本发明属于信道处理中的信道编码领域，涉及一种利用ace与ps的低错误平层qc-ldpc码构造新颖方法。
背景技术：
近年来，低密度奇偶检验(low-densityparity-check,ldpc)码的优越性得到国内外科研工作者关注，并且已成为现代通信系统不可或缺的部分，被用来检测和修正由信道效应如噪声、衰减和干扰等引起的信息传输错误。然而，其性能提高的同时，编码复杂度也同样提高了，进而导致实际应用中成本增加和资源浪费。为了解决该问题，国内外学者提出了qc-ldpc码，其校验矩阵由于具有准循环特性，因而在实际通信系统的应用中具有硬件容易实现的优点。
目前，qc-ldpc码的校验矩阵的构造有基于组合数学，有限域，欧氏几何等构造方法，每一种方法的深入研究都是为了使构造的ldpc码的纠错性能有一定地提高，同时降低硬件实现的复杂度。影响纠错性能的因素有很多，包括围长，陷阱集(trappingset)，ace等。
本发明方案利用基本矩阵由peg与ace算法相结合的算法搜索构造，目的是提升基本矩阵中环的连通性。然后将基于ps的循环移位系数矩阵对基本矩阵循环扩展，以此得到校验矩阵。该方法除了能够改善高信噪比区域的错误平层，还具有码长、码率的任意可设性。因而该方法能满足通信系统对纠错码具有高编码增益、码率可灵活选择以及低错误平层的需求。结果表明，该方案构造的qc-ldpc码的纠错性能要优于经典的peg构造的ldpc码和peg-ps(pp)-qc-ldpc(3600,2700)码。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基本矩阵由peg与ace算法相结合的算法搜索构造，目的是提升基本矩阵中环的连通性。然后将基于ps的循环移位系数矩阵对基本矩阵循环扩展，以此得到校验矩阵。该方法除了能够改善高信噪比区域的错误平层，还具有码长、码率的任意可设性。以及改善高信噪比区域错误平层问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用ace与ps的低错误平层qc-ldpc码的新颖方案，包括：
首先，由peg与ace算法相结合的算法搜索构造出基本矩阵。
然后，将基于ps的循环移位系数矩阵对基本矩阵循环扩展，以此得到奇偶校验矩阵h。
最后，在相同的仿真环境下，将本专利所提出的码型构造方法与其他码型构造方法进行仿真分析。
本发明的有益效果在于：
利用基本矩阵由peg与ace算法相结合的算法搜索构造，目的是提升基本矩阵中环的连通性。然后将基于ps的循环移位系数矩阵对基本矩阵循环扩展，以此得到校验矩阵。该方法除了能够改善高信噪比区域的错误平层，还具有码长、码率的任意可设性。因而该方法能满足通信系统对纠错码具有高编码增益、码率可灵活选择以及低错误平层的需求。结果表明，该方案构造的qc-ldpc码的纠错性能要优于经典的peg构造的ldpc码和pp-qc-ldpc(3600,2700)码。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明方法的技术路线图；
图2为peg-ace-ps(pap)-qc-ldpc(3600,2700)码与其他码型的性能对比曲线图；
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
1.结合附图1说明，首先通过peg算法与ace算法相结合构造出基本矩阵。其中，peg构造算法，该算法是一种经典随机构造法。其核心思想是利用贪心算法在满足度分布的条件下，在每添加一个变量节点都选取满足最大围长的校验节点，即度数最小的校验节点与其相连，以此方法不断添加变量节点与校验节点相连的边。在构造奇偶校验矩阵过程中，以密度进化算法来得到适合自己所需的度分布，构造不同码长与码率的ldpc码，其节点的度分布如式(1)所示：
式(1)中dv和dc分别表示变量节点与校验节点相连的最大边数，λi表示与度数大于2的变量节点相连的边数与总边数的比值，ρi表示与度数大于2的校验节点相连的边数与总边数的比值。虽然peg构造在添加新边时能保证环的长度尽可能大，但不能从整体的角度考虑校验矩阵中环结构进行优化，所以会导致环结构比较复杂，特别是在长码长时，环存在严重的交织问题，有大量公共节点，在一定程度上会降低迭代译码性能。
在迭代译码的过程中，信息传递的路径就是环，只从消除短环的角度构造校验矩阵对ldpc码的纠错性能的改善有一定的限度，对环的结构做深入地研究会发现，包含于环中的变量节点与剩余tanner图中校验节点的联通性是影响译码性能的关键因素。如果变量节点集合的ace值越大，则构成陷阱集所包含的校验节点的数目就越多。a.ramamoorthy在文献《analysisofanalgorithmforirregularldpccodeconstruction》中将ace算法构造ldpc码型与随机构造进行了对比分析，并证明了ace算法构造的校验矩阵可以有效减少小停止集的数量。因此，可以得出增大环的外部校验节点可以有效减少小陷阱集的结论，从而使译码过程中所出现的错误平层得到有效地改善。
定义1：大小为2d的环，其ace值等于∑idi-2，其中di表示第i个变量节点的度数。
为了提升peg算法所构造的基本矩阵的环ace值，以此增大环的连通性，从而降低其在高信噪比区域所出现的错误平层，将ace算法加入到peg算法中，ace算法的核心思想是在构造校验矩阵的过程中，确保所有小于一定长度的环的ace值都大于某一阈值。对ldpc码校验矩阵构造的参数设定为(dace,ηace)，则表示任意环长不大于2dace的环的ace值都至少为ηace。下面给出ace算法的具体步骤：
step1初始化校验矩阵大小m行n列，令i＝n-1；
step2根据度分布随机生成列向量vi，当满足i≥m时，执行步骤3，否则执行步骤4；
step3判断vi与{vi+1,vi+2,…,vn-1}是否线性相关，满足条件执行步骤2，否则执行步骤4；
step4对所有长度l≤2dace且包含当前变量节点vi的环的ace值进行检测，如果ace≥ηace，则执行步骤5，否则执行步骤2；
step5令i＝i-1，若i≥0，执行步骤2，否则结束。
将peg算法与ace算法想结合后构造基本矩阵的伪代码流程如下所示：
对改进后的基本矩阵搜索环长分析后，发现上述的ace的算法使得具有高连接性的短环被保留，但低连接性的长环被消除。因此，基本矩阵中环的连通性得到了显著的改善。在算法运算复杂性上，计算环的ace值要简单，而且构造的基本矩阵在扩展过程中不会存在过高的复杂性。
然后，将基于ps的循环移位系数矩阵对基本矩阵循环扩展，以此得到奇偶校验矩阵h。下面给出一种基于ps的循环移位系数矩阵构造方法。
定理1(2k-环)：对于ps-ldpc码的tanner图中包含至少一个2k环的条件是，当且仅当在移位矩阵s中存在一个闭合路径，其长度为2k，且其2k个顶点sα1,β1…sα2k,β2k，满足移位条件[10]
在文献《structuredldpccodesforhigh-densityrecording:largegirthandlowerrorfloor》中已给出了详细的移位条件的证明。为了描述2k环定理及如何向循环移位系数矩阵s中添加移位系数，通过以下例子说明。
首先，建立一个3×6的移位矩阵s，如式(3)，p值选取为基本矩阵的大小，举例时选取p值为150；
然后，随机从0到149之间选择数值填充到s矩阵的第一行与第一列，如式(4)，接下来对s2，2值的确定是通过已经确定的移位系数s1,1，s1,2，s2,1，需要检测s1,1，s1,2，s2,1，s2，2这四个移位系数是否符合定理1的移位条件。例如，当s2，2＝135，
最后，重复上述过程，直到s矩阵中的循环移位系数全部填充完毕，且s矩阵中所有的循环移位系数都不相同，如式(5)。
将得到的循环移位矩阵s对基本矩阵进行循环扩展，最终得到的检验矩阵h，其行的维数为基本矩阵的行与s矩阵的行相乘，其列的维数为基本矩阵的列与s矩阵的列相乘。
2.结合附图2说明，为了验证本专利所提出的构造方法具有优异的纠错性能，下面进行了仿真实验。仿真环境：信道为加性高斯白噪声信道(additivewhitegaussiannoisechannel，awgnc)，采用二进制相移键控(binaryphaseshiftkeying,bpsk)调制，选择择置信传播(beliefpropagation,bp)算法，迭代次数为50次。下面将本专利所构造的码率为0.75的pap-qc-ldpc(3600,2700)码与同码率同码长的peg方法构造的peg-qc-ldpc(3600,2700)码、利用peg和ps结合的方法构造的pp-qc-ldpc(3600,2700)码进行仿真性能比较。仿真的环境均相同，仿真结果如图2所示。当ber＝10-6时，本专利提出的构造方法构造的pap-qc-ldpc(3600,2700)码的编码增益比pp-qc-ldpc(3600,2700)码和peg-qc-ldpc(3600,2700)码提高了约0.40db、0.8db。综合上述分析可得出结论：本专利所提出的构造方法构造的码率为0.75的pap-qc-ldpc(3600,2700)码比其他码型的纠错性能更优越；所构造的pap-qc-ldpc(3600,2700)码在信噪比为4db后未出现明显的错误平层现象；在信噪比为4.6db时，pap-qc-ldpc(3600,2700)码误码率为6.94×10-8，pp-qc-ldpc(3600,2700)码和peg-ldpc(3600,2700)码的误码率分别为4.67×10-7和1.87×10-6。因此，利用本文方法所构造的码型能够有效的降低其错误平层。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。