[发明专利]基于BIBD可变码率的量子LDPC码构造方法

说明书

本发明提出了一种基于BIBD可变码率的量子LDPC码构造方法，其实现步骤为：选取特定类型的BIBD构造一个准循环LDPC码校验矩阵；从准循环LDPC码校验矩阵H中选取前m块，组成基础矩阵H'；对基础矩阵H'进行扩展构造准循环LDPC码矩阵；分析此种构造方法的码率以及译码性能。本发明利用简单直观的BIBD构造量子码矩阵，使用扩展因子对量子码矩阵进行扩展，使得量子码的码率得到了扩展，能够取到更多的值，同时能达到原有量子码的译码性能，可根据对应的信道选择适应的码率进行匹配，适应于低信噪比下传输。

技术领域

本发明属于量子通信技术领域，更进一步涉及量子LDPC编码技术领域中的一种基于非平衡不完全区组BIBD(balanced incomplete block design)可变码率的量子低密度奇偶校验码LDPC(low-density parity-code)码构造方法。本发明提出了一种可变码率的量子LDPC码构造方法，该方法可应用于量子通信，加密通信等场景下的编码。

背景技术

量子通信和量子计算为高效、安全的通信提供了保障。但由于量子态的不稳定性，很容易遭到量子噪声的破坏，这成为量子通信需要克服的一个难题。为解决量子噪声带来的影响，量子纠错编码技术应运而生。而稳定子码就是一种性能良好的量子纠错码，其中(Calderbank-Shor-Steane codes)CSS码可以利用经典准循环LDPC码的校验矩阵以及稳定子码的对易特性构造出两个结构不同的稀疏矩阵，并以此为基础构造出准循环量子LDPC码，该类码解决了量子码存在大量短环的问题，利用置信度传播BP(Belief Propagation)算法进行译码时纠错性能得到显著提升。

Zunaira Babar和Panagiotis Botsinis等人在其发表的论文“Construction ofQuantum LDPC Codes From Classical Row-Circulant QC-LDPCs”(IEEE COMMUNICATIONLETTERS,VOL.20,NO.1JANUARY 2016)中,公开了一种基于BIBD的非自对偶CSS型量子LDPC码的构造方法。该方法的设计步骤为：第一，选取TYPE1类型的BIBD构造经典LDPC码校验矩阵，构造出一个经典准循环LDPC码校验矩阵，该矩阵一共有t块，其中的每一块都是基于BIBD构造出来的行循环方阵；第二，给定正偶数m，从经典LDPC码构造出的校验矩阵中选取前m块构造出准循环矩阵H_Z；第三，根据辛积正交准则构造出同样包含m块的准循环矩阵H_x；第四，依据构造出的H_Z和H_x，得到非自对偶CSS型量子码的校验矩阵。该方法的不足之处在于：由于稳定子码要求稳定子组中任意两个稳定子必须两两对易，映射到校验矩阵中就需要满足矩阵中任意两行都两两对易，即满足辛积正交准则，因此，构造出的包含m块的两个准循环矩阵H_Z和H_x中，m就必须是偶数。m只能取偶数的局限性使得此种构造方法构造出来的量子码的码率选择受限，无法根据对应的信道选择适应的码率进行匹配，所以该方法构造出的量子码不能很好地适应于不同场景下传输。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于BIBD可变码率的量子LDPC码构造方法，用于解决现有技术存在的量子LDPC码码率受限的缺陷，以达到扩展码率，提升整体性能的目的；

为实现上述目的，本发明的技术思路是：首先，利用BIBD构造出经典准循环LDPC码校验矩阵，其次，对构造出的准循环LDPC码矩阵进行扩展得到量子LDPC码校验矩阵，最后，通过迭代译码算法验证基于BIBD可变码率的量子LDPC构造方法的译码性能。

实现本发明目的的步骤包括如下：

步骤1，生成对应的BIBD类型：