一種低碼率準循環累積重復累積碼構造方法技術

本發明專利技術提出了一種低碼率準循環累積重復累積碼構造方法，包括累積重復累積碼原模圖、用線性分組碼校驗矩陣擴展的校驗節點，基本二分圖對應的基本校驗矩陣，準循環近似環外消息度的循環偏移量搜索方法。本發明專利技術經以下步驟完成：構造基本累積重復累積碼原模圖；對其檢驗節點用線性分組碼校驗矩陣擴展；進行消除多重邊的復制和重復處理，得基本二分圖；將該圖轉換為矩陣，且對其中的數據進行方矩陣擴展，得到準循環矩陣；對其中非零循環方矩陣的循環偏移量，用準循環近似環外消息度方法進行優化搜索，完成編碼。通過該方法構造的低碼率累積重復累積編碼，具有性能高，復雜度適中，編譯碼結構簡單等優勢，可在數字通信領域的信道編碼場合獲得應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及數字通信
，特別涉及一種低碼率結構化準循環累積重復累積碼的構造方法。
技術介紹
無線通信傳輸信道主要有高斯白噪聲信道、瑞利信道等信道。在這些信道中傳輸信息，需采用信道編碼來實現較高的接收質量。目前，接近香農限的現代高性能編碼主要有渦輪(Turbo)碼、低密度奇偶校驗碼(LDPC)碼及結合這兩者特性的類Turbo碼。Turbo碼是接近香農限的信道碼。其主要構造思路是如何優化交織器參數和分量 碼，以獲得低誤碼平底和低復雜度的譯碼方案。其中，誤碼平底指在信道碼誤碼率曲線中，誤碼率隨信噪比增加而下降緩慢或不下降的現象。但是，該編碼主要存在譯碼復雜度較高和誤碼平底等問題，只能采用性能較差的簡化方法以降低復雜度，或者采用級聯外碼來克服誤碼平底等的方案。LDPC碼性能也能接近香農限，且其譯碼快，易實現并具有低誤碼平底等優勢。該碼采用迭代方式譯碼，且編譯碼過程都可用二分圖表示和分析。在LDPC編碼構造方面，因其采用迭代譯碼，如在其二分圖中存在短環，將引起迭代信息自反饋而影響譯碼性能。針對該原理，業界采用啟發式增加邊來構造二分圖而減少短環的漸進邊增長(PEG)方法，進行該類碼校驗矩陣的優化構造。此外，該碼的譯碼性能還與其二分圖中停止集(描述環分布)特點等有關。故通過改善二分圖中環分布特性的近似環外消息度(ACE)方法，在無法避免環的情況下，可優化構造其校驗矩陣。但通常LDPC編碼復雜度較高，難以工程實現。性能好的全隨機LDPC碼的復雜度與碼長成二次方關系。過長的碼長將引起編碼過于復雜而難以實現。解決方法就是采用兼有Turbo碼低編碼復雜度和LDPC碼低譯碼復雜度的類Turbo碼。這類碼主要有不規則重復累積(ARA)碼和準循環QC-LDPC碼等。此外，還有一類通過擴展線性分組碼等方法構造的結構化廣義LDPC碼。該碼也具有設計和分析方便，性能優異的特點，并已在結構化LDPC編碼構造中獲得廣泛應用。在ARA碼基礎上，還發展了一類基于原模圖結構的低復雜度和低誤碼平底的AR4JA碼。該碼采用原模圖構造了校驗矩陣的框架，并擴展了該框架，用若干ARA碼的結構化方矩陣來構造整個校驗矩陣。其中，原模圖是基本的二分圖原型。它可通過擴展，得到碼矩陣對應的二分圖。此外，在ARA碼基礎上，還可通過不同累加次數及校驗和累加次序的重排列，來構造綜合性能較好的結構化重復交織累積碼。該系列類Turbo碼性能較好，實現復雜度適中，但僅限于設計高碼率碼，難以構造高性能的低碼率碼，故不能適應空間、衛星通信等低信噪比通信的應用場合需求。總之，以類Turbo碼為代表的信道碼具有巨大的應用潛力。相對于Turbo和LDPC碼，該類碼具有接近香農限的譯碼性能，且譯碼速度快，易實現并具有極低的誤碼平底，且也是至今為止最接近香農限的信道碼之一。由于上述優點，它們已應用于無線通信(包括地面無線、衛星通信等)、無線局域網和城域網等領域，如DVB-S2，IEEE802. Iln及IEEE802. 16e等標準。國內外知名公司也都開始研究和開發該碼，并生產相關芯片。但該類碼構造方法還需進一步改進，以便能構造出高性能低碼率碼，而適應低信噪比通信的應用場合。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有低碼率信道編碼不能同時具有低編譯碼復雜度和高誤碼性能的缺陷與不足，提供。本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現的一種低碼率結構化準循環累積重復累積碼的構造方法，該方法包括以下步驟實現 (1)選擇短碼長的線性分組碼，根據其校驗矩陣，將其映射為標準的二分圖結構；映射過程如下以校驗矩陣的行標號，作為二分圖中的校驗節點；以校驗矩陣的列標號，作為二分圖中的變量節點；如在校驗矩陣中行標號所在行與列標號所在列的交叉位置存在數據1，則在行標號對應校驗節點與列標號對應變量節點間增加一條連線；直到矩陣所有數據I 都映射為二分圖中的一條連線； (2)構造高性能累積重復累積碼原模圖，將該原模圖中的一個校驗節點，用步驟I所得二分圖所有校驗節點組成的復合校驗節點H代替，得到復合原模圖G ;其中，該復合校驗節點H與變量節點的連接邊數量與關系不變，但邊可為多重邊，使變量與校驗節點間的邊數大于I ;另外，復合校驗節點H除了與原圖中變量節點的邊連接關系外，還需增加部分變量節點，使其與外接邊的數量和關系保持不變； (3)根據步驟2所得復合原模圖G中不同多重邊的重數，計算它們的最小公倍數I且k為整數；復制步驟2所得原模圖A個，通過以下方法消除多重邊，得到復合二分圖F :保持邊兩端所連接節點的編號不變，但編號可屬于任意個復合原模圖G的副本，使不同原模圖中的多重邊得以消除； (4)在步驟3所得的復合二分圖F基礎上，將復合校驗節點H及其連接關系展開將步驟I中線性分組碼對應二分圖中所有校驗節點，代入到復合二分圖F中的復合校驗節點H 將步驟I所得二分圖中所有校驗與變量節點的邊連接關系，代替該復合二分圖F中的復合校驗節點H與變量節點的邊連接關系，得到基準二分圖S ； (5)采用步驟I所述的矩陣與二分圖的映射關系，根據步驟4所得的基準二分圖S的變量與校驗節點間的連接關系，將其轉換為基矩陣，并將該矩陣中的數據O和1，分別映射為一定維數的全零方矩陣或單位循環方矩陣，得到最終所需的低碼率結構化準循環累積重復累積碼的校驗矩陣，完成編碼構造；其中，所述單位循環方矩陣為在該方矩陣中對角線數據為1，其他數據為O的單位方陣，經循環右移若干位后得到的矩陣，循環右移的位數記為循環偏移量參數；所述循環右移為將一行數據保持秩序不變右移若干位，并將移出該行的數據，按秩序補充到該行最左邊因右移而空出來的若干位中。本專利技術的有益效果是，應用本專利技術的方法構造的準循環累積重復累積碼復雜度適中、性能較好，編譯碼延遲少，可廣泛應用于適合低信噪比傳輸的地面無線應急通信、衛星與深空通信等數字通信領域。附圖說明本專利技術上述及附加的內容和特點，將在以下結合附圖對實施例的描述中，變得明顯、容易理解和實施，其中 圖I為本專利技術實施例利用現有方法構造的典型高性能累積重復累積碼的原模 圖2為本專利技術實施例海明碼(7，3，4)矩陣及對應二分圖的結構 圖3為本專利技術實施例圖I所示高性能累積重復累積碼原模圖，采用圖2實施例中海明碼(7，3，4)校驗矩陣擴展的多邊結構 圖4為本專利技術針對實施例圖2所示的擴展原模圖，為了消除其多重邊，而進行復制和重復節點及其連接關系的結構 圖5為本專利技術針對實施例圖4所示結構圖，在消除復合校驗節點后所得的擴展圖，及其對應的基本校驗矩陣和準循環校驗矩陣的結構圖； 圖6為本專利技術實施例圖5所示準循環基矩陣中的準循環近似環外消息度的循環偏移量參數優化搜索方法的流程圖。具體實施例方式本專利技術提出一種低碼率結構化準循環累積重復累積碼的構造方法，主要包括以下過程利用現有啟發式優化方法(方法見“A. Abbasfar, K. Yao and D. Disvalar,“Accumulate repeat accumulate codes, ” in Proc. IEEE Globalcom, Nov. 2004, pp.509-513. ”)，構造出基本的高性能累積重復累積(ARA)碼原模圖；根據所需碼率，對該原模圖中的若干檢驗節點用短碼長線性分組碼(如碼長小本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低碼率結構化準循環累積重復累積碼的構造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟實現：？（1）選擇短碼長的線性分組碼，根據其校驗矩陣，將其映射為標準的二分圖結構；映射過程如下：以校驗矩陣的行標號，作為二分圖中的校驗節點；以校驗矩陣的列標號，作為二分圖中的變量節點；如在校驗矩陣中行標號所在行與列標號所在列的交叉位置存在數據1，則在行標號對應校驗節點與列標號對應變量節點間增加一條連線；直到矩陣所有數據1都映射為二分圖中的一條連線；（2）構造高性能累積重復累積碼原模圖，將該原模圖中的一個校驗節點，用步驟1所得二分圖所有校驗節點組成的復合校驗節點H代替，得到復合原模圖G；其中，該復合校驗節點H與變量節點的連接邊數量與關系不變，但邊可為多重邊，使變量與校驗節點間的邊數大于1；另外，復合校驗節點H除了與原圖中變量節點的邊連接關系外，還需增加部分變量節點，使其與外接邊的數量和關系保持不變；（3）根據步驟2所得復合原模圖G中不同多重邊的重數，計算它們的最小公倍數k，且k為整數；復制步驟2所得原模圖k個，通過以下方法消除多重邊，得到復合二分圖F：保持邊兩端所連接節點的編號不變，但編號可屬于任意個復合原模圖G的副本，使不同原模圖中的多重邊得以消除；？（4）在步驟3所得的復合二分圖F基礎上，將復合校驗節點H及其連接關系展開：將步驟1中線性分組碼對應二分圖中所有校驗節點，代入到復合二分圖F中的復合校驗節點H：將步驟1所得二分圖中所有校驗與變量節點的邊連接關系，代替該復合二分圖F中的復合校驗節點H與變量節點的邊連接關系，得到基準二分圖S；（5）采用步驟1所述的矩陣與二分圖的映射關系，根據步驟4所得的基準二分圖S的變量與校驗節點間的連接關系，將其轉換為基矩陣，并將該矩陣中的數據0和1，分別映射為一定維數的全零方矩陣或單位循環方矩陣，得到最終所需的低碼率結構化準循環累積重復累積碼的校驗矩陣，完成編碼構造；其中，所述單位循環方矩陣為在該方矩陣中對角線數據為1，其他數據為0的單位方陣，經循環右移若干位后得到的矩陣，循環右移的位數記為循環偏移量參數；所述循環右移為：將一行數據保持秩序不變右移若干位，并將移出該行的數據，按秩序補充到該行最左邊因右移而空出來的若干位中。...

【技術特征摘要】
1.一種低碼率結構化準循環累積重復累積碼的構造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟實現 (1)選擇短碼長的線性分組碼，根據其校驗矩陣，將其映射為標準的二分圖結構；映射過程如下以校驗矩陣的行標號，作為二分圖中的校驗節點；以校驗矩陣的列標號，作為二分圖中的變量節點；如在校驗矩陣中行標號所在行與列標號所在列的交叉位置存在數據1，則在行標號對應校驗節點與列標號對應變量節點間增加一條連線；直到矩陣所有數據I都映射為二分圖中的一條連線； (2)構造高性能累積重復累積碼原模圖，將該原模圖中的一個校驗節點，用步驟I所得二分圖所有校驗節點組成的復合校驗節點H代替，得到復合原模圖G ;其中，該復合校驗節點H與變量節點的連接邊數量與關系不變，但邊可為多重邊，使變量與校驗節點間的邊數大于I ;另外，復合校驗節點H除了與原圖中變量節點的邊連接關系外，還需增加部分變量節點，使其與外接邊的數量和關系保持不變； (3)根據步驟2所得復合原模圖G中不同多重邊的重數，計算它們的最小公倍數I且k為整數；復制步驟2所得原模圖A個，通過以下方法消除多重邊，得到復合二分圖F :保持邊兩端所連接節點的編號不變，但編號可屬于任意個復合原模圖G的副本，使不同原模圖中的多重邊得以消除； (4)在步驟3所得的復合二分圖F基礎上，將復合校驗節點H及其連接關系展開將步驟I中線性分組碼對應二分圖中所有校驗節點，代入到復合二分圖F中的復合校驗節點H 將步驟I所得二分圖中所有校驗與變量節點的邊連接關系，代替該復合二分圖F中的復合校驗節點H與變量節點的邊連接關系，得到基準二分圖S ； (5)采用步驟I所述的矩陣與二分圖的映射關系，根據步驟4所得的基準二分圖S的變量與校驗節點間的連接關系，將其轉換為基矩陣，并將該矩陣中的數據O和1，分別映射為一定維數的全零方矩陣或單位循環方矩陣，得到最終所需的低碼率結構化準循環累積重復累積碼的校驗矩陣，完成編碼構造；其中，所述單位循環方矩陣為在該方矩陣中對角線數據為1，其他數據為O的單位方陣，經循環右移若干位后得到的矩陣，循環右移的位數記為循環偏移量參數；所述循環右移為將一行數據保持秩序不變右移若干位，并將移出該行的數據，按秩序補充到該行最左邊因右移而空出來的若干位中。2.根據權利要求I所述低碼率結構化準循環累積重復累積碼的構造方法，其特征在于，所述步驟5中，單位循環方矩陣右移的循環偏移量參數，通過準循環近似環外消息度方法，采用以下子步驟實現 (5. I)參數的初始化預設所有的變量和校驗節點為活躍節點；低碼率結構化準循環累積重復累積碼的校驗矩陣的每行方矩陣塊數量為《，每列方矩陣塊數量為/ ，且《和為自然數；編碼的漸進環外消息度(ACE)參數中，最大環的周長為Am最小環長ACE值為La,且和7m為自然數，設i為...

【專利技術屬性】
技術研發人員：包建榮，鐘杰，趙民建，吳杰，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：