專利名稱：生成低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及數(shù)據(jù)編碼。具體地，本發(fā)明涉及一種生成低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的方法與裝置。
背景技術(shù)：
一般地，通信系統(tǒng)在發(fā)送之前對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)編碼，以增加發(fā)送穩(wěn)定性、避免重新發(fā)送和提高發(fā)送效率。為此，通信系統(tǒng)使用卷積編碼、渦式編碼等等。
無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展已經(jīng)促使出現(xiàn)了可以按照很高的速度發(fā)送數(shù)據(jù)的無線通信系統(tǒng)。對(duì)于較高速度的數(shù)據(jù)發(fā)送，通信系統(tǒng)需要提供效率比上述現(xiàn)有編碼方法高的編碼技術(shù)。
在這種情況下，出現(xiàn)了LDPC碼，作為一種有發(fā)展前途的編碼方法。LDPC碼首先由Gallager在二十世紀(jì)六十年代早期提出，并且由MacKay在二十世紀(jì)九十年代之后重新發(fā)現(xiàn)。MacKay的LDPC碼基于利用合積算法解碼。這些LDPC碼利用信任傳播(belief propagation)，已經(jīng)引起人們的注意，作為一種具有接近香農(nóng)容量極限的良好性能的代碼。
Richardson與Chung等人后來提出了密度演進(jìn)(density evolution)。密度演進(jìn)的基本思路是在描述LDPC碼的因子圖(factor graph)上，跟蹤在解碼期間生成并且更新的消息的概率分布，其根據(jù)疊代數(shù)目而改變。在假定因子圖上密度演進(jìn)以及無限疊代的情況下，檢測(cè)使錯(cuò)誤概率收斂于“0”的信道參數(shù)。即，提出了可變節(jié)點(diǎn)與檢查節(jié)點(diǎn)的程度分布，其使因子圖上信道參數(shù)最大化。他們?cè)诶碚撋涎菔玖?，這種情況也適用于有限周期長(zhǎng)度的LDPC碼。利用這種密度演進(jìn)技術(shù)，非正則LDPC碼的信道容量接近理論香農(nóng)極限0.0045dB以內(nèi)。
人們討論這些LDPC碼，作為用于未來一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的、渦式碼的突出的替換方式。這是因?yàn)長(zhǎng)DPC碼在解碼器設(shè)計(jì)方面具有并行結(jié)構(gòu)以及低復(fù)雜度、低錯(cuò)誤下限(error-floor)性能、以及良好的幀錯(cuò)誤率。因此，可以預(yù)期隨著未來投入更多的開發(fā)努力，將會(huì)提出良好的LDPC碼。
然而，常規(guī)LDPC碼的顯著問題在于就編碼而言、相對(duì)于渦式編碼的較高的復(fù)雜度，對(duì)于短幀長(zhǎng)度難于確定具有比渦式碼更好性能的最優(yōu)代碼結(jié)構(gòu)，以及要求用于LDPC碼表示的大量存儲(chǔ)器。因此，需要一種在幀長(zhǎng)度方面具有靈活性的高效LDPC碼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于基本解決至少上述問題和/或缺點(diǎn)，并且至少提供以下優(yōu)點(diǎn)。相應(yīng)地，本發(fā)明的目的在于提供一種可以用簡(jiǎn)單編碼實(shí)現(xiàn)的、生成低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的方法與裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種可以用簡(jiǎn)單編碼實(shí)現(xiàn)的、生成塊LDPC碼的方法與裝置。
通過提供一種LDPC碼生成方法與裝置，達(dá)到了以上目的。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，在LDPC碼生成方法中，形成具有對(duì)于檢查節(jié)點(diǎn)的(N-K)行、以及對(duì)于可變節(jié)點(diǎn)的N列的奇偶校驗(yàn)矩陣，用來將長(zhǎng)度為K的信息序列編碼為長(zhǎng)度為N的碼字。將奇偶校驗(yàn)矩陣分為具有K列的信息部分矩陣與具有(N-K)列的奇偶校驗(yàn)部分矩陣。將奇偶校驗(yàn)部分矩陣分為P×P子塊。P為(N-K)的約數(shù)。定義奇偶校驗(yàn)矩陣中的第一對(duì)角線與第二對(duì)角線，使得第二對(duì)角線為第一對(duì)角線移位f個(gè)子塊。將經(jīng)移位的單位矩陣置于位于第一與第二對(duì)角線上的子塊中。在不同于第一與第二對(duì)角線子塊的剩余子塊中填充零矩陣。將奇數(shù)個(gè)δ矩陣置于奇偶校驗(yàn)部分矩陣的一個(gè)子塊列中。每個(gè)δ矩陣都包含1個(gè)元素1、以及其它元素0。存儲(chǔ)奇偶校驗(yàn)矩陣。


本發(fā)明的以上以及其它目的、特征、以及優(yōu)點(diǎn)將從參照附圖的詳細(xì)描述中變得更加明顯，其中圖1說明定義常規(guī)(10，5)低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的奇偶校驗(yàn)矩陣；圖2說明描述圖1所示LDPC碼的因子圖；圖3A與3B為L(zhǎng)DPC解碼的概念圖；圖4說明用于高效LDPC編碼的示范性奇偶校驗(yàn)矩陣；圖5說明定義通用雙對(duì)角線(GDM)LDPC碼的塊奇偶校驗(yàn)矩陣；
圖6說明用來生成GDM LDPC碼的基本奇偶校驗(yàn)矩陣的奇偶校驗(yàn)部分、以及相關(guān)的GDM LDPC編碼；圖7說明從圖6所示的奇偶校驗(yàn)部分?jǐn)U展的塊奇偶校驗(yàn)部分；圖8說明定義GDM LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣、以及相關(guān)的GDM LDPC編碼，其中P＝3，N-K＝15；圖9說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的奇偶校驗(yàn)矩陣的奇偶校驗(yàn)部分的結(jié)構(gòu)；圖10說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LDPC碼與相關(guān)的LDPC編碼；圖11為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LDPC碼生成裝置的方框圖；圖12為說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LDPC碼生成運(yùn)算的流程圖；圖13說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LDPC碼奇偶校驗(yàn)部分的示范性實(shí)現(xiàn)；圖14說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、P＝3的奇偶校驗(yàn)矩陣；圖15為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的塊LDPC解碼裝置的方框圖。
在整個(gè)附圖中，相同或類似的元件、特征、以及結(jié)構(gòu)由相同的參考標(biāo)記表示。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在以下描述中，為了簡(jiǎn)潔不描述公知的功能或者結(jié)構(gòu)。
低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼是一種線性塊代碼。LDPC碼的結(jié)構(gòu)由在大部分項(xiàng)上含0、其它處含1的奇偶校驗(yàn)矩陣定義。例如，對(duì)于K個(gè)信息比特的(N，K)LDPC碼為塊大小為N的線性塊代碼，其由稀疏(N-K)×N奇偶校驗(yàn)矩陣定義，其中除1之外的所有元素為0。行或列中1的數(shù)目稱為該行或列的度。
當(dāng)奇偶校驗(yàn)矩陣的每行與每列具有固定的度時(shí)，LDPC碼是正則的，否則是非正則的。人們一般知道非正則LDPC碼性能優(yōu)于正則LDPC碼。然而，由于行之間與列之間的不同度，只有適當(dāng)調(diào)整行度與列度，非正則LDPC碼才可能有良好性能。
長(zhǎng)度為N的碼字表示為向量C，并且對(duì)于長(zhǎng)度為K的信息比特，使用具有2K碼字的(N，K)碼。(N，K)LDPC碼由(N-K)×N奇偶校驗(yàn)矩陣H定義，其滿足HCT＝0 ....(1)
圖1說明了定義常規(guī)(10，5)LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣。
參照?qǐng)D1，LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣H包含5行10列。列具有同一度2，行具有同一度4。由此，(10，5)LDPC碼是正則的。
圖2說明描述圖1所示LDPC碼的因子圖。
參照?qǐng)D2，LDPC碼的因子圖包含10個(gè)可變節(jié)點(diǎn)20，由V1至V10表示；以及5個(gè)檢查節(jié)點(diǎn)22，由C1至C5表示。當(dāng)奇偶校驗(yàn)矩陣第i行第j列的元素為1時(shí)，邊(或分支)24將第i可變節(jié)點(diǎn)Vi與第j檢查節(jié)點(diǎn)Cj相連接。
如上所述，因?yàn)長(zhǎng)DPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣具有非常小的度，所以對(duì)于相對(duì)較長(zhǎng)的塊代碼，有使用合積算法經(jīng)過疊代解碼的消息。隨著塊代碼的塊大小繼續(xù)增加，其與渦式碼一樣具有接近香農(nóng)信道容量極限的性能。
LDPC解碼為以下過程在因子圖上，在可變節(jié)點(diǎn)與檢查節(jié)點(diǎn)之間，疊代地互換在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上生成并更新的消息。在操作過程中，節(jié)點(diǎn)使用合積算法更新消息。在圖3A與3B中描述了該疊代LDPC解碼。
參照?qǐng)D3A，通過將從其它可變節(jié)點(diǎn)20b接收的可變節(jié)點(diǎn)值相加，檢查節(jié)點(diǎn)22a為連接到檢查節(jié)點(diǎn)22a的一個(gè)可變節(jié)點(diǎn)20b創(chuàng)建檢查節(jié)點(diǎn)消息24。參照?qǐng)D3B，通過將從其它檢查節(jié)點(diǎn)22b接收的檢查節(jié)點(diǎn)值的相乘，可變節(jié)點(diǎn)20a為連接到可變節(jié)點(diǎn)20a的一個(gè)檢查節(jié)點(diǎn)22a創(chuàng)建可變節(jié)點(diǎn)消息26。
在應(yīng)用合積算法時(shí)，檢查節(jié)點(diǎn)消息與可變節(jié)點(diǎn)消息沿在其間連接的邊沿傳送。由此，因?yàn)槠媾夹ｒ?yàn)矩陣具有較少的1，所以待傳送的消息的數(shù)目會(huì)減少，因此減少了解碼的計(jì)算量以及存儲(chǔ)器空間。
高效LDPC編碼是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。一般地，利用長(zhǎng)度為K的信息序列、CI以及(N-K)×N奇偶校驗(yàn)矩陣，生成包含(N-K)奇偶校驗(yàn)比特的奇偶校驗(yàn)序列Cp。該奇偶校驗(yàn)矩陣為(N-K)×K信息部分矩陣HI與(N-K)×(N-K)奇偶校驗(yàn)矩陣Hp的并置，表示為H＝[HIHP] ....(2)此處，C＝[CICp]，其中CI＝[c0，c1，...，cK-1]，Cp＝[p0，p1，...，pN-K-1]。
在考慮LDPC碼的周期與密度演進(jìn)特性的情況下，設(shè)計(jì)奇偶校驗(yàn)矩陣的信息部分，這超出本發(fā)明的范圍。因此，此處對(duì)其不詳細(xì)描述。
圖4說明用于高效LDPC編碼的示范性奇偶校驗(yàn)矩陣。
參照?qǐng)D4，奇偶校驗(yàn)矩陣100分為信息部分102與奇偶校驗(yàn)部分104。元素1位于第一對(duì)角線上，從為正方矩陣的奇偶校驗(yàn)部分104的第一行第一列的元素開始，至最后一行最后一列的元素結(jié)束。第二對(duì)角線從第一行第二列的元素開始，也具有元素1。此處，可以說第二對(duì)角線為第一對(duì)角線循環(huán)移位1。
設(shè)計(jì)奇偶校驗(yàn)矩陣100在第一行106中包含奇數(shù)個(gè)1，由此依次生成奇偶校驗(yàn)比特，消除度為1的列。圖4中未明確顯示為1的元素都是0。
將奇偶校驗(yàn)矩陣100的所有行逐列相加，得到向量S＝[SISp]。從等式(1)，顯然向量S與碼字向量C之間的內(nèi)積必然為0。此處應(yīng)該理解在本發(fā)明實(shí)施例中，相加指伽羅瓦域上相加。因?yàn)橄鄳?yīng)于奇偶校驗(yàn)部分104中、除第一奇偶校驗(yàn)比特之外的剩余奇偶校驗(yàn)比特的可變節(jié)點(diǎn)在所有時(shí)間都具有度2，所以Sp除第一比特之外都是0，即，S＝[1，0，0，...，0]。因此，從等式(1)導(dǎo)出等式(3)，并且通過其計(jì)算第一奇偶校驗(yàn)比特p0。
SCT=p0+SIT=0...(3)]]>如果奇偶校驗(yàn)矩陣100的每一行都由以下表示hi=[hiI:hip],...(4)]]>則hjCT＝0 ....(5)其中j為0與(N-K-1)之間的整數(shù)。
因此，通過以下計(jì)算p1h0TCIT+p0+p1=0...(6)]]>通過這種方式，依次獲得奇偶校驗(yàn)比特。
首先，為每行計(jì)算hjICIT，然后通過以下方式計(jì)算第(z+1)奇偶校驗(yàn)比特，同時(shí)累積所獲得的值。令hjP的第z個(gè)元素由hjP(z)表示，HP第一列的向量g由以下表示g=[h0P(0),h1P(0),...,hN-K-1P(0)]...(7)]]>則，pz+1=Σi=0z(hzICIT+p0hzp(0))...(8)]]>通過在奇偶校驗(yàn)矩陣100中將每個(gè)元素1替換為P×P單位矩陣I，可以將奇偶校驗(yàn)部分104擴(kuò)展到P倍大奇偶校驗(yàn)部分。顯然，P為(N-K)的約數(shù)。有利的是，相對(duì)于非正則LDPC碼，具有經(jīng)擴(kuò)展奇偶校驗(yàn)部分的塊類型LDPC碼可以較小存儲(chǔ)器容量表示，具有幀長(zhǎng)度方面的靈活性，并且使之能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的解碼器實(shí)現(xiàn)。塊類型LDPC碼可以互換地稱為向量LDPC碼、塊LDPC碼、或者GDM LDPC碼。
與陣列碼(array code)一樣，GDM LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣具有通過循環(huán)移位P×P單位矩陣I的每行‘s’而創(chuàng)建的矩陣作為子塊?！畇’為移位指數(shù)。
參照?qǐng)D5，以下描述表示GDM LDPC碼的塊奇偶校驗(yàn)矩陣。將(27，15)GDM LDPC碼作為例子。
參照?qǐng)D5，如果將n定義為N/P，將k定義為K/P，P＝3，則對(duì)于奇偶校驗(yàn)矩陣110，n＝9，k＝5。奇偶校驗(yàn)矩陣110分為信息部分112與奇偶校驗(yàn)部分114。奇偶校驗(yàn)部分114分為的每個(gè)都是3×3矩陣的子塊。因此，奇偶校驗(yàn)部分114具有4個(gè)子塊行和4個(gè)子塊列。雖然未顯示，但是信息部分112只包含零矩陣或者經(jīng)移位的單位矩陣，并且通過考慮代碼的密度演進(jìn)與周期特性，確定非零子塊的位置以及經(jīng)移位的單位矩陣的移位指數(shù)‘s’。
經(jīng)移位的單位矩陣置于第一對(duì)角線上，從為第一子塊行第一子塊列開始，至最后一子塊行最后一子塊列結(jié)束。需要注意奇偶校驗(yàn)部分114中，第一對(duì)角線上的一個(gè)經(jīng)移位的單位矩陣116有個(gè)1被穿孔。第二對(duì)角線從第一子塊行第二子塊列開始，也具有經(jīng)移位的單位矩陣。因此，可以說第二對(duì)角線為第一對(duì)角線循環(huán)移位1。奇偶校驗(yàn)部分114中的空子塊為零矩陣。
經(jīng)移位的單位矩陣為從單位矩陣I沿對(duì)角線移位的矩陣。這樣的單位矩陣的例子有σ=0100001000011000...(9)]]>移位指數(shù)為s的經(jīng)移位單位矩陣σs表示從單位矩陣I移位s次的矩陣。此處σ0＝1。圖5所示奇偶校驗(yàn)部分114中的對(duì)角線具有σs子塊。經(jīng)移位單位矩陣是通過循環(huán)移位單位矩陣I的每一列而創(chuàng)建的循環(huán)置換矩陣。
通過利用圖6所示奇偶校驗(yàn)矩陣的奇偶校驗(yàn)部分，創(chuàng)建GDM LDPC碼。在圖6中，在所示二進(jìn)制矩陣中，只有1位于對(duì)角線30a、30b、以及32上。配置雙對(duì)角線矩陣，從而第二對(duì)角線30a與30b為第一對(duì)角線32移位‘f’。將‘0’置為第二對(duì)角線30a的第一項(xiàng)(即穿孔)使之能夠編碼p0，并且以與圖4所示奇偶校驗(yàn)矩陣100類似的方式，依次編碼剩余的奇偶校驗(yàn)比特。沿箭頭方向依次編碼所有其它奇偶校驗(yàn)比特，從p0開始。此處，r＝n-k＝(N-K)/P。
圖7說明從圖6所示的奇偶校驗(yàn)部分?jǐn)U展的塊奇偶校驗(yàn)部分。
參照?qǐng)D7，所示奇偶校驗(yàn)部分包含在第一與第二對(duì)角線40、42a、以及42b上的、經(jīng)移位的單位矩陣σj，以及在其它位置上的零矩陣。在第一對(duì)角線40上有移位指數(shù)為0，2，...，2(r-f-1)，2(r-f)，...，2(r-1)的經(jīng)移位單位矩陣。第二對(duì)角線42a以及42b為第一對(duì)角線40移位f子塊，具有移位指數(shù)為1，3，...，2(r-f-1)+1，...，2(r-f)+1，...，2(r-1)+1的經(jīng)移位單位矩陣。每個(gè)經(jīng)移位單位矩陣大小為P×P，因此第二對(duì)角線42a與第一對(duì)角線40相距P×f列。
在奇偶校驗(yàn)部分，如果將第一對(duì)角線上第一經(jīng)移位單位矩陣σj1的第一行變?yōu)榱悖皇菍⒌谝唤?jīng)移位單位矩陣σj1變?yōu)榱憔仃?，則可以通過循環(huán)所有非零元素來對(duì)所有奇偶校驗(yàn)比特進(jìn)行編碼。
返回圖5，通過向圖7所示奇偶校驗(yàn)部分施加塊移位f＝3，來設(shè)計(jì)奇偶校驗(yàn)部分114。即使設(shè)置為j0＝j(luò)1＝0、并且通過奇偶校驗(yàn)比特置換使子塊116 σj0的第一行具有全零，也不會(huì)失去奇偶校驗(yàn)矩陣的固有性質(zhì)。
確定每個(gè)子塊的移位指數(shù)ji，從而可以依次編碼所有的奇偶校驗(yàn)比特。更具體地說，確定ji，從而兩條對(duì)角線上矩陣的移位指數(shù)的和模數(shù)與P互質(zhì)，gcd(Σiji.P)=1...(10)]]>其中g(shù)cd表示最大公約數(shù)。
圖8說明定義GDM LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣，其中P＝3，N-K＝15。參照?qǐng)D8，奇偶校驗(yàn)矩陣120包含信息部分122與奇偶校驗(yàn)部分124。除兩條對(duì)角線上的子塊之外，奇偶校驗(yàn)部分124以零矩陣填充。第一對(duì)角線從第一子塊行第一子塊列中的子塊開始，至最后一子塊行最后一子塊列的子塊結(jié)束。第二對(duì)角線通過將第一對(duì)角線移位兩個(gè)子塊產(chǎn)生，并且其上有經(jīng)移位的單位矩陣。
當(dāng)將奇偶校驗(yàn)部分124中第一行第一列元素130穿孔時(shí)，根據(jù)等式(5)，從第一行中第7元素126獲得第一經(jīng)編碼的奇偶校驗(yàn)比特。隨后的奇偶校驗(yàn)比特沿箭頭方向編碼，至來自于第一列的第12個(gè)元素128的最后一個(gè)奇偶校驗(yàn)比特結(jié)束。
然而，在具有圖8所示配置的GDM LDPC碼中，存在度為‘1’的列。該列中的‘1’元素不受疊代解碼影響。在圖8所示的情況中，對(duì)元素130穿孔會(huì)防止元素128受到其它列的影響。在該情況下，將描述消除度為‘1’列中為‘1’的經(jīng)編碼比特的方法。
圖9說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的奇偶校驗(yàn)矩陣的奇偶校驗(yàn)部分的結(jié)構(gòu)。此處不顯示該奇偶校驗(yàn)矩陣的信息部分，因?yàn)槠渑c本發(fā)明主題無關(guān)。
參照?qǐng)D9，該奇偶校驗(yàn)部分包含對(duì)角線50、52a以及52b上的、經(jīng)移位的單位矩陣σj，以及在其它位置上的零矩陣。j為0與2(r-1)之間的整數(shù)，其中r為(n-k)。具有偶次移位指數(shù)0，2，...，2(r-f-1)，2(r-f)，...，2(r-1)的經(jīng)移位的單位矩陣在第一對(duì)角線50上。第二對(duì)角線52a以及52b為第一對(duì)角線40移位f子塊，具有奇移位指數(shù)1，3，...，2(r-f-1)+1，...，2(r-f)+1，...，2(r-1)+1的經(jīng)移位單位矩陣。以如下方式確定經(jīng)移位單位矩陣的移位指數(shù)，該方式使LDPC碼的性能最大化，并且簡(jiǎn)化解碼器結(jié)構(gòu)。如何確定移位指數(shù)超過了本發(fā)明的范圍，此處不進(jìn)行描述。
具體地，將每個(gè)都只包含一個(gè)1元素(此后稱為δ矩陣δi)的矩陣插入子塊列54，包括度為1的列。與經(jīng)移位單位矩陣一樣，δ矩陣δi大小為P×P，并且每個(gè)δ矩陣都在第一列的第i比特上具有1。此處，i為0與(P-1)之間的整數(shù)，并且δ-1為零矩陣。4×4δi為δi=0000100000000000...(11)]]>考慮到奇偶校驗(yàn)部分的大小為(N-K)×(N-K)，n＝N/P，k＝K/P，子塊列54包含(n-k-2)個(gè)δ矩陣。(n-k-2)為奇數(shù)，并且隨機(jī)確定δ矩陣的位置。
將上述矩陣的行逐列相加只會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)于第一奇偶校驗(yàn)比特的元素，并且其它元素為0。因此，如上所述，可以依次編碼奇偶校驗(yàn)比特。
圖10說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LDPC碼與相關(guān)的LDPC編碼。表示元素的小方框中的數(shù)字表示編碼奇偶校驗(yàn)比特的序列。
參照?qǐng)D10，奇偶校驗(yàn)矩陣140H具有信息部分142HI與奇偶校驗(yàn)部分144Hp(H＝[HIHp])。在奇偶校驗(yàn)部分144中定義兩條對(duì)角線154、156a和156b。奇偶校驗(yàn)部分144的第一子塊列150具有兩個(gè)經(jīng)移位的單位矩陣154、156，以及一個(gè)δ矩陣152。
如上所述，奇偶校驗(yàn)矩陣140H中行的逐列和的向量由S＝[SISp]給出。很清楚，從HCT＝0得到SCT＝p0+SICIT＝0，并且根據(jù)p0＝SICIT通過元素146獲得p0。然后通過hI0CIT+p0+p1＝0編碼p1，并且按照?qǐng)D10所示箭頭的順序，編碼所有其它奇偶校驗(yàn)比特。使用元素148編碼最后一個(gè)奇偶校驗(yàn)比特。需要注意的是通過另外考慮p0，對(duì)相應(yīng)于子塊152的δ矩陣中包含1元素的列的奇偶校驗(yàn)比特進(jìn)行編碼。設(shè)按照編碼順序排序的奇偶校驗(yàn)比特表示為p0’，p1’，...，p(N-K-1)’，并且根據(jù)順序pt’重新排序的行表示為ht’。則按照以下對(duì)奇偶校驗(yàn)比特編碼pt+1′=Σi=0t(h^tICIT+p0′h^tP(0))...(12)]]>圖11為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LDPC碼生成裝置的方框圖。
參照?qǐng)D11，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200包含通過系統(tǒng)總線230連接到存儲(chǔ)系統(tǒng)218的處理器212。處理器212從存儲(chǔ)系統(tǒng)218讀取必要的參數(shù)，利用這些參數(shù)生成LDPC碼，并且在存儲(chǔ)系統(tǒng)218中存儲(chǔ)LDPC碼。為了生成LDPC碼，處理器212可以通過系統(tǒng)總線230連接到主存儲(chǔ)器210、輸入設(shè)備214、以及輸出設(shè)備216。
借助輸入設(shè)備214，用戶通過系統(tǒng)總線230向處理器212輸入命令。處理器212根據(jù)命令信號(hào)運(yùn)算，并且通過輸出設(shè)備216向用戶顯示運(yùn)算結(jié)果。在用戶的請(qǐng)求下，可以將該運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)218中。
通過在存儲(chǔ)系統(tǒng)218中存儲(chǔ)公知的相應(yīng)計(jì)算機(jī)程序代碼，或者設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件邏輯，實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的LDPC碼生成運(yùn)算。生成LDPC碼所需的參數(shù)或者計(jì)算這些參數(shù)所需的程序代碼存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)218中。由處理器212生成的LDPC碼逐子塊地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)218中。
圖12為說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LDPC碼生成運(yùn)算的流程圖。LDPC碼生成運(yùn)算生成定義LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣。
參照?qǐng)D12，在步驟300，形成奇偶校驗(yàn)矩陣，其包含對(duì)于檢查節(jié)點(diǎn)的(N-K)行以及對(duì)于可變節(jié)點(diǎn)的N列，以將長(zhǎng)度為K的信息序列編碼為長(zhǎng)度為N的碼字。在步驟302，將奇偶校驗(yàn)矩陣分為K列信息部分矩陣以及(N-K)列奇偶校驗(yàn)部分矩陣。在步驟304，奇偶校驗(yàn)部分矩陣將進(jìn)一步分為P×P子塊。P為(N-K)的約數(shù)。因此，奇偶校驗(yàn)矩陣具有(N-K)/P＝(n-k)子塊行與(n-k)子塊列。
在步驟306，確定第一與第二對(duì)角線。第一對(duì)角線從第一子塊行第一子塊列開始，至最后一子塊行最后一子塊列結(jié)束，第二對(duì)角線為第一對(duì)角線移位f子塊。在步驟308，在第一與第二對(duì)角線上的子塊中放置具有預(yù)定移位指數(shù)ji的經(jīng)移位單位矩陣。確定f與ji，使得奇偶校驗(yàn)矩陣的編碼性能最大化。與常規(guī)GDM LDPC碼相比，第一與第二對(duì)角線上沒有元素被穿孔。
在步驟310，在其它位置上填充零矩陣。在步驟312，在奇偶校驗(yàn)矩陣中，將包含度1的列的子塊列中的奇數(shù)個(gè)零矩陣替換為δ矩陣。如上所述，δ矩陣定義為只有在一個(gè)項(xiàng)上有1、在其它位置上有0的每個(gè)矩陣。在步驟314，將奇偶校驗(yàn)矩陣存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)中。
圖13說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的LDPC碼奇偶校驗(yàn)部分的示范性實(shí)現(xiàn)。
參照?qǐng)D13，在奇偶校驗(yàn)部分HP中，雙對(duì)角線上的子塊為單位矩陣I。在第一子塊列的兩個(gè)子塊中，有一個(gè)δ矩陣δ0和一個(gè)經(jīng)移位的單位矩陣δs。δs為從單位矩陣移位s的矩陣。通過這種方式，在第一子塊列中插入δ矩陣δ0消除了度為1的列，由此有利于LDPC編碼。此處，s與表示子塊大小的P互質(zhì)。該LDPC碼具有以下優(yōu)點(diǎn)奇偶校驗(yàn)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，奇偶校驗(yàn)比特非常規(guī)則。
對(duì)于s＝1，編碼循序?yàn)閜0→pP→p2P…→p(n-k-1)P→p1→pP+1…→pN-K-1....(13)圖14說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、P＝3的奇偶校驗(yàn)矩陣。
參照?qǐng)D14，奇偶校驗(yàn)矩陣160具有信息部分162與奇偶校驗(yàn)部分164。在奇偶校驗(yàn)部分164中，在雙對(duì)角線170、172a和172b上放置3×3單位矩陣。第一子塊列包含1個(gè)經(jīng)移位的單位矩陣168和只有一個(gè)1元素的δ矩陣166。
上述系統(tǒng)LDPC碼具有經(jīng)移位單位矩陣的子塊以及δ矩陣的子塊(即δ塊)。存儲(chǔ)系統(tǒng)保存表示塊LDPC碼所需的參數(shù)，即關(guān)于每個(gè)檢查節(jié)點(diǎn)的度、每個(gè)可變節(jié)點(diǎn)的度、每行中非零矩陣的位置、以及每個(gè)非零矩陣的移位指數(shù)s的信息。這些參數(shù)表示為正整數(shù)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，存儲(chǔ)系統(tǒng)與其它子塊相區(qū)別地存儲(chǔ)δ塊。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，存儲(chǔ)系統(tǒng)管理表示為非零矩陣的每個(gè)子塊包含δ矩陣還是經(jīng)移位單位矩陣的1比特子塊信息。s表示經(jīng)移位單位矩陣的移位指數(shù)，s也表示δ矩陣子塊的1的位置。
在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，存儲(chǔ)系統(tǒng)使用s指示為非零矩陣的子塊是否包含δ矩陣。因?yàn)?≤s≤P，所以需要b＝[log2P]比特來表示s。此處，[]為上取整函數(shù)。相應(yīng)地，存儲(chǔ)系統(tǒng)為s分配與b一樣多的比特或者比b多的比特，并且通過等于或大于P的s表示δ矩陣。
從存儲(chǔ)系統(tǒng)檢索奇偶校驗(yàn)矩陣至LDPC編碼器/解碼器。LDPC編碼器利用輸入信息序列CI以及奇偶校驗(yàn)矩陣、根據(jù)等式(12)計(jì)算奇偶校驗(yàn)序列CP，并且將CI、CP連接為碼字C。通過調(diào)制器與射頻(RF)單元，將碼字發(fā)送給接收器。
參照?qǐng)D15，下面描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的、使用奇偶校驗(yàn)矩陣的解碼塊LDPC碼的裝置的配置。
參照?qǐng)D15，LDPC解碼裝置包含塊控制器410、可變節(jié)點(diǎn)部分400、加法器415、解交織器417、交織器419、控制器421、存儲(chǔ)器423、加法器425、檢查節(jié)點(diǎn)部分450、以及硬判決解碼器429?？勺児?jié)點(diǎn)部分400包含可變節(jié)點(diǎn)處理器411與開關(guān)413、414，檢查節(jié)點(diǎn)部分450包含檢查節(jié)點(diǎn)處理器427。存儲(chǔ)器423利用每個(gè)檢查節(jié)點(diǎn)的度、每個(gè)可變節(jié)點(diǎn)的度、每行中非零矩陣的位置、以及非零矩陣的移位指數(shù)s表示奇偶校驗(yàn)矩陣。存儲(chǔ)器423還包含1比特子塊信息，用來指示為非零矩陣的每個(gè)子塊包含δ矩陣還是經(jīng)移位的單位矩陣。
在運(yùn)算中，塊控制器410確定在射頻信道上接收的信號(hào)的塊大小。在具有在相應(yīng)于LDPC解碼裝置的LDPC編碼裝置中穿孔的信息字部分的情況下，塊控制器410通過在穿孔位置插入0來控制總體塊大小。
可變節(jié)點(diǎn)處理器411計(jì)算從塊控制器410接收的信號(hào)的概率，并且使用計(jì)算的概率更新現(xiàn)有的概率。此處，根據(jù)預(yù)定奇偶校驗(yàn)矩陣，可變節(jié)點(diǎn)處理器411將可變節(jié)點(diǎn)連接到檢查節(jié)點(diǎn)，并且對(duì)與連接到每個(gè)可變節(jié)點(diǎn)的檢查節(jié)點(diǎn)的數(shù)目一樣多的輸入值以及相應(yīng)的輸出值進(jìn)行更新操作。連接到每個(gè)可變節(jié)點(diǎn)的檢查節(jié)點(diǎn)的數(shù)目等于奇偶校驗(yàn)矩陣每列的權(quán)(即度)，即每列中l(wèi)的數(shù)目。因此，可變節(jié)點(diǎn)處理器411根據(jù)在奇偶校驗(yàn)矩陣中每列的權(quán)進(jìn)行運(yùn)算。當(dāng)開關(guān)413截止時(shí)，開關(guān)414將可變節(jié)點(diǎn)處理器411的輸出切換至加法器415。
加法器415從可變節(jié)點(diǎn)處理器411的輸出中減去在先前疊代解碼循環(huán)中生成的、交織器419的輸出。在初始解碼循環(huán)中，交織器輸出認(rèn)為是0。
解交織器417按預(yù)定方式對(duì)從加法器415接收的差異信號(hào)進(jìn)行解交織。根據(jù)奇偶校驗(yàn)矩陣配置解交織器417，因?yàn)楦鶕?jù)l元素的位置，相應(yīng)于解交織器417的交織器419以不同方法操作。
加法器425從解交織器417的輸出中減去在先前疊代解碼循環(huán)中生成的、檢查節(jié)點(diǎn)處理器427的輸出。根據(jù)奇偶校驗(yàn)矩陣，檢查節(jié)點(diǎn)處理器427將檢查節(jié)點(diǎn)連接到可變節(jié)點(diǎn)，并且對(duì)與連接到每個(gè)檢查節(jié)點(diǎn)的可變節(jié)點(diǎn)的數(shù)目一樣多的輸入值以及相應(yīng)的輸出值進(jìn)行更新操作。連接到每個(gè)檢查節(jié)點(diǎn)的可變節(jié)點(diǎn)的數(shù)目等于奇偶校驗(yàn)矩陣每行的權(quán)(即度)。因此，檢查節(jié)點(diǎn)處理器427根據(jù)奇偶校驗(yàn)矩陣的行的權(quán)操作。
在控制器421的控制下，交織器419按照預(yù)定的交織方法對(duì)從加法器425接收的信號(hào)進(jìn)行交織?？刂破?2l從存儲(chǔ)器423讀取交織信息，并且根據(jù)交織信息控制交織器419的交織操作。顯然，在初始解碼循環(huán)中，解交織器417的輸出認(rèn)為是0。
疊代地執(zhí)行以上解碼操作。在預(yù)定數(shù)目的解碼疊代之后，開關(guān)414從加法器415關(guān)閉可變節(jié)點(diǎn)處理器4ll，并且開關(guān)413將可變節(jié)點(diǎn)處理器411切換至硬判決解碼器429。硬判決解碼器429對(duì)從可變節(jié)點(diǎn)處理器411接收的信號(hào)進(jìn)行硬判決，并且輸出硬判決值作為最終的解碼比特。
可以進(jìn)一步設(shè)想本發(fā)明的另一實(shí)施例，其在對(duì)從塊控制器410接收的信號(hào)完成可變節(jié)點(diǎn)處理與檢查節(jié)點(diǎn)處理時(shí)，開關(guān)413將可變節(jié)點(diǎn)處理器411切換至判決解碼器429。來自硬判決解碼器429的硬判決值在緩沖器(未顯示)中緩存，并且奇偶校驗(yàn)器(未顯示)對(duì)硬判決值進(jìn)行奇偶校驗(yàn)?？刂破?2l可以進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。如果奇偶校驗(yàn)失敗，則奇偶校驗(yàn)器通知控制器421需要進(jìn)一步的疊代解碼，由此來自塊控制器410的信號(hào)再次經(jīng)過可變節(jié)點(diǎn)處理與檢查節(jié)點(diǎn)處理。在另一方面，如果奇偶校驗(yàn)通過，則最終輸出所緩存的硬判決值作為解碼比特。
如上所述運(yùn)行的本發(fā)明具有以下主要效果。
對(duì)于GDM LDPC碼，通過避免出現(xiàn)度1的可變節(jié)點(diǎn)，本發(fā)明對(duì)所有奇偶校驗(yàn)比特的編碼進(jìn)行密度演進(jìn)，由此增加了編碼性能。另外，LDPC碼得到表示，同時(shí)保持其塊結(jié)構(gòu)并且節(jié)省存儲(chǔ)器容量。作為結(jié)果，進(jìn)行了高效LDPC編碼。
雖然已經(jīng)參照其特定實(shí)施例顯示并且描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解在不脫離權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神與范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種生成低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的方法，包含以下步驟(1)形成具有對(duì)于檢查節(jié)點(diǎn)的(N-K)行、以及對(duì)于可變節(jié)點(diǎn)的N列的奇偶校驗(yàn)矩陣，用來將長(zhǎng)度為K的信息序列編碼為長(zhǎng)度為N的碼字；(2)將奇偶校驗(yàn)矩陣分為具有K列的信息部分矩陣與具有(N-K)列的奇偶校驗(yàn)部分矩陣；(3)將奇偶校驗(yàn)部分矩陣分為P×P子塊，P為(N-K)的約數(shù)；(4)定義奇偶校驗(yàn)矩陣中的第一對(duì)角線與第二對(duì)角線，其中第二對(duì)角線為第一對(duì)角線移位f個(gè)子塊；(5)將具有移位指數(shù)的、經(jīng)移位的單位矩陣置于位于第一與第二對(duì)角線上的子塊中；(6)在不同于第一與第二對(duì)角線子塊的剩余子塊中填充零矩陣；(7)將奇數(shù)個(gè)δ矩陣置于奇偶校驗(yàn)部分矩陣的一個(gè)子塊列中，其中每個(gè)δ矩陣都包含1個(gè)元素1、以及其它元素0；以及(8)存儲(chǔ)奇偶校驗(yàn)矩陣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(4)包含以下步驟定義第一對(duì)角線，使得第一對(duì)角線從第一子塊行第一子塊列開始，至最后一子塊行最后一子塊列結(jié)束。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一與第二對(duì)角線上經(jīng)移位的單位矩陣的移位指數(shù)的和模數(shù)與P互質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(7)包含以下步驟將奇偶校驗(yàn)部分矩陣第一子塊列中的一個(gè)零矩陣替換為δ矩陣。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中每個(gè)δ矩陣都在第一列中具有一個(gè)元素1。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(8)包含以下步驟存儲(chǔ)有關(guān)每個(gè)檢查節(jié)點(diǎn)的度、每個(gè)可變節(jié)點(diǎn)的度、每行中非零矩陣的位置、以及每個(gè)非零矩陣的移位指數(shù)的信息，以及表示每個(gè)非零矩陣是否為δ矩陣的1比特子塊信息。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中為δ矩陣的非零矩陣的移位指數(shù)指示δ矩陣中元素1的位置。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(8)包含以下步驟存儲(chǔ)有關(guān)每個(gè)檢查節(jié)點(diǎn)的度、每個(gè)可變節(jié)點(diǎn)的度、每行中非零矩陣的位置、以及每個(gè)非零矩陣的移位指數(shù)的信息，其中為δ矩陣的非零矩陣的移位指數(shù)等于或小于P。
9.一種生成低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的裝置，包含存儲(chǔ)系統(tǒng)，用來存儲(chǔ)用于生成定義LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣的程序代碼，并且存儲(chǔ)該奇偶校驗(yàn)矩陣；通過實(shí)現(xiàn)該程序代碼以生成奇偶校驗(yàn)矩陣的處理器，其中該處理器用來執(zhí)行以下步驟(a)形成具有對(duì)于檢查節(jié)點(diǎn)的(N-K)行、以及對(duì)于可變節(jié)點(diǎn)的N列的奇偶校驗(yàn)矩陣，用來將長(zhǎng)度為K的信息序列編碼為長(zhǎng)度為N的碼字；(b)將奇偶校驗(yàn)矩陣分為具有K列的信息部分矩陣與具有(N-K)列的奇偶校驗(yàn)部分矩陣；(c)將奇偶校驗(yàn)部分矩陣分為每個(gè)大小都為P×P的子塊，P為(N-K)的約數(shù)；(d)定義奇偶校驗(yàn)矩陣中的第一對(duì)角線與第二對(duì)角線，其中第二對(duì)角線為第一對(duì)角線移位f個(gè)子塊；(e)將具有移位指數(shù)的、經(jīng)移位的單位矩陣置于位于第一與第二對(duì)角線上的子塊中；(f)在不同于第一與第二對(duì)角線子塊的剩余子塊中填充零矩陣；(g)將奇數(shù)個(gè)δ矩陣置于奇偶校驗(yàn)部分矩陣的一個(gè)子塊列中，其中每個(gè)δ矩陣都包含1個(gè)元素1、以及其它元素0；以及(h)存儲(chǔ)奇偶校驗(yàn)矩陣。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中第一對(duì)角線從第一子塊行第一子塊列開始，至最后一子塊行最后一子塊列結(jié)束。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中第一與第二對(duì)角線上經(jīng)移位的單位矩陣的移位指數(shù)的和模數(shù)與P互質(zhì)。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中在步驟(g)中，處理器將奇偶校驗(yàn)部分矩陣第一子塊列中的一個(gè)零矩陣替換為δ矩陣。
13.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中每個(gè)δ矩陣都在第一列中具有一個(gè)元素1。
14.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中存儲(chǔ)系統(tǒng)包含奇偶校驗(yàn)矩陣，其利用有關(guān)每個(gè)檢查節(jié)點(diǎn)的度、每個(gè)可變節(jié)點(diǎn)的度、每行中非零矩陣的位置、以及每個(gè)非零矩陣的移位指數(shù)的信息，以及表示每個(gè)非零矩陣是否為δ矩陣的1比特子塊信息。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中為δ矩陣的非零矩陣的移位指數(shù)指示δ矩陣中元素1的位置。
16.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中存儲(chǔ)系統(tǒng)包含奇偶校驗(yàn)矩陣，其利用存儲(chǔ)有關(guān)每個(gè)檢查節(jié)點(diǎn)的度、每個(gè)可變節(jié)點(diǎn)的度、每行中非零矩陣的位置、以及每個(gè)非零矩陣的移位指數(shù)的信息，其中為δ矩陣的非零矩陣的移位指數(shù)等于或小于P。
17.一種低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)編碼方法，包含以下步驟接收信息序列；利用具有(N-K)行與K列的信息部分矩陣、以及K行與K列的奇偶校驗(yàn)部分矩陣的(N，K)奇偶校驗(yàn)矩陣，將長(zhǎng)度為K的信息序列編碼為長(zhǎng)度為N的碼字；以及將該碼字發(fā)送給接收器，其中，奇偶校驗(yàn)矩陣為一組子塊，并且包含在至少一個(gè)子塊中具有一個(gè)元素1的矩陣，使得在該奇偶校驗(yàn)矩陣中不存在度為1的列。
全文摘要
提供了一種低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼生成方法與裝置。形成具有對(duì)于檢查節(jié)點(diǎn)的(N－K)行、以及對(duì)于可變節(jié)點(diǎn)的N列的奇偶校驗(yàn)矩陣，用來將長(zhǎng)度為K的信息序列編碼為長(zhǎng)度為N的碼字。將奇偶校驗(yàn)矩陣分為具有K列的信息部分矩陣與具有(N－K)列的奇偶校驗(yàn)部分矩陣。將奇偶校驗(yàn)部分矩陣分為P×P子塊。P為(N－K)的約數(shù)。定義奇偶校驗(yàn)矩陣中的第一對(duì)角線與第二對(duì)角線，其中第二對(duì)角線為第一對(duì)角線移位f個(gè)子塊。將經(jīng)移位的單位矩陣置于位于第一與第二對(duì)角線上，并且在其它位置填充零矩陣。將奇數(shù)個(gè)δ矩陣置于奇偶校驗(yàn)部分矩陣的一個(gè)子塊列中，其中每個(gè)δ矩陣都只包含1個(gè)元素1，存儲(chǔ)奇偶校驗(yàn)矩陣。
文檔編號(hào)H04L1/00GK1783730SQ20051012729
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月1日
發(fā)明者金相曉, 金漢柱, 金潣龜, 具永謨 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社