[发明专利]一种结构化LDPC卷积码构造编码方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种结构化LDPC卷积码的构造编码方法。

背景技术

低密度奇偶校验(LDPC)卷积码是由稀疏奇偶校验矩阵定义的一种卷积码，可看作是参照LDPC分组码定义的，1981年由Tanner在某专利应用中提出。LDPC分组码需要把连续数据分割成预先定义的指定帧长度进行编译码，不适合长度经常发生变化的数据流及以太网等应用场合。与LDPC分组码相比，LDPC卷积码具有许多实际应用的期望特性：1、可由基于移位寄存器的编码器实现编码过程，编码结构简单；2、适合传递连续数据，并能以任意大小的帧格式进行分组传输，适用于数据流和包交换通信系统中，如无线网络、以太网和流媒体传输等；3、在同样计算复杂度下，LDPC卷积码的译码性能比LDPC分组码更好；4、具有与LDPC分组码相似的迭代译码算法，性能可接近Shannon限；5、具有前向结构特性，更适于流线型译码结构，具有更高的时钟速率及连续译码特性；6、LDPC卷积码的译码器芯片可由I(译码器的迭代次数)个相同的处理器芯片串联组成，便于VLSI实现；7、在同样的BER性能下，一片LDPC卷积码处理器芯片占用的资源小于LDPC码，因此其铺线复杂度也小于LDPC分组码；8、LDPC卷积码没有错误平台。因此，LDPC卷积码正在成为信道编码领域的一个研究热点。

LDPC卷积码的编码构造方法主要有两种：随机编码构造方法和代数编码构造方法。随机编码构造方法具有好的纠错特性，但占用较大的硬件资源存储空间，不适合实际应用；实际应用中主要考虑代数方法。但是，目前具有代数结构的LDPC卷积码多具有码率不灵活、校验模型记忆构造前不详、不具有快速编码特性等缺陷。本专利针对以上问题，聚焦于构造具有快速编码特性的结构化LDPC卷积码方法的研究，提出一种实用的代数构造方法。该方法构造出的LDPC卷积码编码简单，只需要线性复杂度；生成系统码，大大提高编码速度；在译码器端只需知道校验模型记忆、校验节点度数、变量节点度数以及卷积码的多项式形式校验矩阵中各元素的幂几个参数即可生成校验矩阵，大大节省存储空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有代数构造方法的不足，提供了一种具有快速编码特性的LDPC卷积码构造方法。采用本方法减少了编码复杂度，提高了编码速度，节省了硬件资源存储空间。

本发明的技术解决方案是：

码率R＝(n-J)/n，具有快速编码特性的结构化LDPC卷积码，其多项式形式奇偶校验矩阵H_conv(D)可以表示成如下形式：

该矩阵最后J列对角线上的元素为D⁰，其中，D表示延时运算，D^j，k(j＝1，...，J；k＝1，...，n)表示D的幂，即相对D⁰的延时时间单元数，J和n分别表示校验矩阵的行数和列数。构造具有快速编码特性的LDPC卷积码实际上就是构造一个矩阵H_conv(D)，并确保其最后J列对角线上的元素为D⁰。本发明提供了一种具有快速编码特性的结构化LDPC卷积码构造编码方法，其步骤如下：

(1)根据输入参数——有限域大小q和矩阵列数n，生成有限域GF(q)上码长n，维数2，最小距离n-1的(n，2，n-1)MDS(最大距离可分)码；

(2)根据输入参数R＝(n-J)/n(R≈0.5)，求取正整数J(0＜J＜n)，生成J×n矩阵

其中矢量w_i(i＝1，...，J)是MDS码字，矩阵W_QC最后J列对角线上元素为1。

(3)对矩阵W_QC中的每个元素w_i，j进行(q-1)重扩散，形成J(q-1)×n(q-1)二元准循环矩阵H_QC；

(4)根据上述步骤中获得的矩阵H_QC以及环同构原理，生成LDPC卷积码的多项式奇偶校验矩阵H_conv(D)；

(5)根据t时刻输入信息码字通过式(I)及式(II)求取编码码字v_t：

v_t^(j)＝u_t^(j)，j＝1，...，n-J                      式(I)