面向6G的速率兼容空间耦合LDPC码设计

摘要：面向6G通信中的高可靠、低时延需求，提出了一种速率兼容的空间耦合LDPC码设计。SC-LDPC码具有逼近香农限的优异性能和结合滑窗译码能够达到的更低译码时延。然而，为了解决移动通信中码率灵活问题，提出了拆分QC-LDPC码成SC-LDPC码的策略，同时结合PE

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2025年第2期专题-10

面向6G的速率兼容空间耦合LDPC码设计

王筝，方健，朱敏，白宝明

（西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室，陕西西安 710071）

【摘要】面向6G通信中的高可靠、低时延需求，提出了一种速率兼容的空间耦合LDPC码设计。SC-LDPC码具有逼近香农限的优异性能和结合滑窗译码能够达到的更低译码时延。然而，为了解决移动通信中码率灵活问题，提出了拆分QC-LDPC码成SC-LDPC码的策略，同时结合PEXIT算法优化所构造的SC-LDPC码的译码门限；为了兼容5G LDPC码，选取5G LDPC码作为QC-LDPC码，从而设计出了速率兼容的SC-LDPC码。仿真结果表明，所设计的码字在多个码率下误码率性能均优于5G LDPC码。

【关键词】码构造；速率兼容；空间耦合LDPC码

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.20241210-0004

中图分类号：TN929.5 文献标志码：A

文章编号：1006-1010(2025)02-0065-05

引用格式：王筝,方健,朱敏,等. 面向6G的速率兼容空间耦合LDPC码设计[J]. 移动通信, 2025,49(2): 65-69.

WANG Zheng, FANG Jian, ZHU Min, et al. Rate-Compatible Spatially Coupled LDPC Code Design for 6G[J]. Mobile Communications, 2025,49(2): 65-69.

0 引言

未来6G系统通信传输速率更高，数据包更大，码长更长，使得低密度奇偶检验（LDPC，Low-Density Parity-Check）分组码的编译码时延较高，硬件实现也更为复杂。为了解决这个问题，需要寻找新的编码方案。耦合码由于其特殊结构，具有更低的译码时延。空间耦合（SC，Spatially-Coupled）LDPC码由于其具有“阈值饱和”特性[1]，并且结合滑窗译码[2]能够达到更低的编译码时延受到了广泛关注，为满足下一代低译码时延通信提供了可实现的路径。SC-LDPC码作为一类耦合码，与LDPC分组码相比具有更加优异的性能[3]。A. Jimenez等人在1999年提出了LDPC卷积码的概念[4]；2011年，Kudekar等人在LDPC卷积码基础上提出了SC-LDPC码[1]，其校验矩阵是由LDPC分组码的校验矩阵耦合而成。规则的SC-LDPC码不仅拥有规则码较低的错误平层，同时也拥有非规则码所具备的性能优势[6]。由于采用基模图构造方法构造的LDPC码性能优异，Mitchell等人基于基模图构造LDPC码的方法来构造性能良好的SC-LDPC码[7]。为了更好地适应通信信道，解决通信系统中码率灵活的问题，应使构造的码具有速率兼容（RC，Rate-Compatible）的特性。Si等人通过图扩展的方式实现速率兼容的SC-LDPC码的设计[8]；Mitchell等人通过随机打孔SC-LDPC码的方式获得速率兼容的码[9]；Liu结合扩展和打孔的方式构造RC-SC-LDPC码[10]；Shi等人结合5G LDPC码的优异性能，采用拆分耦合的方式构造RC-SC-LDPC码，完成了短码的构造及仿真，但仍缺少长码的构造与仿真。在现有的5G通信中，5G LDPC码能够实现速率兼容且性能优异。未来6G通信，不仅需要面向新的需求，也需要兼容原有的5G通信。所以，本文在5G LDPC码的基础上构造SC-LDPC码并结合滑窗译码算法，能够进一步提高通信系统可靠性以及拥有更低的编译码时延。本文通过选用5G LDPC码作为分量码，同时结合基于基模图的外信息转移（PEXIT，Protograph based Extrinsic Information Transfer）算法[12-13]优化拆分策略，构造出性能良好的RC-SC-LDPC码。

1 SC-LDPC码简介

1.1 QC-LDPC码

1.2 SC-LDPC码

2 基于SC-LDPC码的PEXIT算法

3 RC-SC-LDPC码的构造

4 仿真分析

分别构造信息位K=512和K=8 448的RC-SC-LDPC码，与信息位长度K=512对应的码率有3/4、5/6，与信息位长度K=8 448对应的码率有2/3、3/4，采用BPSK调制，传输信道选取加性高斯白噪声（AWGN， Additive White Gaussian Noise）信道，译码采用滑窗译码，窗口大小w=2，窗口内采用分层归一化最小和（NMS, Normalized Min-Sum）译码算法[17]。在相同译码时延下，5G LDPC码迭代次数为50次，为了保证和5G LDPC码具有相同译码复杂度，RC-SC-LDPC码在单个窗口内迭代次数为25次。这是由于滑窗译码每次滑动一个子矩阵的大小，当窗口大小w=2时，SC-LDPC码单个子矩阵参与两次窗口内的译码。

根据图7可得出，当信息位K=512时，BLER性能在10-4时，码率为3/4的SC-LDPC码相较于5G LDPC码约有0.4 dB增益，码率为5/6时，约有0.2 dB增益；根据图8可得出，当信息位K=8 448时，BLER性能在10-5时，码率为2/3的SC-LDPC码相较于5G LDPC码约有0.1 dB增益，码率为3/4时，约有0.05 dB增益。由此可知，构造的RC-SC-LDPC码在不同信息位长度和多组码率下均能满足高可靠的需求，同时由于RC-SC-LDPC码采用滑窗译码算法，译码时延由整个码字的译码时延缩短到单个子矩阵的译码时延，能够满足低时延的需求。综上所述，以5G LDPC码为分量码，采用PEXIT算法优化拆分策略构造的RC-SC-LDPC码相较于5G LDPC码有一定的性能增益，上述的构造方法具有一定的优势。

5 结束语

面向6G通信中高可靠、低时延的需求，本文提出了一种构造RC-SC-LDPC码的优化算法。为了兼容5G LDPC码且实现速率兼容，选用5G LDPC码为分量码构造SC-LDPC码，构造过程中结合PEXIT算法进行拆分策略的优化。仿真结果表明，在同等译码时延下，所提出的RC-SC-LDPC码在多组信息位长度以及不同码率下相较于5G LDPC码具有不错的编码增益；并且，由于RC-SC-LDPC码结合滑窗译码，将整体码字的译码时延缩短到单个子矩阵的译码时延，满足了低时延的需求。综上所述，所构造的码字能够满足高可靠、低时延的需求，为下一代通信提供更多选择的方向。

参考文献：（上下滑动浏览）

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中图分类号：TN929.5 文献标志码：A

王筝（orcid.org/0009-0006-7104-6438）：西安电子科技大学在读博士研究生，主要研究方向为空间耦合LDPC码的构造。方健：西安电子科技大学在读博士研究生，主要研究方向为编码调制。朱敏（orcid.org/0000-0002-1052-5973）：副教授，现就职于西安电子科技大学，主要研究方向为信息论与编码理论，特别是空间耦合卷积码、LDPC码、Polar码等方面。白宝明：教授，现就职于西安电子科技大学，主要研究方向为信息论与信道编码、编码调制技术、无线通信等。★往期推荐★

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