[发明专利]多码率多码长QC-LDPC码构建方法及编码调制系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其涉及一种多码率多码长QC-LDPC码构建方法及兼容该方法构建的QC-LDPC码的编码调制系统与解调译码系统。

背景技术

数字通信系统，包括典型的无线移动通信系统和地面数字广播系统，其根本任务之一是实现数字信息的高效可靠传输。利用信道编码进行差错控制是实现这一根本任务的有效方法和手段。为了适应数字信息在常见模拟信道环境下的传输需求，信道编码技术通常需要与数字调制技术结合。信道编码与调制的结合构成编码调制系统，它是数字通信系统发射端的子系统，也是其核心模块之一，对应的编码调制技术也是数字通信系统的核心技术。与编码调制系统相对应，解调和信道译码的结合构成数字通信系统接收端的解调译码系统，对应的解调译码技术也是数字通信系统的核心技术。

低密度奇偶校验(Low Density Parity Check，LDPC)码，是由Robert G.Gallager于1962年提出的一类基于稀疏校验矩阵的特殊线性分组码。它通常由校验矩阵H进行描述，校验矩阵H的化零空间即LDPC码的码字空间，其主要特点是校验矩阵具有稀疏性。LDPC码不仅有逼近香农限的良好性能，而且译码复杂度较低，结构灵活，是近年来信道编码领域的研究热点，目前已广泛应用于深空通信、光纤通信、地面及卫星数字多媒体广播等领域。LDPC码成为第四代无线移动通信系统和新一代数字电视地面广播传输系统信道编码方案的强有力竞争者，而基于LDPC码的信道编码方案已经被多个通信与广播标准所采纳，如IEEE802.16e、IEEE802.3an、DVB-T2、DVB-S2，以及中国数字电视地面广播传输标准(DTMB)等。

LDPC(N，K)码具有(N-K)×N维的H矩阵，其中，N为码字长度(简称码长)，K为信息位长度，N-K一般称作校验位长度，对应码率为K/N。

图1(a)和图1(b)分别表示传统的LDPC码编码调制系统，及其对应的解调译码系统。如图1(a)所示，在编码调制端，输入信息比特经LDPC编码得到编码比特，再经星座映射(即调制)得到输出符号，完成编码调制。在解调译码端，通常采用软入软出的星座解映射(即解调，后文简称解映射)和LDPC译码技术，此时，比特以比特软信息表示。如图1(b)所示，包含信道状态信息的接收符号，经解映射得到对应的待译码比特软信息，再经LDPC译码得到输出信息比特，完成解调译码。

准循环(Quasi-Cyclic，QC)-LDPC码是LDPC码的一个重要子类，它的校验矩阵和生成矩阵均具有准循环形式。利用校验矩阵的准循环结构，QC-LDPC码可以通过比较简单的电路结构设计编码器，可以采用半并行结构设计译码器，有效降低编译码的硬件实现复杂度。同时，QC-LDPC码也能够提供优异的纠错性能。因此，QC-LDPC码被广泛应用，DTMB标准的信道编码方案已经采用QC-LDPC码。

QC-LDPC(N，K)码的校验矩阵由M_c×N_c个子矩阵组成，其中，M_c＝(N-K)/b，N_c＝N/b，b是子矩阵的阶数。每个子矩阵的大小相同，都是b×b的方阵，这些方阵或者是全零矩阵，或者是循环行列式矩阵(Circulant Matrix)。其中，循环行列式矩阵的特点是，其每一行都是它的上一行的右循环移位，而第一行是最后一行的右循环移位。QC-LDPC码的循环行列式矩阵一般由单位矩阵平移得到，此时，一个循环行列式矩阵的一行或一列中只有一个非零元素，由其偏移地址唯一确定。

为描述方便，根据QC-LDPC码校验矩阵的准循环结构，首先进行如下解释：

子矩阵(Sub-Matrix)：QC-LDPC码的H矩阵由M_c×N_c个子矩阵组成，子矩阵或者是循环行列式矩阵，或者是全零矩阵，分别定义为循环行列式子矩阵(Circulant Sub-Matrix，CSM)，和全零子矩阵(ZeroSub-Matrix，ZSM)。

基矩阵T：即QC-LDPC码H矩阵的模板矩阵(Template Matrix，T矩阵)。T矩阵为M_c×N_c阶矩阵，元素只有1和0两种，其中每个元素1代表H矩阵中的一个循环行列式子矩阵，每个元素0代表一个全零子矩阵。