一种有限长LDPC码的打孔算法

摘要

本发明中的有限长LDPC码的打孔算法，该打孔算法将母码中所有具有高译码恢复可靠性的节点提取出来，然后重新构造一个均匀分配有效校验信息的待删除序列，再把高译码恢复可靠性的节点按照一定规则插入到待删除序列中,既克服了传统分组排序算法中贪婪选择的缺点，又避免了过度均匀分配造成的低码率译码性能损失，使得整体译码有所提高，并降低了整体译码的错误平层。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种有限长LDPC码的打孔算法。

背景技术

对于时变的无线衰落信道，采用固定码率的信道编码性能不佳。可通过自适应编码调 制技术来适应信道的变化，从而提高传输速率，逼近Shannon容量限。即在信道状态较差 时，用低码率码字和低阶调制模式传输。信道状态变好时，采用高码率码字和高阶调制模 式传输。自适应编码调制技术中码率的灵活变换常通过速率兼容技术实现，其中打孔是速 率兼容技术的最重要一种。其原理为，给定一个低码率母码码字，然后通过删除码字中部 分校验位比特，从而来提高传输码字的码率。例如，一个给定码长为n比特的码字，传 输的信息比特数为k，则该码的码率为R＝k/n，将其作为母码进行打孔操作，假设一 共删除了d个校验比特，则升高后的码率为R′＝k/(n-d)。

当前国际代表性的打孔方法大都基于分组排序算法。分组排序算法的原理是先把 LDPC校验矩阵展开成树图形式，然后把所有的比特位按照树图的结构分成n组序列(分 别为1步可恢复节点，2步可恢复节点，...，k步可恢复节点，...)，如图1所示，然 后对每一组内的元素通过优先顺序进行排序，最后依照所需删除的校验位比特的个数依次 删除，来获得所需要的高码率码字，删除的比特不参与传输，在接收端对删除的比特按位 置填充。

由于在通信系统接收端，已删除的比特位仍要参与校验方程，因此待删除比特的位置 是很重要的。如果误删了某个位置的重要节点，可能会对译码性能造成灾难性地破坏。采 用树图形式来寻找待删除节点的位置是一种很可靠的方法。但通常LDPC码的校验矩阵是 很大的，将其展开成树图形式会随着矩阵的长度指数级增长，其复杂度较高。如图1所 示，分组排序算法尽可能多地寻找1步可恢复节点，然后再尽可能多地寻找2步可恢复节 点，依次类推。这种恢复步长较短的节点，会将大量有效的校验信息集中自己身上。在接 收端译码恢复时，这些节点由于吸聚了较多的校验信息，译码恢复正确的概率就很大。同 时，大量的有效校验信息被集中在这些节点附近，那么剩余的较长恢复步长的节点周围的 有效校验信息就很少。这就造成了译码恢复时，较长恢复步长的节点译码错误的概率较大。 因此，分组排序算法在选择待删除节点时，形成了一种贪婪选择的模式，即局部最优化， 而整体的译码性能仍有改善空间。

发明内容

本发明的目的在于克服上述分组排序算法中的贪婪选择缺点，提供一种对于有限长 LDPC码的非贪婪打孔方法，以改善系统误码率性能，并获得了较低的错误平层。

一种有限长LDPC码的打孔算法，包括以下步骤：

1)依据目标码率R′，计算需要删除的校验比特个数其中 N为母码的长度，K为信息位长度；

2)选择出所有母码中具有高译码恢复可靠性的节点，存入集合PRIOR；

3)对于母码，构造均匀分配有效校验信息后的节点集合NEW；

4)选择集合PRIOR与集合NEW的交集，并随机选择一个节点；

5)检测所选取的打孔节点是否会形成死亡校验节点；

6)重复操作步骤3)～4)，直至符合删除比特的个数N_p，达到目标码率。

在本发明的较佳实施例中，所述步骤2)按如下步骤进行：

2a)计算出校验矩阵H中每行中剩余1的个数，作为该行的有效行重。选出有 效行重最小的行；

2b)如果2a)中所选择的行不止一个，则选择这些行中，以每行所对应的校验节 点为底展开的树图中，没有被删除的节点数最少的那一行；

2c)对于2b)中所选择出的行，选择其中1的位置所对应的那一列中包含1的 个数最少的那一列。将其存入集合PRIOR中。同时将2b)中所选择出的行删除。

在本发明的较佳实施例中，所述步骤3)中按如下步骤进行:

3a)以校验矩阵每列为底展开成树图，计算出每个树图中每个分枝所包含的未删 除的节点个数，然后找到每个树图的最小分枝所包含的节点个数；

3b)将每一行中所包含的1所在的列在3a)中得到的值求和。选出求和后值最 小的行；

3c)在3b)中所得的行中1所在的列，寻找最小有效列重的列；

如果3c)所得到的列不止一个，将每一列中1的位置所对应的行在3b)中所得到 的值求和,选出求和后值最小的列。

在本发明的较佳实施例中，所述步骤4)中按如下步骤进行:

4a)把集合PRIOR中具有最大有效列重的列选出；

4b)在4a)所选出的列中，选择具有最小列重的列；

4c)如果4b)所选出的列，在3d)所选出的列集合中，则选择此列。否则继续 从集合PRIOR中按照4a)、4b)规则选择满足要求的列，如果集合PRIOR中 所有的列无法满足，则从随机3d)中随机选择一列删除。

本发明中的有限长LDPC码的打孔算法将母码中所有具有高译码恢复可靠性的节点提取 出来，然后重新构造一个均匀分配有效校验信息的待删除序列，再把高译码恢复可靠性的 节点按照一定规则插入到待删除序列中,既克服了传统分组排序算法中贪婪选择的缺点， 又避免了过度均匀分配造成的低码率译码性能损失，使得整体译码有所提高，并降低了整 体译码的错误平层。

附图说明

图1是分组排序算法分组示意图；

图2是本发明对规则LDPC码打孔方案与传统方法系统误码率仿真结果的对比示意 图；

图3是本发明对非规则LDPC码打孔方案与传统方法系统误码率仿真结果的对比示 意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明，

对于一个码长为N，信息位长为K的母码，其校验矩阵为

H_m×n，(m＝N-K，n＝N)，本发明的具体实现步骤如下：

步骤1，依据目标码率，计算需要删除的信息比特个数。

设R′为打孔后的目标码率，N_p为需要删除的校验比特总个数，根据码率定义易得：

R′＝K/(N-N_p)(1)

根据(1)式，计算需要删除的信息比特总个数为：

步骤2，选择出所有母码中具有高译码恢复可靠性的节点，存入集合PRIOR。

2.1:校验矩阵中所有的行C_i，i∈{1,…,m}，每行中1的个数，作为该行的行重， 记为d_c。如果某一行中1所在的列被删除，则该行剩余的1的个数作为该行的有效 行重，记为D(c)。选出有效行重最小的行。

2.2:对于每一列V_j，j∈{1,…,n}，以其为底展开的树图中所包含的未被删除的节 点的个数，记为S(v_j)。对于行C_i，以其为底展开的树图中所包含的未被删除的节点的个 数，记为W(c)。即行C_i中包含1的位置所对应列V_j的S(v_j)的和，W(c)＝∑S(v)。如果 2.1中所选择的行不止一个，则选择这些行中，W(c)值最小的那一行。

2.3:校验矩阵每一列中包含1的个数，作为该列的列重，记为d_v。如果某一列中 1所在的行被删除，则该列剩余的1的个数作为该列的有效列重，记为D(v)，对于2.2 中所选择出的行，选择其中1的位置所对应的列中D(v)最小的那一列，将其存入集合 PRIOR中，并删除2.2中所选择出的行。

2.4:重复2.1、2.2、2.3的步骤，选择出所有的满足要求的列，假设总共有N个。

步骤3，对于母码，构造均匀分配有效校验信息后的节点集合。

3.1:对于每一列V_j，j∈{1,…,n}，以其为底展开的树图的每个分枝中所包含的 未被删除的节点个数最少的分枝所包含的个数，记为S_m(v_j)。

3.2:对于行C_i，包含1的位置所对应列V_j的S_m(v_j)的和，记为W_m(c)。选择出 这些行中W_m(c)最小的行。

3.3:在3.2中所得的行中1所在的列，寻找有效列重D(v)最小的列。

3.4:在3.3所选出的列中，计算每一列1的位置所对应的行的W_m(c)值的和，记 为SUM_m(v)。选出SUM_m(v)最小的那一列。

步骤4，从集合PRIOR中选择出M个节点插入到步骤3所得的集合中，并删除最 优选择节点。

4.1:把集合PRIOR复制到新集合PRIOR′中；

4.2:从集合PRIOR′的所有列中，选出具有最大有效列重D(v)的列；

4.3:从4.2选出的列中，选出具有最小列重d_v的列；

4.4:如果4.3所选出的列在3.4所选出的列集合中，则选择此列。如果不在，就从 集合PRIOR′删除该列，继续循环4.2、4.3、4.4，直到选中一列，或者集合PRIOR′变成 了空集合。如果集合PRIOR′变成空集合，则从3.4所选出的列集合中随机选择一列。如 果已经从集合PRIOR中选择出了M个节点，则停止从集合PRIOR′中选点。

4.5:如果4.4中选中的一列的有效列重D(v)小于列重d_v，并且3.2所选中的行的 有效行重D(c)小于行重d_c，则需要检查选中的该列，能否在最大迭代次数内被周围的 其他行列译码恢复，即在树图上进行最大迭代次数的迭代，检测其能否接受到正确的译 码信息。如果检测成功，则删除此列。如果失败，则重复步骤3和步骤4。

步骤5，检测所选取的打孔节点是否会形成死亡校验节点。

步骤6，重复操作步骤3和步骤4，直至符合删除比特的个数N_p，达到目标码率。

6.1：从所有列V_j，j∈{1,…,n}中删除4.5所删除的那一列。从集合PRIOR中删除 4.5中所选中的列；

6.2：更新该删除列的S_m(v)值，等于3.2所选择行中，除去该删除列后所有列的S_m(v) 值的和(初始化时，所有的S_m(v)均为1)。

6.3：将N_p的值减一。如果N_p为零，则算法结束。否则重复步骤3、步骤4、步骤5。

本发明的效果可以通过以下仿真进一步说明：

本发明仿真选用码长1008比特、码率0.5的规则LDPC码和非规则LDPC码，在 AWGN信道下进行系统误码率性能仿真，选用了0.5、0.6、0.7、0.8和0.9等多种码率， 仿真的结果如图2和图3所示。

由图2可见，本发明用在非规则LDPC码，系统误码率为10^-6、码率为0.7、0.8时， 与传统打孔算法相比，该通信系统获得了大概0.4dB的增益。

由图3可见，本发明在规则LDPC码，系统误码率为10^-6时，系统误码率为10^-6、 码率为0.7、0.8时，与传统打孔算法相比，该通信系统获得了大概0.2dB的增益。

综上所述，该有限长LDPC码的打孔算法将母码中所有具有高译码恢复可靠性的节点 提取出来，然后重新构造一个均匀分配有效校验信息的待删除序列，再把高译码恢复可靠 性的节点按照一定规则插入到待删除序列中,既克服了传统分组排序算法中贪婪选择的缺 点，又避免了过度均匀分配造成的低码率译码性能损失，使得整体译码有所提高，并降低 了整体译码的错误平层。

上述仅为本发明的一个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构 思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。