分组空间耦合低密度奇偶校验编码方法
【专利摘要】本发明公开了一种分组空间耦合低密度奇偶校验编码方法，实现过程包括，建立通信模型，确定编码方法；设计编码方法中采用的分组空间耦合LDPC码的校验矩阵HSP；利用分组空间耦合LDPC码的校验矩阵HSP进行编、译码。其中校验矩阵HSP的设计包括：设计原始LDPC码基矩阵；基于原始基矩阵，设计分组空间耦合LDPC码基矩阵，包括分量码基矩阵和耦合基矩阵；扩展基矩阵，得到分组空间耦合LDPC码的校验矩阵。本发明提升了现有点对点无线通信链路使用的低密度奇偶校验编码方法传输可靠性。本发明所构造的有限长分组空间耦合LDPC码，提高了点对点无线通信链路的传输可靠性，且没有速率损失，易于工程化应用。
【专利说明】分组空间耦合低密度奇偶校验编码方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信【技术领域】，主要涉及差错控制编码技术，具体地说是一种分组空间耦合低密度奇偶校验编码方法，用于点对点无线通信系统中信道编码和译码。
【背景技术】
[0002]在现代通信系统中，差错控制编码是保证信息可靠传输的有效手段之一，能够达到香农容量限的差错控制编码方法一直是通信界的研究热点。上个世纪九十年代，LDPC码的重新发现和Turbo码的提出成为纠错码研究领域的里程碑，由于其逼近香农限的性能而在通信和数字存储系统中广泛应用。卷积LDPC码作为LDPC码的一个分支，结合了 LDPC码和卷积码各自的优点，它的提出对于LDPC码的发展有着深远的意义。
[0003]近年来，卷积LDPC码的空间耦合特性使得空间耦合码成为研究热点。当耦合长度足够长时，能够使得空间耦合码的置信传播译码阈值逼近于其基础码的最大后验概率译码阈值，也就意味着空间耦合码的置信传播译码性能可以逼近于其基础码的最大后验概率译码性能，为构造逼近点对点链路容量限的码开辟了一条新的路径。目前，空间耦合码多数是基于卷积LDPC码构造的,其Tanner图如图2所示。
[0004]如果要达到空间耦合码的优异性能，耦合长度必须足够长，这也就意味着码长非常长，会导致译码复杂度和译码时延的增加，不易于推广应用；而当耦合长度较小时，基于卷积LDPC码构造的空间耦合码的性能增益并不明显，且会有较大的速率损失，无法获得理想性能。
[0005]有限长空间耦合码的构造是该领域的一个热点问题，对于实际的工程化应用，提高点对点链路的传输可靠性有着重要意义，而如何构造适用于耦合长度较小且性能优异的空间耦合码，目前尚未看到相关文献报道。
【发明内容】
[0006]本发明的技术方案针对点对点无线通信系统，设计一种传输可靠性高、无速率损失、易于工程化应用的分组空间耦合低密度奇偶校验编码方法，可在较小耦合长度时获得较好的性能。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种实现分组空间耦合低密度校验码的编码技术方案包括有下述步骤:
[0008]步骤I建立通信模型，确定编码方法:
[0009]点对点无线通信模型为:信源节点产生原始的信息序列，编码器对信源产生的信息序列进行编码，得到编码序列，然后调制器对编码序列进行BPSK调制，得到调制序列，调制序列经过信道发送到译码器，译码器从受干扰的信号中恢复出信源产生的信息序列；本发明中采用的编码方法为分组空间耦合LDPC码，即对信源产生的信息序列进行分组空间耦合LDPC码编码；
[0010]步骤2对编码方法中采用的分组空间耦合LDPC码的校验矩阵Hsp进行设计:[0011 ] (2.1)分组空间耦合LDPC码的校验矩阵Hsp包括三部分:设计原始LDPC码基矩阵Binit_baSe ；由Binit 构造分组空间耦合LDPC码基矩阵Bbase ;对Bbase进行扩展得到分组空间耦合LDPC码校验矩阵Hsp ；
[0012](2.2)原始LDPC码基矩阵Binit base的设计:采用有限域GF (q)上RS码的奇偶校验矩阵设计Binit base ;设α为有限域GF (q)的本原元，令m为整除q_l的最大素数，即q-l=cm ;令β = α%则β是GF(q)上阶为m的一个元素，即m是满足^m=I的最小整数；由β的幂次形成的集合Gm=i3°=l，β,…，β--1，构成了乘群G(rl=a°=l，α,…，Citr2的一个循环子群；依据上述，基于循环子群Gm，产生一个mXm的矩阵Binit base结构如下:
[0013]
【权利要求】
1.一种分组空间耦合低密度奇偶校验编码方法，用于点对点无线通信链路的信道编码模块，其特征在于，包括有下述步骤: 步骤I建立通信模型，确定编码方法: 点对点无线通信模型为:信源节点产生原始的信息序列，编码器对信源产生的信息序列进行编码，得到编码序列，然后调制器对编码序列进行BPSK调制，得到调制序列，调制序列经过信道发送到译码器，译码器从受干扰的信号中恢复出信源产生的信息序列；所述的编码方法为分组空间耦合LDPC码； 步骤2对编码方法中采用的分组空间耦合LDPC码的校验矩阵Hsp进行设计: (2.1)设计原始LDPC码的基矩阵Binit base ；由Binit base构造分组空间耦合LDPC码的基矩阵Bbase ;对Bbase进行扩展得到分组空间耦合LDPC码的校验矩阵Hsp ； (2.2)原始LDPC码基矩阵Binit base的设计:采用有限域GF (q)上RS码的奇偶校验矩阵设计Binit—bas^设α为有限域GF(q)的本原元，令m为整除q_l的最大素数，即q-l=cm ;令3 = 0%则3是GF(q)上阶为m的一个元素，即m是满足Pm=I的最小整数；由β的幂次形成的集合Gm=P °=1，β，...，β m_1产生一个mXm的矩阵Binit—base结构如下:
2.根据权利要求1所述的分组空间耦合低密度奇偶校验编码方法，其特征在于，其中步骤2所述的设计校验矩阵Hsp的步骤(2.3)中设计Bbase的分量码基矩阵的方法为:分量码基矩阵由L个kXl阶子矩阵构成^fBinit base按每I列一组进行划分，得到1' = {ιη!ψ?,然后取Binit base的前#i/?行并按每k行一组进行划分，将Binit base的前化L//1行划分得到至少LfkXl阶子矩阵，将这L个子矩阵按照从左至右，从上至下的顺序依次记为 B。，Bi，...，Bl—?。
3.根据权利要求2所述的分组空间耦合低密度奇偶校验编码方法，其特征在于，其中步骤2所述的设计校验矩阵Hsp的步骤(2.3)中设计Bbase的耦合基矩阵的方法为:耦合基矩阵由L个Ic1 X I阶子矩阵构成；将Binit b_按每I列一组进行划分，然后从第/f「L//1 + l行开始，按照每Ic1行一组进行划分，将Binit base第/f「L//']+l行至第k + k,网行划分得到至少L个Ic1 X I阶子矩阵，将这L个子矩阵按照从左至右，从上至下的顺序依次标记为 B' ο, Bi 1；...,B' H，记 B' =[B' 0, Bi 1；...,B' L_J。
4.根据权利要求3所述的分组空间耦合低密度奇偶校验编码方法，其特征在于，其中步骤2所述的两种不同扩展方法，其中之一为: 直接将Bbase中的每个零元素扩展为一个(q-l)X(q-l)的全零矩阵，每个非零元素扩展为一个(q_l) X (q-1)的循环置换矩阵，即可得到分组空间耦合LDPC码的校验矩阵Hsp ；按照上述步骤得到的分组空间耦合LDPC码的校验矩阵Hsp的列重为k+h，行重有I和LI两种。
5.根据权利要求3所述的分组空间耦合低密度奇偶校验编码方法，其特征在于，其中步骤2所述的两种不同扩展方法，其中之二为: 首先降低耦合基矩阵B'的密度，通过掩模操作实现，其定义如下式所示: B_k =Z ?B' 其中Z为Ii1XLl的掩模矩阵，根据设计要求的度分布随机产生；Bmask为Ic1XLl的掩模码矩阵，代表两个矩阵对应位置元素相乘；由掩模操作可知，Bmask的行重列重与Z相同；然后按照下述方式合并分量码基矩阵Bc^B1,…，Bh和新的耦合基矩阵Bmask,得到新的分组空间耦合LDPC码的基矩阵B, base:
【文档编号】H04L1/00GK103731160SQ201410010111
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】李颖, 刘洋, 池育浩, 孙岳 申请人:西安电子科技大学