累積(ARA)碼原模圖，將該原模圖中的一個校驗節(jié)點(diǎn)，用由步驟I所得二分圖所有校驗節(jié)點(diǎn)組成的復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H代替，得到復(fù)合原模圖G，且H，G分別為復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)和復(fù)合原模圖標(biāo)號。其中，該復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H與變量節(jié)點(diǎn)的連接邊數(shù)量與關(guān)系不變。但邊可為多重邊，使變量與校驗節(jié)點(diǎn)間的邊數(shù)大于I。另外，復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H除了與原圖中變量節(jié)點(diǎn)的邊連接關(guān)系外，還需增加部分變量節(jié)點(diǎn)，使其與外接邊的數(shù)量和關(guān)系保持不變。3、根據(jù)步驟2所得復(fù)合原模圖G中不同多重邊的重數(shù)(如#重邊，則重數(shù)為ΛΟ，計算它們的最小公倍數(shù)I且A為整數(shù)；復(fù)制步驟2所得原模圖A個，通過以下方法消除多重邊，得到復(fù)合二分圖F (F為復(fù)合二分圖標(biāo)號)保持邊兩端所連接節(jié)點(diǎn)的編號不變，但編號可屬于任意個復(fù)合原模圖G的副本，使不同原模圖中的多重邊得以消除。例如，原模圖G包含變量節(jié)點(diǎn)A與校驗節(jié)點(diǎn)B的二重邊，且A和B為節(jié)點(diǎn)標(biāo)號。通過原模圖G的副本G1與G2交換其中的二重邊，使G1中節(jié)點(diǎn)A的一條邊與G2中節(jié)點(diǎn)B相連，而G2中節(jié)點(diǎn)A的一條邊與G1中節(jié)點(diǎn)B相連，且匕和匕為圖的標(biāo)號。故可在保持邊兩端節(jié)點(diǎn)編號關(guān)系不變的基礎(chǔ)上，消除了該多重邊。
4、在步驟3所得的復(fù)合二分圖F基礎(chǔ)上，將復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H及其連接關(guān)系展開將步驟I中線性分組碼對應(yīng)二分圖中所有校驗節(jié)點(diǎn)，代入到復(fù)合二分圖F中的復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H ;將步驟I所得二分圖中所有校驗與變量節(jié)點(diǎn)的邊連接關(guān)系，代替該復(fù)合二分圖F中的復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H與變量節(jié)點(diǎn)的邊連接關(guān)系，得到基準(zhǔn)二分圖S，且S為基準(zhǔn)二分圖的標(biāo)號。5、采用步驟I所述的矩陣與二分圖的映射關(guān)系，根據(jù)步驟4所得的基準(zhǔn)二分圖S的變量與校驗節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，將其轉(zhuǎn)換為基矩陣，并將該矩陣中的數(shù)據(jù)O和1，分別映射為一定維數(shù)的全零方矩陣或單位循環(huán)方矩陣(即iXi維矩陣，t為整數(shù)，且 >1)，得到最終所需的低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的校驗矩陣，完成編碼構(gòu)造。其中，所述“單位循環(huán)方矩陣”為在該方矩陣中對角線數(shù)據(jù)為1，其他數(shù)據(jù)為O的單位方陣，經(jīng)循環(huán)右移若干位(記為循環(huán)偏移量參數(shù))后得到的矩陣；所述“循環(huán)右移”為將一行數(shù)據(jù)保持秩序不變右移若干位，并將移出該行的數(shù)據(jù)，按秩序補(bǔ)充到該行最左邊因右移而空出來的若干位中。所述步驟5中，單位循環(huán)方矩陣右移的循環(huán)偏移量參數(shù)，通過準(zhǔn)循環(huán)近似環(huán)外消息度方法，采用以下步驟實現(xiàn)
5. I、參數(shù)的初始化預(yù)設(shè)所有的變量和校驗節(jié)點(diǎn)為活躍節(jié)點(diǎn)；低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的校驗矩陣的每行方矩陣塊數(shù)量為《，每列方矩陣塊數(shù)量為/ ，且《和為自然數(shù)；編碼的漸進(jìn)環(huán)外消息度(ACE)參數(shù)中，最大環(huán)的周長為Am最小環(huán)長ACE值為iiACE,且■和7m為自然數(shù),設(shè)i為循環(huán)計數(shù)的參數(shù)，且為整數(shù)；
5. 2、設(shè)j'為循環(huán)計數(shù)的參數(shù)，戶O,且為整數(shù)；
5. 3、依次執(zhí)行以下步驟在非O的第i行、第J列的方矩陣數(shù)據(jù)塊的第一行，隨機(jī)產(chǎn)生變量節(jié)點(diǎn)且^為標(biāo)號，不超過方矩陣中的一維維數(shù)；計算變量節(jié)點(diǎn)Vj的JCF值JCF(Vj) = (d-2);其中，4為變量節(jié)點(diǎn)Vj的度，為整數(shù)；校驗節(jié)點(diǎn)的JCF值為0，且某個環(huán)或一條邊所構(gòu)成圖的ACE表示為Σ (式-2)，且式.為環(huán)或一條邊中所有變量節(jié)點(diǎn)I的度；對于所有變量和校驗節(jié)點(diǎn)u t，初始設(shè)置..Piu ,) =- h可用較大的數(shù)，如104，代替)。其中，//1為變量或校驗節(jié)點(diǎn)的標(biāo)號；對于變量節(jié)點(diǎn)初始設(shè)置Ψ (Vj) = ACE(Fi)。5. 4、設(shè)左為循環(huán)計數(shù)的參數(shù),^=1,且為整數(shù)；
5. 5、對于在0_1)層的任意活躍節(jié)點(diǎn)查找該節(jié)點(diǎn)鄰接子集(Jfs);其中，層的概念為以節(jié)點(diǎn)I為根節(jié)點(diǎn)，在二分圖中樹形展開后得到的節(jié)點(diǎn)與根節(jié)點(diǎn)^之間邊的數(shù)目；Ch (Ws)為與根節(jié)點(diǎn)I相連的所有節(jié)點(diǎn)的集合；另外，樹形展開為圖論的術(shù)語，是對一有多個連接關(guān)系的圖，按節(jié)點(diǎn)依次展開，即選取其中某一個節(jié)點(diǎn)作為第I層的樹根，與該節(jié)點(diǎn)有邊連接的節(jié)點(diǎn)作為其子節(jié)點(diǎn)，在第2層羅列，然后在第3層，除了在樹圖中已列舉的節(jié)外，與第2層所有節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)作為第3層，依次類推直至全部節(jié)點(diǎn)羅列完畢；對于任何子節(jié)點(diǎn)β t ^ Ch {ws)，執(zhí)行以下操作計算= P (wj + ACEO ,);其中，P O t)函數(shù)定義為根節(jié)點(diǎn)與任意變量或校驗節(jié)點(diǎn)# t之間所有節(jié)點(diǎn)ACE值的總和；ACE值的計算見步驟5. 3 -,Ptemp為臨時變量，為實數(shù)；判斷不等式.DbyACEiy;)- XCFb J;如結(jié)果成立，則轉(zhuǎn)到步驟5. I，否則轉(zhuǎn)到步驟5. 6。5. 6、判斷不等式J ;如結(jié)果成立,貝丨」在當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)t的第左層內(nèi)，修改子節(jié)點(diǎn)U t為非活躍節(jié)點(diǎn)，否則計算P O f) =Ptemp ；5. 7、判斷步驟5. 5所描述的子節(jié)點(diǎn)U t[Ch (^)，是否都計算完。如計算完，轉(zhuǎn)到步驟5. 8,否則,轉(zhuǎn)到步驟5. 5,對未計算過的子節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)計算。5. 8、記錄本次子循環(huán)矩陣偏移量的參數(shù)。5. 9、判斷不等式對于一個長度< 的環(huán)，其值〈ζ —;如果成立，轉(zhuǎn)到步驟5. 3,否則計算4=左+1。5. 10、判斷不等式'k ( dACE ;如成立,轉(zhuǎn)到步驟5. 5,否則計算j'=j'+l。5. 11、判斷不等式-J < m-\ ;如果成立,轉(zhuǎn)到步驟5. 2,否則計算i=i_l。5. 12、判斷不等式d彡O。如果成立，轉(zhuǎn)到步驟5. 2，否則搜索所有循環(huán)偏移量的過程成功，記錄的所有循環(huán)矩陣偏移量的參數(shù)，即為整個矩陣所需的偏移量參數(shù)。以下通過具體實施例、并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明所提供的低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的構(gòu)造方法可應(yīng)用于高性能低碼率結(jié)構(gòu)化低密度奇偶校驗碼的設(shè)計與構(gòu)造，并不限于以下實施例所詳細(xì)說明的領(lǐng)域。本發(fā)明的具體實施方式
，可依次通過以下圖例來詳細(xì)說明。如圖I所示，為本發(fā)明實施例中采用已有方法(方法見“A. Abbasfar, K. YaoandD. Disvalar, “Accumulate repeat accumulate codes, ” in Proc. IEEE Globalcom,Nov. 2004, pp. 509-513. ”)，所構(gòu)造的基本高性能累積重復(fù)累積碼原模圖的典型實例。該方法的實質(zhì)，是采用啟發(fā)式收索方法，利用高斯近似等現(xiàn)代分析譯碼門限的手段，對所搜索的原模圖進(jìn)行譯碼門限的預(yù)測，可獲得與實際性能非常接近的理論結(jié)果，方便進(jìn)一步擴(kuò)展。其中，包含等號的圓表示變量節(jié)點(diǎn)，且圓周為實線的是需要傳輸?shù)淖兞炕蛐ｒ灡忍?，而圓周為虛線的是非傳輸刪除節(jié)點(diǎn)；包含加號的方框表示校驗節(jié)點(diǎn)。如圖2所示，為本發(fā)明實施例中海明碼(7，3，4)所對應(yīng)的校驗矩陣及二分圖。其中，校驗矩陣的行表示二分圖中的變量節(jié)點(diǎn)、列表示校驗節(jié)點(diǎn)。校驗矩陣中行與列交叉點(diǎn)處的I表示行對應(yīng)的變量節(jié)點(diǎn)與列對應(yīng)校驗節(jié)點(diǎn)存在連接關(guān)系，即存在編號對應(yīng)的一條連接邊。具體，可從圖中左邊矩陣行列編號與右邊二分圖所示的連接關(guān)系看出其對應(yīng)關(guān)系。如圖3所示，為本發(fā)明實施例中對圖I所示原模圖中若干檢驗節(jié)點(diǎn)用常見的高效線性分組碼對應(yīng)校驗矩陣進(jìn)行擴(kuò)展的典型實例。其中，高性能線性分組碼可采用海明碼等線性分組碼。在本實施例中，以典型線性分組碼一圖2所示海明碼(7，3，4)為實例，進(jìn)行原模圖擴(kuò)展。在擴(kuò)展過程中，需滿足新增海明碼的變量校驗節(jié)點(diǎn)連線數(shù)量的關(guān)系。因為由圖2所示，海明碼(7，3，4)所有的校驗節(jié)點(diǎn)共與7個變量節(jié)點(diǎn)相連，故擴(kuò)展后的海明碼(7, 3，4)復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H與變量節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，也需包含7條邊，具體包括新擴(kuò)展的變量節(jié)點(diǎn)Ρ；ΓΡ5的4條邊,與刪除節(jié)點(diǎn)Sci的I條2重邊,及與原變量節(jié)點(diǎn)Pd的I條邊。其中，Ρ2 Ρ5，S。，H為豐不可O如圖4所示，為本發(fā)明實施例中對圖3所示擴(kuò)展后的原模圖，進(jìn)行消除多重邊的復(fù)制和重復(fù)節(jié)點(diǎn)與連接關(guān)系，得到基本二分圖的典型結(jié)構(gòu)。該過程的具體描述如下因為該基本原模圖中，最大的多重邊的重復(fù)次數(shù)為2。所以，首先將該基本的原模圖，復(fù)制2倍，并在不同的復(fù)制備份中，將原模圖中的變量節(jié)點(diǎn)部分和校驗節(jié)點(diǎn)部分，分別按序號命名。然后，將原先的多重邊的連接關(guān)系，按相同的序號對照關(guān)系，把多重邊打散，分別使多重邊在兩個原模圖副本中，交叉連接，獲得變量與校驗節(jié)點(diǎn)一一相連的普通二分圖(即Tanner圖)連接關(guān)系，從而消除多重邊。如圖5所示，為本發(fā)明實施例中對圖4所示的二分圖，對其復(fù)合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行校驗節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展，得到一一映射的普通LDPC碼二分圖結(jié)構(gòu)，并轉(zhuǎn)換為一一對應(yīng)的校驗矩陣的典型實例。其中，校驗節(jié)點(diǎn)對應(yīng)校驗方程(矩陣中的行)、變量節(jié)點(diǎn)對應(yīng)比特節(jié)點(diǎn)(矩陣中的列)，且 校驗與變量節(jié)點(diǎn)有連線的對應(yīng)位置，放置數(shù)據(jù)1，否則放置數(shù)據(jù)O。另外，還對所示基本校驗方程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行方矩陣擴(kuò)展，即分別將O、I映射為一定維數(shù)全零或單位循環(huán)方矩陣(即將矩陣中對角線中的數(shù)據(jù)為1，而其他數(shù)據(jù)為O的單位方陣循環(huán)右移若干位后得到的循環(huán)矩陣)，得到最后所需的累積重復(fù)累積碼的準(zhǔn)循環(huán)校驗矩陣，完成編碼過程。其中，右下角矩陣中的O和J分別為全O方矩陣和循環(huán)方矩陣，且循環(huán)方矩陣I為單位陣循環(huán)右移若干位后的矩陣，且所循環(huán)右移的偏移量參數(shù)，采用圖6所示的方法得到。如圖6所示，為本發(fā)明實施例中對圖5所示準(zhǔn)循環(huán)矩陣中非零循環(huán)方矩陣的循環(huán)偏移量進(jìn)行優(yōu)化搜索的典型實例流程圖。該優(yōu)化搜索方法如下
I)方法的術(shù)語定義及說明
(1)父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)在以樹狀排列的圖中，分別表示當(dāng)前層的節(jié)點(diǎn)及與該節(jié)點(diǎn)相連的下一層的節(jié)點(diǎn)。在該方法描述中，如描述父節(jié)點(diǎn)為I，則其相應(yīng)的子節(jié)點(diǎn)集合為O {ws)；
(2)節(jié)點(diǎn)~為LDPC碼中的變量節(jié)點(diǎn) ，節(jié)點(diǎn)Pt為LDPC碼中的校驗節(jié)點(diǎn)；
(3)變量節(jié)點(diǎn)的度定義為與某變量節(jié)點(diǎn)相連校驗節(jié)點(diǎn)的個數(shù)；校驗節(jié)點(diǎn)的度定義為與某校驗節(jié)點(diǎn)相連變量節(jié)點(diǎn)的個數(shù)；
(4)每個LDPC碼所具有基本參數(shù){d餘Cm)，表示該LDPC碼的圖結(jié)構(gòu)中，如具有最大環(huán)的周長為dACE,則必有最小的環(huán)長ACE值nACE ；
(5)p(u t)函數(shù)定義為根節(jié)點(diǎn)與任意變量或校驗節(jié)點(diǎn)U t之間所有節(jié)點(diǎn)ACE值的總
和；
(6)在LDPC碼對應(yīng)自循環(huán)矩陣中，橫向非零矩陣塊最大個數(shù)為/ ，縱向非零矩陣塊的最大個數(shù)為》;
(7)在本方法描述中，、nACE-i-n.m.j.d^k為整數(shù)，Vi,P t,ws為標(biāo)識符為實數(shù)，“標(biāo)號redo”為方法轉(zhuǎn)控制所用的標(biāo)號。另外，“for”、“if-elSe if-else”等描述語句，分別完成循環(huán)與條件選擇的功能；“begin-end”偽碼描述語句，為配套的子功能模塊，即作為一個整體在循環(huán)等結(jié)構(gòu)語句中得以處理。2)方法描述
for (i =/ -! ; i>=0; i__)begin
for (j-Ο； j<=m-l; j++)begin標(biāo)號redo
根據(jù)準(zhǔn)循環(huán)方矩陣的分布，在該非零方矩陣中的第一行隨機(jī)產(chǎn)生變量節(jié)點(diǎn)即隨機(jī)選擇所在行數(shù)據(jù)I的偏移量；預(yù)設(shè)所有節(jié)點(diǎn)為活躍節(jié)點(diǎn)；
計算變量節(jié)點(diǎn)h的JCF，記為JCF (K.)，表示為.ACE (Vj) = (d-2)。其中，Cli為變量節(jié)點(diǎn)Vj的度，校驗節(jié)點(diǎn)的JCF值為0，且某個環(huán)或一條邊所構(gòu)成圖的ACE表示為Σ (式_2)，且Ori為環(huán)或一條邊中所有變量節(jié)點(diǎn)Vj的度；
對于所有變量和校驗節(jié)點(diǎn)V ，設(shè)置f)—無窮大00 ；
對于變量節(jié)點(diǎn)6，設(shè)置Ψ (V；) — ACEiv1)；
for {k =1; k ≤ dACE\ k++)
begin
對于在(K-I)層的任意活躍節(jié)點(diǎn)ITs ； begin
查找該節(jié)點(diǎn)鄰接子集Ch (pfJ ；
對于任何子節(jié)點(diǎn)口 t ∈ CHws)； begin
Pt— — P(ws) + ACE{u t)；
^PtealP+P t) -ACE (Fi) - ACEiu t) < n ACE 本次搜索失效，重新轉(zhuǎn)到該方法起始處執(zhí)行搜索；
elseif Ptemp ^ ρ (μ t)
在當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)L的第々層內(nèi)，修改子節(jié)點(diǎn)P t為非活躍節(jié)點(diǎn)； else
t) —Pt—；
end ； end ； end ；
本次搜索成功，記錄參數(shù)；
if對于一個長度≤2dACE的環(huán)，其JCF值〈La
轉(zhuǎn)至丨J 標(biāo)號redo ；
end ；
end。盡管已描述本發(fā)明的實施例，但對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可在不脫離本發(fā)明方法原理及思想的情況下，對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。即通過改變本發(fā)明所述方法中基本原模圖、擴(kuò)展校驗節(jié)點(diǎn)的線性分組碼字，基本方形矩陣的維數(shù)、循環(huán)偏移量數(shù)值的變化等參數(shù)，仍屬本發(fā)明所述方法的范疇，仍受本專利保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的構(gòu)造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟實現(xiàn) (1)選擇短碼長的線性分組碼，根據(jù)其校驗矩陣，將其映射為標(biāo)準(zhǔn)的二分圖結(jié)構(gòu)；映射過程如下以校驗矩陣的行標(biāo)號，作為二分圖中的校驗節(jié)點(diǎn)；以校驗矩陣的列標(biāo)號，作為二分圖中的變量節(jié)點(diǎn)；如在校驗矩陣中行標(biāo)號所在行與列標(biāo)號所在列的交叉位置存在數(shù)據(jù)1，則在行標(biāo)號對應(yīng)校驗節(jié)點(diǎn)與列標(biāo)號對應(yīng)變量節(jié)點(diǎn)間增加一條連線；直到矩陣所有數(shù)據(jù)I都映射為二分圖中的一條連線； (2)構(gòu)造高性能累積重復(fù)累積碼原模圖，將該原模圖中的一個校驗節(jié)點(diǎn)，用步驟I所得二分圖所有校驗節(jié)點(diǎn)組成的復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H代替，得到復(fù)合原模圖G ;其中，該復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H與變量節(jié)點(diǎn)的連接邊數(shù)量與關(guān)系不變，但邊可為多重邊，使變量與校驗節(jié)點(diǎn)間的邊數(shù)大于I ;另外，復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H除了與原圖中變量節(jié)點(diǎn)的邊連接關(guān)系外，還需增加部分變量節(jié)點(diǎn)，使其與外接邊的數(shù)量和關(guān)系保持不變； (3)根據(jù)步驟2所得復(fù)合原模圖G中不同多重邊的重數(shù)，計算它們的最小公倍數(shù)I且k為整數(shù)；復(fù)制步驟2所得原模圖A個，通過以下方法消除多重邊，得到復(fù)合二分圖F :保持邊兩端所連接節(jié)點(diǎn)的編號不變，但編號可屬于任意個復(fù)合原模圖G的副本，使不同原模圖中的多重邊得以消除； (4)在步驟3所得的復(fù)合二分圖F基礎(chǔ)上，將復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H及其連接關(guān)系展開將步驟I中線性分組碼對應(yīng)二分圖中所有校驗節(jié)點(diǎn)，代入到復(fù)合二分圖F中的復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H 將步驟I所得二分圖中所有校驗與變量節(jié)點(diǎn)的邊連接關(guān)系，代替該復(fù)合二分圖F中的復(fù)合校驗節(jié)點(diǎn)H與變量節(jié)點(diǎn)的邊連接關(guān)系，得到基準(zhǔn)二分圖S ； (5)采用步驟I所述的矩陣與二分圖的映射關(guān)系，根據(jù)步驟4所得的基準(zhǔn)二分圖S的變量與校驗節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，將其轉(zhuǎn)換為基矩陣，并將該矩陣中的數(shù)據(jù)O和1，分別映射為一定維數(shù)的全零方矩陣或單位循環(huán)方矩陣，得到最終所需的低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的校驗矩陣，完成編碼構(gòu)造；其中，所述單位循環(huán)方矩陣為在該方矩陣中對角線數(shù)據(jù)為1，其他數(shù)據(jù)為O的單位方陣，經(jīng)循環(huán)右移若干位后得到的矩陣，循環(huán)右移的位數(shù)記為循環(huán)偏移量參數(shù)；所述循環(huán)右移為將一行數(shù)據(jù)保持秩序不變右移若干位，并將移出該行的數(shù)據(jù)，按秩序補(bǔ)充到該行最左邊因右移而空出來的若干位中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的構(gòu)造方法，其特征在于，所述步驟5中，單位循環(huán)方矩陣右移的循環(huán)偏移量參數(shù)，通過準(zhǔn)循環(huán)近似環(huán)外消息度方法，采用以下子步驟實現(xiàn) (5. I)參數(shù)的初始化預(yù)設(shè)所有的變量和校驗節(jié)點(diǎn)為活躍節(jié)點(diǎn)；低碼率結(jié)構(gòu)化準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼的校驗矩陣的每行方矩陣塊數(shù)量為《，每列方矩陣塊數(shù)量為/ ，且《和為自然數(shù)；編碼的漸進(jìn)環(huán)外消息度(ACE)參數(shù)中，最大環(huán)的周長為Am最小環(huán)長ACE值為La,且和7m為自然數(shù)，設(shè)i為循環(huán)計數(shù)的參數(shù)，且為整數(shù)； (5. 2)設(shè)j'為循環(huán)計數(shù)的參數(shù)，戶O,且為整數(shù)； (5. 3)依次執(zhí)行以下步驟在非O的第i行、第J列的方矩陣數(shù)據(jù)塊的第一行，隨機(jī)產(chǎn)生變量節(jié)點(diǎn)且^為標(biāo)號，不超過方矩陣中的一維維數(shù)；計算變量節(jié)點(diǎn)Vj的JCF值JCF(Vj) = (d-2);其中，4為變量節(jié)點(diǎn)Vj的度，為整數(shù)；校驗節(jié)點(diǎn)的JCF值為0，且某個環(huán)或一條邊所構(gòu)成圖的ACE表示為Σ (式-2)，且式.為環(huán)或一條邊中所有變量節(jié)點(diǎn)I的度；對于所有變量和校驗節(jié)點(diǎn)P t，初始設(shè)置'P t) =IO4;其中，//1為變量或校驗節(jié)點(diǎn)的標(biāo)號；對于變量節(jié)點(diǎn)6，初始設(shè)置:/7(6.) = ACE(Fi)； (5. 4)設(shè)左為循環(huán)計數(shù)的參數(shù),左=1,且為整數(shù)； (5. 5)對于在0-1)層的任意活躍節(jié)點(diǎn)I,查找該節(jié)點(diǎn)鄰接子集(Ws);其中，層的概念為以節(jié)點(diǎn)I為根節(jié)點(diǎn)，在二分圖中樹形展開后得到的節(jié)點(diǎn)與根節(jié)點(diǎn)^之間邊的數(shù)目；Ch (ws)為與根節(jié)點(diǎn)&相連的所有節(jié)點(diǎn)的集合；另外，樹形展開為圖論的術(shù)語，是對一有多個連接關(guān)系的圖，按節(jié)點(diǎn)依次展開，即選取其中某一個節(jié)點(diǎn)作為第I層的樹根，與該節(jié)點(diǎn)有邊連接的節(jié)點(diǎn)作為其子節(jié)點(diǎn)，在第2層羅列，然后在第3層，除了在樹圖中已列舉的節(jié)外，與第2層所有節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)作為第3層，依次類推直至全部節(jié)點(diǎn)羅列完畢；對于任何子節(jié)點(diǎn)β t ^ Ch {ws)，執(zhí)行以下操作計算= P (wj + ACEO ,);其中，ρ O t)函數(shù)定義為根節(jié)點(diǎn)與任意變量或校驗節(jié)點(diǎn)# t之間所有節(jié)點(diǎn)ACE值的總和；ACE值的計算見步驟5. 3 -,Ptemp為臨時變量，為實數(shù)；判斷不等式.DbyACEiy;)- XCFb J;如結(jié)果成立，則轉(zhuǎn)到步驟5.1，否則轉(zhuǎn)到步驟5. 6; (5. 6)判斷不等式必―彡ρ (// t);如結(jié)果成立,貝U在當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)I的第左層內(nèi)，修改子節(jié)點(diǎn)U t為非活躍節(jié)點(diǎn)，否則計算P O f) =Ptemp ； (5. 7)判斷步驟5. 5所描述的子節(jié)點(diǎn)I! t e α (I)，是否都計算完；如計算完，轉(zhuǎn)到步驟.5.8,否則,轉(zhuǎn)到步驟5. 5,對未計算過的子節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)計算； (5. 8)記錄本次子循環(huán)矩陣偏移量的參數(shù)； (5.9)判斷不等式對于一個長度彡2dACE的環(huán)，其JCF值〈iACE ;如果成立，轉(zhuǎn)到步驟.5.3,否則計算A=A+1 ； (5. 10)判斷不等式'k ( dACE ;如成立,轉(zhuǎn)到步驟5. 5,否則計算； (5. 11)判斷不等式'j (m-\ ;如果成立,轉(zhuǎn)到步驟5. 2,否則計算i=i-l ；(5. 12)判斷不等式'i ^ O ;如果成立，轉(zhuǎn)到步驟5. 2，否則搜索所有循環(huán)偏移量的過程成功，記錄的所有方矩陣的循環(huán)偏移量參數(shù)，即為整個矩陣所需的循環(huán)偏移量參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種低碼率準(zhǔn)循環(huán)累積重復(fù)累積碼構(gòu)造方法，包括累積重復(fù)累積碼原模圖、用線性分組碼校驗矩陣擴(kuò)展的校驗節(jié)點(diǎn)，基本二分圖對應(yīng)的基本校驗矩陣，準(zhǔn)循環(huán)近似環(huán)外消息度的循環(huán)偏移量搜索方法。本發(fā)明經(jīng)以下步驟完成構(gòu)造基本累積重復(fù)累積碼原模圖；對其檢驗節(jié)點(diǎn)用線性分組碼校驗矩陣擴(kuò)展；進(jìn)行消除多重邊的復(fù)制和重復(fù)處理，得基本二分圖；將該圖轉(zhuǎn)換為矩陣，且對其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行方矩陣擴(kuò)展，得到準(zhǔn)循環(huán)矩陣；對其中非零循環(huán)方矩陣的循環(huán)偏移量，用準(zhǔn)循環(huán)近似環(huán)外消息度方法進(jìn)行優(yōu)化搜索，完成編碼。通過該方法構(gòu)造的低碼率累積重復(fù)累積編碼，具有性能高，復(fù)雜度適中，編譯碼結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢，可在數(shù)字通信領(lǐng)域的信道編碼場合獲得應(yīng)用。
文檔編號H03M13/11GK102843145SQ201210227909
公開日2012年12月26日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者包建榮, 鐘杰, 趙民建, 吳杰 申請人:浙江大學(xué)