專利名稱：一種低密度校驗(yàn)碼的編解碼裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信中的數(shù)字傳輸時(shí)的糾錯(cuò)技術(shù)和編解碼技術(shù)，特別涉及 一種低密度校驗(yàn)碼的糾錯(cuò)編解碼裝置和方法。
背景技術(shù)：
低密度校驗(yàn)(Low-Density Parity Check - LDPC )碼是一種具有很強(qiáng)的 糾錯(cuò)抗千擾能力的碼組，性能優(yōu)于Turbo碼，具有較大的靈活性和較低的 差錯(cuò)平底特性(ErrorFloors),描述簡單，對嚴(yán)格理論分析具有可驗(yàn)證性， 譯碼復(fù)雜度低于Turbo碼，且可實(shí)現(xiàn)完全的并行操作，硬件復(fù)雜度低，因 而適合硬件實(shí)現(xiàn)，吞吐量大，極具高速i奪碼能力。和Turbo碼相比，LDPC 碼在良好的距離性、低復(fù)雜度和高并行性譯碼方法上都顯示了其更優(yōu)越的 性能。因此，廣泛認(rèn)為LDPC碼可作為下 一代通信網(wǎng)的糾錯(cuò)碼。新的歐洲 衛(wèi)星廣播系統(tǒng)DVB-S2，同樣采用由LDPC碼和BCH碼組成的級4關(guān)碼。
LDPC碼是一種線性分組碼，是通過校驗(yàn)矩陣/f來定義的，H為稀疏 矩陣，即校驗(yàn)矩陣中只有數(shù)量很少的元素為'T，，大部分都是"0"。 Gallager 最早給出了規(guī)則LDPC碼的定義，具體來講規(guī)則LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H滿 足下面的三個(gè)條件
(1) 、 H的每列有乂個(gè)T;
(2) 、 H的每行有A個(gè)"1", A>3;
(3) 、與碼長和H矩陣的行數(shù)相比，A和/都很小。
LDPC的編碼就是構(gòu)造校驗(yàn)矩陣。&稱為行重，y'稱為列重，如果每 列的列重都相等和每行的行重都相等，則稱LDPC碼為規(guī)則碼，否則，為 非規(guī)則碼。
在通信系統(tǒng)中，由于不同的業(yè)務(wù)有不同的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service -QoS)要求，而且信道狀態(tài)具有時(shí)變特性，所以在傳輸過程中需要根據(jù) 信道狀態(tài)以及信源信息中業(yè)務(wù)類型的不同對信道編碼的保護(hù)程度做實(shí)時(shí) 的調(diào)整，以達(dá)到期望的重建質(zhì)量，這樣就需要一種速率兼容的糾錯(cuò)編碼技 術(shù)。以使編碼速率自適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)帶寬和誤碼變化。對于LDPC的多碼率研究也有很多，但大多方法集中在校驗(yàn)矩陣的改 變上，該類方法對編碼端和譯碼端的改變都比較大，整體復(fù)雜度較高。有 一些方法利用對傳輸?shù)拇a字進(jìn)行穿孔的方式實(shí)現(xiàn)，諸如文獻(xiàn)1 ( J.Ha, J.Kim， and S.W.McLaughlin, "Rate-compatible puncturing of low-density parity-check codes", IEEE Trans. Inf. Theory, vol. IT-50, no. 11, pp, 2824-2836， Nov. 2004.)、文獻(xiàn)2 ( J.Ha and S.W.McLaughlin, "Optimal puncturing distributions for rate-compatible low-density parity-check codes", in Proc. Int. Symp. Information Theory, Yokohama, Japan, Jun/Jul. 2003, p.233.)禾口文獻(xiàn)3 ( "Optimal puncturing of irregular low-density parity-check codes", in Proc. IEEE Int. Conf. Communications, Anchorage, AK, May 2003, pp. 3110-3114.)針對非規(guī)則LDPC碼提出了一種基于度分布的穿孔方法， 然而，這些方法較適合于無限長的碼組，對中等長度的碼組先前的研究一 般是任意選擇，釆用這種隨機(jī)選擇會(huì)使得在一定的碼率下LDPC碼的性能 損失較大，也許會(huì)造成一些個(gè)別碼字不能恢復(fù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提高編解碼性能，從而提供一種低密度校驗(yàn)碼的編解碼 裝置和方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種低密度校驗(yàn)碼的編碼裝置，包括LDPC編碼器，用于對信源傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行低密度校驗(yàn)碼編碼； 穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置，用于根據(jù)穿孔/重復(fù)序列表生成穿孔或重復(fù)圖樣，其中穿孔/重復(fù)序列表標(biāo)識了穿孔或重復(fù)LDPC編碼器編碼后碼字的變量節(jié)點(diǎn)的順序；穿孔/重復(fù)裝置，其用于根據(jù)穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置生成的穿孔或重 復(fù)圖樣對LDPC編碼器編碼后的碼字進(jìn)行穿孔或重復(fù)。上述編碼裝置中，包括穿孔/重復(fù)序列表計(jì)算裝置，其用于根據(jù)變量節(jié) 點(diǎn)對碼字恢復(fù)的影響程度計(jì)算穿孔/重復(fù)序列表。上述編碼裝置中，變量節(jié)點(diǎn)對碼字恢復(fù)的影響程度是與該碼字變量節(jié) 點(diǎn)連接的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)度數(shù)相聯(lián)系的。上述編碼裝置中，穿孔/重復(fù)序列表計(jì)算裝置釆用離線方式計(jì)算穿孔/ 重復(fù)序列表。上述編碼裝置中，包括穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置，用于根據(jù)最優(yōu)度分布和所述穿孔/重復(fù)序列表生成穿孔/重復(fù)圖樣；其中，最優(yōu)度分布表示了每個(gè)碼字在不同碼率下變量節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)的度 數(shù)分布。上述編碼裝置中，包括最優(yōu)度分布計(jì)算裝置，用于基于密度進(jìn)化算法 計(jì)算最優(yōu)度分布。上述編碼裝置中，最優(yōu)度分布計(jì)算裝置采用離線方式計(jì)算所述最優(yōu)度 分布。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種對應(yīng)于上述的編碼裝置的低密度 校驗(yàn)碼解碼裝置，包括LDPC解碼器，其用于根據(jù)穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置 生成的穿孔圖樣進(jìn)^f亍解碼。上述解碼裝置中，LDPC解碼器在減小碼率時(shí)，LDPC解碼器首先計(jì) 算后驗(yàn)概率，然后根據(jù)穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置生成的穿孔/重復(fù)圖樣進(jìn)行 解碼。上述解碼裝置中，LDPC解碼器通過把重復(fù)的碼字根據(jù)功率比進(jìn)行碼 字融合來計(jì)算后驗(yàn)概率。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括上述編碼裝 置和上述解碼裝置。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種低密度校驗(yàn)碼的編碼方法，包含 如下步驟首先，對信源傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行低密度校驗(yàn)碼編碼；然后，根據(jù)穿孑L/重復(fù)序列表生成穿孑L/重復(fù)圖樣，其中穿孑L/重復(fù)序列 表標(biāo)識了穿孔或重復(fù)編碼后碼字的變量節(jié)點(diǎn)的順序；根據(jù)穿孔/重復(fù)圖樣對編碼后碼字進(jìn)行穿孔或重復(fù)。上述編碼方法，包括根據(jù)變量節(jié)點(diǎn)對碼字恢復(fù)的影響程度計(jì)算所述穿 孔/重復(fù)序列表。上述編碼方法，變量節(jié)點(diǎn)對碼字恢復(fù)的影響程度是與該變量節(jié)點(diǎn)連接 的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)度數(shù)相聯(lián)系的。上述編碼方法，采用離線方式計(jì)算所述穿孔/重復(fù)序列表。 上述編碼方法，計(jì)算所述穿孔/重復(fù)序列表包括如下步驟 1)初始化所述穿孔/重復(fù)序列表為空集P;2) 從變量節(jié)點(diǎn)集合K隨機(jī)選擇一個(gè)變量節(jié)點(diǎn)Z ,將所述變量節(jié)點(diǎn)/并 入P中，從校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)集合C中去除與/相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)^從r中刪除與所 述校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)^相連的變量節(jié)點(diǎn)；3) 重復(fù)步驟2)，直到r為空集，然后卩=卩\尸；4) 如果r是空集，則得到穿孔/重復(fù)序列表戶，如果不是空集，則返 回到步驟2)。上述編碼方法，根據(jù)最優(yōu)度分布和所述穿孔/重復(fù)序列表生成穿孔/重 復(fù)圖樣；其中，所述最優(yōu)度分布表示每個(gè)碼字在不同碼率下變量節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)的 度數(shù)分布。上述編碼方法，基于密度進(jìn)化算法計(jì)算所述最優(yōu)度分布。上述編碼方法，采用離線方式計(jì)算所述最優(yōu)度分布。上述編碼方法，根據(jù)穿孔/重復(fù)序列表生成穿孔/重復(fù)圖樣，具體包括 如下步驟根據(jù)期望的碼率計(jì)算期望的碼長；計(jì)算母碼碼長與所述期望的碼長的差值p;從所述穿孔/重復(fù)序列表中選擇前； 個(gè)元素，標(biāo)識為1,其余元素為0， 得到穿孔/重復(fù)圖樣。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種低密度校驗(yàn)碼解碼方法，根據(jù)穿孔 /重復(fù)圖樣進(jìn)行解碼。上述解碼方法，在減小碼率時(shí)，首先計(jì)算后驗(yàn)概率，然后根據(jù)穿孔/ 重復(fù)圖樣進(jìn)行解碼。上述解碼方法，通過把重復(fù)的碼字根據(jù)功率比進(jìn)行碼字融合來計(jì)算后 驗(yàn)概率。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，包括 以下步驟根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的編碼方法進(jìn)行編碼；根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的解碼方法進(jìn)行解碼。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠達(dá)到如下技術(shù)效果本發(fā)明能夠有效地提高編解碼性能。在減少碼字的時(shí)候，穿孔一些碼 字使得對碼字的性能影響較小，而在增加碼字時(shí)，增加一些碼字使得碼字 的性能有較大的提高。在不改變校驗(yàn)矩陣、增加較少編解碼部件的情況下，能夠獲得任意LDPC碼字的任意碼率的編譯碼，包括規(guī)則碼和非規(guī)則碼。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中'.
圖1是基于最優(yōu)度分布的多碼率生成方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的任意碼率生成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明的最優(yōu)度分布表生成示意圖。
圖4是本發(fā)明的穿孔(重復(fù))序列表生成示意圖。
圖5是本發(fā)明的規(guī)則碼編碼系統(tǒng)示意圖。
圖6是本發(fā)明的非規(guī)則碼編碼系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
假設(shè)一個(gè)LDPC的碼率r為r-^， A為信息位的長度，"為碼長，則
附= 一&為校驗(yàn)位的長度。A個(gè)信息位用/ = |)^2，...4]表示，經(jīng)過基本的 LDPC碼編碼后得到C-[CpC2,…c」的碼字向量，即d'.G, G為生成矩 陣，這時(shí)，可以根據(jù)信道的狀態(tài)以及所傳輸數(shù)據(jù)的類型來調(diào)整編碼的冗余 度，以達(dá)到一定的性能要求。如果信道狀態(tài)較差或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比較重要需 要增加保護(hù)程度，則可以增加冗余度，減小碼率；如果信道狀態(tài)較好或傳 輸?shù)臄?shù)據(jù)次重要，則可以減小冗余度，增大碼率。在同樣信道條件下，可 以用密度進(jìn)化算法來設(shè)計(jì)一種不規(guī)則的LDPC碼。
在無限循環(huán)的假設(shè)成立的情況下，密度進(jìn)化算法可以通過圖表節(jié)點(diǎn)跟 蹤消息所有可能的密度函數(shù)，通常，在度數(shù)分布和信噪比限制的條件下， 對信道門限或者對碼率進(jìn)行最優(yōu)化。信道門限是信道參數(shù)的值，如果迭代 的次數(shù)趨向于無窮，則高于這個(gè)值的概率趨向于0。最優(yōu)化就是要盡量降 低門限或是盡量提高碼率。
LDPC碼的最優(yōu)化可以適用于各種類型的信道，而且已經(jīng)證明在以下 的信道中是有效的解決方案
部分響應(yīng)信道(具有高斯分布特性)；
頻率選擇性衰落(OFDM)(具有高斯分布特性)；
多訪問信道和聯(lián)合多用戶4全測；
聯(lián)合AWGN和類似瑞利衰落信道(具有高斯分布特性)；高效帶寬調(diào)制；
最小頻移鍵控調(diào)制；
OFDM多載波調(diào)制中的MIMO多輸入，多輸出信道。
利用密度進(jìn)化算法，可以求得具有確定度分布函數(shù)的LDPC碼能夠?qū)?現(xiàn)可靠傳輸?shù)臐u進(jìn)閾值，反過來，也可以利用密度進(jìn)化算法來優(yōu)化LDPC 碼的度分布設(shè)計(jì)，從而獲得具有更大漸進(jìn)閾值的度分布函數(shù)。
基于以上理論，文獻(xiàn)1、 2和3提出一種基于最優(yōu)度分布的多碼率生 成系統(tǒng)，其中最優(yōu)度分布表示了碼字每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)的度數(shù)。圖l是 該方法的傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)主要適合于非規(guī)則LDPC碼。該系統(tǒng)發(fā) 射端一個(gè)信源100的數(shù)據(jù)經(jīng)過一個(gè)LDPC編碼器102后，通過穿孔裝置104 穿孔后得到期望的編碼碼率，再通過調(diào)制器106后，經(jīng)過信道108發(fā)射到 接收端，接收端包括解調(diào)器110， LDPC解碼器112以及信宿114。碼率計(jì) 算裝置120接收從信源發(fā)送來的信源信息，表明該信源數(shù)據(jù)需要的保護(hù)需 求，同時(shí)碼率計(jì)算裝置120還接收從接收端反饋回來的信道狀態(tài)信息，該 信道狀態(tài)信息用來反映信道108的特性以及質(zhì)量信息。碼率計(jì)算裝置120 綜合信源信息和信道狀態(tài)信息，計(jì)算編碼速率以滿足數(shù)據(jù)的傳輸需求。 LDPC編碼的多碼率的產(chǎn)生具體是由最優(yōu)度分布計(jì)算裝置118得到該碼率 下的最優(yōu)度分布，然后穿孔圖樣生成裝置122隨機(jī)生成各個(gè)度數(shù)下的穿孔 圖樣，依據(jù)穿孔圖樣進(jìn)行穿孔來實(shí)現(xiàn)的。在解碼端解碼也是根據(jù)穿孔圖樣 來實(shí)現(xiàn)。在此現(xiàn)有技術(shù)中，采用隨機(jī)選擇得到的穿孔圖樣會(huì)使得在一定的 碼率下LDPC碼的性能損失較大，也許會(huì)造成一些個(gè)別碼字不能恢復(fù)。
本發(fā)明根據(jù)變量節(jié)點(diǎn)對碼字恢復(fù)的影響程度來選擇穿孔順序。根據(jù)密 度進(jìn)化算法，對于變量節(jié)點(diǎn)度數(shù)為《，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)度數(shù)為《的規(guī)則碼，變量 節(jié)點(diǎn)消息均值氣的更新規(guī)則如公式1所示
<formula>formula see original document page 10</formula>
公式1
其中氣。是變量節(jié)點(diǎn)消息均值的初始值； mi'—1}是第/ -1次迭代得到的變量節(jié)點(diǎn)消息均值； 柳,(0是第/次迭代得到的變量節(jié)點(diǎn)消息均值；<formula>formula see original document page 11</formula>由于^x)是一個(gè)遞減函數(shù)，并且0S^^S1，由上式可以看出 0《l_^(w 0+(《—所以《越大，則1_"附 。+(式—l)m")越小，則1-<formula>formula see original document page 11</formula> }越大，由于^(x)是連續(xù)單調(diào)遞減《—i的，結(jié)果m^越小，所以在選擇穿孔順序時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先選擇與度數(shù)大的校 驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相連的變量節(jié)點(diǎn)。雖然上面以高斯信道為例得出這個(gè)結(jié)論，但是這 個(gè)結(jié)論也同樣適用于其它信道模型?；诂F(xiàn)有技術(shù)和上述理論分析，本發(fā)明提出了一種低密度校驗(yàn)碼的編 解碼裝置，如圖2所示。本系統(tǒng)中，任意碼率的編碼的產(chǎn)生具體是由穿孔 /重復(fù)序列表224、穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置222和穿孔/重復(fù)裝置204來實(shí) 現(xiàn)，速率可變碼字的解碼是由解碼器212根據(jù)穿孔/重復(fù)圖樣來實(shí)現(xiàn)。根據(jù) 碼率計(jì)算裝置220得到的碼率和穿孔/重復(fù)序列表224生成該碼率下的穿孔 或重復(fù)圖樣，其中穿孔/重復(fù)序列表根據(jù)與變量節(jié)點(diǎn)相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的度數(shù) 而得到，并代表了穿孔或重復(fù)變量節(jié)點(diǎn)的順序。對于非規(guī)則碼，每個(gè)節(jié)點(diǎn) 度數(shù)不同。通過碼率計(jì)算獲得合適的碼率后，可以根據(jù)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的度 和穿孔/重復(fù)序列表224生成該碼率下的穿孔或重復(fù)圖樣，優(yōu)選地，增加最 優(yōu)度分布表218,再根據(jù)該碼率下的最優(yōu)度分布生成穿孔或重復(fù)圖樣，如 圖中虛線所示。上述的重復(fù)是應(yīng)用于減小碼率的情況。圖3是本發(fā)明的最優(yōu)度分布表計(jì)算示意圖。由于計(jì)算最優(yōu)度分布的復(fù) 雜度比較高，需要花費(fèi)較長的時(shí)間，而且對一個(gè)給定的LDPC碼，它的各 個(gè)碼率下的最優(yōu)度分布是固定的，可以提前計(jì)算出來的，所以除了采用基于密度進(jìn)化算法在碼字傳輸過程中進(jìn)行在線計(jì)算的方式，本發(fā)明優(yōu)選地采 用最優(yōu)度分布計(jì)算裝置301對給定LDPC碼的最優(yōu)度分布提前進(jìn)行離線計(jì) 算，這樣可以在傳輸過程中直接查詢獲得，減少延時(shí)。圖4是本發(fā)明的穿孔/重復(fù)序列表計(jì)算示意圖。與最優(yōu)度分布表計(jì)算同 樣的原因，本發(fā)明對一個(gè)給定的LDPC碼除了釆用在碼字傳輸過程中在線 計(jì)算穿孔/重復(fù)序列表的方式，優(yōu)選地，穿孔/重復(fù)序列表通過穿孔/重復(fù)序ii列表計(jì)算裝置403提前離線計(jì)算，在傳輸時(shí)直接查詢，減少延時(shí)。圖5是本發(fā)明規(guī)則碼編碼端結(jié)構(gòu)圖。 一個(gè)信源500的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃DPC 編碼器502后，碼率計(jì)算裝置520根據(jù)數(shù)據(jù)源的類型和信道狀態(tài)計(jì)算出應(yīng) 該保護(hù)的編碼速率，編碼器502對信源500的數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC編碼。如果 是增大碼率的情況，則根據(jù)碼率計(jì)算裝置520計(jì)算的碼率和穿孔序列表 524,穿孔/重復(fù)生成裝置522生成相應(yīng)的穿孔圖樣，然后對編碼后的碼字 根據(jù)穿孔圖樣522進(jìn)行穿孔并傳輸，如果穿孔圖樣中碼字標(biāo)識為1的就不 傳，標(biāo)識為O的就傳輸?shù)叫诺?。如果是減小碼率的情況，則根據(jù)碼率計(jì)算 裝置520計(jì)算的碼率和重復(fù)序列表524,穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置522生成 相應(yīng)的重復(fù)圖樣。如果重復(fù)圖樣中碼字標(biāo)識為1的就重復(fù)傳輸，標(biāo)識為0 的就不重復(fù)傳輸。圖6是本發(fā)明非規(guī)則碼編碼端結(jié)構(gòu)圖。 一個(gè)信源600的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?LDPC編碼器602后，碼率計(jì)算裝置620根據(jù)數(shù)據(jù)源的類型和信道狀態(tài)計(jì) 算出應(yīng)該保護(hù)的編碼速率，編碼器602對來自信源600的數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC 編碼。然后根據(jù)碼率計(jì)算裝置620的碼率查找該碼率下的最優(yōu)度分布618。 如果是增大碼率的情況，根據(jù)各個(gè)度數(shù)下的穿孔序列表624,穿孔/重復(fù)圖 樣生成裝置622生成該碼率下的穿孔圖樣，最后對編碼后的碼字根據(jù)穿孔 圖樣進(jìn)行穿孔并傳輸，如果穿孔圖樣中碼字標(biāo)識為1的就不傳，標(biāo)識為0 的就傳輸?shù)叫诺馈Ｈ绻菧p小碼率的情況，根據(jù)各個(gè)度數(shù)下的重復(fù)序列表 624，穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置622生成該碼率下的重復(fù)圖樣622。如果重 復(fù)圖樣中碼字標(biāo)識為1的就重復(fù)傳輸，標(biāo)識為0的就不重復(fù)傳輸。下面分別詳述本發(fā)明所涉及部件功能的實(shí)現(xiàn)步驟。碼率計(jì)算裝置是根據(jù)反饋回來的信道狀態(tài)，例如信道噪聲參數(shù)J，和信源要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類型，計(jì)算出滿足所要求的重建質(zhì)量條件下信道至少應(yīng) 該提供的保護(hù)程度，也就是信道編碼碼率r。 一般情況下，信源數(shù)據(jù)根據(jù) 業(yè)務(wù)不同具有不同的傳輸要求，信源的傳輸要求也就是傳輸必須保證的最 低誤碼率要求，記為& 。信道編碼的誤碼率《為信道信噪比與碼率的函數(shù)， 即《=/(^，0"),所以為保證信源的要求，應(yīng)該使得《S/^。而信道編碼在不同的碼率和信噪比條件下，所能達(dá)到的誤碼率也不同。對于LDPC碼在 不同碼率和不同信噪比下的誤碼率S,計(jì)算起來復(fù)雜度比較大，可以首先通過仿真得到不同碼率和不同信噪比下各個(gè)尸e，存儲到一個(gè)查找表中，傳 輸時(shí)，為了達(dá)到實(shí)時(shí)性可以通過查表根據(jù)S來獲得相應(yīng)的碼率r 。 對于規(guī)則碼穿孔/重復(fù)序列表的計(jì)算步驟如下
設(shè)定一個(gè)規(guī)則的LDPC(n.j.k)碼，n為碼長，j為變量節(jié)點(diǎn)度數(shù)，k為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)度數(shù)。
步驟1:初始化，設(shè)定集合V = {1，2，...，n"}代表可供選擇的變量節(jié)點(diǎn) 序號的集合，C = {1，2,..,附}代表校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)序號的集合，集合P表示已經(jīng)選擇的變量節(jié)點(diǎn)序號的集合，也就是穿孔/重復(fù)序列表，初始化為空集。
步驟2:從V中隨機(jī)選擇一個(gè)變量節(jié)點(diǎn)序號i,將序號i并入集合P中， 即P=P∪｛i｝，與變量節(jié)點(diǎn)i相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)序號的集合為Ｒi，從集合C中 去除集合Ri中的元素，即C=C/Ri，同時(shí)，對應(yīng)于Ri中的每一個(gè)元素rix， 與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)rix相連的變量節(jié)點(diǎn)的集合為&,將&從集合r中去除，即 V = V/&。
步驟3:重復(fù)步驟2，直到v為空集，然后將V={1,2,…n}\P。
步驟4:如果V為空集，則得到集合P,結(jié)束；如果不是空集，則返 回到步驟2。
規(guī)則碼增大碼率時(shí)，得到的P即為穿孔序列表；減小碼率時(shí)，得到的 P即為重復(fù)序列表。
對于規(guī)則碼增大碼率情況，穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置生成穿孔圖樣的方法如下LDPC母碼的碼率為r= n-m/n,根據(jù)上面的步驟得到穿孔序列表P后，如果要達(dá)到的碼率為rP，則此時(shí)碼長是n-m/rP,通過計(jì)算P=[n-n-m/rP]得到穿孔的數(shù)量，其中P為需要穿孔的個(gè)數(shù)，從集合P中選擇前p個(gè)元素， 標(biāo)識為1，這些元素將不傳輸，剩余的元素標(biāo)識為0并進(jìn)行傳輸。在此形 成的由1和O組成的數(shù)字序列即是穿孔圖樣。
對于規(guī)則碼減小碼率情況，穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置生成重復(fù)圖樣的方法如下LDPC母碼的碼率為n-m/rP,根據(jù)上面的步驟得到重復(fù)序列表p后，如果要達(dá)到的碼率為rP，則此時(shí)碼長是n-m/rP,通過計(jì)算P=[n-n-m/rP]得到重復(fù)的數(shù)量，其中p為需要重復(fù)的碼字個(gè)數(shù)，從集合P中選擇前p個(gè)
元素，標(biāo)識為1并跟隨在原來基本碼字后重復(fù)傳輸，其余的元素標(biāo)識為0。 在此形成的由1和O組成的數(shù)字序列即是重復(fù)圖樣。非規(guī)則碼改變碼率除了涉及上文所述的碼率計(jì)算，還涉及到與規(guī)則碼 不同的穿孔/重復(fù)序列表計(jì)算。對于非規(guī)則碼計(jì)算穿孔/重復(fù)序列表的步驟如下步驟1:初始化設(shè)定集合F = {1,2, ，"}代表可供選擇的變量節(jié)點(diǎn) 序號，。={1,2,".，附}代表校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)序號的集合，集合尸1,尸2,…尸《表示在每 個(gè)度數(shù)下已經(jīng)選擇的變量節(jié)點(diǎn)序號的集合，也即穿孔或重復(fù)序列表，都初 始化為空集。步驟2:隨機(jī)選擇一個(gè)變量節(jié)點(diǎn)v，如果節(jié)點(diǎn)v的度數(shù)為/，則將v并入 集合尸/中，即尸/ =乃'U {,與變量節(jié)點(diǎn)v相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)序號的集合為i v, 從集合C中去除集合A中的元素，即C^C^A，同時(shí)，對應(yīng)于乂中的每一 個(gè)元素^，與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)/^相連的變量節(jié)點(diǎn)的集合為& 將&從集合F中 去除，即尸=卩\&,。步驟 3 :重復(fù)步驟2 ，直到F為空集，然后將K二(i,2,…,"^(戶iUP2U…UiH)。步驟4:如果J/為空集，則得到所有度數(shù)下的穿孔或重復(fù)序列表 尸1,P2,…尸《，結(jié)束；如果不是空集，則返回到步驟2。對于非規(guī)則碼增大碼率的情況，尸1,尸2,…尸《是穿孔序列表，對于非規(guī) 則碼減小碼率的情況，P1,P2,…尸《是重復(fù)序列表。對于非規(guī)則碼增大碼率的情況，即LDPC母碼的碼率為r^t里，所需碼率為；，其中；〉r。當(dāng)碼率為；時(shí)，根據(jù)最優(yōu)度分布，計(jì)算各個(gè)度數(shù)所需要穿孔的變量節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，A = KX《，A為度數(shù)為z'的變量節(jié)點(diǎn)所需要 穿孔的個(gè)數(shù)，K為度數(shù)為/的變量節(jié)點(diǎn)的總的個(gè)數(shù)，《為度數(shù)為/的變量節(jié) 點(diǎn)穿孔的比例。根據(jù)每個(gè)度數(shù)下需要穿孔的個(gè)數(shù)，從穿孔序列表 尸1,尸2,…尸《中各自選擇所需要穿孔的比特，則穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置生 成了該碼率下的穿孔圖樣。與非規(guī)則碼增大碼率的情況類似，對于非規(guī)則碼減小碼率的情況，即LDPC母碼的碼率為r二t，，所需碼率為^;，其中r〈r。當(dāng)碼率為r時(shí)，根據(jù)最優(yōu)度分布計(jì)算各個(gè)度數(shù)下所需要重復(fù)的變量節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，A = K X K , A為度數(shù)為Z的變量節(jié)點(diǎn)所需要重復(fù)的個(gè)數(shù)，^為度數(shù)為/的變量節(jié)點(diǎn)的總的個(gè)數(shù)，；r,.為度數(shù)為!'的變量節(jié)點(diǎn)重復(fù)的比例。根據(jù)每個(gè)度數(shù)下所需要重 復(fù)的個(gè)數(shù)p,.,從重復(fù)序列表尸1,尸2,…尸式中各自選擇所需要重復(fù)的比特，則穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置生成了該碼率下的重復(fù)圖樣。對于減小碼率的情況，增大了冗余度，有一些碼字重復(fù)傳輸。對于減 小碼率后的碼字譯碼，LDPC解碼器首先把重復(fù)的碼字根據(jù)功率比進(jìn)行碼 字融合。下面以在高斯信道(AWGN)傳輸為例進(jìn)行描述，但本發(fā)明并不 局限于AWGN,其它信道同樣類推。第/位碼字需要傳輸兩次，第一次傳輸時(shí)信道噪聲為cr:，第二次傳輸時(shí)信道噪聲為《，則第一次傳輸?shù)暮篁?yàn)概率為"w;卜2乂/(《)2 ，則第二次傳輸?shù)暮篁?yàn)概率為^i4卜2^/(《)2，則 最后 總 的 后 驗(yàn) 概 率 為。然后采用置信傳播算法(BP)譯碼。應(yīng)該注意到并理解，在不脫離后附的權(quán)利要求所要求的本發(fā)明的精神 和范圍的情況下，能夠?qū)ι鲜鲈敿?xì)描述的本發(fā)明做出各種修改和改進(jìn)。因 此，要求保護(hù)的技術(shù)方案的范圍不受所給出的任何特定示范教導(dǎo)的限制。
權(quán)利要求
1.一種低密度校驗(yàn)碼的編碼裝置，其特征在于，所述裝置包括LDPC編碼器，用于對信源傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行低密度校驗(yàn)碼編碼；穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置，用于根據(jù)穿孔/重復(fù)序列表生成穿孔或重復(fù)圖樣，其中所述穿孔/重復(fù)序列表標(biāo)識了穿孔或重復(fù)所述LDPC編碼器編碼后碼字的變量節(jié)點(diǎn)的順序；穿孔/重復(fù)裝置，其用于根據(jù)穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置生成的穿孔或重復(fù)圖樣對所述LDPC編碼器編碼后的碼字進(jìn)行穿孔或重復(fù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼裝置，其特征在于，包括穿孔/重復(fù)序 列表計(jì)算裝置，其用于根據(jù)變量節(jié)點(diǎn)對碼字恢復(fù)的影響程度計(jì)算所述穿孔 /重復(fù)序列表。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的編碼裝置，其特征在于，所述變量節(jié)點(diǎn)對碼 字恢復(fù)的影響程度是與所述變量節(jié)點(diǎn)連接的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)度數(shù)相聯(lián)系的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的編碼裝置，其特征在于，所述穿孔/重復(fù)序 列表計(jì)算裝置采用離線方式計(jì)算所述穿孔/重復(fù)序列表。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的編碼裝置，其特征在于，包括 穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置，用于根據(jù)最優(yōu)度分布和所述穿孔/重復(fù)序列表生成穿孔/重復(fù)圖樣；其中，所述最優(yōu)度分布表示了每個(gè)碼字在不同碼率下變量節(jié)點(diǎn)的最優(yōu) 的度數(shù)分布。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的編碼裝置，其特征在于，包括最優(yōu)度分布計(jì) 算裝置，用于基于密度進(jìn)化算法計(jì)算所述最優(yōu)度分布。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的編碼裝置，其特征在于，所述最優(yōu)度分布計(jì) 算裝置采用離線方式計(jì)算所述最優(yōu)度分布。
8. —種對應(yīng)于權(quán)利要求1所述的編碼裝置的低密度校驗(yàn)碼解碼裝置， 其特征在于，所述解碼裝置包括LDPC解碼器，其用于根據(jù)所述穿孔/重復(fù) 圖樣生成裝置生成的穿孔圖樣進(jìn)行解碼。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的解碼裝置，其特征在于，所述LDPC解碼器 在減小碼率時(shí)，LDPC解碼器首先計(jì)算后驗(yàn)概率，然后根據(jù)所述穿孔/重復(fù) 圖樣生成裝置生成的穿孔/重復(fù)圖樣進(jìn)行解碼。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的解碼裝置，其特征在于，所述LDPC解碼器通過把重復(fù)的碼字根據(jù)功率比進(jìn)行碼字融合來計(jì)算所述后驗(yàn)概率。
11. 一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的編 碼裝置和根據(jù)權(quán)利要求8所述的解碼裝置。
12. —種低密度校驗(yàn)碼的編碼方法，包含如下步驟 首先，對信源傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行低密度校驗(yàn)碼編碼；然后，根據(jù)穿孑L/重復(fù)序列表生成穿孑L/重復(fù)圖樣，其中所述穿孔/重復(fù) 序列表標(biāo)識了穿孔或重復(fù)編碼后碼字的變量節(jié)點(diǎn)的順序；根據(jù)所述穿孔/重復(fù)圖樣對所述編碼后碼字進(jìn)行穿孔或重復(fù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的編碼方法，其特征在于，包括根據(jù)變量節(jié) 點(diǎn)對碼字恢復(fù)的影響程度計(jì)算所述穿孑L/重復(fù)序列表。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的編碼方法，其特征在于，所述變量節(jié)點(diǎn)對 碼字恢復(fù)的影響程度是與所述變量節(jié)點(diǎn)連接的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)度數(shù)相聯(lián)系的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的編碼方法，其特征在于，采用離線方式計(jì) 算所述穿孔/重復(fù)序列表。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的編碼方法，其特征在于，計(jì)算所述穿孔/ 重復(fù)序列表包括如下步驟1) 初始化所述穿孔/重復(fù)序列表為空集P;2) 從變量節(jié)點(diǎn)集合r隨機(jī)選擇一個(gè)變量節(jié)點(diǎn),，將所述變量節(jié)點(diǎn)/并 入尸中，從校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)集合C中去除與/相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)&,從K中刪除與所 述校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相連的變量節(jié)點(diǎn)；3) 重復(fù)步驟2)，直到r為空集，然后卩=廠\尸；4) 如果J/是空集，則得到穿孑L/重復(fù)序列表尸，如果不是空集，則返 回到步驟2)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12至16中任一項(xiàng)所述的編碼方法，其特征在于， 根據(jù)最優(yōu)度分布和所述穿孔/重復(fù)序列表生成穿孔/重復(fù)圖樣；其中，所述最優(yōu)度分布表示每個(gè)碼字在不同碼率下變量節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)的 度數(shù)分布。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的編碼方法，其特征在于，基于密度進(jìn)化算 法計(jì)算所述最優(yōu)度分布。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的編碼方法，其特征在于，采用離線方式計(jì) 算所述最優(yōu)度分布。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的編碼方法，其特征在于，所述根據(jù)穿孔/重復(fù)序列表生成穿孔/重復(fù)圖樣，具體包括如下步驟 根據(jù)期望的碼率計(jì)算期望的碼長；計(jì)算母碼碼長與所述期望的碼長的差值戶；從所述穿孔/重復(fù)序列表中選擇前/ 個(gè)元素，標(biāo)識為1，其余元素為0,得到穿孔/重復(fù)圖樣。
21. —種對應(yīng)于權(quán)利要求12所述的編碼方法的低密度校驗(yàn)碼解碼方 法，其特征在于，根據(jù)所述穿孔/重復(fù)圖樣進(jìn)行解碼。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的解碼方法，其特征在于，在減小碼率時(shí)， 首先計(jì)算后驗(yàn)概率，然后根據(jù)所述穿孔/重復(fù)圖樣進(jìn)行解碼。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的解碼方法，其特征在于，通過把重復(fù)的碼 字根據(jù)功率比進(jìn)行碼字融合來計(jì)算所述后驗(yàn)概率。
24. —種數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟 根據(jù)權(quán)利要求12所述的編碼方法進(jìn)行編碼； 根據(jù)權(quán)利要求21所述的解碼方法進(jìn)行解碼。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低密度校驗(yàn)碼編解碼裝置和方法，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。該裝置包含LDPC編碼器；穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置，用于根據(jù)穿孔/重復(fù)序列表生成穿孔或重復(fù)圖樣，穿孔/重復(fù)序列表標(biāo)識了穿孔或重復(fù)LDPC編碼器編碼后碼字的變量節(jié)點(diǎn)的順序；穿孔/重復(fù)裝置，其用于根據(jù)穿孔/重復(fù)圖樣生成裝置生成的穿孔或重復(fù)圖樣對LDPC編碼器編碼后的碼字進(jìn)行穿孔或重復(fù)；改變碼率后碼字的解碼器，用于對改變碼率后的碼字進(jìn)行譯碼。本發(fā)明能夠有效地提高編解碼性能，且適用于任何方法構(gòu)造的LDPC碼，包括規(guī)則碼和非規(guī)則碼，能夠產(chǎn)生任意碼率的編譯碼。
文檔編號H03M13/00GK101227193SQ20081005753
公開日2008年7月23日 申請日期2008年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月2日
發(fā)明者雯 紀(jì), 陳益強(qiáng) 申請人:中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所