[发明专利]LDPC码校验矩阵的构造方法、装置和编码方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体而言，本发明涉及低密度奇偶校验(LDPC)码校验矩阵的构造方法、装置和编码方法及系统。

背景技术

香农(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码最早由加拉格尔(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。又由于LDPC码的码长较长，编码器的实现非常复杂度。采用数学的方法对LDPC码进行构造，则可以通过附加一定的约束条件，使其校验矩阵具有一定的结构。

而且，校验矩阵的每一行中“1”的数目称为该行的“行度”，校验矩阵的每一列中“1”的数目称为该列的“列度”。如果满足以下条件：其校验矩阵所有行的行度相同，所有列的列度也相同，那么这个LDPC码称为规则LDPC码。校验矩阵的行度不完全相同或者列度不完全相同的LDPC码，称为非规则LDPC码。有研究表明，非规则LDPC码性能优于规则LDPC码。优选非规则LDPC码的重要方法之一是优化行度和列度的分布。

准循环LDPC码因为降低了编译码器的复杂度，被广泛应用。为了获得结构化设计，准循环LDPC码将整个校验矩阵分为方型子阵，每个子阵通常成为一个“块”，每个子阵满足循环矩阵定义。通常，有限码长LDPC码的行度分布和列度分布是对于优选度分布的近似，而由于准循环LDPC码的“分块”结构，使得准循环LDPC码的度分布往往不能获得较为准确的近似，从而影响了码集的性能。

发明内容

本发明旨在至少解决或减缓上述技术缺陷之一，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MB×NB维的过度基础矩阵BT，其中MB＝M/K，NB＝N/K，M＝N(1-R)，K为过度基础矩阵的扩张比，K∈Φ，Φ为M和N的公因子的集合；

用K×K维的矩阵替换过度基础矩阵BT中的元素，将过度基础矩阵BT扩张为M×N维的过度矩阵HT；

去除过度矩阵HT中至少一个K×K维的矩阵的至少一个元素“1”，以获得检验矩阵H，所述校验矩阵H具有优化的行重分布和/或列重分布，用于进行LDPC码的编码和/或译码。

本发明另一方面提出了一种LDPC码校验矩阵的构造装置，包括过度基础矩阵构造单元、过度矩阵扩张单元和检验矩阵生成单元，其中：

过度基础矩阵构造单元，用于构造一个产生码率为R、码长为N的LDPC码的MB×NB维的过度基础矩阵BT，其中MB＝M/K，NB＝N/K，M＝N(1-R)，K为过度基础矩阵的扩张比，K∈Φ，Φ为M和N的公因子的集合；

过度矩阵扩张单元，用于用K×K维的矩阵替换过度基础矩阵BT中的元素，将过度基础矩阵BB扩张为M×N维的过度矩阵HB；

检验矩阵生成单元，用于去除过度矩阵HB中至少一个K×K维的矩阵的至少一个元素“1”，以获得检验矩阵H，所述校验矩阵H具有优化的行重分布和/或列重分布，用于进行LDPC码的编码和/或译码。