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基于準(zhǔn)循環(huán)的中短碼長(zhǎng)ldpc及編解碼器和編碼方法

文檔序號(hào):9306410閱讀:632來源:國(guó)知局
基于準(zhǔn)循環(huán)的中短碼長(zhǎng)ldpc及編解碼器和編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種LDPC碼字及使用該碼字的編碼器、解碼器、對(duì)應(yīng)的編碼方法,更 具體地說,涉及一種基于準(zhǔn)循環(huán)的中短碼長(zhǎng)LDPC及編解碼器和編碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 低密度奇偶校驗(yàn)碼字(LowdensityParityCheck,LDPC)根據(jù)其結(jié)構(gòu)主要可以分 為兩類,一類是隨機(jī)的碼字,最經(jīng)典的當(dāng)屬M(fèi)acKay碼,他還有專門的網(wǎng)頁給出他的各種碼 字(MacKayl999) (Richardson2001) (Luby2001)(RichardsonandUrbanke2001);另外一類 是基于代數(shù)組合結(jié)構(gòu)(Combinatorial)來設(shè)計(jì)的碼字。隨機(jī)碼字能夠非常好的逼近香農(nóng)極 限,但是由于' 1'分布的隨機(jī)性,導(dǎo)致編碼器的設(shè)計(jì)和譯碼器的設(shè)計(jì)并不具有并行或者規(guī)律 性可行,所以不適合需要具備一定吞吐量系統(tǒng),因此也就沒有被廣泛應(yīng)用了。
[0003] 而基于代數(shù)組合結(jié)構(gòu)的碼字的出現(xiàn)很好的解決了這方面的問題,這其中,有一類 基于有限域(FiniteGeometry)設(shè)計(jì)的碼字具有很好的性能(Y.KouandS.Lin2001),但是 這類碼字的缺點(diǎn)是由于其H矩陣密度比較高(大的行重列重),所以當(dāng)使用基于置信傳播的 一類算法時(shí),復(fù)雜度非常高。而另一類準(zhǔn)循環(huán)碼字(Quasi-cyclicLDPC,QC-LDPC)是一類非 常重要的基于代數(shù)組合構(gòu)造的碼字。QC-LDPC碼字主要的構(gòu)造是基于準(zhǔn)循環(huán)的單位子矩陣。 (J.L.Fan2000) (R.M.Tanner2001) (R.M.Tanner2001) (T. 0kamura2003) (R.M.Tanner2004) 這種準(zhǔn)循環(huán)的單位子矩陣結(jié)構(gòu)非常適合實(shí)現(xiàn)并行操作的硬件,比如實(shí)現(xiàn)并行度大、進(jìn)而高 吞吐率的譯碼器。傳統(tǒng)的這種QC-LDPC碼字盡管適合并行度高的譯碼器實(shí)現(xiàn),提高了吞吐 率,但是通過逆向方法得到了QC結(jié)構(gòu)的生成矩陣可能并不稀疏,或者就算稀疏,其用生成 矩陣來編碼得到校驗(yàn)比特并不是顯然的,要通過求線性方程組來獲得,因此傳統(tǒng)的QC-LDPC 碼字的編碼器還是相對(duì)復(fù)雜的。為了解決這個(gè)問題,學(xué)者Zhang和Ryan首先提出的結(jié)構(gòu) 化的重復(fù)累積碼(StructuredIrregularRepeatAccumulatorcode,S-IRA)LDPC碼字 (ZhangandRyan2006),該結(jié)構(gòu)在適合高并行譯碼器的實(shí)現(xiàn)的同時(shí),可以以非常簡(jiǎn)便高效 的方法來完成編碼。該種碼字結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn),信息比特所對(duì)應(yīng)的矩陣部分由準(zhǔn)循環(huán)子矩 陣組成,而校驗(yàn)比特所對(duì)應(yīng)的矩陣部分是由雙對(duì)角陣組成的。
[0004] 目前S-IRA碼字已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各大通信標(biāo)準(zhǔn)中,主要包括,歐洲第二代 數(shù)字廣播電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)DVB系列(ETSI, 2006,DVBT22009,DVB-C22009,DVB-NGH2012); IEEE802.Iln無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE802.Iln2009) ;IEEE802.Ile無線廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) (IEEE802. 16e2006);中國(guó)數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)(DTTB) (GB20600-2006);移動(dòng)多媒體廣 播(CMMB2006);北美CCSDS的近地深空通信系統(tǒng)(CCSDS2007);以及一些磁盤存儲(chǔ)設(shè)備的 標(biāo)準(zhǔn)等等。從整個(gè)國(guó)際范圍數(shù)字通信領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)來看,還會(huì)有更多的標(biāo)準(zhǔn)正在或?qū)?會(huì)用到LDPC碼字。
[0005] 從目前已經(jīng)提交的標(biāo)準(zhǔn)中,特別是商業(yè)上非常成功的DVBT2、DVBS2標(biāo)準(zhǔn),以及最 近才定下標(biāo)準(zhǔn)并且商業(yè)上有廣闊前景的DVB-NGH標(biāo)準(zhǔn)(2012年底定稿)來看,其使用的 S-IRA碼字所對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)矩陣主要使用的結(jié)構(gòu)如下:
[0006] H= [IIH1P]
[0007] 其中氏是信息比特對(duì)應(yīng)的矩陣部分,n是對(duì)Hi的一個(gè)某種形式的行變換,而P是 校驗(yàn)比特對(duì)應(yīng)的矩陣部分。
[0008] 而:
地,Plij還可以是由N個(gè)單位循環(huán)矩陣組成,N> 2的整數(shù)。
[0013] Plij的第二種結(jié)構(gòu)如下所示:
[0015] 由于Piij可以由一個(gè)以上的單位循環(huán)陣組成,導(dǎo)致其并不適合HSS(Horizontal shufflescheduling)譯碼算法的硬件實(shí)施。關(guān)于這點(diǎn)在DVBT2和S2的實(shí)現(xiàn)方法的文獻(xiàn)中 有不少提及到,并提出了相關(guān)的犧牲復(fù)雜度的解決辦法。
[0016] 而P是校驗(yàn)比特對(duì)應(yīng)的矩陣部分,其是如下的雙對(duì)角陣:
[0017]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的目的旨在提供一種基于準(zhǔn)循環(huán)的中短碼長(zhǎng)LDPC及編解碼器和編 碼方法,來解決現(xiàn)有技術(shù)中常見的S-IRALDPC碼的校驗(yàn)矩陣的結(jié)構(gòu)所帶來的不適合 HSS(Horizontalshufflescheduling)譯碼算法、影響整個(gè)LDPC碼字性能的問題。
[0019] 本專利即提出了一種P1^只有0個(gè)或者1個(gè)單位循環(huán)矩陣組成的結(jié)構(gòu)。在保持性 能的條件下,適用于HSS譯碼。同時(shí)提出一種具體參數(shù)的碼字,及其碼表,并提出了相應(yīng)的 編碼方法編碼器、譯碼方法及譯碼器。
[0020] 依據(jù)上述目的,實(shí)施本發(fā)明的一種用于編解碼器的S-IRALDPC碼字,其碼字的結(jié) 構(gòu)為:h=[h'inp' ],h/為信息比特矩陣,P'是校驗(yàn)比特矩陣,np'是對(duì)校驗(yàn)比特矩 陣做行變換。其中,信息比特矩陣H1'包括多個(gè)循環(huán)子矩陣Pli],每一個(gè)循環(huán)子矩陣只能是 單位循環(huán)偏移矩陣或全零矩陣。
[0021] 依據(jù)上述目的,實(shí)施本發(fā)明的一種LDPC編碼器,其采用一種S-IRA結(jié)構(gòu)的LDPC碼 字,S-IRALDPC碼字的結(jié)構(gòu)為:H=[H'iIIP' ],H/為信息比特矩陣,P'是校驗(yàn)比特矩 陣,np'是對(duì)校驗(yàn)比特矩陣做行變換。其中,信息比特矩陣H1'包括多個(gè)循環(huán)子矩陣Pli], 每一個(gè)循環(huán)子矩陣只能是單位循環(huán)偏移矩陣或全零矩陣。
[0022] 依據(jù)上述目的,實(shí)施本發(fā)明的一種LDPC解碼器,其采用一種S-IRA結(jié)構(gòu)的LDPC碼 字,S-IRALDPC碼字的結(jié)構(gòu)為:H=[H'iIIP' ],H/為信息比特矩陣,P'是校驗(yàn)比特矩 陣,np'是對(duì)校驗(yàn)比特矩陣做行變換。其中,信息比特矩陣H1'包括多個(gè)循環(huán)子矩陣Pli], 每一個(gè)循環(huán)子矩陣只能是單位循環(huán)偏移矩陣或全零矩陣。
[0023] 依據(jù)上述主要特征,本發(fā)明編碼器、解碼器及其中的S-IRALDPC碼字的信息比特 矩陣為m行Xn-m列的矩陣:
[0026] 依據(jù)上述目的,實(shí)施本發(fā)明的S-IRALDPC碼字的編碼方法包括以下步驟:
[0027] 獲得信息比特{i。,!L1,i2,i3,i4,i5,...,in "J;
[0028] 初始化校驗(yàn)比特p。= 〇,pi= 〇,p2= 〇,P3= 0,P4= 0,…,Pm1= 0 ;
[0029] 將每一個(gè)校驗(yàn)比特Pi以及與其相連的信息比特做模2和,i= 0, 1,2…m-1,并做
[0039] 依據(jù)上述目的,實(shí)施本發(fā)明的LDPC編碼方法和編碼器,其中編碼器內(nèi)置的編碼運(yùn) 算模塊采用了所述LDPC的編碼方法,其包括:
偶校驗(yàn)矩陣中與&所關(guān)聯(lián)的信息比特;L是信息比特的序號(hào),根據(jù)如下公式得到:
[0041]
[0042] 其中,q= 24,m= 192 (針對(duì)碼長(zhǎng)n= 1920)或者m= 576 (針對(duì)碼長(zhǎng)n= 5760),X 表示參與奇偶校驗(yàn)比特累加的信息比特的地址,X的碼表為如下兩個(gè)不同碼長(zhǎng)的碼表:
[0043] 碼表 1 :碼率 9/10m= 192,碼長(zhǎng)n= 1920
[0044]




[0051] 采用了本發(fā)明的技術(shù)方案,通過大量仿真模擬,找出了比現(xiàn)有技術(shù)更適用于 HSS(Horizontalshufflescheduling)譯碼算法的一種S-IRALDPC碼字的信息比特矩陣結(jié) 構(gòu),以及使用這種S-IRALDPC碼的編碼器、解碼器,從而產(chǎn)生了意想不到的S-IRALDPC碼字 性能上的提升。
【具體實(shí)施方式】
[0052] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0053] HSS(HorizontalShuffIeScheduling)算法相比于洪水(Flooding)算法的區(qū)別 在于,F(xiàn)looding算法則是必須等到所有的行操作完之后,得到的數(shù)據(jù)一次性進(jìn)行更新,然后 用到下一次迭代中去,而HSS算法中在某一次迭代里,每一行行操作后得到的結(jié)果可以立 即更新,用到仍然在本次迭代的下一次行操作中去,這樣可以大大提高譯碼算法的收斂速 度。另一方面,HSS算法只需要保存n個(gè)(n為碼長(zhǎng))軟信息數(shù)據(jù),以及mX2個(gè)(m為校驗(yàn) 矩陣的行數(shù))行操作的結(jié)果軟值信息,相比于Flooding算法,節(jié)省了非常多的芯片面積。
[0054] 但是,現(xiàn)有的HSS算法在選擇循環(huán)子塊時(shí),循環(huán)子塊通常不是單位子塊,而是兩個(gè) 或者兩個(gè)以上的單位子塊,這在并行操作的過程中勢(shì)必導(dǎo)致內(nèi)存訪問的沖突。這是因?yàn)槿?果循環(huán)子塊由兩個(gè)以上的單位子塊構(gòu)成,那么當(dāng)循環(huán)子塊在并行行操作的時(shí)候,會(huì)有兩個(gè) 行的行操作輸入同時(shí)要求讀取同一塊內(nèi)存,并且在操作完之后同時(shí)寫同一塊內(nèi)存。這既沒 有達(dá)到HSS算法的初衷,也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存沖突。
[0055] 因此,基于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中LDPC碼字結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn),具體來說,是信息比特矩陣中的循 環(huán)子矩陣可能由有多個(gè)循環(huán)單位陣組成導(dǎo)致不適合HSS譯碼算法實(shí)現(xiàn)的問題,本發(fā)明提出 一種新的S-IRALDPC碼字的結(jié)構(gòu),其校驗(yàn)矩陣的結(jié)構(gòu)如下:
[0056] H=[H,PP' ]
[0057] 其中,H/是信息比特矩陣,P'是校驗(yàn)比特矩陣,np'是對(duì)校驗(yàn)比特矩陣p'做 的一個(gè)某種形式的行變換。
[0058] 信息比特矩陣H/是一個(gè)m行Xn-m列的矩陣,其具體結(jié)構(gòu)如下所示:
[0059]
[0060] 在本發(fā)明中,信息比特矩陣H1'包括多個(gè)循環(huán)子矩陣Pli],H1'中的每一個(gè)循環(huán)子
偏移矩陣是指由同樣大小的單位矩陣循環(huán)向右偏移得到的。
[0061] 根據(jù)上述的Pu結(jié)構(gòu)的限定可以得到,本發(fā)明的循環(huán)子矩陣PU只可能是如下兩 種具體的結(jié)構(gòu)形式:
[0064] 另一方面,為了配合信息比特矩陣H1'的結(jié)構(gòu),本發(fā)明的校驗(yàn)比特矩陣P'是一個(gè) m行Xm列的矩陣,其具體結(jié)構(gòu)如下所示:
[0065]
[0066] 由上述結(jié)構(gòu)可以看出,校驗(yàn)比特矩陣P'是一種特殊的雙對(duì)角矩陣,其主對(duì)角上都 是'1',次對(duì)角線上也為'1',各行、列的其余部分位置上均為'0'。
[0067] 本發(fā)明另外還公開一種LDPC編碼器,其采用的就是上述的S-IRALDPC碼字,具體 來說,其校驗(yàn)矩陣的具體結(jié)構(gòu)是:
[0068] H= [H'iIIP'],其中,H1'為信息比特矩陣,P'是校驗(yàn)比特矩陣,IIP'是對(duì)校 驗(yàn)比特矩陣做行變換。特別的,信息比特矩陣H/包括多個(gè)循環(huán)子矩陣Pli],每一個(gè)循環(huán)子 矩陣只能是單位循環(huán)偏移矩陣或全零矩陣。
[0069] 本發(fā)明另外還公開一種LDPC解碼器,其采用的就是上述的S-IRALDPC碼字,具體 來說,其校驗(yàn)矩陣的具體結(jié)構(gòu)是:
[0070] H= [H'iIIP'],其中,H1'為信息比特矩陣,P'是校驗(yàn)比特矩陣,IIP'是對(duì)校 驗(yàn)比特矩陣做行變換。特別的,信息比特矩陣H/包括多
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