專利名稱:用于編碼和解碼塊低密度奇偶校驗碼的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于編碼和解碼塊低密度奇偶校驗(block Low DensityParity Check(LDPC)code)碼的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在通信中，最根本的問題是高效和可靠地在信道上傳輸數(shù)據(jù)。當前正在研究的下一代多媒體移動通信系統(tǒng)要求能夠處理和傳輸在以前面向話音的服務(wù)之外的各種信息(如圖像和無線數(shù)據(jù))的高速通信系統(tǒng)。因此，利用適于系統(tǒng)的信道編碼方案增加系統(tǒng)效率是至關(guān)重要的。
由于根據(jù)信道狀況的噪聲、干擾和衰落，傳輸數(shù)據(jù)不可避免地造成差錯，從而引起大量信息的損失。為了減少信息損失，當前使用部分基于信道特性的各種差錯控制方案，從而提高移動通信系統(tǒng)的可靠性。最基本的差錯控制方案使用糾錯碼。
圖1是示出常規(guī)移動通信系統(tǒng)中的收發(fā)機的圖。參照圖1，在發(fā)射機中，傳輸消息‘u’在通過信道被發(fā)送之前，通過編碼器101以預(yù)定編碼方案來編碼。由編碼器101編碼的編碼符號‘c’被調(diào)制器103使用預(yù)定調(diào)制方案進行調(diào)制，并且將調(diào)制信號‘s’通過信道105發(fā)送到接收機。
在接收機中，接收信號‘r’是畸變的信號，其中發(fā)射機發(fā)送的信號‘s’與根據(jù)信道狀況的若干噪聲混合。解調(diào)器107用與發(fā)射機的調(diào)制器103中使用的調(diào)制方案對應(yīng)的解調(diào)方案來解調(diào)接收信號‘r’，并且解碼器109用與發(fā)射機的編碼器101中使用的編碼方案對應(yīng)的解碼方案來對解調(diào)信號‘x’進行解碼。解碼器109解碼的信號用
表示。
因此，需要高性能的信道編碼器和解碼器以使接收機能沒有差錯地恢復(fù)發(fā)射機發(fā)送的信號‘u’。尤其是當信道105是無線信道時，信道所引起的差錯應(yīng)當認為更加嚴重。接收機的解碼器109可以基于通過信道105接收的數(shù)據(jù)估計傳輸消息。
隨著移動通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，需要一種技術(shù)，能夠使無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送具有接近無線網(wǎng)絡(luò)的容量的高容量數(shù)據(jù)。當需要能夠處理和傳輸面向話音服務(wù)以外的、諸如圖像和無線數(shù)據(jù)之類的多媒體數(shù)據(jù)的高速、高容量系統(tǒng)時，至關(guān)重要的是，通過使用適當?shù)男诺谰幋a方案增加系統(tǒng)傳輸效率以提高系統(tǒng)性能。然而，移動通信系統(tǒng)不可避免地造成差錯，這通常是由于根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸期間的信道狀況的噪聲、干擾和衰落而發(fā)生的。如上所述，差錯的發(fā)生引起信息數(shù)據(jù)的損失。
為了減少由于差錯發(fā)生而引起的信息數(shù)據(jù)損失，可以通過使用各種差錯控制技術(shù)來提高移動通信系統(tǒng)的可靠性。使用糾錯碼的技術(shù)是最普遍使用的差錯控制技術(shù)?，F(xiàn)在將對典型的糾錯碼-turbo碼和低密度奇偶校驗(LDPC)碼進行描述。
眾所周知，turbo碼在高速數(shù)據(jù)傳輸期間的性能增益要優(yōu)于傳統(tǒng)上用于糾錯的卷積碼。turbo碼的優(yōu)勢在于，它可以有效地糾正由傳輸信道中產(chǎn)生的噪聲所引起的差錯，從而增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br> 可以在因子圖(factor graph)中使用基于和-積(sum-product)算法的迭代解碼算法來對LDPC碼解碼。因為LDPC碼的解碼器使用基于和-積算法的迭代解碼算法，所以它的復(fù)雜度低于turbo碼的解碼器。此外，與turbo碼的解碼器相比，LDPC碼的解碼器容易用并行處理解碼器實現(xiàn)。
香農(nóng)(Shannon)的信道編碼定理顯示，只有在不超過信道容量的數(shù)據(jù)速率上，可靠的通信才是可能的。然而，香農(nóng)的信道編碼定理并沒有提出支持達到信道容量極限的數(shù)據(jù)速率的具體信道編碼和解碼方法。盡管具有很大塊尺寸的隨機碼顯示出接近香農(nóng)的信道編碼定理的信道容量極限的性能，但是實際上由于其繁重的計算負荷而不可能實現(xiàn)MAP(極大后驗)或ML(極大似然)解碼方法。
turbo碼是由Berrou、Glavieux和Thitimajshima在1993年提出的，并且具有接近香農(nóng)的信道編碼定理的信道容量極限的優(yōu)越性能。turbo碼的提出引發(fā)了對于迭代解碼和碼的圖形表示的積極研究，而且由Gallager在1962年提出的LDPC碼重新成為研究的熱點。turbo碼和LDPC碼的因子圖中存在循環(huán)(cycle)，并且眾所周知，在存在循環(huán)的LDPC碼的因子圖中的迭代解碼是次優(yōu)的。此外，實驗證明了LDPC碼通過迭代解碼具有優(yōu)異的性能。在使用107的塊尺寸、誤比特率(BER)為10-5時，已知具有最高性能的LDPC碼顯示的性能與香農(nóng)的信道編碼定理的信道容量極限甚至僅有大約0.04[dB]的差別。此外，盡管在q＞2的伽羅瓦(Galois)域(GF)(即，GF(q))中定義的LDPC碼在其解碼處理中復(fù)雜度增加，它的性能比二進制碼要好的多。然而，對于使用GF(q)中定義的LDPC碼的迭代解碼算法的成功解碼，還沒有提供令人滿意的理論描述。
Gallager提出的LDPC碼由奇偶校驗矩陣定義，其中多數(shù)元素具有值0，而少數(shù)元素(即，值不為0的元素)具有值1。例如，(N，j，k)LDPC碼是具有塊長度N的線性塊碼，并且由稀疏奇偶校驗矩陣定義，其中每列具有j個具有值1的元素，每行具有k個具有值1的元素，并且在所有元素中除了具有值1的元素以外，都具有值0。
如上面所述，其中奇偶校驗矩陣中每列的權(quán)重(weight)固定為‘j’、并且奇偶校驗矩陣中每行的權(quán)重固定為‘k’的LDPC碼稱為“規(guī)則LDPC碼”。這里，“權(quán)重”是指生成矩陣和奇偶校驗矩陣中包含的元素當中具有非零值的元素的數(shù)量。與規(guī)則LDPC碼不同，其中奇偶校驗矩陣中每列的權(quán)重和奇偶校驗矩陣中每行的權(quán)重不固定的LDPC碼稱為“不規(guī)則LDPC碼”。眾所周知，不規(guī)則LDPC碼性能優(yōu)于規(guī)則LDPC碼。然而，在不規(guī)則LDPC碼的情況下，由于奇偶校驗矩陣中每列的權(quán)重和每行的權(quán)重不固定(即，不規(guī)則)，因此必須適當調(diào)節(jié)奇偶校驗矩陣中每列的權(quán)重和奇偶校驗矩陣中每行的權(quán)重，以便保證優(yōu)異的性能。
圖2是示出一般的(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖。參照圖2，(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣H具有8列和4行，其中，每列的權(quán)重固定為2，并且每行的權(quán)重固定為4。因為奇偶校驗矩陣中每列的權(quán)重和每行的權(quán)重是規(guī)則的，所以圖2所示的(8，2，4)LDPC碼是規(guī)則LDPC碼。
圖3示出圖2的(8，2，4)LDPC碼的因子圖。參照圖3，(8，2，4)LDPC碼的因子圖包括8個變量節(jié)點x1300、x2302、x3304、x4306、x5308、x6310、x7312和x8314，以及4個校驗節(jié)點316、318、320和322。當在(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣的第i行和第j列彼此相交的點上存在具有值1(即，非零值)的元素時，在變量節(jié)點xi和第j校驗節(jié)點之間創(chuàng)建分支。
因為LDPC碼的奇偶校驗矩陣具有很小的權(quán)重，所以即使在尺寸相對較大的塊碼中，也可以通過迭代解碼來執(zhí)行解碼，在不斷增加塊碼的塊尺寸的同時，呈現(xiàn)出接近香農(nóng)的信道編碼定理的信道容量極限的性能(如turbo碼)。MacKay和Neal已經(jīng)證明，使用流傳送方案的LDPC碼的迭代解碼處理在性能上接近turbo碼的迭代解碼處理。
為了生成高性能的LDPC碼，應(yīng)當滿足下列條件。
(1)應(yīng)當考慮LDPC碼的因子圖中的循環(huán)。
術(shù)語“循環(huán)”是指LDPC碼的因子圖中由連接變量節(jié)點與校驗節(jié)點的邊形成的回路，并且循環(huán)的長度被定義為形成回路的邊的數(shù)量。長的循環(huán)意味著該LDPC碼的因子圖中形成回路的、連接變量節(jié)點與校驗節(jié)點的邊的數(shù)量大。相反，短的循環(huán)意味著該LDPC碼的因子圖中形成回路的、連接變量節(jié)點與校驗節(jié)點的邊的數(shù)量小。
當LDPC碼的因子圖中的循環(huán)變長時，該LDPC碼的性能效率增加。即，當在LDPC碼的因子圖中產(chǎn)生長循環(huán)時，有可能防止當該LDPC碼的因子圖中存在太多具有短長度的循環(huán)時發(fā)生的性能降低，如差錯平臺(error floor)。
(2)應(yīng)當考慮LDPC碼的高效編碼。
與卷積碼或turbo碼相比，LDPC碼因為它的高編碼復(fù)雜度而難以進行實時編碼。為了降低LDPC碼的編碼復(fù)雜度，提出了重復(fù)累積(RA)碼。然而，RA碼在降低LDPC碼的編碼復(fù)雜度的方面也是有限的。因此，應(yīng)當考慮LDPC碼的高效編碼。
(3)應(yīng)當考慮LDPC碼的因子圖上的度分布(deeree distribution)。
通常，不規(guī)則LDPC碼性能優(yōu)于規(guī)則LDPC碼，因為不規(guī)則LDPC碼的因子圖具有各種度。術(shù)語“度”是指在LDPC碼的因子圖中與變量節(jié)點和校驗節(jié)點相連的邊的數(shù)量。此外，在LDPC碼的因子圖中的短語“度分布”是指具有特定度的節(jié)點數(shù)量與節(jié)點總數(shù)之比。另外，Richardson已經(jīng)證明，具有特定度分布的LDPC碼性能更優(yōu)異。
圖4示出一般塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。然而，在給出圖4的描述之前，應(yīng)當注意，塊LDPC碼是考慮奇偶校驗矩陣的高效編碼和高效存儲以及性能改進的新LDPC碼，并且塊LDPC碼是通過將規(guī)則LDPC碼的結(jié)構(gòu)一般化(generalize)而擴展的LDPC碼。
參照圖4，塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣被分成多個部分塊，并且置換矩陣被映射到每個部分塊。在圖4中，‘P’表示具有Ns×Ns尺寸的置換矩陣，并且置換矩陣P的上標(或指數(shù)(exponent))apq要么0≤apq≤Ns-1，要么apq＝∞。此外，‘p’指示相應(yīng)置換矩陣位于奇偶校驗矩陣的第p行部分塊中，而‘q’指示相應(yīng)置換矩陣位于奇偶校驗矩陣的第q列部分塊中。即，Papq表示位于包括多個彼此相交的部分塊的奇偶校驗矩陣的第p行和第q列處的部分塊。更具體地說，‘p’和‘q’分別表示被映射到奇偶校驗矩陣中的信息部分的部分塊的行數(shù)量和列數(shù)量。
圖5是示出圖4的置換矩陣P的圖。如圖5所示，置換矩陣P是具有Ns×Ns尺寸的方陣，并且置換矩陣P中包括的Ns列中的每一列具有權(quán)重1，而置換矩陣P中包括的Ns行中的每一行也具有權(quán)重1。這里，盡管置換矩陣P的尺寸表示為Ns×Ns，但由于置換矩陣P是方陣，因此它也可以表示為Ns。
在圖4中，具有上標apq＝0的置換矩陣P(即，置換矩陣P0)表示單位矩陣INs×Ns，并且具有上標apq＝∞的置換矩陣P(即，置換矩陣P∞)表示零矩陣。這里，INs×Ns表示具有Ns×Ns尺寸的單位矩陣。
在圖4所示的塊LDPC碼的整個奇偶校驗矩陣中，因為總行數(shù)是Ns×p且總列數(shù)是Ns×q(對于p≤q)，所以當LDPC碼的整個奇偶校驗矩陣具有滿秩時，編碼率可以表示為式(1)，而與部分塊的尺寸無關(guān)。
R=Ns×q-Ns×pNs×q=q-pq=1-pq···(1)]]>如果對于所有p和q有apq≠∞，則對應(yīng)于部分塊的置換矩陣不是零矩陣，并且部分塊構(gòu)成規(guī)則LDPC碼，其中對應(yīng)于部分塊的每個置換矩陣中每列的權(quán)重值和每行的權(quán)重值分別為p和q。這里，對應(yīng)于部分塊的每個置換矩陣將稱為“部分矩陣”。
由于在奇偶校驗矩陣中存在(p-1)個相關(guān)行，因此編碼率大于式(1)計算出的編碼率。在塊LDPC碼中，如果確定了整個奇偶校驗矩陣中包含的每個部分矩陣的第一行的權(quán)重位置，那么可以確定其余(Ns-1)行的權(quán)重位置。因此，與不規(guī)則地選擇權(quán)重來存儲關(guān)于整個奇偶校驗矩陣的信息的情況相比，所需的存儲器尺寸減少到1/Ns。
如上所述，術(shù)語“循環(huán)”是指LDPC碼的因子圖中由連接變量節(jié)點與校驗節(jié)點的邊形成的回路，并且循環(huán)的長度被定義為形成回路的邊的數(shù)量。長的循環(huán)意味著該LDPC碼的因子圖中形成回路的、連接變量節(jié)點與校驗節(jié)點的邊的數(shù)量大。隨著LDPC碼的因子圖中的循環(huán)變長，LDPC碼的性能效率增加。相反，隨著LDPC碼的因子圖中的循環(huán)變短，由于出現(xiàn)諸如差錯平臺之類的性能下降，LDPC碼的糾錯能力下降。即，當在LDPC碼的因子圖中存在許多具有短長度的循環(huán)時，從其中開始的、關(guān)于屬于具有短長度的循環(huán)的特定節(jié)點的信息在少量迭代之后返回。隨著迭代次數(shù)的增加，該信息更頻繁地返回相應(yīng)節(jié)點，使得無法正確地更新該信息，從而使LDPC碼的糾錯能力惡化。
圖6是示出其奇偶校驗矩陣包括4個部分矩陣的塊LDPC碼的循環(huán)結(jié)構(gòu)圖。然而，在給出圖6的描述之前，應(yīng)當注意，塊LDPC碼是考慮奇偶校驗矩陣的高效編碼和高效存儲以及性能改進的新LDPC碼。并且塊LDPC碼也是通過將規(guī)則LDPC碼的結(jié)構(gòu)一般化而擴展的LDPC碼。
圖6所示的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣包括4個部分塊。對角線表示具有值1的元素所在的位置，而對角線部分以外的部分表示具有值0的元素所在的位置。此外，‘P’表示與結(jié)合圖5所述的置換矩陣相同的置換矩陣。
為了分析圖6所示的塊LDPC碼的循環(huán)結(jié)構(gòu)，將位于部分矩陣Pa的第i行中的、具有值1的元素定義為參考元素，并且將位于第i行中的、具有值1的元素稱為“0-點”。這里，“部分矩陣”將指代對應(yīng)于部分塊的矩陣。0-點位于部分矩陣Pa的第(i+a)列中。
部分矩陣Pb中位于0-點的同一行中、具有值1的元素將被稱為“1-點”。與0-點的原因相同，1-點位于部分矩陣Pb的第(i+b)列中。
部分矩陣Pc中位于1-點的同一列中、具有值1的元素將被稱為“2-點”。因為部分矩陣Pc是通過將單位矩陣I的相應(yīng)列對于模Ns向右移動c而獲得的矩陣，所以2-點位于部分矩陣Pc的第(i+b-c)行中。
此外，部分矩陣Pd中位于2-點的同一行中、具有值1的元素將被稱為“3-點”。3-點位于部分矩陣Pd的第(i+b-c+d)列中。
部分矩陣Pa中位于3-點的同一列中、具有值1的元素將被稱為“4-點”。4-點位于部分矩陣Pa的第(i+b-c+d-a)行中。
在圖6所示的LDPC碼的循環(huán)結(jié)構(gòu)中，如果存在長度4的循環(huán)，則0-點和4-點位于同一位置。即，0-點和4-點之間的關(guān)系由式(2)定義i≅i+b-c+d-a(modNs)]]>或.........(2)i+a≅i+b-c+d(modNs)]]>式(2)可以被重寫為式(3)所示a+c≅b+d(modNs)···(3)]]>當滿足式(3)的關(guān)系時，生成具有長度4的循環(huán)。通常，當0-點和4p-點首先彼此相同時，給出i≅i+p(b-c+d-e)(modNs)]]>的關(guān)系，并且滿足式(4)所示的關(guān)系。
p(a-b+c-d)≅0(modNs)···(4)]]>即，如果在對于給定a、b、c和d滿足式(4)的正整數(shù)當中，具有最小值的正整數(shù)定義為‘p’，則具有長度4p的循環(huán)成為圖6所示的塊LDPC碼的循環(huán)結(jié)構(gòu)中具有最小長度的循環(huán)。
因此，如上所述，對于(a-b+c-d)≠0，如果滿足gcd(Ns，a-b+c-d)＝1，則p＝Ns。因此，具有長度4Ns的循環(huán)成為具有最小長度的循環(huán)。
下面將使用Richardson-Urbanke技術(shù)作為塊LDPC碼的編碼技術(shù)。由于使用Richardson-Urbanke技術(shù)作為編碼技術(shù)，所以隨著奇偶校驗矩陣的形式變得類似于滿秩下三角矩陣(full lower triangular matrix)的形式，可以最小化編碼復(fù)雜度。
圖7是示出具有類似于滿秩下三角矩陣的形式的奇偶校驗矩陣的圖。然而，圖7所示的奇偶校驗矩陣與具有滿秩下三角矩陣的形式的矩陣具有不同的奇偶部分。
參照圖7，信息部分的置換矩陣P的上標(或指數(shù))apq要么0≤apq≤Ns-1，要么apq＝∞。信息部分的具有上標apq＝0的置換矩陣P(即，置換矩陣P0)表示單位矩陣INs×Ns，并且具有上標apq＝∞的置換矩陣P(即，置換矩陣P∞)表示零矩陣。此外，‘p’表示被映射到奇偶校驗矩陣中的信息部分的部分塊的行數(shù)，而‘q’表示被映射到信息部分的部分塊的列數(shù)。此外，映射到奇偶部分的置換矩陣P的上標ap、x和y表示置換矩陣P的指數(shù)。然而，為了方便起見，使用不同的上標ap、x和y來區(qū)分奇偶部分與信息部分。即，在圖7中，Pa1到Pap也是置換矩陣，并且依次用上標a1到ap來索引位于奇偶部分的對角部分中的部分矩陣。
此外，Px和Py也是置換矩陣，并且為了方便起見，以不同的方式來索引它們以區(qū)分奇偶部分與信息部分。如果具有圖7所示的奇偶校驗矩陣的塊LDPC碼的塊尺寸假設(shè)為N，則塊LDPC碼的編碼復(fù)雜度相對于塊尺寸N(O(N))線性增長。
具有圖7的奇偶校驗矩陣的LDPC碼的最大問題是如果部分塊的尺寸定義為Ns，那么塊LDPC碼的因子圖中生成其度總為1的Ns個校驗節(jié)點。度為1的校驗節(jié)點不能影響基于迭代解碼的性能改進。因此，基于Richardson-Urbanke技術(shù)的標準不規(guī)則LDPC碼不包括度為1的校驗節(jié)點。
因此，圖7的奇偶校驗矩陣將被假設(shè)為基本奇偶校驗矩陣，以便設(shè)計奇偶校驗矩陣，使得它允許高效編碼，同時不包括度為1的校驗節(jié)點。
在圖7的包括部分矩陣的奇偶校驗矩陣中，部分矩陣的選擇是塊LDPC碼的性能改進的一個很重要的因素，因此找到部分矩陣的合適的選擇準則也成為一個很重要的因素。
為了簡化塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的設(shè)計方法和塊LDPC碼的編碼方法，假設(shè)圖7所示的奇偶校驗矩陣由圖8所示的6個部分矩陣形成。
圖8是示出圖7的奇偶校驗矩陣的圖，它被分成6個部分塊。參照圖8，圖7所示的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣被分成信息部分‘s’、第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2。信息部分‘s’表示在塊LDPC碼的編碼處理期間奇偶校驗矩陣中被映射到實際信息字的部分，類似于結(jié)合圖7所述的信息部分，并且為了方便起見，信息部分‘s’用不同的參考字母表示。第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2表示在塊LDPC碼的編碼處理期間奇偶校驗矩陣中被映射到實際奇偶的部分，類似于結(jié)合圖7所述的奇偶部分，并且奇偶部分被分成兩個部分。
部分矩陣A和C對應(yīng)于信息部分‘s’的部分塊A(802)和C(804)，部分矩陣B和D對應(yīng)于第一奇偶部分p1的部分塊B(806)和D(808)，并且部分矩陣T和E對應(yīng)于第二奇偶部分p2的部分塊T(810)和E(812)。盡管在圖8中奇偶校驗矩陣被分成7個部分塊，但應(yīng)當注意，由于‘0’不是單獨的部分塊，并且對應(yīng)于部分塊T(810)的部分矩陣T具有滿秩下三角形式，因此基于對角排列零矩陣的區(qū)域用‘0’表示。將在稍后參照圖10，描述使用信息部分‘s’、第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2的部分矩陣簡化編碼方法的處理。
圖9是示出在圖7所示的奇偶校驗矩陣中，圖8所示的部分矩陣B的轉(zhuǎn)置矩陣、部分矩陣E、部分矩陣T、以及部分矩陣T的逆矩陣。參照圖9，部分矩陣BT表示部分矩陣B的轉(zhuǎn)置矩陣，并且部分矩陣T-1表示部分矩陣T的逆矩陣。P(k1～k2)表示Πi=kik2Pai=PΣi=kik2ai.]]>圖9所示的各置換矩陣，例如Pa1，可以是單位矩陣。如上所述，如果置換矩陣的指數(shù)(即a1)為0，那么置換矩陣Pa1將是單位矩陣。同樣，如果置換矩陣的指數(shù)(即a1)增加預(yù)定值，那么該置換矩陣被循環(huán)移動預(yù)定值，使得置換矩陣Pa1將是單位矩陣。
圖10是示出生成一般塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的過程的流程圖。然而，在給出圖10的描述之前，應(yīng)當注意，為了生成塊LDPC碼，必須確定要生成的塊LDPC碼的碼字尺寸和編碼率，并且必須根據(jù)所確定的碼字尺寸和編碼率確定奇偶校驗矩陣的尺寸。如果塊LDPC碼的碼字尺寸用N表示且編碼率用R表示，則奇偶校驗矩陣的尺寸為N(1-R)×N。
實際上，圖10所示的生成塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的過程僅執(zhí)行一次，因為在最初生成適合通信系統(tǒng)狀況的奇偶校驗矩陣，然后使用所生成的奇偶校驗矩陣。
參照圖10，在步驟1011中，控制器將具有N(1-R)×N尺寸的奇偶校驗矩陣劃分成總共p×q個塊，包括水平軸上的p個塊和垂直軸上的q個塊。因為每個塊具有Ns×Ns的尺寸，因此奇偶校驗矩陣包括Ns×p行和Ns×q列。在步驟1013中，控制器將由奇偶校驗矩陣劃分的p×q個塊分為信息部分‘s’、第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2。
在步驟1015中，控制器根據(jù)用以保證塊LDPC碼的良好性能的度分布，將信息部分‘s’分成非零塊或非零矩陣、以及零塊或零矩陣。因為上面已經(jīng)描述了用以保證塊LDPC碼的良好性能的度分布，因此這里將省略對其詳細描述。
在步驟1017中，在根據(jù)用以保證塊LDPC碼的良好性能的度分布確定的塊當中、具有較低的度的塊中的非零矩陣部分中，控制器確定置換矩陣Papq，使得塊循環(huán)的最小循環(huán)長度應(yīng)當如上所述最大化。應(yīng)當考慮信息部分‘s’、第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2的塊循環(huán)，確定置換矩陣Papq。
在步驟1019中，控制器在根據(jù)用以保證塊LDPC碼的良好性能的度分布確定的塊當中、具有較高的度的塊中的非零矩陣部分中隨機地確定置換矩陣Papq，然后結(jié)束過程。甚至當確定要應(yīng)用到具有較高的度的塊中的非零矩陣部分的置換矩陣Papq時，也必須確定置換矩陣Papq，使得塊循環(huán)的最小循環(huán)長度最大化?？紤]信息部分‘s’、第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2的塊循環(huán)，確定置換矩陣Papq。奇偶校驗矩陣的信息部分‘s’中排列的置換矩陣Papq的例子如圖9所示。
在步驟1021中，控制器將第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2劃分成4個部分矩陣B、T、D和E。在步驟1023中，控制器將非零置換矩陣Py和Pa1輸入到部分矩陣B中所包括的各部分塊當中的2個部分塊。上面參照圖9描述了將非零置換矩陣Py和Pa1輸入到構(gòu)成部分矩陣B的部分塊當中的2個部分塊的結(jié)構(gòu)。
在步驟1025中，控制器將單位矩陣I輸入到部分矩陣T的對角部分塊，并且將特定置換矩陣Pa2，Pa3，…，pam-1輸入到部分矩陣T的對角分量下面的第(i，i+1)部分塊。將單位矩陣I輸入到部分矩陣T的對角部分塊以及將特定置換矩陣Pa2，Pa3，…，Pam-1輸入到部分矩陣T的對角分量下面的第(i，i+1)部分塊的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在上面參照圖9進行了描述。
在步驟1027中，控制器將置換矩陣Px輸入到部分矩陣D。在步驟1029中，控制器將置換矩陣Pam僅輸入到部分矩陣E中的最后一個部分塊，然后結(jié)束該過程。上面參照圖9描述了將2個置換矩陣Pam僅輸入到構(gòu)成部分矩陣E的各部分塊當中的最后一個部分塊的結(jié)構(gòu)。
如上所述，已知LDPC碼和turbo碼在高速數(shù)據(jù)傳輸期間具有高性能增益，并且有效地糾正由傳輸信道中產(chǎn)生的噪聲而引起的差錯，從而增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｈ欢?，LDPC碼的缺點在于編碼率方面。即，因為LDPC碼具有相對高的編碼率，因此它在編碼率方面有限制。在當前可用的LDPC碼當中，多數(shù)LDPC碼具有1/2的編碼率，只有少數(shù)LDPC碼具有1/3的編碼率。編碼率的限制對于高速、高容量數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生致命的影響。
盡管可以使用密度演化(density evolution)方案計算表示最佳性能的度分布，以便實現(xiàn)LDPC碼的相對低的編碼率，但是由于各種制約，例如因子圖中的循環(huán)結(jié)構(gòu)和硬件實現(xiàn)，因此難于實現(xiàn)具有呈現(xiàn)最佳性能的度分布的LDPC碼。

發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于編碼和解碼塊低密度奇偶校驗(LDPC)碼的裝置和方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于在移動通信系統(tǒng)中以最小的編碼復(fù)雜度編碼和解碼塊LDPC碼的裝置和方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種塊低密度奇偶校驗(LDPC)碼的編碼方法。該方法包括步驟接收信息字向量；以及根據(jù)預(yù)定的生成矩陣，將該信息字向量編碼成塊LDPC碼。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種塊低密度奇偶校驗(LDPC)碼的編碼裝置。該裝置包括編碼器，用于根據(jù)預(yù)定的生成矩陣，將信息字向量編碼成塊LDPC碼；調(diào)制器，用于使用預(yù)定的調(diào)制方案，將塊LDPC碼調(diào)制成調(diào)制符號；和發(fā)射器，用于發(fā)射調(diào)制符號。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種塊低密度奇偶校驗(LDPC)碼的解碼方法。該方法包括接收信號；使用根據(jù)要解碼的塊LDPC碼的長度預(yù)定的奇偶校驗矩陣對接收的信號解碼；以及從解碼后的接收信號檢測塊LDPC碼。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種塊低密度奇偶校驗(LDPC)碼的解碼裝置。該裝置包括步驟接收器，用于接收信號；和解碼器，用于使用根據(jù)要解碼的塊LDPC的長度預(yù)定的奇偶校驗矩陣對接收的信號解碼，并且從解碼后的接收信號檢測塊LDPC碼。
通過下面結(jié)合附圖的詳細描述，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將變得更加明顯，其中圖1示出常規(guī)移動通信系統(tǒng)的收發(fā)機；圖2示出常規(guī)(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣；圖3示出圖2所示的(8，2，4)LDPC碼的因子圖；圖4示出常規(guī)塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣；圖5示出圖4所示的置換矩陣P；圖6示出其奇偶校驗矩陣包括4個部分矩陣的塊LDPC碼的循環(huán)結(jié)構(gòu)；圖7示出具有類似于滿秩下三角矩陣的形式的奇偶校驗矩陣；圖8示出圖7所示的、被分成6個部分塊的奇偶校驗矩陣；圖9示出圖8所示的部分矩陣B的轉(zhuǎn)置矩陣、部分矩陣E、部分矩陣T以及部分矩陣T的逆矩陣；圖10是示出生成常規(guī)塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的過程的流程圖；圖11示出根據(jù)本發(fā)明實施例的、在由不規(guī)則塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣劃分成的6個部分矩陣當中的部分矩陣B的轉(zhuǎn)置矩陣BT、部分矩陣D和部分矩陣T；圖12示出根據(jù)本發(fā)明實施例的、用于產(chǎn)生生成矩陣H’的矩陣F；圖13示出根據(jù)本發(fā)明實施例的不規(guī)則塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣；圖14示出根據(jù)本發(fā)明實施例的不規(guī)則塊LDPC碼的生成矩陣；
圖15是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的不規(guī)則塊LDPC碼的編碼處理的流程圖；圖16是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的、不規(guī)則塊LDPC碼的編碼裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方框圖；以及圖17是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的、不規(guī)則塊LDPC碼的解碼裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方框圖。
具體實施方式現(xiàn)在將在下面參照附圖，詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在下面的描述中，為了簡明起見，省略了對并入這里的公知功能和配置的詳細描述。
本發(fā)明提供一種高性能的塊低密度奇偶校驗(LDPC)碼的編碼和解碼裝置和方法。即，本發(fā)明提供一種用于塊LDPC碼的編碼和解碼裝置和方法，其中使因子圖的最小循環(huán)的長度最大化，使編碼復(fù)雜度最小化，并且因子圖中的度分布具有最好的度分布1。盡管這里沒有單獨地示出，但根據(jù)本發(fā)明的用于編碼和解碼塊LDPC碼的裝置可以應(yīng)用到參照圖1所述的收發(fā)機。
圖11示出根據(jù)本發(fā)明實施例的、在由塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣劃分成的6個部分矩陣當中的部分矩陣B的轉(zhuǎn)置矩陣BT、部分矩陣D和部分矩陣T。
在給出圖11的描述之前，應(yīng)當注意，該奇偶校驗矩陣具有參照圖8現(xiàn)有技術(shù)部分中描述的部分塊結(jié)構(gòu)。即，塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣被劃分成信息部分‘s’、第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2的部分塊。信息部分‘s’表示在塊LDPC碼的編碼處理期間奇偶校驗矩陣中被映射到實際信息字的部分。第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2表示在塊LDPC碼的編碼處理期間奇偶校驗矩陣中被映射到實際奇偶的部分。
如圖8所示，信息部分‘s’被劃分成部分塊A和部分塊C，第一奇偶部分p1被劃分成部分塊B和部分塊D，并且第二奇偶部分p2被劃分成部分塊T和部分塊E。部分矩陣A和C對應(yīng)于部分塊A和C，部分矩陣B和D對應(yīng)于部分塊B和D，并且部分矩陣T和E對應(yīng)于部分塊T和E。
參照圖11，部分矩陣B包括兩個相同的置換矩陣Pa1和零矩陣。置換矩陣P是具有Ns×Ns尺寸的方陣，其中Ns行中的每一行的權(quán)重是1，并且Ns列中的每一列的權(quán)重也是1。盡管置換矩陣P的尺寸表示為Ns×Ns，但是為了方便起見，將作為方陣的置換矩陣P的尺寸表示為Ns。
在前面參照圖9給出的描述中，部分矩陣B包括置換矩陣Pa1和Px、以及零矩陣。在常規(guī)塊LDPC碼的情況下，為了滿足ET-1B+D＝I，部分矩陣B的除了零矩陣以外的置換矩陣Pa1和Px必須如圖9所示位置固定，并且置換矩陣Pa1和Px彼此是不同的。然而，在本發(fā)明中，部分矩陣B的除了零矩陣以外的兩個置換矩陣Pa1不必須位置固定，并且兩個置換矩陣Pa1是位置可變的，并且彼此相等。部分矩陣T具有雙對角結(jié)構(gòu)的單位矩陣I、以及零矩陣。部分矩陣D包括部分矩陣Px。
在圖11中，置換矩陣P的上標ai和x表示置換矩陣P的指數(shù)。
盡管圖11中作為例子將兩個置換矩陣Pa1映射到部分矩陣B的轉(zhuǎn)置矩陣BT，且將置換矩陣Px映射到部分矩陣D，但是僅當各置換矩陣Pa1被映射到總共三個置換矩陣當中的兩個置換矩陣時，才可以獲得相同的效果，其中所述三個置換矩陣是被映射到部分矩陣B的轉(zhuǎn)置矩陣BT和部分矩陣D的總共三個置換矩陣。即，即使置換矩陣Pa1被映射到部分矩陣B的轉(zhuǎn)置矩陣BT中存在的兩個置換矩陣的任一個，并且置換矩陣Pa1被映射到部分矩陣D中存在的置換矩陣時，也能獲得相同的效果。
或者，即使各置換矩陣Pa1被映射到部分矩陣B的轉(zhuǎn)置矩陣BT中存在的全部兩個置換矩陣以及部分矩陣D中存在的置換矩陣，也可以獲得相同的效果。
此外，在圖11中，置換矩陣Pa1可以是單位矩陣，因為如果置換矩陣Pa1的指數(shù)為a1＝0，那么置換矩陣Pa1就成為如上所述的單位矩陣。此外，置換矩陣的指數(shù)a1增加預(yù)定值，置換矩陣循環(huán)移動預(yù)定值，使得置換矩陣Pa1成為單位矩陣。
在常規(guī)塊LDPC碼的情況下，在解碼器中使用的完整的奇偶校驗矩陣被用作編碼器的生成矩陣。然而，在本發(fā)明提出的塊LDPC碼的情況下，解碼器中使用的奇偶校驗矩陣在被用作編碼器的生成矩陣之前進行修改，從而使塊LDPC碼的編碼復(fù)雜度最小。
用H表示的奇偶校驗矩陣，可以表示為如式(5)所示。
H＝[H1|H2]＝[H1|H21H22] ...........(5)在式(5)中，H1表示奇偶校驗矩陣H中被映射到信息字的矩陣，即，被映射到信息部分‘s’的矩陣，而H2表示奇偶校驗矩陣H中被映射到奇偶的矩陣，即，被映射到第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2的矩陣。也就是說，H1表示包括部分矩陣A和部分矩陣C的矩陣，而H2表示包括部分矩陣B、部分矩陣T、部分矩陣D和部分矩陣E的矩陣。然而，因為本發(fā)明提出的編碼方法不是基于Richardson-Urbanke技術(shù)，所以所提出的編碼方案并不需要像Richardson-Urbanke技術(shù)那樣將塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣劃分成六個部分矩陣。相反，所提出的方案將奇偶校驗矩陣劃分成被映射到信息部分的矩陣H1、以及被映射到第一奇偶部分和第二奇偶部分的矩陣H21和H22。
通過修改奇偶校驗矩陣H提供的編碼器中使用的生成矩陣用H’表示，并且生成矩陣H’可以使用新矩陣F表示為式(6)。
H′＝FH＝[H1′|H2′]＝[H1′|H21′H22′] ...........(6)在式(6)中，F(xiàn)表示具有(N-K)×(N-K)尺寸的矩陣，N表示碼的碼字長度或塊尺寸，而K表示信息字的長度。矩陣F如圖12所示，將在稍后進行描述。與參照式(5)所述的奇偶校驗矩陣H類似，生成矩陣H’被分成被映射到信息字的H1’和被映射到奇偶的H2’，并且H2’被分成被映射到第一奇偶的H21’和被映射到第二奇偶的H22’。
在式(6)所示的生成矩陣H’中，通過模Ns運算，對應(yīng)于最后塊的所有非零置換矩陣的指數(shù)增加am，映射到第二奇偶的H22’具有每塊雙對角結(jié)構(gòu)的單位矩陣，并且除了單位矩陣之外的所有其余矩陣包括零矩陣。
現(xiàn)在將對使用生成矩陣H’編碼塊LDPC碼的處理進行描述。
塊LDPC碼的碼字向量c可以分成信息字向量s、第一奇偶向量p1和第二奇偶向量p2。如上所述，第一奇偶向量p1被映射到部分塊B和D，而第二奇偶向量p2被映射到部分塊T和E。
使用下面的式(7)和式(8)實現(xiàn)第一奇偶向量p1的編碼。因為HcT＝H′cT＝0，所以滿足式(7)的關(guān)系。
H′cT‾=(Σblock rowsH1′)sT‾+(Σblock rowsH21′)p1T‾+(Σblock rowsH22′)p2T‾=0‾···(7)]]>在式(7)中，
表示通過每個塊地將H1’中的所有行相加得到的Ns×K矩陣。當基于每個塊相加的矩陣計算應(yīng)用到參照圖4所述的奇偶校驗矩陣時，得到的矩陣為Ns×qNs矩陣，并且每個Ns×Ns矩陣是通過將對應(yīng)于每個塊列的所有置換矩陣相加給出的矩陣。例如，圖4中第一個Ns×Ns矩陣具有值
和
一樣，
表示通過每個塊地將H21’中的所有行相加而得到的Ns×Ns矩陣。類似地，
表示通過每個塊地將H22’中的所有行相加得到的Ns×(N-K-Ns)矩陣。
短語“每個塊地將矩陣中的行相加”是指以這樣的方式將相應(yīng)矩陣中所包括的部分塊中的行相加，即，專門將各部分塊中的第1行相互相加。對于式(7)中
的計算，因為H22’具有像圖11所示的部分矩陣T一樣的雙對角結(jié)構(gòu)，所以通過每個塊地相加行而獲得的矩陣是Ns×(N-K-Ns)零矩陣，其中所有元素都為0。因為
是Ns×(N-K-Ns)零矩陣，所以將項
從式(7)中除去。因此，根據(jù)參照圖11所述的部分矩陣B的特性，矩陣H21’可以表示為式(8)。
p1T′‾=Pxp1T‾=(Σblock rowsH1′)sT‾···(8)]]>在式(8)中，p1T′是通過將p1T循環(huán)移動x獲得的向量，而p1T表示第一奇偶向量p1的轉(zhuǎn)置向量。
第二奇偶向量p2可以通過回代(back substitution)來簡單地計算，因為H22’具有雙對角結(jié)構(gòu)。因為塊LDPC碼(與RA碼不同)具有塊結(jié)構(gòu)，所以它可以每個塊地執(zhí)行回代，增加第二奇偶向量p2的計算速度。
更具體地說，如果假設(shè)RA碼具有奇偶向量p＝(p1，p2，…，PN-K)，則可以在確定p1之后計算p2。類似地，可以在確定p2之后計算p3。因此，必須依次計算(N-K)個奇偶位。
然而，在本發(fā)明提出的塊LDPC碼的編碼處理中，因為被映射到生成矩陣H’的奇偶的部分塊具有雙對角結(jié)構(gòu)，所以可以同時計算p1到pN，并且可以使用前一步驟中計算出的p1到pN的Ns位來同時計算接下來的Ns位。因此，本發(fā)明提出的塊LDPC碼的編碼處理比RA碼的編碼處理快Ns倍。
圖13示出根據(jù)本發(fā)明實施例的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。圖13所示的奇偶校驗矩陣表示具有編碼率1/2的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣，并且包括12×24個塊。
在圖13中，寫在各塊中的數(shù)字表示位于相應(yīng)塊中的置換矩陣的指數(shù)，并且‘I’表示位于相應(yīng)塊中的單位矩陣。具有塊尺寸Ns的、塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數(shù)值可以通過對位于相應(yīng)塊中的置換矩陣的每個指數(shù)執(zhí)行模-Ns運算來計算。如果相應(yīng)塊的指數(shù)大于相應(yīng)塊的尺寸Ns，則意味著應(yīng)當執(zhí)行模-Ns運算。
通常，指數(shù)必須小于Ns。然而，當同一奇偶校驗矩陣共同用于大的塊尺寸和小的塊尺寸時，矩陣中有時候會包括大于Ns的指數(shù)值。在這種情況下，根據(jù)編碼率和塊尺寸需要許多奇偶校驗矩陣，增加所需的存儲器容量。如果通過對置換矩陣的指數(shù)執(zhí)行模-Ns運算而獲得的值為0，則位于相應(yīng)塊中的置換矩陣成為單位矩陣。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明實施例的塊LDPC碼的生成矩陣。然而，在給出圖14的描述之前，應(yīng)當注意，如上所述，生成矩陣H’是通過將奇偶校驗矩陣H乘以矩陣F而生成的矩陣。將參照圖12描述矩陣F。
圖12示出根據(jù)本發(fā)明實施例的用于產(chǎn)生生成矩陣H’的矩陣F。參照圖12，在矩陣F中，單位矩陣I沿對角線布置，并且置換矩陣p-am位于對角線的最后部分。置換矩陣p-am是具有置換矩陣Pam的負指數(shù)的置換矩陣，置換矩陣Pam位于奇偶校驗矩陣的置換矩陣E的最后部分。在圖12中假設(shè)am＝1。
參照圖14，如上所述，生成矩陣H’是通過將奇偶校驗矩陣H乘以矩陣F而生成的。然而，因為位于矩陣F的最后部分的置換矩陣P-am如上所述為P-1，所以生成矩陣H’與奇偶校驗矩陣H相比較，并且只有位于生成矩陣H’的最后塊行中的矩陣的指數(shù)值比置換矩陣H的小1。
圖15是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的塊LDPC碼的編碼處理的流程圖。參照圖15，在步驟1511中，控制器接收要被編碼成塊LDPC碼的信息字向量s。這里假設(shè)信息字向量s具有與編碼成塊LDPC碼的編碼率相對應(yīng)的尺寸，并且信息字向量s的尺寸為k。
在步驟1513中，控制器使用通過每個塊地將生成矩陣H’的H1’中的所有行相加而生成的矩陣、以及接收的信息字向量s的轉(zhuǎn)置向量，來計算第一奇偶向量p1。通過將生成矩陣H’的H1’中的所有行相加而生成的矩陣具有Ns×K尺寸，并且使用式(8)計算第一奇偶向量p1。
在步驟1515中，控制器使用信息字向量s和第一奇偶向量p1，通過回代計算第二奇偶向量p2。在步驟1517中，控制器使用信息字向量s、第一奇偶向量p1和第二奇偶向量p2，生成碼字向量c，并且發(fā)送所生成的碼字向量c。
圖16是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的、塊LDPC碼的編碼裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方框圖。參照圖16，塊LDPC碼的編碼裝置包括矩陣乘法器1611、存儲器1613、循環(huán)移動器1615、回代處理器1617以及開關(guān)1619、1621和1623。
輸入信號(即，要被編碼成塊LDPC碼的長度為k的信息字向量s)，被施加到開關(guān)1619、矩陣乘法器1611和回代處理器1617。矩陣乘法器1611將信息字向量s乘以Ns×K矩陣，該Ns×K矩陣是通過每個塊地將存儲在存儲器1613中的生成矩陣H’的H1’中的所有行相加而生成的，并且矩陣乘法器1611將結(jié)果輸出到循環(huán)移動器1615。從矩陣乘法器1611輸出的信號是通過將第一奇偶向量p1的轉(zhuǎn)置向量p1T循環(huán)移動x而獲得的向量p1T′。
循環(huán)移動器1615通過將從矩陣乘法器1611輸出的信號反向循環(huán)移動x，來計算第一奇偶向量p1的轉(zhuǎn)置向量p1T，使用第一奇偶向量p1的轉(zhuǎn)置向量p1T計算第一奇偶向量p1，并且將結(jié)果輸出到回代處理器1617和開關(guān)1621?；卮幚砥?617使用信息字向量s和從循環(huán)移動器1615輸出的第一奇偶向量p1，通過回代計算第二奇偶向量p2，并且將結(jié)果輸出到開關(guān)1623。
開關(guān)1619、1621和1623中的每一個僅在其傳輸時間接通，來傳輸其相關(guān)信號。即，開關(guān)1619在信息字向量s的傳輸時間接通，開關(guān)1621在第一奇偶部分向量P1的傳輸時間接通，并且開關(guān)1623在第二奇偶部分向量P2的傳輸時間接通。
可以使用子積(sub-product)算法在因子圖中解碼所有LDPC族碼。LDPC碼的解碼方案可以大致分為雙向傳輸方案和流傳輸方案。當使用雙向傳輸方案執(zhí)行解碼操作時，每個校驗節(jié)點具有節(jié)點處理器，從而解碼復(fù)雜度與校驗節(jié)點數(shù)量成比例地增加。然而，因為同時更新所有的校驗節(jié)點，所以解碼速度大大增加。
與此不同，流傳輸方案具有單個節(jié)點處理器，并且節(jié)點處理器更新經(jīng)過因子圖中所有節(jié)點的信息。因此，流傳輸方案的解碼復(fù)雜度較低，但奇偶校驗矩陣的尺寸的增加(即，節(jié)點數(shù)量的增加)導致解碼速度的降低。然而，如果像本發(fā)明提出的塊LDPC碼這樣每個塊地生成奇偶校驗矩陣，則在解碼期間使用的節(jié)點處理器數(shù)量等于構(gòu)成奇偶校驗矩陣的塊數(shù)量。在這種情況下，可以實現(xiàn)解碼復(fù)雜度低于雙向傳輸方案、而解碼速度高于流傳輸方案的解碼器。
圖17是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的、塊LDPC碼的解碼裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方框圖。參照圖17，塊LDPC碼的解碼裝置包括塊控制器1710、變量節(jié)點部分1700、加法器1715、去交織器1717、交織器1719、控制器1721、存儲器1723、加法器1725、校驗節(jié)點部分1750和硬判決器1729。變量節(jié)點部分1700包括變量節(jié)點解碼器1711以及開關(guān)1713和1714，而校驗節(jié)點部分1750包括校驗節(jié)點解碼器1727。
通過無線信道接收的信號被輸入到塊控制器1710。塊控制器1710確定接收信號的塊尺寸。如果在與解碼裝置對應(yīng)的編碼裝置中存在穿孔(puncture)的信息字部分，則塊控制器1710在穿孔的信息字部分中插入‘0’來調(diào)節(jié)滿秩(full)塊尺寸，并且將得到的信號輸出到變量節(jié)點解碼器1711。變量節(jié)點解碼器1711計算從塊控制器1710輸出的信號的概率值，更新計算出的概率值，并且將更新的概率值輸出到開關(guān)1713和1714。變量節(jié)點解碼器1711根據(jù)塊LDPC碼的解碼裝置中預(yù)先設(shè)置的奇偶校驗矩陣連接各變量節(jié)點，并且對與連接到變量節(jié)點的1的數(shù)量一樣多的輸入值和輸出值執(zhí)行更新操作。連接到變量節(jié)點的1的數(shù)量等于構(gòu)成奇偶校驗矩陣的每列的權(quán)重。變量節(jié)點解碼器1711的內(nèi)部操作根據(jù)構(gòu)成奇偶校驗矩陣的每列的權(quán)重而不同。除了開關(guān)1713被接通的時候外，開關(guān)1714被接通以將變量節(jié)點解碼器1711的輸出信號輸出到加法器1715。
加法器1715接收從變量節(jié)點解碼器1711輸出的信號和在前一迭代解碼處理中交織器1719的輸出信號，從變量節(jié)點解碼器1711的輸出信號中減去在前一迭代解碼處理中交織器1719的輸出信號，并且將減法結(jié)果輸出到去交織器1717。如果解碼處理是初次解碼處理，則應(yīng)當認為交織器1719的輸出信號為0。
去交織器1717將從加法器1715輸出的、根據(jù)預(yù)定的交織方案的信號進行去交織，并且將去交織的信號輸出到加法器1725和校驗節(jié)點解碼器1727。去交織器1717具有對應(yīng)于奇偶校驗矩陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因為對于與去交織器1717相對應(yīng)的交織器1719的輸入值的輸出值根據(jù)奇偶校驗矩陣中值為1的元素的位置而不同。
加法器1725接收在前一迭代解碼處理中校驗節(jié)點解碼器1727的輸出信號和去交織器1717的輸出信號，從在前一迭代解碼處理中校驗節(jié)點解碼器1727的輸出信號中減去去交織器1717的輸出信號，并且將減法結(jié)果輸出到交織器1719。校驗節(jié)點解碼器1727根據(jù)塊LDPC碼的解碼裝置中預(yù)先設(shè)置的奇偶校驗矩陣連接校驗節(jié)點，并且對與連接到校驗節(jié)點的1的數(shù)量一樣多的輸入值和輸出值執(zhí)行更新操作。連接到校驗節(jié)點的1的數(shù)量等于奇偶校驗矩陣中包括的每行的權(quán)重。因此，校驗節(jié)點解碼器1727的內(nèi)部操作根據(jù)構(gòu)成奇偶校驗矩陣的每行的權(quán)重而不同。
交織器1719在控制器1721的控制下，根據(jù)預(yù)定交織方案交織從加法器1725輸出的信號，并且將交織的信號輸出到加法器1715和變量節(jié)點解碼器1711?？刂破?721讀取存儲在存儲器1723中的有關(guān)交織的信息，并且根據(jù)讀取的信息來控制交織器1719的交織方案。類似地，如果解碼處理是初次解碼處理，則應(yīng)當認為去交織器1717的輸出信號為0。
通過迭代地執(zhí)行前述處理，解碼裝置執(zhí)行無錯的可靠解碼。
在執(zhí)行迭代解碼預(yù)定次數(shù)之后，開關(guān)1714關(guān)斷變量節(jié)點解碼器1711與加法器1715之間的連接，并且開關(guān)1713接通變量節(jié)點解碼器1711與硬判決器1729之間的連接，以提供從變量節(jié)點解碼器1711到硬判決器1729的信號輸出。硬判決器1729對從變量節(jié)點解碼器1711輸出的信號執(zhí)行硬判決，并且輸出硬判決結(jié)果，硬判決器1729的輸出值成為最終解碼值。
通過上面描述可以理解，本發(fā)明提出一種移動通信系統(tǒng)中的塊LDPC碼，其最小循環(huán)長度被最大化，從而使糾錯能力最大化。因此，解碼裝置可以使用塊LDPC碼正確地解碼所接收的數(shù)據(jù)，確?？煽拷獯a。
此外，本發(fā)明使用奇偶校驗矩陣生成有效的生成矩陣，從而使塊LDPC碼的編碼復(fù)雜度最小化。
即，本發(fā)明提出了一種塊LDPC碼，從而通過在因子圖中應(yīng)用迭代解碼確保高性能。
此外，本發(fā)明逐個塊地創(chuàng)建塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣，從而允許實現(xiàn)解碼復(fù)雜度最小的解碼器，在解碼速度方面得到提高。尤其是，本發(fā)明使用簡單的矩陣乘法和逐塊地回代，使編碼復(fù)雜度最小化。
盡管參照其特定優(yōu)選實施例示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不背離由所附權(quán)利要求
書限定的本發(fā)明宗旨和范圍的前提下，可以對其進行形式和細節(jié)的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種塊低密度奇偶校驗LDPC碼的編碼方法，包括步驟接收信息字向量；以及根據(jù)預(yù)定的生成矩陣，將該信息字向量編碼成塊LDPC碼。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，還包括步驟使用預(yù)定的調(diào)制方案，將塊LDPC碼調(diào)制成調(diào)制符號；以及發(fā)送所述調(diào)制符號。
3.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中，通過修改與在將信息字向量生成為塊LDPC碼時要施加的長度對應(yīng)的奇偶校驗矩陣，來產(chǎn)生生成矩陣。
4.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中，塊LDPC碼包括信息字向量、第一奇偶向量和第二奇偶向量，并且生成矩陣包括被映射到信息字向量的第一矩陣、被映射到第一奇偶向量的第二矩陣以及被映射到第二奇偶向量的第三矩陣。
5.如權(quán)利要求
4所述的方法，其中，第一矩陣是從映射到與在將信息字向量生成為塊LDPC碼時所要施加的長度對應(yīng)的、奇偶校驗矩陣的信息字向量的第四矩陣來修改的，第二矩陣是從映射到該奇偶校驗矩陣的第一奇偶向量的第五矩陣來修改的，并且第三矩陣是從映射到該奇偶校驗矩陣的第二奇偶向量的第六矩陣來修改的。
6.如權(quán)利要求
4所述的方法，其中，第一矩陣是通過將映射到與在將信息字向量生成為塊LDPC碼時所要施加的長度對應(yīng)的、奇偶校驗矩陣的信息字向量的第四矩陣，乘以預(yù)定的第五矩陣而生成的，第二矩陣是通過將映射到該奇偶校驗矩陣的第一奇偶向量的第六矩陣乘以第五矩陣而生成的，并且第三矩陣是通過將映射到該奇偶校驗矩陣的第二奇偶向量的第七矩陣乘以第五矩陣而生成的。
7.如權(quán)利要求
6所述的方法，其中，所述根據(jù)預(yù)定的生成矩陣將信息字向量編碼成塊LDPC碼的步驟包括步驟生成第一奇偶向量，使得通過將逐塊地將第四矩陣的所有行相加所生成的矩陣乘以信息字向量的轉(zhuǎn)置向量而獲得的向量成為通過將第一奇偶向量的轉(zhuǎn)置向量循環(huán)移動預(yù)定值而獲得的向量；使用回代生成第二奇偶向量；以及通過將第一奇偶向量和第二奇偶向量與信息字向量相連，生成塊LDPC碼。
8.如權(quán)利要求
7所述的方法，其中，通過逐塊地將第四矩陣的所有行相加而生成的矩陣是通過將第四矩陣中包括的部分塊的相同行相加獲得的。
9.如權(quán)利要求
7所述的方法，其中，使用下式生成第一奇偶向量p1T′=Pxp1T=(Σblock rowsH1′)sT‾]]>其中，s表示信息字向量，p1表示第一奇偶向量，
表示信息字向量的轉(zhuǎn)置向量，
表示第一奇偶向量的轉(zhuǎn)置向量，Px表示通過將具有Ns×Ns尺寸的置換矩陣循環(huán)移動x獲得的矩陣，
表示通過將
循環(huán)移動x獲得的向量，而
表示逐塊地相加相應(yīng)矩陣的所有行的運算。
10.如權(quán)利要求
9所述的方法，其中，逐塊地相加相應(yīng)矩陣的所有行的運算是，將相應(yīng)矩陣中包括的各部分塊的相同行相加。
11.一種塊低密度奇偶校驗LDPC碼的編碼裝置，包括編碼器，用于根據(jù)預(yù)定的生成矩陣，將信息字向量編碼成塊LDPC碼；調(diào)制器，用于使用預(yù)定的調(diào)制方案，將塊LDPC碼調(diào)制成調(diào)制符號；和發(fā)射器，用于發(fā)射調(diào)制符號。
12.如權(quán)利要求
11所述的裝置，其中，所述生成矩陣是通過修改與在將信息字向量生成為塊LDPC碼時要施加的長度對應(yīng)的奇偶校驗矩陣而產(chǎn)生的矩陣。
13.如權(quán)利要求
11所述的裝置，其中，塊LDPC碼包括信息字向量、第一奇偶向量和第二奇偶向量，并且生成矩陣包括被映射到信息字向量的第一矩陣、被映射到第一奇偶向量的第二矩陣以及被映射到第二奇偶向量的第三矩陣。
14.如權(quán)利要求
13所述的裝置，其中，第一矩陣是從映射到與在將信息字向量生成為塊LDPC碼時所要施加的長度對應(yīng)的、奇偶校驗矩陣的信息字向量的第四矩陣來修改的，第二矩陣是從映射到該奇偶校驗矩陣的第一奇偶向量的第五矩陣來修改的，并且第三矩陣是從映射到該奇偶校驗矩陣的第二奇偶向量的第六矩陣來修改的。
15.如權(quán)利要求
13所述的裝置，其中，第一矩陣是通過將映射到與在將信息字向量生成為塊LDPC碼時所要施加的長度對應(yīng)的、奇偶校驗矩陣的信息字向量的第四矩陣，乘以預(yù)定的第五矩陣而生成的，第二矩陣是通過將映射到該奇偶校驗矩陣的第一奇偶向量的第六矩陣乘以第五矩陣而生成的，并且第三矩陣是通過將映射到該奇偶校驗矩陣的第二奇偶向量的第七矩陣乘以第五矩陣而生成的。
16.如權(quán)利要求
15所述的裝置，其中，該編碼器包括矩陣乘法器，用于將信息字向量乘以通過逐塊地將第四矩陣的所有行相加生成的矩陣；循環(huán)移動器，用于將通過從矩陣乘法器輸出的信號循環(huán)移動預(yù)定值來生成第一奇偶向量；回代處理器，用于通過對信息字向量和從循環(huán)移動器輸出的信號執(zhí)行回代，生成第二奇偶向量；和開關(guān)，用于通過對信息字向量、第一奇偶向量和第二奇偶向量進行切換，生成塊LDPC碼。
17.如權(quán)利要求
15所述的裝置，其中，編碼器生成第一奇偶向量，使得通過將逐塊地將第四矩陣的所有行相加所生成的矩陣乘以信息字向量的轉(zhuǎn)置向量而獲得的向量，成為通過將第一奇偶向量的轉(zhuǎn)置向量循環(huán)移動預(yù)定值而獲得的向量，通過回代來生成第二奇偶向量，以及通過將第一奇偶向量和第二奇偶向量與信息字向量相連，生成塊LDPC碼。
18.如權(quán)利要求
17所述的裝置，其中，通過逐塊地將第四矩陣的所有行相加而生成的矩陣是通過將第四矩陣中包括的部分決的相同行相加獲得的。
19.如權(quán)利要求
17所述的裝置，其中，編碼器使用下式生成第一奇偶向量p1T′=Pxp1T=(Σblock rowsH1′)sT‾]]>其中，s表示信息字向量，p1表示第一奇偶向量，
表示信息字向量的轉(zhuǎn)置向量，
表示第一奇偶向量的轉(zhuǎn)置向量，Px表示通過將具有Ns×Ns尺寸的置換矩陣循環(huán)移動x獲得的矩陣，
表示通過將
循環(huán)移動x獲得的向量，而
表示逐塊地相加相應(yīng)矩陣的所有行的運算。
20.如權(quán)利要求
19所述的裝置，其中，逐塊地相加相應(yīng)矩陣的所有行的運算是，將相應(yīng)矩陣中包括的各部分塊的相同行相加。
21.一種塊低密度奇偶校驗LDPC碼的解碼方法，包括步驟接收信號；使用根據(jù)要解碼的塊LDPC碼的長度預(yù)定的奇偶校驗矩陣對所接收的信號解碼；以及從解碼后的接收信號檢測塊LDPC碼。
22.如權(quán)利要求
21所述的方法，其中，根據(jù)奇偶校驗矩陣對接收的信號解碼和從解碼后的接收信號檢測塊LDPC碼的步驟包括步驟根據(jù)奇偶校驗矩陣確定去交織方案和交織方案；檢測接收信號的概率值；通過從接收信號的概率值中減去前一解碼處理中生成的信號，生成第一信號；使用去交織方案將第一信號去交織；從去交織的信號檢測概率值；通過從去交織的信號的概率值中減去去交織的信號，生成第二信號；使用交織方案交織第二信號；以及通過對交織的信號進行迭代解碼，來檢測塊LDPC碼。
23.一種塊低密度奇偶校驗LDPC碼的解碼裝置，包括接收器，用于接收信號；和解碼器，用于使用根據(jù)要解碼的塊LDPC碼的長度預(yù)定的奇偶校驗矩陣對接收的信號解碼，并且從解碼后的接收信號檢測塊LDPC碼。
24.如權(quán)利要求
23所述的裝置，其中，解碼器包括變量節(jié)點解碼器，用于通過根據(jù)該奇偶校驗矩陣中包含的每列的權(quán)重連接變量節(jié)點，檢測接收信號的概率值；第一加法器，用于將從變量節(jié)點解碼器輸出的信號減去前一解碼處理中生成的信號；去交織器，用于使用根據(jù)該奇偶校驗矩陣設(shè)置的去交織方案，將從第一加法器輸出的信號去交織；校驗節(jié)點解碼器，用于通過根據(jù)該奇偶校驗矩陣中包含的每行的權(quán)重連接校驗節(jié)點，檢測從去交織器輸出的信號的概率值；第二加法器，用于將從校驗節(jié)點解碼器輸出的信號減去從去交織器輸出的信號；交織器，用于使用根據(jù)該奇偶校驗矩陣設(shè)置的交織方案，交織從第二加法器輸出的信號，并且將交織的信號輸出到變量節(jié)點解碼器和第一加法器；和控制器，用于根據(jù)奇偶校驗矩陣，控制去交織方案和交織方案。
專利摘要
一種用于編碼塊低密度奇偶校驗(LDPC)碼的裝置和方法。在接收到信息字向量后，編碼器根據(jù)預(yù)定的生成矩陣將信息字向量編碼成塊LDPC碼。調(diào)制器使用預(yù)定調(diào)制方案將塊LDPC碼調(diào)制成調(diào)制符號。發(fā)射器發(fā)射調(diào)制符號。
文檔編號H03M13/11GK1993892SQ20058002591
公開日2007年7月4日 申請日期2005年8月10日
發(fā)明者慶奎范, 鄭鴻實, 樸東植, 金宰烈 申請人:三星電子株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan