專利名稱：基于ldpc碼的級(jí)聯(lián)碼的編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，尤其涉及一種基于LDPC碼的級(jí)聯(lián)碼的編碼方法。

背景技術(shù)：
在BST提出的中國(guó)衛(wèi)星數(shù)字多媒體廣播(S-DMB)系統(tǒng)(SatelliteDigital Multimedia Broadcasting system standard draft，presented byBST.)中，利用衛(wèi)星和地面中繼站為固定和移動(dòng)用戶提供高質(zhì)量的語(yǔ)音、多媒體及數(shù)字廣播業(yè)務(wù)。無(wú)線廣播信道中，當(dāng)接收端接收到多個(gè)發(fā)射信號(hào)時(shí)，形成多徑衰落，限制了S-DMB系統(tǒng)的性能。為了有效抵抗多徑衰落和高斯白噪聲的干擾，S-DMB系統(tǒng)引入碼分復(fù)用技術(shù)來(lái)保證接收機(jī)能夠穩(wěn)定接收多徑衰落信號(hào)。除此之外，接收機(jī)采用RAKE技術(shù)和多天線分集技術(shù)進(jìn)一步提高多徑衰落環(huán)境下的性能。
為進(jìn)一步提高通信質(zhì)量，S-DMB系統(tǒng)需引入糾錯(cuò)碼技術(shù)。近年來(lái)，低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC)碼以其卓越的糾錯(cuò)性能和高的吞吐率得到人們廣泛的關(guān)注。同時(shí)，LDPC碼的消息傳遞譯碼算法具有并行特性，利于硬件實(shí)現(xiàn)。
第二代衛(wèi)星數(shù)字電視廣播(DVB-S2)系統(tǒng)采用了的LDPC碼(碼長(zhǎng)為64800/16200)和BCH碼的級(jí)聯(lián)編碼技術(shù)，有效地降低了系統(tǒng)解調(diào)門限，距離香農(nóng)極限只有0.7～1dB的距離。
雖然DVB-S2中使用的LDPC碼能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供數(shù)個(gè)dB的編碼增益，但是如此長(zhǎng)的碼也意味著譯碼器將占用較多的寄存器，并且引起較大的譯碼時(shí)延和功耗。
S-DMB系統(tǒng)既為固定接收用戶服務(wù)，也為移動(dòng)用戶服務(wù)。對(duì)于移動(dòng)接收機(jī)，譯碼器的大小、譯碼時(shí)延、功率消耗都是受限的。因此，為S-DMB系統(tǒng)設(shè)計(jì)的LDPC碼，應(yīng)具有較好的結(jié)構(gòu)特性，并且碼長(zhǎng)應(yīng)適中。


發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提出了一種基于LDPC碼的級(jí)聯(lián)碼的編碼方法，包括步驟 進(jìn)行RS編碼，依次得到N個(gè)RS碼字； 進(jìn)行LDPC編碼，將所述N個(gè)RS碼字編碼成一個(gè)LDPC碼字。
利用根據(jù)本發(fā)明的編碼方法，實(shí)現(xiàn)了RS碼為外碼、LDPC碼為內(nèi)碼的級(jí)聯(lián)編碼方案，特別適用于S-DMB系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的LDPC碼碼長(zhǎng)與RS碼碼長(zhǎng)和系統(tǒng)速率匹配，且校驗(yàn)矩陣結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)特性，利于設(shè)計(jì)譯碼時(shí)延小、功耗低的LDPC碼譯碼器。



圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的編碼器方框圖 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的編碼方法得到的LDPC碼字結(jié)構(gòu) 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的編碼方法得到的LDPC碼的性能曲線
具體實(shí)施例方式 根據(jù)本發(fā)明的級(jí)聯(lián)碼外碼采用RS碼(或者縮短RS碼，碼長(zhǎng)為nRS，這里統(tǒng)稱為RS碼)，內(nèi)碼采用長(zhǎng)度為nLDPC的LDPC碼。其編碼流程結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，其中刪余單元為可選單元。
S-DMB系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度為39168比特，級(jí)聯(lián)碼的長(zhǎng)度為nC比特，此處nC需整除數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度。本發(fā)明設(shè)計(jì)的LDPC碼長(zhǎng)度為nLDPC，以NRS個(gè)RS碼為信息比特，校驗(yàn)比特個(gè)數(shù)為mLDPC＝(N-NRS)×nRS，其中nLDPC＝nRS×N，N＞NRS為整數(shù)，nLDPC≥nC。
本發(fā)明中LDPC碼是基于循環(huán)矩陣(行變換之后可得到循環(huán)矩陣)和兩狀態(tài)卷積碼構(gòu)造的。其中，循環(huán)矩陣降低譯碼器復(fù)雜度，兩狀態(tài)卷積碼簡(jiǎn)化編碼復(fù)雜度。
本發(fā)明中，LDPC碼校驗(yàn)矩陣的構(gòu)造步驟為 1.LDPC碼校驗(yàn)矩陣按列分塊。具體的方法是從校驗(yàn)矩陣的第一列開(kāi)始將連續(xù)的nRS列化為一組，共為N組。校驗(yàn)矩陣可以表示為式(1)，其中Hi是mLDPC×nRS的矩陣。
HLDPC＝[H0 H1 … HN-1] (1) 2.令Hi，0≤i≤N-1中所有列的列重相同，此LDPC碼的變量節(jié)點(diǎn)的度序列分布的取值(這里指度為dv的列占碼長(zhǎng)的比率)為1/N的整數(shù)倍。設(shè)所對(duì)應(yīng)的變量節(jié)點(diǎn)的度為2(HN-1的最后一列的度數(shù)為1，這里其對(duì)度序列分布的影響不計(jì))，在此基礎(chǔ)之上，利用密度進(jìn)化理論的高斯逼近原理來(lái)優(yōu)化碼的度序列。這里校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)度序列盡可能的相同。
3.按照優(yōu)化的度序列確定所對(duì)應(yīng)的變量節(jié)點(diǎn)的度數(shù)。用hr，si表示Hi中第r行第s列元素(0≤r≤mLDPC-1，0≤s≤nRS-1)，di為Hi所對(duì)應(yīng)變量節(jié)點(diǎn)的度數(shù)，按照以下敘述的步驟構(gòu)造Hi，0≤i≤NRS-1 a.初始化對(duì)0≤r≤mLDPC-1，0≤s≤nRS-1， b.產(chǎn)生di個(gè)隨機(jī)數(shù)且滿足0≤ri≤mLDPC-1和若i≠i′有ri≠ri′的條件。令 c.其中r′i＝(ri+sq)modmLDPC，q＝N-NRS，1≤s≤nRS-1。
4.構(gòu)造。令H′是mLDPC×mLDPC矩陣，具有式(2)形式。用h′r，s表示H′中的第r行第s列元素，0≤r，s≤mLDPC-1，除最后一列外，有h′s，s＝1和h′s，s+1＝1。

5.檢查校驗(yàn)矩陣HLDPC對(duì)應(yīng)的Tanner圖是否包含長(zhǎng)度為4的環(huán)，如果存在長(zhǎng)度為4的環(huán)，則返回步驟3，否則結(jié)束LDPC校驗(yàn)矩陣的構(gòu)造。
注在選擇ri時(shí)，應(yīng)使HLDPC中的行重盡可能的相等，即行重的取值為dc和dc-1。
完成LDPC碼校驗(yàn)矩陣構(gòu)造之后，根據(jù)HLDPC的結(jié)構(gòu)特性，建立用來(lái)LDPC碼編碼的參數(shù)表T。T中的元素ti，j(0≤i≤NRS-1，0≤j≤di-1)表示第Hi中第一個(gè)變量節(jié)點(diǎn)參與HLDPC中第ti，j個(gè)校驗(yàn)方程的運(yùn)算。
根據(jù)本發(fā)明，LDPC碼編碼器將NRS個(gè)RS碼，編碼成一個(gè)長(zhǎng)度為nLDPC的LDPC碼碼字，碼字的傳輸從第一個(gè)信息位i0開(kāi)始，結(jié)束于第mLDPC個(gè)校驗(yàn)位

可以利用下文產(chǎn)生的參數(shù)表T來(lái)編碼。LDPC碼的編碼過(guò)程可以用簡(jiǎn)單比特累加(模2和)完成，其具體步驟是 初始化 對(duì)于第0個(gè)信息比特i0，與其累加的校驗(yàn)比特的地址在表T的第0行，記為有 … 對(duì)于接下來(lái)的nRS-1個(gè)信息比特，im，m＝1，2，…，nRS-1，與其累加的校驗(yàn)比特的地址由公式{t0，j+(m mod nRS)×q}mod mLDPC計(jì)算，對(duì)于第1個(gè)信息比特i1，進(jìn)行如下操作 … 對(duì)于信息比特i2，有 … 對(duì)于信息比特進(jìn)行相似的操作。
對(duì)于第nRS個(gè)信息位

與其累加的校驗(yàn)比特的地址在表T的第1行，記為有 … 對(duì)于接下來(lái)的nRS-1個(gè)信息比特，im，m＝nRS+1，nRS+2，…2nRS-1，與其累加的校驗(yàn)比特的地址由公式{t1，j+(m mod nRS)×q}mod mLDPC計(jì)算，對(duì)于第nRS+1個(gè)信息比特

進(jìn)行如下操作 … 對(duì)于信息比特

有 … 對(duì)于信息比特進(jìn)行相似的操作。
相似的，對(duì)于每一組nRS個(gè)信息位，表T中都有相應(yīng)的行與之對(duì)應(yīng)，用于求解校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)計(jì)算的地址。
當(dāng)所有的信息比特都進(jìn)行了累加運(yùn)算之后，可以用以下步驟得到最終的校驗(yàn)比特 從＝1開(kāi)始，串行執(zhí)行下列運(yùn)算 i＝1，2，…，mLDPC-1 pi，i＝1，2，…，mLDPC-1中最后的內(nèi)容等于校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)pi的值。
下面采用RS(204，188)碼和四種碼率的LDPC碼級(jí)聯(lián)碼作為S-DMB系統(tǒng)的糾錯(cuò)碼為例來(lái)描述本發(fā)明。其中各碼率碼長(zhǎng)相同，為9792比特。4個(gè)LDPC碼碼字組成S-DMB的一個(gè)數(shù)據(jù)幀。
LDPC碼碼率分別為1/3，1/2，2/3，5/6，不同碼率的LDPC碼將2～5個(gè)RS碼作為信息位進(jìn)行編碼，其參數(shù)具體見(jiàn)表1。
表1LDPC碼編碼參數(shù) 本發(fā)明中，LDPC碼編碼器將NRS個(gè)縮短RS碼(204×8×NRS bits)編碼成一個(gè)長(zhǎng)度為nLDPC的LDPC碼碼字，mLDPC＝nLDPC-kLDPC。碼字的傳輸從第一個(gè)信息位i0開(kāi)始，結(jié)束于第mLDPC個(gè)校驗(yàn)位
對(duì)于碼率為1/3的LDPC碼，LDPC編碼器將2個(gè)縮短RS碼(3264比特)編碼成一個(gè)長(zhǎng)度為9792的系統(tǒng)碼碼字，校驗(yàn)位長(zhǎng)度是6528比特。
對(duì)于碼率為1/2的LDPC碼，LDPC編碼器將3個(gè)縮短RS碼(4896比特)編碼成一個(gè)長(zhǎng)度為9792的系統(tǒng)碼碼字，校驗(yàn)位長(zhǎng)度是4896比特。
對(duì)于碼率為2/3的LDPC碼，LDPC編碼器將4個(gè)縮短RS碼(6528比特)編碼成一個(gè)長(zhǎng)度為9792的系統(tǒng)碼碼字，校驗(yàn)位長(zhǎng)度是3264比特。
對(duì)于碼率為5/6的LDPC碼，LDPC編碼器將5個(gè)縮短RS碼(8160比特)編碼成一個(gè)長(zhǎng)度為9792的系統(tǒng)碼碼字，校驗(yàn)位長(zhǎng)度是1632比特。
利用根據(jù)本發(fā)明方法得到的LDPC碼的結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，A表示碼率為1/3的LDPC碼，B表示碼率為1/2的LDPC碼，C表示碼率為2/3的LDPC碼，以及D表示碼率為5/6的LDPC碼。
根據(jù)本發(fā)明的RS(204，188)碼由RS(255，239)縮短而成。(RS碼碼長(zhǎng)為204字節(jié)，包含188個(gè)字節(jié)信息位，可以糾正8個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤)。RS(255，239)碼定義為 碼生成多項(xiàng)式 g(x)＝(x+1)(x+λ)(x+λ2)…(x+λ15)， 其中，λ＝02HEX。
域生成多項(xiàng)式 P(x)＝x8+x4+x3+x2+1。
縮短RS編碼可以這樣實(shí)現(xiàn)在信息幀送入RS(255，239)編碼器時(shí)，在信息幀前面加51個(gè)0字節(jié)，經(jīng)過(guò)編碼之后再將加的0字節(jié)刪掉，得到N＝204的縮短RS碼。
表2～5給出了按照4.2節(jié)中所述的方法，給出了不同碼率LDPC碼的參數(shù)表。
表2碼率為1/3的LDPC碼參數(shù) 表3碼率為1/2的LDPC碼參數(shù) 表4碼率為2/3的LDPC碼參數(shù) 表5碼率為5/6的LDPC碼參數(shù) 表中，第i行第j列元素ti，j定義了第204×i個(gè)信息位參與了第ti，j個(gè)校驗(yàn)運(yùn)算。204×i+l(l＝1，2，…203)個(gè)信息位參與了(ti，j+lq)mod mLDPC個(gè)校驗(yàn)位的運(yùn)算，q是如表6所示的參數(shù)。
表6q值 初始化 對(duì)于第0個(gè)信息比特i0，與其累加的校驗(yàn)比特的地址(校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)索引號(hào))如表2～5的第一行所示。對(duì)于碼率為1/2的LDPC碼，有(見(jiàn)表2) 對(duì)于接下來(lái)的203個(gè)信息比特，im，m＝1，2，…，203，與其累加的校驗(yàn)比特的地址由公式{x+(m mod204)×q}mod mLDPC計(jì)算，其中x定義成與第0個(gè)信息比特i0累加的校驗(yàn)比特地址。q(q＝mLDPC/204)是如表1所示的依賴于碼率的參數(shù)。對(duì)于碼率1/2的LDPC碼，q＝24，于是對(duì)于第1個(gè)信息比特i1，進(jìn)行如下操作 對(duì)于信息比特i2，有 對(duì)于信息比特i3，i4，…，i203，進(jìn)行相似的操作。
對(duì)于第204個(gè)信息位i204，與其累加的校驗(yàn)比特的地址如表3中的第2行所示。
相似的，接下來(lái)的203個(gè)信息比特，im，m＝205，206，…，407，與其累加的校驗(yàn)比特的地址由公式{x+(m mod204)×q}mod mLDPC計(jì)算，其中x定義成與第0個(gè)信息比特i204累加的校驗(yàn)比特地址，對(duì)應(yīng)于表3中的第二行。
對(duì)于信息位i206，有 對(duì)于信息比特i207，i208，…，i407進(jìn)行相似的操作。
相似的，對(duì)于每一組204個(gè)信息位，表3中都有相應(yīng)的行與之對(duì)應(yīng)，用于求解校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)計(jì)算的地址。
當(dāng)所有的信息比特都進(jìn)行了累加運(yùn)算之后，可以用以下步驟得到最終的校驗(yàn)比特 從i＝1開(kāi)始，串行執(zhí)行下列運(yùn)算 i＝1，2，…，mLDPC-1 pi，i＝1，2，…，mLDPC-1中最后的內(nèi)容等于校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)pi的值。
圖3給出了上述實(shí)例中LDPC碼的性能曲線。為了比較，圖中也給出了System E中使用的K＝7、長(zhǎng)度為39168、碼率為1/2卷積碼的性能曲線。仿真信道為二元輸入加性高斯白噪聲(AWGN)信道。
仿真結(jié)果表明，碼長(zhǎng)為9792的LDPC碼在1.2dB(Eb/N0)時(shí)誤碼率可達(dá)到10-5(BER)，與System E中使用的K＝7、長(zhǎng)度為39168、碼率為1/2的卷積碼相比，有大約3dB的編碼增益。并且，其他碼率的LDPC碼的性能都優(yōu)于System E中使用的K＝7、長(zhǎng)度為39168、碼率為1/2的卷積碼的性能。所以，在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下，采用LDPC碼給系統(tǒng)帶來(lái)了3dB左右的編碼增益。
權(quán)利要求
1. 一種基于LDPC碼的級(jí)聯(lián)碼的編碼方法，包括步驟
進(jìn)行RS編碼，依次得到N個(gè)RS碼字；
進(jìn)行LDPC編碼，將所述N個(gè)RS碼字編碼成一個(gè)LDPC碼字。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼方法，其特征在于，所述LDPC編碼步驟包括步驟計(jì)算LDPC碼的校驗(yàn)位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的編碼方法，其特征在于，在所述計(jì)算校驗(yàn)位的步驟中，按列分塊構(gòu)造LDPC碼的校驗(yàn)矩陣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼方法，其特征在于，在所述LDPC編碼步驟中，LDPC碼的度序列分布的取值是1/N的整數(shù)倍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的編碼方法，其特征在于，在所述LDPC編碼步驟中，LDPC碼中度為2的變量節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)不小于mLDPC，其中mLDPC是所述校驗(yàn)矩陣的行數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的編碼方法，其特征在于，使用密度進(jìn)化的高斯逼近原理來(lái)設(shè)計(jì)LDPC碼的度序列，其中校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)盡可能的相等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼方法，其特征在于，利用預(yù)設(shè)的查找表來(lái)實(shí)現(xiàn)LDPC碼校驗(yàn)矩陣，并利用該查找表計(jì)算校驗(yàn)位。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼方法，其特征在于，還包括刪余操作，用于系統(tǒng)速率匹配。
全文摘要
一種基于LDPC碼的級(jí)聯(lián)碼的編碼方法，包括步驟進(jìn)行RS編碼，依次得到N個(gè)RS碼字；進(jìn)行LDPC編碼，將所述N個(gè)RS碼字編碼成一個(gè)LDPC碼字。利用根據(jù)本發(fā)明的編碼方法，實(shí)現(xiàn)了RS碼為外碼、LDPC碼為內(nèi)碼的級(jí)聯(lián)編碼方案，特別適用于S-DMB系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的LDPC碼碼長(zhǎng)與RS碼碼長(zhǎng)和系統(tǒng)速率匹配，且校驗(yàn)矩陣結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)特性，利于設(shè)計(jì)譯碼時(shí)延小、功耗低的LDPC碼譯碼器。
文檔編號(hào)H03M13/11GK101277118SQ20071007946
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者單 王, 樸范鎮(zhèn), 魏立軍 申請(qǐng)人:北京三星通信技術(shù)研究有限公司, 三星電子株式會(huì)社