專利名稱：處理分塊低密度奇偶校驗碼的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及移動通信系統(tǒng)，尤其是，涉及一種用于編碼/解碼分塊低密度奇偶校驗(LDPC)碼的裝置和方法。
背景技術：
隨著在二十世紀七十年代后期在美國對蜂窩移動通信系統(tǒng)的引入，韓國開始以高級移動電話服務(AMPQ系統(tǒng)(第一代(IG)模擬移動通信系統(tǒng))提供電話通信業(yè)務。在二十世紀九十年代中期，韓國使碼分多址(CDMA)系統(tǒng)(第二代QG)移動通信系統(tǒng))商業(yè)化，以提供語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務。在二十世紀九十年代的后期，韓國部分地部署了一種IMT_2000(國際移動電信-2000)系統(tǒng)(第三代(3G)移動通信系統(tǒng))，其目標是高級無線多媒體業(yè)務、在世界范圍內(nèi)的漫游和高速數(shù)據(jù)業(yè)務。第3代移動通信系統(tǒng)是順應服務數(shù)據(jù)量的迅速增長、為了以高速傳輸數(shù)據(jù)而特別開發(fā)的。也就是說，該第3代移動通信系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成數(shù)據(jù)分組業(yè)務通信系統(tǒng)，并且該數(shù)據(jù)分組業(yè)務通信系統(tǒng)給多個移動站傳送突發(fā)分組數(shù)據(jù)，并且被設計用于傳輸海量數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)分組業(yè)務通信系統(tǒng)正在被開發(fā)用于高速數(shù)據(jù)分組業(yè)務。第3代移動通信系統(tǒng)正演進為第4代GG)移動通信系統(tǒng)。4G移動通信系統(tǒng)正在進行標準化，除前代移動通信系統(tǒng)提供的單純的無線通信服務之外，4G移動通信系統(tǒng)還對有線通信網(wǎng)絡和無線通信網(wǎng)絡之間的交互作用和集成化進行標準化。必須為無線通信網(wǎng)絡開發(fā)用于傳輸高達有線通信網(wǎng)絡中可獲得的容量級別的大量數(shù)據(jù)的技術。由于需要能夠處理和傳輸諸如圖像和無線電數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)以及單純話音業(yè)務數(shù)據(jù)的高速、大容量通信系統(tǒng)，所以，為了改善系統(tǒng)性能，必須使用一種適宜的信道編碼方案來提高系統(tǒng)傳輸效率。根據(jù)在數(shù)據(jù)傳輸期間的信道條件，移動通信系統(tǒng)不可避免地遭遇由于噪聲、干擾和衰落而出現(xiàn)的差錯。該差錯的存在導致信息數(shù)據(jù)的損失。為了降低由于差錯的存在而導致的該信息數(shù)據(jù)損失，通過使用各種各樣的差錯控制技術有可能改善移動通信系統(tǒng)的可靠性。一種使用糾錯碼的技術是最流行使用的差錯控制技術?，F(xiàn)在將描述作為典型糾錯碼的turbo碼和低密度奇偶校驗(LDPC)碼。Turbo 碼Turbo碼是在同步3G移動通信系統(tǒng)和異步3G移動通信系統(tǒng)中使用的糾錯碼。眾所周知，在高速數(shù)據(jù)發(fā)送期間，turbo碼在性能增益方面優(yōu)于先前用作主前向糾錯碼的卷積碼。此外，turbo碼在以下的方面是有益的，S卩，其可以高效地糾正由在傳輸信道中產(chǎn)生的噪音所引起的差錯，從而提高數(shù)據(jù)發(fā)送的可靠性。LDPC 碼
LDPC碼可以使用基于因子圖的和積算法的迭代譯碼算法來解碼。因為LDPC碼的解碼器使用基于和積算法的迭代譯碼算法，因此比turbo碼的解碼器的復雜度低。此外，與 turbo碼的解碼器相比較，LDPC碼的解碼器容易以并行處理解碼器來實現(xiàn)。當利用因子圖表示LDPC碼的時候，在LDPC碼的因子圖上存在環(huán)。眾所周知，在存在環(huán)的LDPC碼的因子圖上的迭代譯碼是次于最優(yōu)化的(次最優(yōu)的)。此外，已經(jīng)用實驗方法證明，通過迭代譯碼， LDPC碼具有極好的性能。但是，當許多具有短長度的環(huán)存在于LDPC碼的因子圖當中的時候，LDPC碼性能降低。因此，正在不斷地進行研究，旨在開發(fā)一種用于設計LDPC碼的技術， 以便在LDPC碼的因子圖上不存在短長度的環(huán)。由于生成矩陣通常具有高重量密度的特性，LDPC碼的編碼過程已經(jīng)發(fā)展成一種使用具有低重量密度的奇偶校驗矩陣的編碼過程?！爸亓俊贝順嫵缮删仃嚭推媾夹ｒ灳仃嚨脑禺斨芯哂蟹橇阒档脑?。尤其是，如果在奇偶校驗矩陣中對應于奇偶性的部分矩陣具有規(guī)則的格式，更加高效的編碼是可能的。因為LDPC碼包括具有非零值的各種各樣的碼，所以在將LDPC碼投入到實際使用時，開發(fā)用于各種類型LDPC碼的高效編碼算法和高效解碼算法是非常重要的。此外，因為 LDPC碼的奇偶校驗矩陣決定LDPC碼的性能，因此設計具有極好性能的奇偶校驗矩陣也是非常重要的。也就是說，為了產(chǎn)生一個高性能的LDPC碼，必須同時考慮具有極好性能的高效奇偶校驗矩陣、高效編碼算法和高效解碼算法。一個LDPC碼是由奇偶校驗矩陣定義的，在奇偶校驗矩陣中大部分的元素具有0 值，并且除具有0值的元素之外的小部分元素具有1值。例如，(N，j，k) LDPC碼是具有分組長度N的線性分組碼，并且是通過稀疏的奇偶校驗矩陣定義的，在稀疏的奇偶校驗矩陣中， 每列具有j個具有1值的元素，每個行具有k個具有1值的元素，并且除了具有1值的元素之外的所有元素都具有0值。如上所述的LDPC碼被稱作“規(guī)則的LDPC碼”，在該LDPC碼中，奇偶校驗矩陣中每列的重量值被固定為“j”并且奇偶校驗矩陣中每行的重量值被固定為“k”。在此處，重量值代表非零元素的數(shù)目。與規(guī)則的LDPC碼不同，奇偶校驗矩陣中每列的重量值和奇偶校驗矩陣中每行的重量值不固定的LDPC碼被稱作“不規(guī)則的LDPC碼”。眾所周知，不規(guī)則LDPC 碼比規(guī)則的LDPC碼在性能方面優(yōu)越。但是，在不規(guī)則的LDPC碼的情況下，因為奇偶校驗矩陣中每列的重量值和每行的重量值是不固定的，即，是不規(guī)則的，因此為了保證極好的性能，必須適當?shù)卣{(diào)整奇偶校驗矩陣中每列的重量值和奇偶校驗矩陣中每行的重量值。參考

圖1，現(xiàn)在將描述(8，2，4) LDPC碼的奇偶校驗矩陣，作為(N，j，k) LDPC碼的一個例子。圖1是舉例說明通常的(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣的示意圖。參考圖1，該 (8，2，4) LDPC碼的奇偶校驗矩陣H由8列和4行組成，其中每列的重量值被固定為2，并且每行的重量值被固定為4。由于如上所述在該奇偶校驗矩陣中每列的重量值和每行的重量值都是規(guī)則的，所以，圖1所示的該(8，2，4)LDPC碼成為規(guī)則的LDPC碼。以下將參考圖2描述結合圖1所描述的該(8，2，4)LDPC碼的因子圖。圖2是舉例說明圖1的該(8，2，4)LDPC碼的因子圖示意圖。參考圖2，該(8，2，4) LDPC 碼的因子圖由 8 個變量節(jié)點 χ!211、&213、x3215, x4217, x5219, x622U χ7223 和知225， 和4個校驗節(jié)點227、2四、231和233組成。當具有重量(即，1值)的元素存在于該(8，2，4) LDPC碼的奇偶校驗矩陣的第i行和第j列交點上的時候，在變量節(jié)點xj和第i個校驗節(jié)點之間形成支路(branch)。如上所述，由于LDPC碼的奇偶校驗矩陣具有小的重量值，所以，即使在具有相對較長長度的分組碼中也可以通過迭代譯碼過程執(zhí)行解碼，在不斷增加分組碼的分組長度時，會呈現(xiàn)出一種諸如turbo碼的近似香農(nóng)(Siannon)限的信道容量。已經(jīng)證明，使用流量傳輸技術的LDPC碼的迭代譯碼處理在性能方面近似接近于turbo碼的迭代譯碼處理。為了生成高性能的LDPC碼，應該滿足以下的條件(1)應該考慮在LDPC碼的因子圖上的環(huán)。該“環(huán)”是指由在LDPC碼的因子圖中將變量節(jié)點連接到校驗節(jié)點的邊所形成的回路(loop)，并且該環(huán)的長度被定義為構成回路的邊的數(shù)目。環(huán)的長度長指的是，在LDPC碼的因子圖中，構成回路的、從變量節(jié)點連接到校驗節(jié)點的邊的數(shù)目大。相比之下，環(huán)的長度短指的是，在LDPC碼的因子圖中，構成回路的、從變量節(jié)點連接到校驗節(jié)點的邊的數(shù)目小。當在LDPC碼的因子圖中環(huán)變得更長時，由于下列理由，LDPC碼的性能效率增加。 也就是說，當在LDPC碼的因子圖中產(chǎn)生長環(huán)時，可以防止性能退化，諸如當太多具有短的長度的環(huán)存在于LDPC碼的因子圖當中的時候出現(xiàn)誤碼平臺(error floor)。(2)應該考慮LDPC碼的高效編碼與卷積碼或者turbo碼相比較，因為LDPC碼的高編碼復雜性，所以很難對LDPC碼進行實時編碼。為了降低LDPC碼的編碼復雜性，已經(jīng)提出了重復累積(RA)碼。該RA碼在降低LDPC碼的編碼復雜性方面也具有限制。因此，應該考慮LDPC碼的高效編碼。(3)應該考慮在LDPC碼的因子圖上的度數(shù)分布。通常，不規(guī)則的LDPC碼在性能方面比規(guī)則的LDPC碼優(yōu)越，因為不規(guī)則的LDPC碼的因子圖具有各種各樣的度數(shù)。該“度數(shù)”指的是在LDPC碼的因子圖中連接到變量節(jié)點和校驗節(jié)點的邊的數(shù)目。此外，在LDPC碼的因子圖上的“度數(shù)分布”指的是具有特定度數(shù)的節(jié)點數(shù)目與節(jié)點的總數(shù)的比。已經(jīng)證明，具有特定度數(shù)分布的LDPC碼在性能方面是優(yōu)越的。圖3是一個舉例說明常規(guī)的分塊LDPC碼(block LDPC code)的奇偶校驗矩陣的示意圖。在給出圖3的描述之前，應當注意到，分塊LDPC碼是不僅考慮到高效編碼、并且還考慮到奇偶校驗矩陣的高效存儲和性能改善的新的LDPC碼，并且分塊LDPC碼是通過總結規(guī)則的LDPC碼的結構而擴展出的一種LDPC碼。參考圖3，分塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣被劃分為多個部分塊，并且每個部分塊映射一個置換矩陣(permutation matrix) 0在圖3 中，“P”代表具有NsXNs大小的置換矩陣，并且置換矩陣P的上標(或者指數(shù)) 或者是 0彡Bij彡Ns-I，或者是= c 。在圖3中，ρ代表部分塊的行的數(shù)目，并且q代表部分塊的列的數(shù)目?！癷”指的是相應的置換矩陣位于該奇偶校驗矩陣的部分塊的第i行中，并且“j” 指的是相應的置換矩陣位于奇偶校驗矩陣的部分塊的第j列中。也就是說，Pa"是位于第i 行和第j列交點的部分塊中的置換矩陣?，F(xiàn)在將參考圖4描述所述置換矩陣。圖4是一個舉例說明圖3的置換矩陣P的示意圖。如在圖4中舉例說明的，置換矩陣P是一個具有NsXNs大小的矩形矩陣，并且構成該置換矩陣P的Ns個列的每個列具有 1的重量，以及構成該置換矩陣P的Ns個行的每個行也具有1的重量。在圖3中，帶有上標= 0的置換矩陣、即置換矩陣P°表示一單位矩陣Insxns，并且?guī)в猩蠘?⑴的置換矩陣、即置換矩陣ρ00表示一零矩陣。在圖3中舉例說明的分塊LDPC碼的整個奇偶校驗矩陣中，因為行的總數(shù)是NsXp, 并且列的總數(shù)是NsXq(p彡q)，所以當LDPC碼的整個奇偶校驗矩陣具有滿秩的時候，編碼速率可以表示為與部分塊大小無關的方程式(1)。
權利要求
1.一種用于處理分塊低密度奇偶校驗(LDPC)碼的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括解碼裝置，用于使用奇偶校驗矩陣解碼分塊LDPC碼，所述奇偶校驗矩陣包括信息部分和奇偶性部分，所述奇偶性部分包括第一部分(B)，包括多個第一置換矩陣， 第二部分(D)，包括第二置換矩陣，第三部分(T)，包括多個單位矩陣(I)和多個第三置換矩陣，所述多個單位矩陣沿對角線安排在該第三部分內(nèi)，所述多個第三置換矩陣安排在所述多個單位矩陣下方，以及第四部分(E)，包括第四置換矩陣。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，與所述第一部分(B)、第二部分(D)、第三部分(T) 和第四部分(E)中的每一個相對應的置換矩陣被配置成使根據(jù)(E) (Γ1) (B)+D的矩陣符合單位矩陣。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一置換矩陣之一被安排在所述第一部分(B) 的第一塊中，并且所述第四置換矩陣被安排在所述第四部分(E)的最后塊中。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，與所述第一部分(B)、第二部分(D)、第三部分(T) 和第四部分(E)中的每一個相對應的置換矩陣被配置成使得在分塊LDPC碼的因子圖上最小環(huán)長度被最大化，并且重量值是不規(guī)則的。
5.一種由解碼裝置解碼分塊低密度奇偶校驗(LDPC)碼的方法，該方法包括 使用奇偶校驗矩陣解碼分塊LDPC碼，該奇偶校驗矩陣包括信息部分和奇偶性部分，所述奇偶性部分包括第一部分(B)，包括多個第一置換矩陣， 第二部分(D)，包括第二置換矩陣，第三部分(T)，包括多個單位矩陣(I)和多個第三置換矩陣，所述多個單位矩陣沿對角線安排在該第三部分內(nèi)，所述多個第三置換矩陣安排在所述多個單位矩陣下方，以及第四部分(E)，包括第四置換矩陣。
6.如權利要求5所述的方法，其中，與所述第一部分(B)、第二部分(D)、第三部分(T) 和第四部分(E)中的每一個相對應的置換矩陣被配置成使根據(jù)(E) (Γ1) (B)+D的矩陣符合單位矩陣。
7.如權利要求5所述的方法，其中，所述第一置換矩陣之一被安排在所述第一部分(B) 的第一塊中，并且所述第四置換矩陣被安排在所述第四部分(E)的最后塊中。
8.如權利要求5所述的方法，其中，與所述第一部分(B)、第二部分(D)、第三部分(T) 和第四部分(E)中的每一個相對應的置換矩陣被配置成使得在分塊LDPC碼的因子圖上最小環(huán)長度被最大化，并且重量值是不規(guī)則的。
9.一種用于處理分塊低密度奇偶校驗(LDPC)碼的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括編碼裝置，用于使用奇偶校驗矩陣編碼分塊LDPC碼，該奇偶校驗矩陣包括信息部分和奇偶性部分，該奇偶性部分包括第一部分(B)，包括多個第一置換矩陣， 第二部分(D)，包括第二置換矩陣，第三部分(T)，包括多個單位矩陣(I)和多個第三置換矩陣，所述多個單位矩陣沿對角線安排在該第三部分內(nèi)，所述多個第三置換矩陣安排在所述多個單位矩陣下方，以及第四部分(E)，包括第四置換矩陣。
10.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中，與所述第一部分(B)、第二部分(D)、第三部分(T) 和第四部分(E)中的每一個相對應的置換矩陣被配置成使根據(jù)(E) (Γ1) (B)+D的矩陣符合單位矩陣。
11.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述第一置換矩陣之一被安排在所述第一部分 (B)的第一塊中，并且所述第四置換矩陣被安排在所述第四部分(E)的最后塊中。
12.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其中，與所述第一部分(B)、第二部分(D)、第三部分(T) 和第四部分(E)中的每一個相對應的置換矩陣被配置成使得在分塊LDPC碼的因子圖上最小環(huán)長度被最大化，并且重量值是不規(guī)則的。
13.一種由編碼裝置編碼分塊低密度奇偶校驗(LDCP)碼的方法，該方法包括 使用奇偶校驗矩陣編碼分塊LDPC碼，該奇偶校驗矩陣包括信息部分和奇偶性部分，該奇偶性部分包括第一部分(B)，包括多個第一置換矩陣， 第二部分(D)，包括第二置換矩陣，第三部分(T)，包括多個單位矩陣(I)和多個第三置換矩陣，所述多個單位矩陣沿對角線安排在該第三部分內(nèi)，所述多個第三置換矩陣安排在所述多個單位矩陣下方，以及第四部分(E)，包括第四置換矩陣。
14.如權利要求13所述的方法，其中，與所述第一部分(B)、第二部分(D)、第三部分 (T)和第四部分(E)中的每一個相對應的置換矩陣被配置成使根據(jù)(E) (Γ1) (B)+D的矩陣符合單位矩陣。
15.如權利要求13所述的方法，其中，所述第一置換矩陣之一被安排在所述第一部分 (B)的第一塊中，并且所述第四置換矩陣被安排在所述第四部分(E)的最后塊中。
16.如權利要求13所述的方法，其中，與所述第一部分(B)、第二部分(D)、第三部分 (T)和第四部分(E)中的每一個相對應的置換矩陣被配置成使得在分塊LDPC碼的因子圖上最小環(huán)長度被最大化，并且重量值是不規(guī)則的。
全文摘要
公開了處理分塊低密度奇偶校驗碼的系統(tǒng)和方法。一種用于處理分塊低密度奇偶校驗LDPC碼的系統(tǒng)包括解碼裝置，用于使用奇偶校驗矩陣解碼分塊LDPC碼，所述奇偶校驗矩陣包括信息部分和奇偶性部分。所述奇偶性部分包括第一部分(B)，包括多個第一置換矩陣，第二部分(D)，包括第二置換矩陣，第三部分(T)，包括多個單位矩陣(I)和多個第三置換矩陣，所述多個單位矩陣沿對角線安排在該第三部分內(nèi)，所述多個第三置換矩陣安排在所述多個單位矩陣下方，以及第四部分(E)，包括第四置換矩陣。
文檔編號H04L1/00GK102164022SQ20111007465
公開日2011年8月24日 申請日期2004年8月26日 優(yōu)先權日2003年8月26日
發(fā)明者慶奎范, 明世灝, 樸圣恩, 梁景喆, 鄭鴻實, 金宰烈 申請人:三星電子株式會社