[发明专利]一种基于深空通信环境的码率兼容原模图LDPC码构造方法

说明书

技术领域

本发明涉及深空通信系统信道编码技术领域，特别涉及一种码率兼容原模图LDPC码的构造方法。

背景技术

深空通信环境具有传输距离远、时延大、信噪比低、误码率高、链路速率不对称以及发送功率受限等特点。因此，构造适合深空通信环境、高性能、低复杂度的信道编码成为保证深空通信系统可靠性和有效性的一项关键技术。低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check，LDPC)码具有并行的译码结构，更适于高速硬件实现，错误平层更低，被认为是迄今为止纠错性能最好的码。2003年，美国宇航局(NASA)的空气动力实验室(JPL)首次提出了原模图(protograph)LDPC码，弥补了传统LDPC码编码复杂度较高的不足，其设计的AR4JA码于2006年由太空数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space Date Systems，CCSDS)推荐给NASA作为深空通信的标准码型。

近年来，研究人员发现在深空通信系统所处的时变环境条件下，引入码率兼容的原模图LDPC编码技术能够自适应的根据信道环境做出相应调整。采用码率兼容的原模图LDPC码，可以在保证服务质量的前提下，根据信道环境通过调整码率来实时地调整其纠错能力，从而实现信道的吞吐率最大化，提高了数据的传输效率。从实现复杂度的角度考虑，码率兼容原模图LDPC码是由一个嵌套结构组成，它能够在一定码率范围内采用单个编码器/译码器工作，从而大大降低了系统的复杂度。

目前，基于原模图设计码率兼容LDPC码常用的方法主要有：(1)打孔(puncture)，即对低码率的原模图LDPC码连续打孔得到一系列高码率的子码。El-Khamy等人在“Design of rate-compatible structured LDPC codes for hybrid ARQ applications”【Selected Areas in Communications,IEEE Journal on,2009,27(6):965-973】文章中针对一种基于原模图的渐近节点打孔算法(progressive node puncturing algorithm)构造的码率兼容LDPC码展开研究。这种方法虽然简单，然而存在着打孔后所得高码率子码译码性能下降十分严重这一缺陷。(2)基于原模矩阵扩展(extension)的方法，即对高码率原模图LDPC码的原模矩阵逐次行列拓展得到一系列低码率的子码。针对原模图打孔过程中高码率子码的译码性能严重恶化，Nguyen等人在“The design of rate-compatible protograph LDPC codes”【Communications,IEEE Transactions on,2012,60(10):2841-2850】文章中提出了一种基于AR4JA原模图的扩展构造码率兼容原模图LDPC码的方法。这种方法虽然能够避免打孔过程中子码译码性能恶化这一弊端，但是，鉴于深空通信的特点，其采用的码率兼容原模图LDPC码需具备更优越的性能、更低的译码门限和译码计算复杂度。因此，构造一种适用深空通信环境、高性能、低复杂度的码率兼容原模图LDPC码成为了近年来人们研究码率兼容LDPC码应用的热点问题之一。

发明内容

针对现有技术中，目前，针对原模图的打孔技术构造码率兼容LDPC码，存在着打孔后所得高码率子码的译码性能严重下降这一缺陷，针对这一缺陷所提出的基于原模矩阵扩展的方法设计码率兼容LDPC码,往往需要基于性能优越的原模图进行拓展，然而目前传统方法主要是基于AR4JA原模图的扩展构造码率兼容LDPC码，其存在着性能的次优性、较高的译码复杂度等缺点，因此亟待选取比AR4JA原模图性能更好、译码门限和译码计算复杂度更低的原模图来构造码率兼容原模图LDPC码以适应深空通信的需求的不足，本发明的目的在于提供一种能够克服打孔后高码率码字译码性能的严重下降、更低的译码门限和译码计算复杂度的基于深空通信环境的码率兼容原模图LDPC码构造方法，本发明的技术方案如下：一种基于深空通信环境的码率兼容原模图LDPC码构造方法，其包括以下步骤：

101、构造一种相比AR4JA原模图的平均节点度数更低的累加-重复-累加-部分累加(ARAPA)原模图，并对得到累加-重复-累加-部分累加(ARAPA)原模图进行矩阵扩展，即对所选择的ARAPA原模图的母码原模矩阵逐次增加一行校验节点及一列变量节点，得到若干个原模图；