[发明专利]LDPC码校验矩阵的构造方法、LDPC码的编码方法和编码装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体而言，本发明涉及LDPC码校验矩阵的构造方法、LDPC码的编码方法和编码装置。

背景技术

Shannon在著名的“通信的数学理论”中，阐明了在有噪声信道中实现可靠传输的途径是编码。他提出了有噪声信道中信息可传输的最大速率，即信道容量；同时也推导出了信息可无错误传输所需的最小信噪比值，被称为Shannon极限。虽然Shannon的信道编码理论给出了最佳编码的极限性能，但并没有给出具体的编码方案。以此为基础，人们一直致力于寻找性能上接近Shannon极限的编码方案。

LDPC码最早由Gallager提出，是一种校验矩阵非常稀疏的线性分组码。也就是说，其校验矩阵中只有非常少量的非“0”元素(对于二进制码来说，非“0”元素即为“1”元素)。Mackay等人的进一步研究表明，LDPC码的性能在消息传递(MP)迭代译码算法下可以接近Shannon极限。

目前，LDPC码正被越来越多的应用于各种通信系统中。中国移动多媒体广播(CMMB)系统就采用了LDPC码的信道编码方案。CMMB系统通过卫星和地面基站实现天地一体的大面积广播覆盖，传送多路音视频广播业务。用户可以用终端实现移动接收。由于卫星信号功率受限，同步卫星轨道在36000公里高空，下行信号的路径损耗严重，导致接收终端的链路余量很小。因此，需要设计性能优秀的LDPC码。此外，实际的通信系统还需要低的编、译码器实现复杂度。采用计算机搜索的方法虽然可以随机或者类随机的生成性能优秀的LDPC码，但由于校验矩阵的随机性，需要大量的存储器对其进行存储。又由于LDPC码的码长较长，编码器的实现非常复杂度。

因此，有必要提出相应的技术方案，既可以构造任意码率的性能优秀的LDPC码，又能解决校验矩阵的存储问题，有效降低编码器的实现复杂度。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是通过本发明提出的LDPC码的校验矩阵构造方法，构造出任意码率的性能优秀的LDPC码，解决校验矩阵的存储问题，有效降低编码器的实现复杂度。

为了达到上述目的，本发明的一方面提出了一种LDPC码校验矩阵的构造方法，包括以下步骤：构造一个产生码率为R、码长为N的LDPC码的M_B×N_B维的基础矩阵B，其中M_B＝M/K，N_B＝N/K，M＝N(1-R)，K为基础矩阵的扩张比，K∈Φ，Φ为M和N的公因子的集合；用K×K的矩阵替换基础矩阵B中的元素，将基础矩阵B扩张为M×N维的校验矩阵H，所述校验矩阵H用于进行LDPC码的编码或译码。

本发明的另一方面还提出了一种LDPC码的编码方法，包括以下步骤：

将校验矩阵H分为两个子矩阵H＝[H_m H_p]，其中H_m为M×(N-M)维的子矩阵，H_p为M×M维的子矩阵，计算H_p^-1和H_p^-1H_m，所述校验矩阵H通过以下方式得到，首先构造一个产生码率为R、码长为N的LDPC码的M_B×N_B维的基础矩阵B，其中M_B＝M/K，N_B＝N/K，M＝N(1-R)，K为基础矩阵的扩张比，K∈Φ，Φ为M和N的公因子的集合，选择基础矩阵B的每一行和每一列中“1”的数目，使得B的行重和列重分布满足预定的节点度分布，在行重和列重满足预定的节点度分布的前提下，选择基础矩阵B中每一行和每一列中“1”的位置，使得B的后M_B列组成的M_B×M_B维的子矩阵满秩，然后将基础矩阵B扩张为M×N维的校验矩阵H，将基础矩阵B中的“0”用K×K维的全“0”矩阵Z替换，将B中的“1”用K×K维的循环置换矩阵P替换，其中，P中“1”的行号i和列号j满足j＝(i+k)mod K，k为循环置换矩阵的偏移量，mod表示取模运算，为每一个循环置换矩阵P选择一个偏移量；根据输入的1×(N-M)维的信息序列m，计算1×M维的校验序列p＝m(H_p^-1H_m)^T；将信息序列m和校验序列p组合成1×N维的码字序列c＝[m p]并输出。

本发明的另一方面还提出了一种LDPC码的编码装置，包括编码矩阵存储模块、校验序列计算模块以及码字序列生成模块，