專利名稱：一種結構化ldpc卷積碼構造編碼方法
技術領域：
本發明屬于通信技術領域，涉及一種結構化LDPC卷積碼的構造編碼方法。
背景技術：
低密度奇偶校驗(LDPC)卷積碼是由稀疏奇偶校驗矩陣定義的一種卷積碼，可看作是參照LDPC分組碼定義的，1981年由Tanner在某專利應用中提出。LDPC分組碼需要把連續數據分割成預先定義的指定幀長度進行編譯碼，不適合長度經常發生變化的數據流及以太網等應用場合。與LDPC分組碼相比，LDPC卷積碼具有許多實際應用的期望特性:1、可由基于移位寄存器的編碼器實現編碼過程，編碼結構簡單；2、適合傳遞連續數據，并能以任意大小的幀格式進行分組傳輸，適用于數據流和包交換通信系統中，如無線網絡、以太網和流媒體傳輸等；3、在同樣計算復雜度下，LDPC卷積碼的譯碼性能比LDPC分組碼更好；4、具有與LDPC分組碼相似的迭代譯碼算法，性能可接近Shannon限；5、具有前向結構特性，更適于流線型譯碼結構，具有更高的時鐘速率及連續譯碼特性；6、LDPC卷積碼的譯碼器芯片可由1(譯碼器的迭代次數)個相同的處理器芯片串聯組成，便于VLSI實現；7、在同樣的BER性能下，一片LDPC卷積碼處理器芯片占用的資源小于LDPC碼，因此其鋪線復雜度也小于LDPC分組碼；8、LDPC卷積碼沒有錯誤平臺。因此，LDPC卷積碼正在成為信道編碼領域的一個研究熱點。LDPC卷積碼的編碼構造方法主要有兩種:隨機編碼構造方法和代數編碼構造方法。隨機編碼構造方法具有好的糾錯特性，但占用較大的硬件資源存儲空間，不適合實際應用；實際應用中主要考慮代數方法。但是，目前具有代數結構的LDPC卷積碼多具有碼率不靈活、校驗模型記憶構造前不詳、不具有快速編碼特性等缺陷。本專利針對以上問題，聚焦于構造具有快速編碼特性的結構化LDPC卷積碼方法的研究，提出一種實用的代數構造方法。該方法構造出的LDPC卷積碼編碼簡單，只需要線性復雜度；生成系統碼，大大提高編碼速度；在譯碼器端只需知道校驗模型記憶、校驗節點度數、變量節點度數以及卷積碼的多項式形式校驗矩陣中各元素的冪幾個參數即可生成校驗矩陣，大大節省存儲空間。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是:針對現有代數構造方法的不足，提供了一種具有快速編碼特性的LDPC卷積碼構造方法。采用本方法減少了編碼復雜度，提高了編碼速度，節省了硬件資源存儲空間。本發明的技術解決方案是:碼率R= (n-J)/n，具有快速編碼特性的結構化LDPC卷積碼，其多項式形式奇偶校驗矩陣H_V(D)可以表示成如下形式:
權利要求
1.一種具有快速編碼特性的結構化LDPC卷積碼編碼方法。該方法構造出的LDPC卷積碼編碼簡單，只需要線性復雜度；生成系統碼，大大提高編碼速度；在譯碼器端只需知道校驗模型記憶、校驗節點度數、變量節點度數以及卷積碼的多項式形式校驗矩陣中各元素的冪幾個參數即可生成校驗矩陣，大大節省存儲空間。其特征在于: (1)具有快速編碼特性。由于H_V(D)對應的二元矩陣的子矩陣Htl的最后J行J列是單位陣，因此編碼器不需要知道同一時刻其他校驗節點的信息就可獲得該時刻的校驗比特，減少了編碼復雜度。
(2)具有最大可達編碼記憶。給定有限域元素個數q，可獲得在該域下的最大編碼記憶q_2，提高碼字性能。
(3)獲得的碼具有很好的性能。獲得的LDPC卷積碼其奇偶校驗矩陣對應的Tanner圖中不僅沒有環4，而且該碼具有較大的圍長(girth)和較好的自由距離特性，譯碼性能優異。
2.根據權利要求1所述的一種具有快速編碼特性的結構化LDPC卷積碼編碼方法，其特征在于以下編碼步驟: (1)根據輸入參數——有限域大小q和矩陣列數n，生成有限域GF(q)上碼長n，維數2，最小距離n-Ι的(n，2，n-1)最大距離可分(MDS)碼； (2)根據輸入參數R= (n-J) /n (其中R在0.5附近取值，即R ^ 0.5)，求取正整數J (O<J<n)，生成JXn矩陣
3.根據權利要求2所述的一種具有快速編碼特性的結構化LDPC卷積碼編碼方法，其特征在于，所述的步驟I中生成MDS碼，具體方法為:輸入參數q，n，其中q為素數或素數的冪。截短有限域GF(q)上碼率為R = l/v(其中，V = n-Ι)的MDS卷積碼生成矩陣
4.根據權利要求3所述的一種具有快速編碼特性的結構化LDPC卷積碼編碼方法，其特征在于，所述的步驟2中生成矩陣WQ。，具體方法為:輸入參數R(其中0.5)，由R =(n-J) /n,可得正整數J (O < J < η)。構造矩陣Wqc的步驟如下: (a)找到集合S= UgSy，其中每個子集S」由碼長為n的碼字組成。如果Ci是集合Sj中的第i個碼字，那么該碼字的第j個元素Cm = I (I彡i彡I S」)，其中I S」I是集合Sj中滿足性質(I) (5)的碼字個數。
(b)從集合Sn]中找到碼字W1,滿足條件Wuci= a r2, w1>n_j = I,以確保LDPC卷積碼的奇偶校驗矩陣具有最大可達記憶。
(c)從集合Sj中隨機選擇一個碼字，得到Wi，其中j= n-J+1-l，i = 2，...，J-1，0彡j<η。
(d)采用計算機搜索算法從集合Slri中找到碼字Wp確保矩陣Wq。的(q-ι)重擴散矩陣Hqc對應的Tanner圖有大的girth。
(e)按性質(I) (5)，從重量為η的(q+1-n)(q-Ι)個MDS碼字中找到J(q_l)個碼字，把這些碼字分成J個互不相交的類，W1,...，W1，可獲得矩陣
5.根據權利要求4所述的一種具有快速編碼特性的結構化LDPC卷積碼編碼方法，其特征在于，所述的步驟3中生成矩陣Hq。，具體方法為:把有限域GF(q)中的非零元素CiiOXi<q-Ι)先進行行擴展，用向量aS…，a r2, α°，…，α卜1作為行元素；再將經行擴展后的每一個非零元素 α 1 Q = O, I,..., q-2)用二元域上唯一(q-Ι)重 z ( a D = (z0, Z1,...,Ztr2)表示，其中元素Zi = 1，其他元素等于0，零元素Z(O)用全零的(q-Ι)重表示；就獲得一個(q-1) X (q-Ι)的二元擴散矩陣Α(α O，A(O)為(q_l) X (q-Ι)零矩陣。對矩陣Wqc中每個非零元素進行二元擴散，形成矩陣Hq。。
6.根據權利要求5所述的一種具有快速編碼特性的結構化LDPC卷積碼編碼方法，其特征在于，所述的步驟4中生成奇偶校驗矩陣H_JD)，具體方法為:矩陣Hq。中每個(q-1) X (q-1)的二元擴散矩陣是一個行循環右移X位的(q_l) X (q_l)單位陣，根據環同構原理，可把每個循環子矩陣第一行中的非零元素用唯一多項式Dx表示，生成Hranv(D)。
7.根據權利要求6所述的一種具有快速編碼特性的結構化LDPC卷積碼編碼方法，其特征在于，所述的步驟5中生成t時刻編碼碼字Vt，具體方法為:t時刻輸入信息碼字Ut =[ut(1),...，ut(n-J)] 0由于H_V(D)具有對角形式，編碼過程不需要求取生成矩陣G，可直接根據方程7(2))1^_(￡>) = 0生成編碼碼字，其中V(D)是由延時算子表示的編碼碼字序列，H1conv(D)是校驗矩陣Hranv(D)的轉置。
t時刻前n-J個編碼比特可直接由信息碼字獲得:
全文摘要
本發明公開了一種具有快速編碼特性的結構化LDPC卷積碼編碼方法，其步驟為輸入參數q，n，生成有限域GF(q)上碼長為n的MDS碼；輸入參數R，生成矩陣WQC，對矩陣WQC中每個非零元素進行二元擴散，生成矩陣HQC，根據環同構原理，由HQC生成矩陣Hconv(D)；t時刻輸入信息碼字ut，t時刻前n-J個編碼比特可由式(I)獲得，t時刻其它編碼比特可由式(II)獲得，根據上述步驟獲得t時刻編碼碼字vt＝[vt(I)，...，vt(n)]。本發明提出的編碼方法具有可直接由奇偶校驗矩陣進行快速編碼，節省存儲空間，提高編碼速度，性能優異等優點。
文檔編號H03M13/23GK103199877SQ20131013804
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月19日 優先權日2013年4月19日
發明者劉星成, 穆麗偉 申請人:中山大學