[发明专利]一种原模图LDPC码的设计方法

说明书

本发明属于信道编码技术领域，具体涉及一种原模图LDPC码的设计方法。本发明的方案利用原模图LDPC码构造灵活、分析方便的优点，将原模图LDPC码的PEG算法进行优化，构造更加稀疏的LDPC码。通过增加PEG算法在去重边时的约束条件，即在选择检验节点时增加约束以增加非零元的平均最小距离，达到抗突发的目的。此方法继承了传统PEG算法无4环的优点，又确保了环长尽可能的大。通过这样的一种设计方法，使得LDPC码在中短码下的性能有了提升，能达到抗突发的目的。最后在突发删除信道下，采用加交织的方法进一步提升译码成功率。

技术领域

本发明属于信道编码技术领域，具体涉及一种原模图LDPC码的设计方法。

背景技术

Gallgaer于1963年提出的LDPC(Low Density Parity Check)码是一种能逼近香农限的好码，如今越发受到研究者们的重视，因此得以被应用到各种通信标准中，包括卫星数字电视传输标准，深空通信和5G标准eMBB下的数据信道。LDPC码通常可以用随机的方法来构造，也可以用结构化的方法来构造。随机化构造法灵活多变，但是复杂度非常高。结构化的构造方法实现复杂度就比较低，而且相对也很简单，只是由于其使用了一些代数的方法使得我们在构造任意码率的时候不够灵活。

基于以上灵活度和复杂度两方面的考虑，2003年，J.Thorpe提出了原模图LDPC(Protograph LDPC,P-LDPC)码，通过将基矩阵扩展置换得到LDPC码的奇偶校验矩阵H，故设计LDPC码就相当于直接设计原模图了。原模图LDPC码的主要特点是：性能较好、结构简单且便于分析，有利于硬件实现。它是一种结构型的码。通常只需要分析原模图就可以得到整个LDPC码的性能，同时，其在码长和码率方面的设计也同样灵活，因此得到了广泛应用。AR4JA码具有快速高效编码以及能利用迭代译码算法译码的特点，可以通过一定的交织器变为原模图LDPC码，这减少了LDPC码编码所需要的存储空间。除此之外，AR4JA码凭借其最小距离比其它码要好，且拥有更低的错误平层，被选为空间通信的标准。因此常用AR4JA码系列的原模图构造LDPC码。

众所周知，LDPC码在码长越长的时候，奇偶校验矩阵H越稀疏，其性能优势越明显，5G也是将LDPC码作为长码传输方案。然而，在超低速无线通信系统、空间传输控制系统和指挥信息传输系统中，通常使用中短码长的LDPC编码。而且实际突发错误通常是在AWGN信道叠加突发噪声时产生，因此，当LDPC码的码长不够长时，无法构造出足够稀疏的H矩阵抗突发，码字经过突发错误信道之后，译码成功概率极低。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，利用原模图LDPC码构造灵活、分析方便的优点，将原模图LDPC码的PEG算法进行优化，构造更加稀疏的LDPC码。通过增加PEG算法在去重边时的约束条件，即在选择检验节点时增加约束以增加非零元的平均最小距离，达到抗突发的目的。此方法继承了传统PEG算法无4环的优点，又确保了环长尽可能的大。通过这样的一种设计方法，使得LDPC码在中短码下的性能有了提升，能达到抗突发的目的。最后在突发删除信道下，采用加交织的方法进一步提升译码成功率。

本发明的技术方案如下：

原模图LDPC码的H矩阵构造过程分三步进行，分别是构造基矩阵，对基矩阵进行复制操作，去除重边得到派生图作为原模图LDPC码的奇偶校验矩阵。具体步骤如下：

第一步是选择合适的原模图作为基矩阵。对于相同的码率的原模图LDPC码，可能有较大或较小的原模图。由于较大的原模图有较大的搜索空间和设计灵活性，相同码率下，可能会产生更好的迭代译码阈值。但随着原模图越来越大，阈值优化的收益递减且搜索算法变得越来越复杂。此外，如果整个码字长度是恒定的，则大的原始图像意味着原模图的重复因子将更小，这限制了交织器的设计并且使码字更难避免由于停止集而导致的错误平层。AR4JA码完全符合上述设计准则，拥有所有原模图LDPC码的优势，因此选择AR4JA码的基础矩阵进行扩展。