Ldpc码的码字构造方法
【专利摘要】本发明揭示了一种LDPC码的码字构造方法，包括以下步骤：步骤一，设定LDPC码的校验矩阵的大小，包括设定校验矩阵的行数目、列数目、循环子块的大小。步骤二，根据行数目、列数目和循环子块的大小，计算校验矩阵包含的循环子块的个数，搜索一个最佳的行列度分布，该行列度分布唯一确定了每个循环子块的列度值；设定LDPC码的码表，使每个循环子块对应码表中相应的一行，并且相应的一行的数字个数与循环子块的列度值相等。步骤三，确定码表中各个数字的值。本发明构造的码字为非规则码字，列重分布的设计、短环的消除算法使得码字性能接近香农限，双对角形式度2节点的设计简化了编码器的实现，行重的规则化考虑可以降低码字的误码平层。
【专利说明】LDPC码的码字构造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种码字构造方法，具体地说，涉及一种LDPC码的码字构造方法。
【背景技术】
[0002]LDPC码于1963年由Gallager在他的博士论文中首次提出，同时Gallager还提出了 LDPC码的概率译码算法，但是由于概率迭代译码计算过于复杂，鉴于当时的技术发展水平难以实现，因此LDPC码在当时通信界很快就石沉大海。之后，除了 Tanner在上个世纪80年代形象化的用二分图来描述迭代译码外，几乎没有学者再对LDPC码有过更多的关注。
[0003]而在1993年，Turbo码的提出则使得人们在45年后，首次看到了一种可以逼近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，与此同时，基于二分图(Tanner图)的迭代理论也取得了很大的突破:Spielman[ll]将纠错过程解释为错误逐渐减少的过程，并证明了基于二分图的编译码算法具有线性的复杂度，在此基础上又有学者提出了利用Expander图生成具有一定纠错能力的二分图的条件和方法，之后Kschischang等人又建立了因子图(Factor Graph)的理论,进一步深化了基于LDPC迭代译码的图论基础；在这些研究基础之上，Wiber则提出了基于图的LDPC迭代译码算法。所有了这些发展基础，使得在1995年，Mackay和Neal发现了 LDPC码和Turbo码一样具有逼近香农限的性能，从而引发了对LDPC码研究的热潮。
[0004]由于LDPC码比Turbo码在技术上、特别在复杂度上更具有优势，更能适应未来系统高速数据传输和高性能的要求，因此得到广泛应用。目前采用LDPC码字的通信系统有:欧洲第二代数字广播电视传输标准DVB2系列；IEEE 802.1ln无线局域网标准；IEEE802.lie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。
[0005]但又由于LDPC发展较晚，使得其与第三代移动通信失之交臂，不过在未来4G移动通信标准IEEE 802.16m和北美新一代数字电视地面标准中，LDPC将是有力的竞争者。
[0006]目前，LDPC的理论基础确实已经逐渐完善，对这类码字的研究逐渐从纯理论转移到理论集合应用需求的研究，比如如何用更低的硬件实现复杂度来进一步提高译码算法的纠错能力；比如如何在保持原有系统硬件开销不变得情况下，获得LDPC自适应、多码率传输的应用需求等等；比如如何在Gbps的超高速传输需求下，设计LDPC码字，使得误码平层能够降低到10-12或10-15的数量级；比如在给定的码长码率、子块大小的情况下，如何研发出一套简便的且便于描述的数学生成方法以来设计一套度分布最优、没有四环、结构尽量随机且编码简单的码字生成平台。
【发明内容】
[0007]本发明的目的旨在提供一种LDPC码的码字构造方法，来解决现有技术中存在的各种不足。
[0008]依据上述目的，实施本发明的LDPC码的码字构造方法，包括以下步骤:步骤一，设定LDPC码的校验矩阵的大小，包括设定校验矩阵的行数目、列数目、循环子块的大小。步骤二，根据行数目、列数目和循环子块的大小，计算校验矩阵包含的循环子块的个数，搜索一个最佳的行列度分布，该行列度分布唯一确定了每个循环子块的列度值；设定LDPC码的码表，使每个循环子块对应码表中相应的一行，并且相应的一行的数字个数与循环子块的列度值相等。步骤三，确定码表中各个数字的值。
[0009]依据上述主要特征，步骤二中搜索一个最佳的行列度分布的方法为:设定列度的可选值；针对每个循环子块，从可选值中选择一个列度值，不同的循环子块可以选用相同的列度值；各个循环子块选择的列度值组成一个列度分布，得到多个列度分布，每个列度分布又可对应多个行度分布；针对每个列度分布，只选择分布规则的行度，组成一对行列度分布；在各对行列度分布中，用EXIT Chart算法或者密度进化理论搜索具有最小译码门限值的行列度分布，该行列度分布对应了码表中各行的数字个数。
[0010]依据上述主要特征，校验矩阵为m行Xn列的矩阵，并且划分为m行X (n_m)列的信息比特部分和m行Xm列的奇偶冗余比特部分。信息比特部分包括多个循环子块，循环
子块为m行X q列的矩阵，循环子块的个数
【权利要求】
1.一种LDPC码的码字构造方法，其特征是，包括以下步骤:步骤一，设定LDPC码的校验矩阵的大小，包括设定所述校验矩阵的行数目、列数目、循环子块的大小；步骤二，根据所述行数目、列数目和循环子块的大小，计算所述校验矩阵包含的循环子块的个数，搜索一个最佳的行列度分布，该行列度分布唯一确定了每个循环子块的列度值;设定LDPC码的码表，使所述每个循环子块对应所述码表中相应的一行，并且所述相应的一行的数字个数与所述循环子块的列度值相等；步骤三，确定所述码表中各个所述数字的值。
2.如权利要求1所述的 方法，其特征是，所述步骤二中搜索一个最佳的行列度分布的方法为:设定列度的可选值；针对每个循环子块，从所述可选值中选择一个列度值，不同的循环子块可以选用相同的列度值；各个循环子块选择的列度值组成一个列度分布，得到多个列度分布，每个列度分布又可对应多个行度分布；针对每个列度分布，只选择分布规则的行度，组成一对行列度分布；在所述各对行列度分布中，搜索具有最小译码门限值的行列度分布，该行列度分布对应了码表中各行的数字个数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述校验矩阵为m行Xn列的矩阵，并且划分SmSX (n-m)列的信息比特部分和m行Xm列的奇偶冗余比特部分；所述信息比特部分包括多个循环子块，所述循环子块为m行X q列的矩阵，所述循环子块的个数Z，q为所述循环子块的循环矩阵块循环的周期。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是，每个所述循环子块的循环矩阵块的个数Q = ^，并且还满足g > J-^rnax ―丨),以及g > ^max，其中<_为所述校验矩阵的最大列度值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征是，设定所述信息比特部分为，所述循环子块为H1,并且其列重为4，使得所述码表第I行数字的个数为<，并且所述<个数值为所述循环子块H1子矩阵的第一列的<个I的位置。
6.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述循环子块H1第一列中<个I的位置的集合为 J = {心_ = I,U:}，其中 a; =(2+乂，x; e{0，l，…,《-1}，乂 e {θ,1,...,0-?} ’i = \,2,-,d'v，并且剩下的 q_l 列中 I 的位置为<，,=?/*0+4)ιηο(1/?，j = 1,2,…，q-1，= …X。
7.如权利要求6所述的方法，其特征是，随机地在{0，1，…，Q-1}中选取{乂，>4，.?} ’并且满足所述{乂，>4，.?丨中相同的值的个数不能超过两个，否则重新选取；随机地在{0，1，…，Q-1}中选取Ιχ?,χ;,...,^^^，并且满足所述 ，xk..., X1dj卜各个值之间各不相同，否则重新选取； 各个^之间的距离不等于I。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是，对于不同的循环子块H1和Hk之间，满足当
9.如权利要求7所述的方法，其特征是，所述规则的行度分布具有如下的形式: 其中，X指数上的k和k+1分别代表所述校验矩阵中的行度值为k，k+1，而pf|-疋表示校验矩阵中行度值为k的行的数量占总行数m的比例为pT|-1，同样疋-|_疋」表示校验矩阵中行度值为k+Ι的行的数量占总行数m的比例为疋其中f是校验矩阵行重的平均值，是从确定的列度分布中的平均列重&得来的，关系为，? = Kx=，|_忑」为比f小的最大整数，pf|为比疋大的最小整数。
10.如权利要求9所述的方法，其特征是，设定{0，1，…，(P1Q-1M中的每个值都重复 次，得到空间Y1; 设定{P 4，…，Q-1}中的每个值重复!"元"I次得到空间Y2 ； 每次乂随机的从Y= (Y1, Y2I取一个值，取值之后，则对应的值就在Y = (Y1, Y2I中减少一个。 其中为平均行重。
11.一种如权利要求1所述的方法生成的LDPC码字，其特征是，所述码字具有*码率、码长为16200、循环子块的大小为360，其码表为:
12.—种如权利要求1所述的方法生成的LDPC码字，其特征是，所述码字具有*码率、码长为16200、循环子块的大小为360，其码表为:
13.—种如权利要求1所述的方法生成的LDPC码字，其特征是，所述码字具有I码率、
码长为16200、循环子块的大小为360，其码表为:
14.一种如权利要求1所述的方法生成的LDPC码字，其特征是，所述码字具有-码率、码长为64800、循环子块的大小为360，其码表为:
15.一种如权利要求1所述的方法生成的LDPC码字，其特征是，所述码字具有码率、码长为64800、循环子块的大小为360，其码表为:
16.一种如权利要求1所述的方法生成的LDPC码字，其特征是，所述码字具有I码率、 码长为64800、循环子块的大小为360，其码表为:
【文档编号】H03M13/11GK103427847SQ201210275319
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年8月3日 优先权日:2012年8月3日
【发明者】徐胤, 管云峰, 何大治, 史毅俊, 尧勇仕, 赵杰, 赵善坤, 陈宏丽, 杨帆 申请人:上海数字电视国家工程研究中心有限公司