[发明专利]一种结构化低密度校验码的编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字通信系统中的纠错码的编码方法，确切地说，涉及一种结构化的低密度校验码的编码方法，属于通信技术领域。

背景技术

无线移动通信中的数据发射的环境通常会受到信道衰落、符号间干扰及时变噪声等各种因素影响，引入信道编码(又称：纠错码)就是在发送端和接收端使用纠错码分别对数据进行编码和解码，其目的是对传输的数据增加纠错保护来改善和保证数字通信系统的传输质量。从信道编码的构造方法看，其基本思路是根据设定的规律在待发送的信息码中加入一些人为的多余码元-校验码，以保证传输过程可靠性。经过信道编码器后，输出符号中信息码所占的比例称为编码效率，简称码率。一般说来，码率越低，引入的冗余信息越多，越有助于译码成功，能够提高传输的可靠性。缺点则是占用了较多的资源，降低了传输效率。反之，码率越高，可靠性相对降低，但提高了传输的有效性。信道编码的任务就是构造出以最小多余度代价来换取最大抗干扰性能的“好码”。

近年来，随着无线数字通信的发展及各种高速率、突发性强的新业务的不断出现，人们对纠错编码技术提出了越来越高的要求。低密度奇偶校验码(LDPC，low-density parity-check codes)就是一种符合上述要求的“好码”。

LDPC码是线性分组码，其特点是它的奇偶校验矩阵中非0元素个数很少，即在校验矩阵中非0元素是稀疏的。正是由于LDPC码的这种特性，使得它的编译码复杂度比较低，存在高效的译码算法，能够克服分组码在长码时所面临的巨大译码计算量。另外，LDPC码可以并行译码，减少译码时延，硬件实现复杂度低。研究表明，低密度奇偶校验码在长码长条件下优于Turbo码。

最早出现的是一种规则的低密度校验码，这类低密度校验码的校验矩阵是二进制矩阵，每一列有j个1(即列重量为j)，每一行有k个1(即行重量为k)，而其他元素都是零，其中j≥3，k＞j，j、k为较小的整数。由这种矩阵所确定的码称为规则码，规则码的所有行的行重量相同，所有列的列重量相同，如果不相同就称为非规则码。如果设计合理，通常非规则码的性能要优于规则码。低密度校验码还可用二分图来定义，这种图与校验矩阵是直接对应的(如图1所示)。图中下面是变量节点(s₀，s₁，...，s₇)，可认为是一个码字中的一个比特、或校验矩阵中的一列；上面是校验节点(c₀，c₁，...，c₃)，每个节点代表一个校验方程、或校验矩阵中的一行。当码字中某一比特包含在某一校验方程中时，图中相应节点之间存在连线。对于每个节点，与之相连的边的数目称为这个节点的度(degree)。非规则码与规则码可以通过上下节点的度数是否分别相同来定义。

LDPC码的性能主要取决于它的校验矩阵，即其校验矩阵结构对码的性能具有决定性作用。近年来，人们开始研究各种方法，以构造高性能的低密度奇偶校验码LDPC。不同的构建方法都是为了实现下述目的：优化非规则码的节点度数分布，增大图中的周期，减少编码复杂度。如果将二分图中的节点构建成如图2所示形式，则图中的短环周期为4。在低密度校验码的译码循环中，节点接收的信息应该不包括其自身发出的信息，但是如果按照图2所示的周期进行传输，则经过4次译码循环后，从该变量节点发出的信息又被作为另一变量节点的信息传送回来(如图2中箭头所示)，从而造成自身信息的叠加，影响译码。因此，设计低密度奇偶校验码时应尽量减少短环，并增大最短环的周期。

为此，人们开始探索构建高性能低密度奇偶校验码的方法，为优化非规则码的节点度数分布，Richardson等人提出了密度进化的算法，分析了LDPC码的信噪比门限，并用于对LDPC码的列重分布进行优化。Xiao-Yu Hu等人提出了渐进添边(PEG，Progressive Edge-Growth)算法，其基本思想是通过展开二分图，找到距离变量节点最远的校验节点，再在它们之间添加所需要的边，这样得到的二分图的特点是最短环周期最大化、短圈最少化，从而可以得到性能较好的LDPC码。