This paper presents a unifying framework to construct low-density parity-check (LDPC) codes with associated Tanner graphs of desired girth. Towards this goal, we highlight the role that a certain square matrix that appears in the product of the parity-check matrix with its transpose has in the construction of codes with graphs of desired girth and further explore it in order to generate the set of necessary and sufficient conditions for a Tanner graph to have a given girth between 6 and 12. For each such girth, we present algorithms to construct codes of the desired girth and we show how to use them to compute the minimum necessary value of the lifting factor. For girth larger than 12, we show how to use multi-step graph lifting methods to deterministically modify codes in order to increase their girth. We also give a new perspective on LDPC protograph-based parity-check matrices by viewing them as rows of a parity-check matrix equal to the sum of certain permutation matrices and obtain an important connection between all protographs and those with variable nodes of degree 2. We also show that the results and methodology that we develop for the all-one protograph can be used and adapted to analyze the girth of the Tanner graph of any parity-check matrix and demonstrate how this can be done using a well-known irregular, multi-edge protograph specified by the NASA Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS). Throughout the paper, we exemplify our theoretical results with constructions of LDPC codes with Tanner graphs of any girth between 6 and 14 and give sufficient conditions for a multi-step lifted parity-check matrix to have girth between 14 and 22.
翻译:本文为构建低密度对等检查( LDPC) 代码提供了一个统一框架, 以构建与此相关的相联的 Tanner 图形显示想要的 girth 。 为实现这一目标, 我们强调在平级检查矩阵及其转换器产品中出现的某种正方矩阵在构建带有理想 girth 图形的代码方面所发挥的作用, 并进一步探索它, 以便生成一套必要和充分的条件, 使坦纳图在 6 到 12 之间有一个给定的 girth 。 对于每一个这样的 girth, 我们提供算法来构建想要的 Ganner 图形的代码, 我们展示如何使用它们来计算最起码的提高系数值。 对于大于 12 的 girc, 我们展示多步的平面矩阵, 我们如何使用多步式平面平面的平面矩阵, 我们用任何平面平面平面的平面图, 我们用任何平面的平面的平面系统, 我们用任何平面平面的平面的平面系统, 我们用所有平面平面平面的平面的平面的平面的平面分析方法, 我们用所有平面平面平面平面平面的平面的平面方法,, 我们用所有平面的平面平面平面的平面的平面的平面的平面图,, 我们用所有平面的平面平面平面的平面图,,,,,, 我们用所有平面平面的平面平面图, 我们用任何平面的平面的平面的平面平面图,,,,,,, 使用任何平面的平面分析方法,,, 我们用任何平面的平面的平面的平面的平面方法,我们用,, 进行,, 进行, 进行, 进行,,, 进行 进行 进行 进行 进行 分析方法,, 进行 进行 进行 进行 分析方法, 进行, 进行 进行 进行 进行 进行 进行 进行 进行 进行 进行 分析, 分析, 分析, 分析, 进行