分組空間耦合低密度奇偶校驗編碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分組空間耦合低密度奇偶校驗編碼方法，實現(xiàn)過程包括，建立通信模型，確定編碼方法；設計編碼方法中采用的分組空間耦合LDPC碼的校驗矩陣HSP；利用分組空間耦合LDPC碼的校驗矩陣HSP進行編、譯碼。其中校驗矩陣HSP的設計包括：設計原始LDPC碼基矩陣；基于原始基矩陣，設計分組空間耦合LDPC碼基矩陣，包括分量碼基矩陣和耦合基矩陣；擴展基矩陣，得到分組空間耦合LDPC碼的校驗矩陣。本發(fā)明提升了現(xiàn)有點對點無線通信鏈路使用的低密度奇偶校驗編碼方法傳輸可靠性。本發(fā)明所構造的有限長分組空間耦合LDPC碼，提高了點對點無線通信鏈路的傳輸可靠性，且沒有速率損失，易于工程化應用。
【專利說明】分組空間耦合低密度奇偶校驗編碼方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信【技術領域】，主要涉及差錯控制編碼技術，具體地說是一種分組空間耦合低密度奇偶校驗編碼方法，用于點對點無線通信系統(tǒng)中信道編碼和譯碼。
【背景技術】
[0002]在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，差錯控制編碼是保證信息可靠傳輸?shù)挠行侄沃唬軌蜻_到香農(nóng)容量限的差錯控制編碼方法一直是通信界的研究熱點。上個世紀九十年代，LDPC碼的重新發(fā)現(xiàn)和Turbo碼的提出成為糾錯碼研究領域的里程碑，由于其逼近香農(nóng)限的性能而在通信和數(shù)字存儲系統(tǒng)中廣泛應用。卷積LDPC碼作為LDPC碼的一個分支，結合了 LDPC碼和卷積碼各自的優(yōu)點，它的提出對于LDPC碼的發(fā)展有著深遠的意義。
[0003]近年來，卷積LDPC碼的空間耦合特性使得空間耦合碼成為研究熱點。當耦合長度足夠長時，能夠使得空間耦合碼的置信傳播譯碼閾值逼近于其基礎碼的最大后驗概率譯碼閾值，也就意味著空間耦合碼的置信傳播譯碼性能可以逼近于其基礎碼的最大后驗概率譯碼性能，為構造逼近點對點鏈路容量限的碼開辟了一條新的路徑。目前，空間耦合碼多數(shù)是基于卷積LDPC碼構造的,其Tanner圖如圖2所示。
[0004]如果要達到空間耦合碼的優(yōu)異性能，耦合長度必須足夠長，這也就意味著碼長非常長，會導致譯碼復雜度和譯碼時延的增加，不易于推廣應用；而當耦合長度較小時，基于卷積LDPC碼構造的空間耦合碼的性能增益并不明顯，且會有較大的速率損失，無法獲得理想性能。
[0005]有限長空間耦合碼的構造是該領域的一個熱點問題，對于實際的工程化應用，提高點對點鏈路的傳輸可靠性有著重要意義，而如何構造適用于耦合長度較小且性能優(yōu)異的空間耦合碼，目前尚未看到相關文獻報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的技術方案針對點對點無線通信系統(tǒng)，設計一種傳輸可靠性高、無速率損失、易于工程化應用的分組空間耦合低密度奇偶校驗編碼方法，可在較小耦合長度時獲得較好的性能。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)分組空間耦合低密度校驗碼的編碼技術方案包括有下述步驟:
[0008]步驟I建立通信模型，確定編碼方法:
[0009]點對點無線通信模型為:信源節(jié)點產(chǎn)生原始的信息序列，編碼器對信源產(chǎn)生的信息序列進行編碼，得到編碼序列，然后調(diào)制器對編碼序列進行BPSK調(diào)制，得到調(diào)制序列，調(diào)制序列經(jīng)過信道發(fā)送到譯碼器，譯碼器從受干擾的信號中恢復出信源產(chǎn)生的信息序列；本發(fā)明中采用的編碼方法為分組空間耦合LDPC碼，即對信源產(chǎn)生的信息序列進行分組空間耦合LDPC碼編碼；
[0010]步驟2對編碼方法中采用的分組空間耦合LDPC碼的校驗矩陣Hsp進行設計:[0011 ] (2.1)分組空間耦合LDPC碼的校驗矩陣Hsp包括三部分:設計原始LDPC碼基矩陣Binit_baSe ；由Binit 構造分組空間耦合LDPC碼基矩陣Bbase ;對Bbase進行擴展得到分組空間耦合LDPC碼校驗矩陣Hsp ；
[0012](2.2)原始LDPC碼基矩陣Binit base的設計:采用有限域GF (q)上RS碼的奇偶校驗矩陣設計Binit base ;設α為有限域GF (q)的本原元，令m為整除q_l的最大素數(shù)，即q-l=cm ;令β = α%則β是GF(q)上階為m的一個元素，即m是滿足^m=I的最小整數(shù)；由β的冪次形成的集合Gm=i3°=l，β,…，β--1，構成了乘群G(rl=a°=l，α,…，Citr2的一個循環(huán)子群；依據(jù)上述，基于循環(huán)子群Gm，產(chǎn)生一個mXm的矩陣Binit base結構如下:
[0013]
【權利要求】
1.一種分組空間耦合低密度奇偶校驗編碼方法，用于點對點無線通信鏈路的信道編碼模塊，其特征在于，包括有下述步驟: 步驟I建立通信模型，確定編碼方法: 點對點無線通信模型為:信源節(jié)點產(chǎn)生原始的信息序列，編碼器對信源產(chǎn)生的信息序列進行編碼，得到編碼序列，然后調(diào)制器對編碼序列進行BPSK調(diào)制，得到調(diào)制序列，調(diào)制序列經(jīng)過信道發(fā)送到譯碼器，譯碼器從受干擾的信號中恢復出信源產(chǎn)生的信息序列；所述的編碼方法為分組空間耦合LDPC碼； 步驟2對編碼方法中采用的分組空間耦合LDPC碼的校驗矩陣Hsp進行設計: (2.1)設計原始LDPC碼的基矩陣Binit base ；由Binit base構造分組空間耦合LDPC碼的基矩陣Bbase ;對Bbase進行擴展得到分組空間耦合LDPC碼的校驗矩陣Hsp ； (2.2)原始LDPC碼基矩陣Binit base的設計:采用有限域GF (q)上RS碼的奇偶校驗矩陣設計Binit—bas^設α為有限域GF(q)的本原元，令m為整除q_l的最大素數(shù)，即q-l=cm ;令3 = 0%則3是GF(q)上階為m的一個元素，即m是滿足Pm=I的最小整數(shù)；由β的冪次形成的集合Gm=P °=1，β，...，β m_1產(chǎn)生一個mXm的矩陣Binit—base結構如下:
2.根據(jù)權利要求1所述的分組空間耦合低密度奇偶校驗編碼方法，其特征在于，其中步驟2所述的設計校驗矩陣Hsp的步驟(2.3)中設計Bbase的分量碼基矩陣的方法為:分量碼基矩陣由L個kXl階子矩陣構成^fBinit base按每I列一組進行劃分，得到1' = {ιη!ψ?,然后取Binit base的前#i/?行并按每k行一組進行劃分，將Binit base的前化L//1行劃分得到至少LfkXl階子矩陣，將這L個子矩陣按照從左至右，從上至下的順序依次記為 B。，Bi，...，Bl—?。
3.根據(jù)權利要求2所述的分組空間耦合低密度奇偶校驗編碼方法，其特征在于，其中步驟2所述的設計校驗矩陣Hsp的步驟(2.3)中設計Bbase的耦合基矩陣的方法為:耦合基矩陣由L個Ic1 X I階子矩陣構成；將Binit b_按每I列一組進行劃分，然后從第/f「L//1 + l行開始，按照每Ic1行一組進行劃分，將Binit base第/f「L//']+l行至第k + k,網(wǎng)行劃分得到至少L個Ic1 X I階子矩陣，將這L個子矩陣按照從左至右，從上至下的順序依次標記為 B' ο, Bi 1；...,B' H，記 B' =[B' 0, Bi 1；...,B' L_J。
4.根據(jù)權利要求3所述的分組空間耦合低密度奇偶校驗編碼方法，其特征在于，其中步驟2所述的兩種不同擴展方法，其中之一為: 直接將Bbase中的每個零元素擴展為一個(q-l)X(q-l)的全零矩陣，每個非零元素擴展為一個(q_l) X (q-1)的循環(huán)置換矩陣，即可得到分組空間耦合LDPC碼的校驗矩陣Hsp ；按照上述步驟得到的分組空間耦合LDPC碼的校驗矩陣Hsp的列重為k+h，行重有I和LI兩種。
5.根據(jù)權利要求3所述的分組空間耦合低密度奇偶校驗編碼方法，其特征在于，其中步驟2所述的兩種不同擴展方法，其中之二為: 首先降低耦合基矩陣B'的密度，通過掩模操作實現(xiàn)，其定義如下式所示: B_k =Z ?B' 其中Z為Ii1XLl的掩模矩陣，根據(jù)設計要求的度分布隨機產(chǎn)生；Bmask為Ic1XLl的掩模碼矩陣，代表兩個矩陣對應位置元素相乘；由掩模操作可知，Bmask的行重列重與Z相同；然后按照下述方式合并分量碼基矩陣Bc^B1,…，Bh和新的耦合基矩陣Bmask,得到新的分組空間耦合LDPC碼的基矩陣B, base:

【文檔編號】H04L1/00GK103731160SQ201410010111
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權日:2014年1月9日
【發(fā)明者】李穎, 劉洋, 池育浩, 孫岳 申請人:西安電子科技大學