專利名稱：校驗矩陣生成方法、編碼方法、通信裝置、通信系統(tǒng)以及編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信中的編碼技術(shù)，特別涉及生成LDPC (Low -Density Parity Check:低密度奇偶校驗)碼用的奇偶校驗矩陣的校 驗矩陣生成方法、使用該奇偶校驗矩陣對規(guī)定的信息位進行編碼的編 碼方法、以及解碼方法。
背景技術(shù)：
以下，作為編碼方式，對采用LDPC碼的以往的通信系統(tǒng)進行 說明。此處，作為LDPC碼的一個例子，對采用偽循環(huán)(QC: Quasi - Cyclic )碼(參照非專利文獻1)的情況進行說明。
首先，作為編碼方式，對釆用LDPC碼的以往的通信系統(tǒng)中的 編碼/解碼處理的流程進行簡單說明。
在發(fā)送側(cè)的通信裝置(稱為發(fā)送裝置)內(nèi)的LDPC編碼器中， 用后述的以往的方法生成奇偶校驗矩陣H。進而，在LDPC編碼器中， 例如，生成K行xN列的生成矩陣G(K:信息長度，N:代碼字長度)。 但是，在將LDPC用的奇偶校驗矩陣設(shè)為H ( M行xN列)的情況下， 生成矩陣G成為滿足GHT-O (T為轉(zhuǎn)置矩陣)的矩陣。
之后，在LDPC編碼器中，接收信息長度K的消息(iih、 m2.....
mk)，使用該消息以及上述生成矩陣G，如下式(1)所示，生成代
碼字C。其中，設(shè)為H (d、 c2..... cN) T = 0。
C= (m , m ,…，m )G
1 2 K
-(c,c，...， c) …(l)
然后，在發(fā)送裝置內(nèi)的調(diào)制器中，對由LDPC編碼器生成的代 碼字C，使用BPSK ( Binary Phase Shift Keying: 二相移相鍵控)、QPSK ( Quadrature Phase Shift Keying:四相移相鍵控)、多值QAM (Quadrature Amplitude Modulation:正交調(diào)幅)等規(guī)定的調(diào)制方式 進行數(shù)字調(diào)制，向接收裝置發(fā)送其調(diào)制信號x- (Xl、 x2..... XN)。
另一方面，在接收側(cè)的通信裝置(稱為接收裝置)中，解調(diào)器對
所接收到的調(diào)制信號y- (yi、 y2.....yN)進行與上述BPSK、 QPSK、
多值QAM等調(diào)制方式對應(yīng)的數(shù)字解調(diào)，進而接收裝置內(nèi)的LDPC解 碼器對解調(diào)結(jié)果實施基于"sum-product算法"的反復(fù)解碼，輸出其解 碼結(jié)果(對應(yīng)于原來的消息nu、 m2..... mk)。
此處，對LDPC碼用的以往的奇偶校驗矩陣生成方法進行具體 說明。作為LDPC碼用的奇偶校驗矩陣，例如，在下述非專利文獻l 中，提出以下的QC碼的奇偶校驗矩陣(參照圖11)。圖ll所示的 QC碼的奇偶校驗矩陣成為沿著縱向(J-3)和橫向(L = 5)配置了 5行x5列的循環(huán)置換矩陣(p = 5 )的矩陣。
一般，可以如下式(2)那樣定義M ( = pJ)行xN ( -pL)列 的(J， L) QC碼的奇偶校驗矩陣HQC。另外，p是奇數(shù)(2以外) 的素數(shù)，L是奇偶校驗矩陣HQc中的循環(huán)置換矩陣的橫向(列方向) 的個數(shù)，J是奇偶校驗矩陣HQc中的循環(huán)置換矩陣的縱向(行方向) 的個數(shù)。
1(P。.0) l(Po.l) … I(Po丄-1)'
u— Kp,.o) I(P,.,)…l(p,
上-〃
H c - : : '. :
_1(Pj—i,o) I(Pj-i,i)…l(Pw,t-1).
其中，在0^jS1-1， 0￡1SL-1下，I(pj, J是行序號為r(0￡r￡p -l)、列序號為"(r + pj, Jmodp"的位置成為"l"，其他位置成為"0" 的循環(huán)置換矩陣。
另外，在設(shè)計LDPC碼時， 一般，在存在較多的長度短的環(huán)路 時，引起性能劣化，所以需要增大內(nèi)徑而減少長度短的環(huán)路(環(huán)路4、 環(huán)路6等)的數(shù)量。
另外，圖12是示出用唐納圖(Tanner graph)表現(xiàn)了校驗矩陣 的一個例子的情況的圖，在{0， 1}的二元的M行xN列的奇偶校驗矩
例p = 5,1(0)=
0 10 0 0 0 0 10 0 0 0 0 1 0
.(2)
6陣H中，將與各列對應(yīng)的節(jié)點稱為位節(jié)點bn (lSn5N)(相當于圖中 的。)，將與各行對應(yīng)的節(jié)點稱為校驗節(jié)點Cm (l^i^M)(相當于圖 中的口)，進而將在校驗矩陣的行與列的交點存在"l"的情況下用分支 連接該位節(jié)點與校驗節(jié)點的2部分曲線稱為唐納圖。另外，如圖12 所示，上述環(huán)路表示從特定的節(jié)點(相當于圖中的o、 ci)開始而在該 節(jié)點結(jié)束的閉合路徑，并且，內(nèi)徑意味著其最小環(huán)路。另外，環(huán)路的 長度是用構(gòu)成閉合路徑的分支的數(shù)量來表現(xiàn)的，根據(jù)長度，簡單地表 現(xiàn)成環(huán)路4、環(huán)路6、環(huán)路8…。
另外，在下述非專利文獻l中，(J， L) QC-LDPC碼的奇偶 校驗矩陣HQc中的內(nèi)徑g的范圍成為"4;^g^12 (g為偶數(shù))"。其中， 易于避免g-4，在多數(shù)情況下，是g26。
非專利文獻1: M.Fossorier "Quasi - Cyclic Low Density Parity Check Code，，ISIT 2003， ppl50， Japan, June 29 - July 4， 2003.
但是，在上述以往技術(shù)中，存在如下問題為了改變編碼率需要 多個完全不同的校驗矩陣，與其相伴，存儲量變大，電路也變得復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述而完成的，其目的在于提供一種校驗矩陣生成 方法，可以生成可對應(yīng)于寬的編碼率的非正則(行與列的權(quán)重不同) 的LDPC碼用的奇偶才交驗矩陣，并且進而與以往技術(shù)相比可以降低電 路規(guī)模。
為了解決上述課題，并達成目的，本發(fā)明的校驗矩陣生成方法生 成LDPC ( Low - Density Parity Check)碼用的奇偶校驗矩陣，其特 征在于，包括如下步驟偽循環(huán)矩陣生成步驟，生成沿著行方向和列 方向配置了循環(huán)置換矩陣且使該循環(huán)置換矩陣具有特定的規(guī)則性的 正則(行與列的權(quán)重一樣)的偽循環(huán)矩陣；掩碼矩陣生成步驟，生成 用于使上述正則的偽循環(huán)矩陣成為非正則(行與列的權(quán)重不同)的可 以對應(yīng)于多個編碼率的掩碼矩陣；掩碼步驟，使用與特定的編碼率對 應(yīng)的掩碼矩陣，將上述正則的偽循環(huán)矩陣內(nèi)的特定的循環(huán)置換矩陣變換成0矩陣，生成非正則的掩碼偽循環(huán)矩陣；以及校驗矩陣生成步驟， 生成在規(guī)定位置配置了上述掩碼偽循環(huán)矩陣和階梯狀地配置了循環(huán) 置換矩陣而得到的矩陣的、LDGM ( Low Density Generation Matrix: 低密度產(chǎn)生矩陣)結(jié)構(gòu)的非正則的奇偶校驗矩陣，并且，在上述掩碼 矩陣生成步驟中，包括如下步驟次數(shù)分布計算步驟，首先，計算出 與成為基準的1/2以下的編碼率(第一編碼率)對應(yīng)的第一掩碼矩陣 的列次數(shù)分布，接著，將上述笫一掩碼矩陣的列次數(shù)分布作為制約條 件，計算出與編碼率接下來較低的第二編碼率對應(yīng)的第二掩碼矩陣的 列次數(shù)分布，以后，根據(jù)需要，將前級的掩碼矩陣的列次數(shù)分布作為 制約條件，依次計算出第三掩碼矩陣、第四掩碼矩陣、…的列次數(shù)分 布；以及權(quán)重位置決定步驟，從編碼率最高的第一掩碼矩陣，依次根 據(jù)所對應(yīng)的掩碼矩陣的列次數(shù)分布，決定該掩碼矩陣的列的權(quán)重位 置，在上述校驗矩陣生成步驟中，將、最初生成的校驗矩陣作為與上述 編碼率1/2以下對應(yīng)的校驗矩陣。
根據(jù)本發(fā)明，起到可以生成可以對應(yīng)于寬的編碼率的非正則的 LDPC碼用的奇偶校驗矩陣這樣的效果。


圖1是示出包括LDPC編碼器以及LDPC解碼器的通信系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)例子的圖。
圖2-l是用于說明生成與編碼率1/3的碼對應(yīng)的掩碼矩陣Z時 的掩碼規(guī)則的圖。
圖2-2是用于說明生成與編碼率1/3的碼對應(yīng)的掩碼矩陣Z時 的掩碼規(guī)則的圖。
圖2-3是用于說明生成與編碼率1/3的碼對應(yīng)的掩碼矩陣Z時 的掩碼規(guī)則的圖。
圖2-4是用于說明生成與編碼率1/3的碼對應(yīng)的掩碼矩陣Z時 的掩碼規(guī)則的圖。
圖2-5是用于說明生成與編碼率1/3的碼對應(yīng)的掩碼矩陣Z時的掩碼規(guī)則的圖。
圖3是示出利用掩碼矩陣Z進行掩碼后的無規(guī)律的奇偶校驗矩
陣HM的結(jié)構(gòu)例子的圖。
圖4是示出碼構(gòu)成法的一個例子的圖。
圖5是示出將系統(tǒng)中準備的最低的編碼率設(shè)為R。-3/7時的碼的圖。
圖6是示出代碼字的生成處理的一個例子的圖。
圖7是示出代碼字的生成處理的一個例子的圖。
圖8是示出一般公開的編碼率3/4的矩陣的一個例子的圖。
圖9是示出將圖8所示的矩陣設(shè)為編碼率3/4的MxN的矩陣HcH
時的4Mx (7/3) N的矩陣HcH，的一個例子的圖。
圖IO是將基于任意的循環(huán)置換矩陣的組合的Mx (N-M)的矩
陣設(shè)為HcH時的4Mx (7/3) N的矩陣HcH，的一個例子的圖。 圖ll是示出QC碼的奇偶校驗矩陣的一個例子的圖。 圖12是示出用唐納圖表現(xiàn)了校驗矩陣的一個例子的情況的圖。
標號說明
1 LDPC編碼器
2調(diào)制器
3通信路徑
5LDPC解碼器
具體實施例方式
以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的校驗矩陣生成方法、編碼方法以及解 碼方法的實施方式進行詳細說明。另外，本發(fā)明不限于該實施方式。 實施方式1
圖1是示出包括LDPC編碼器以及LDPC解碼器的本實施方式 的通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子的圖。在圖1中，發(fā)送側(cè)的通信裝置(稱為發(fā)送裝置)構(gòu)成為包括LDPC編碼器1和調(diào)制器2，接收側(cè)的通信裝置 (稱為接收裝置)構(gòu)成為包括解調(diào)器4和LDPC解碼器5。
此處，簡單說明采用LDPC碼的通信系統(tǒng)中的編碼處理、解碼 處理的流程。
在發(fā)送裝置內(nèi)的LDPC編碼器1中，生成通過本實施方式的校 驗矩陣生成方法生成的奇偶校驗矩陣、即根據(jù)后述的規(guī)定的掩碼規(guī)則 進行了掩碼處理的M行xN列的奇偶校驗矩陣HM。
之后，在LDPC編碼器1中，接收信息長度K的消息(upU2、...、 uk)，使用該消息以及上述奇偶校驗矩陣HM，如下式(3)所示，生 成長度N的代碼字v。另外，在本實施方式中，不使用在以往技術(shù)中 計算出的生成矩陣G (K:信息長度，N:代碼字長度)，而進行信 息位的編碼處理。
v={(v, v,…，v )GGF(2) I (v, v ,…，v )H T=0} …(3)
1 2 N 1 2 N M 、'
然后，在發(fā)送裝置內(nèi)的調(diào)制器2中，對由LDPC編碼器1生成 的代碼字v,通過BPSK、 QPSK、多值QAM等規(guī)定的調(diào)制方式進行 數(shù)字調(diào)制，經(jīng)由通信路徑3向接收裝置發(fā)送該調(diào)制信號x = (Xl、x2、…、 xN)。
另一方面，在接收裝置中，解調(diào)器4對經(jīng)由通信路徑3接收到的
調(diào)制信號y- y2.....yN)，進行與上述BPSK、 QPSK、多值
QAM等調(diào)制方式對應(yīng)的數(shù)字解調(diào)，進而接收裝置內(nèi)的LDPC解碼器 5通過公知的解碼算法實施反復(fù)解碼，輸出其解碼結(jié)果(對應(yīng)于原來
的消息Up U2、…、Uk)。
接著，對本實施方式中的校驗矩陣生成方法進行詳細說明。另外， 在本實施方式中，其前提是，生成無規(guī)律(權(quán)重分布不同)的奇偶校
驗矩陣，采用LDGM ( Low Density Generation Matrix )結(jié)構(gòu)作為其 結(jié)構(gòu)。另外，關(guān)于以下說明的各實施方式的校驗矩陣生成處理，既可 以由通信裝置內(nèi)的LDPC編碼器l執(zhí)行，或者也可以在通信裝置的外 部預(yù)先執(zhí)行。在通信裝置的外部執(zhí)行的情況下，在內(nèi)部存儲器中預(yù)先 存儲已生成的校驗矩陣。20
首先，定義成為通過本實施方式的校驗矩陣生成處理生成的掩碼
處理后的無規(guī)律的奇偶校驗矩陣HM的前提的、LDGM結(jié)構(gòu)的QC-LDPC碼的奇偶校驗矩陣Hqcx。
例如，可以如下式(4-1)所示定義M ( =pJ)行xN ( =pL + pj)列的LDGM結(jié)構(gòu)的QC - LDPC碼的奇偶校驗矩陣HQCL ( - [hm,
U 柳 o ............
U柳柳 0 . -.
i 0 、. 、. 、. . .
"P"".w); '.. "O) /(0)0 -.
柳0 … 0/(0) 0
0 /(0)0 … 0/(0) 0
0/(0)0 … 0 柳0 -.
… 0/(0)0 …0 柳 0
...0/(0) 0… 0 /(0)
............ 0 /(0)0 ...
0
0 /(0>
(4-1)
另外，hm, n在奇偶校驗矩陣Hqcl中，表示行序號m、列序號n 的要素。另外，在0￡JSI-1， 0￡1$L-1下，I(Pj,,)是行序號為r (OWp-l)、列序號為"(r + pj, i) modp"的位置成為"l"，其他位 置成為"O，，的循環(huán)置換矩陣。例如，可以如下式(4-2)所示表示I
(1)
1(1)=
0 1
0 0
0 0 0
1 0 0
.(4一2)
在上述奇偶校驗矩陣Hqcx中，左側(cè)的矩陣(與信息位對應(yīng)的部
分)是與上式(2)中示出的QC碼的奇偶校驗矩陣相同的偽循環(huán)矩
陣Hqc，右側(cè)的矩陣(與奇偶位對應(yīng)的部分)是階梯狀地配置了下式
(5-1)或式(5-2)所示的I(O)的矩陣Ht或Hd。另外，在下式 (5-1)、式(5-2)中，I是單位矩陣，0是零矩陣。
Hu 0 0 0
I 10 0
0 I I 0
0 0 I I
'(5-1)
11<formula>formula see original document page 12</formula>.(5-2)
但是，上述階梯狀的結(jié)構(gòu)中使用的循環(huán)置換矩陣不限于I (0), 也可以是任意的I (s|se
)的組合。
另外，上述LDGM結(jié)構(gòu)是指，如上式(4-1)所示的矩陣那樣， 使奇偶校驗矩陣的一部分成為下三角矩陣的結(jié)構(gòu)。通過使用該結(jié)構(gòu)， 可以不使用生成矩陣G而容易地實現(xiàn)編碼。例如，在如下式(6)所
示表示組織代碼字v而提供了信息消息u= (Ul、 u2..... uk)的情
況下，以滿足[HQcx.vT-0的方式、即如下式(7)所示生成奇偶要素
<formula>formula see original document page 12</formula>
進而，在本實施方式中，對如上式(4-1)定義的LDGM結(jié)構(gòu)
的QC-LDPC碼的奇偶校驗矩陣H(jcL，設(shè)置特定的規(guī)則性。具體而
言，在奇偶校驗矩陣HQa的左側(cè)的偽循環(huán)矩陣Hqc部分，在將po,,
設(shè)為任意的整數(shù)的情況下，對配置于行序號j( =0、 1、 2.....J-l)、
列序號l(-O、 1、 2.....L-1)的p行xp列的循環(huán)置換矩陣I (Pj,
J的pj,,，設(shè)置成為下式(8-1)、式(8-2)、式(8-3)或式(8
-4)的規(guī)則性。P,= (((P —P )(j + l))mod p )mod p
J，l A 0,1 A
p =157
A
p: prime number
…(8-3) P =((p (j+l))mod p )mod p p =157
A
p: prime rmmber
…(8-4)
另外，上述Pa被決定成在系統(tǒng)所要求的MAX的信息長度時得 到最佳的性能。上述"Pa-157"成為信息長度pxL ( =36)假設(shè)成 5000 ~ 6000附近時的值。
例如，在使用上式(8-4)，設(shè)為L-36的情況下，作為一個 例子可以如下式(9)那樣表示。
(P,P,P,P,P,P，P,P,P，P,p,p,t)，D.D D
0.1 0.2 0,3 0,4 0.5 0,6 0,7 0,8 .9 、10' ^O.U, 、12， 、13' 、14, 、15, 、16
，P ，P ,P ,P ,P ,P ，P ,P ,P ,P ，P ，D ,D .D D 0.17 0.18 0,19 0,20 0.21 0_22 0,23 0.24 ^0,25, ^0>26' ^0.27,尸(U8，卜0,29, ^0,30,
0.31
P ， P , P , P , P } 0.32 0,33 0.34 0.35 0.36
={7，87,36,15，53,11，16'136,59,45，137，31'56'66,31,37,2,22,131,21'6,92,56'72,53, 23,21，36，73，127,25,15,10,1，107,18}
…(9)
接著，對作為本實施方式的校驗矩陣生成方法中的特征性處理 的、針對奇偶校驗矩陣Hqcx的掩碼處理進行說明。
例如，在將上式(4-1)所示的左側(cè)的矩陣如下式(10-1)所 示表示成JxL的偽循環(huán)矩陣Hqc，并將掩碼矩陣Z ( = [Zj,,)設(shè)為 GF(2)上的J行xL列的矩陣的情況下，如果應(yīng)用后述的規(guī)定的規(guī)則， 則可以如下式(10-2)所示表示掩碼處理后的矩陣HMQc。…(12-2)
14
"Po.o) /(Am)
"(10-1)
WOW Z0,l/(/701) ZlV(Pl,0) Zl身U)

,i一r
-(10~2)
另外，如下式(11)定義上式(10-2)中的Zj, ,1 (pj, J
~/(巧，,)=
0for z厶,=0
.(11)
上述0矩陣是p行xp列的0矩陣。另外，矩陣Hmqc是利用掩 碼矩陣Z的O要素掩碼了偽循環(huán)矩陣HQc并使權(quán)重分布成為不同(無 規(guī)律)的矩陣，并且矩陣HMQc的循環(huán)置換矩陣的分布與掩碼矩陣Z
的次數(shù)分布相同。
其中，如后所述，可以使用規(guī)定的密度進化法來求出使上述權(quán)重 分布不同時的掩碼矩陣Z的權(quán)重分布。例如，可以根據(jù)基于密度進化 法的列次數(shù)分布，如下式(12-1) ~式(l2-5)所示表示48行乂36 列的掩碼矩陣。
zc z。
".(12-1<formula>formula see original document page 15</formula>
因此，在本實施方式中，例如，可以使用48行x^列的掩碼矩
陣Z、 48行(行序號j為0 ~ 47 ) x36列(列序號1為0 ~ 31)的偽循
環(huán)矩陣Hoc、以及48行(行序號j為0~ 47) x48歹'(列序號l為0~
47 )的HT，如下式(13 )表示最終求出的無規(guī)律的奇偶校驗矩陣HM。 H =[ZXH I H ]
<formula>formula see original document page 15</formula>
即，通過掩碼矩陣Z和偽循環(huán)矩陣HQC的行序號j = 0的循環(huán)置 換矩陣的值的設(shè)計，提供用于生成LDPC碼C的奇偶校驗矩陣HMQC。
接著，對本實施方式的掩碼規(guī)則進行具體說明。在本實施方式中， 作為一個例子，對直到編碼率3/7的碼構(gòu)成法進行i兌明。此處，以后 述的已知的掩碼規(guī)則為前提，實現(xiàn)編碼率3/7以上的編碼。
圖2 - 1是示出本實施方式的掩碼矩陣生成處理的流程圖。此處，在對直到編碼率3/7的碼構(gòu)成法進行說明之前，按照圖2-1,對已知 的掩碼規(guī)則進行說明。作為一個例子，生成與編碼率1/3的碼對應(yīng)的 掩碼矩陣Z。
另外，此處，示出由通信裝置內(nèi)的LDPC編碼部1執(zhí)行掩碼矩 陣生成處理時的例子。另外，將與編碼率1/2的碼對應(yīng)的無規(guī)律的奇
偶校驗矩陣HMd/2)假設(shè)成"HMd/2) = [ZAXHQCU|HD"。其中，Hqcu表
示上述偽循環(huán)矩陣HqC中的上一半的32 (行序號j為0 ~ 31) x32 (列 序號l為0~31)的偽循環(huán)矩陣，Hu設(shè)為上式(5-2)所示的例如32 (行序號j為0~31) x32 (列序號l為0~31)的矩陣。
首先，在通信裝置內(nèi)的LDPC編碼器1中，設(shè)定掩碼矩陣的尺 寸(步驟S1)。此處，作為一個例子，將與編碼率1/3的碼對應(yīng)的掩 碼矩陣Z設(shè)為64行x32列的矩陣，將與編碼率1/2的碼對應(yīng)的掩碼矩 陣za設(shè)為32行x32列的矩陣。
接著，LDPC編碼器1將掩碼矩陣za的行數(shù)設(shè)為最大次數(shù)，將 上式(5-2)所示的HD的次數(shù)分布作為制約條件，利用密度進化法， 計算出掩碼矩陣ZA的列次數(shù)分布(步驟S2 )。圖2 - 2是示出奇偶校 驗矩陣HM(1/2) ( = [ZAxHQCU|HD)的列次數(shù)分布的一個例子的圖， 列次數(shù)14、 4、 3的欄中記載的數(shù)字(分數(shù))表示掩碼矩陣za的列次 數(shù)分布。另外，列次數(shù)2的欄對應(yīng)于Hd的列次數(shù)分布。 進而，LDPC編碼器1將掩碼矩陣Z的行數(shù)設(shè)為最大次數(shù)，將上 式(5-1)所示的64 (行序號j為0~63) x64 (列序號l為0 ~ 63 ) 的Ht的次數(shù)分布、以及上述求出的掩碼矩陣za的列次數(shù)分布作為制 約條件，利用密度進化法，計算出掩碼矩陣Z的列次數(shù)分布(步驟 S2)。圖2-3是示出與編碼率1/3的碼對應(yīng)的無規(guī)律的奇偶校驗矩陣 HM(1/;0 ( =[ZxHQC|HT)的列次數(shù)分布的一個例子的圖，列次數(shù)28、 8、 4、 3 (9列)的欄中記載的數(shù)字表示掩碼矩陣Z的列次數(shù)分布。 另外，列次數(shù)3的(41-9) /96和列次數(shù)1的欄對應(yīng)于Ht的列次數(shù) 分布。
接著，LDPC編碼器1根據(jù)上述掩碼矩陣za的列次數(shù)分布，以滿足下述優(yōu)先級#1的條件的方式，決定掩碼矩陣ZA中的列次數(shù)大的
列、即此處列次數(shù)14的列(5/64)的"l"的位置(步驟S3)。例如， 在Z中存在連續(xù)的"l，，的情況下，在與Ho的縱向連續(xù)的I (0)之間 在四個位置存在循環(huán)置換矩陣，它們有可能構(gòu)成環(huán)路4，所以滿足下 述優(yōu)先級#1的條件，從而排除該可能性。
.優(yōu)先級#1的條件同一列內(nèi)的"1"的間隔隔開2行以上。
此時，由于"l"的密度大，所以上述列次數(shù)大的列無需滿足后述 的優(yōu)先級#2的條件。另外，為了實現(xiàn)上述求出的列次數(shù)14， "l"也 可以在同一列中連續(xù)，但需要盡可能減少其數(shù)量。
而且，此處，列次數(shù)大的列僅存在14這一個，但例如在列次數(shù) 大的列如14、 13、 12…等那樣存在多個的情況下，從左按照列次數(shù)的 降序配置掩碼矩陣ZA的列(步驟S3)。
接著，LDPC編碼器1根據(jù)上述掩碼矩陣ZA的列次數(shù)分布，以 滿足上述優(yōu)先級#1的條件以及下述優(yōu)先級#2的條件的方式，決定 掩碼矩陣ZA中的列次數(shù)小的列、即此處列次數(shù)4、 3的列(18/64、 9/64 ) 的"l"的位置(步驟S4)。例如，在針對基于規(guī)則性的規(guī)則的循環(huán)置 換矩陣的組合，掩碼矩陣的"l"的配置也是規(guī)則性的情況下，如果存 在構(gòu)成特定的環(huán)路的掩碼矩陣的"l"的配置，則雖然是規(guī)則性但有可 能多重地存在多個同一環(huán)路。但是，通過滿足下述優(yōu)先級#2的條件， 可以減少其發(fā)生概率。
.優(yōu)先級#2的條件根據(jù)隨機數(shù)配置
然后，接著上述列次數(shù)大的列，從左按照列次數(shù)的降序配置掩碼 矩陣ZA的列(步驟S4)。
例如，上述步驟S3以及S4中生成的掩碼矩陣ZA成為式(14) 所示的矩陣。
17 (14)
另外，在根據(jù)利用密度進化法求出的掩碼矩陣ZA的列次數(shù)分布
來構(gòu)成掩碼矩陣ZA的情況下，如果在小的列次數(shù)的列(列次數(shù)3、 4 等)中包含小的環(huán)路(環(huán)路4、 6等)，則錯誤概率提高，而有時無 法得到良好的性能。在這樣的情況下，LDPC編碼器1通過增加小的 列次數(shù)的列的權(quán)重，避免性能劣化。在上述掩碼矩陣ZA的情況下， 在圖2-2所示的列次數(shù)分布中，增加列次數(shù)3的列(9/64)中的3 列的權(quán)重。即，在上式(14)中，列次數(shù)14成為5列，列次數(shù)4成 為21列，列次數(shù)3成為6列。
接著，LDPC編碼器1根據(jù)上述掩碼矩陣Z的列次數(shù)分布，以滿 足上述優(yōu)先級#1的條件的方式，決定掩碼矩陣Z中的列次數(shù)大的列、 即此處列次數(shù)28的列(5/96)的"l"的位置(步驟S5)。此時，由于 "l"的密度大，所以上述列次數(shù)大的列無需滿足上述優(yōu)先級#2的條 件。另外，為了實現(xiàn)上述求出的列次數(shù)28, "l，，也可以在同一列中連
續(xù)，但需要盡可能減少其數(shù)量。
而且，此處，列次數(shù)大的列僅存在28這一個，但在列次數(shù)大的 列存在多個的情況下，從左按照列次數(shù)的降序配置掩碼矩陣Z的列 (步驟S5 )。
接著，LDPC編碼器1根據(jù)上述掩碼矩陣Z的列次數(shù)分布，以滿
-OOO00OOCUOOO0O001 o o <
-1 o o o o t足上述優(yōu)先級#1的條件以及上述優(yōu)先級#2的條件的方式，決定掩 碼矩陣Z中的列次數(shù)小的列、即此處列次數(shù)8、 4、 3的一部分的列 (10/96、 8/96、 9/96)的"l"的位置(步驟S6 )。
然后，接著上述列次數(shù)大的列，從左按照列次數(shù)的降序配置掩碼 矩陣Z的列(步驟S6)。
另外，在根據(jù)利用密度進化法求出的掩碼矩陣Z的列次數(shù)分布 來構(gòu)成掩碼矩陣Z的情況下，如果在小的列次數(shù)的列(列次數(shù)3、 4、 8等)中包含小的環(huán)路(環(huán)路4、 6等)，則錯誤概率提高，而有時無 法得到良好的性能。在這樣的情況下，LDPC編碼器1通過增加小的 列次數(shù)的列的權(quán)重，避免性能劣化。
另外，在將LDPC碼應(yīng)用于多值調(diào)制那樣的不均勻的錯誤概率 的應(yīng)用的情況下，如果將錯誤概率小的位分配給與列次數(shù)大的列對應(yīng) 的位，并將錯誤概率大的位分配給與列次數(shù)小的列對應(yīng)的位，則性能 提高。在這樣的情況下，如果如上述步驟S3 S6所示，從左側(cè)按照 列次數(shù)的降續(xù)排列列，則易于進行位的排序(ordering)。
圖2 - 4是示出利用如上所述生成的掩碼矩陣ZA進行掩碼后的、
無規(guī)律的奇偶校驗矩陣HMU/;n的結(jié)構(gòu)例子的圖，圖2-5是示出利用
如上所述生成的掩碼矩陣Z進行掩碼后的、無規(guī)律的奇偶校驗矩陣 HMU,3)的結(jié)構(gòu)例子的圖。另外，在圖2-5中，圖示的Hqcd表示上述 偽循環(huán)矩陣HQc中的下一半的32 (行序號j為32~ 63) x32 (列序號 l為0~31)的偽循環(huán)矩陣。另外，圖示的0表示0矩陣，圖示的I表 示單位矩陣，用HD、 I、 0枸成Ht。
接著，對將上述編碼率1/3的碼生成處理作為前提，實現(xiàn)編碼率 3/7以上的編碼的方法進行說明。作為本實施方式的掩碼矩陣生成處 理，對與上述編碼率1/3的碼生成處理不同的處理進行說明。另外， 在本實施方式中，如上所述，將最初構(gòu)成的校驗矩陣設(shè)為與編碼率3/4 對應(yīng)的校驗矩陣，但不限于此，也可以是與編碼率1/2以下對應(yīng)的校 驗矩陣。
例如，將與編碼率3/4的碼對應(yīng)的無規(guī)律的奇偶校驗矩陣假設(shè)成"HM(3/4) =[ZaxHqC(3/4)|Ht(3/4)，，。其中，ZA( =ZA(3/4))是12行x36
列的掩碼矩陣，HQc(;v4)表示從偽循環(huán)矩陣Hqc中的上方幵始的1/4
的12 (行序號j為0 11)x36(列序號l為0~35)的偽循環(huán)矩陣(參 照式(4-1) ) ， Ht(3,4)是上述Hd (參照式(5-2))。另外，將 與編碼率3/5、 3/6 = 1/2、 3/7對應(yīng)的無規(guī)律的奇偶校驗矩陣表示成HM (3/5)、 HM(1/2)、 HM(3/7) ( =HM)，將掩碼矩陣分別表示成ZA(3 、 ZA(1/2)、 ZA(3/" ( =Z),將偽循環(huán)矩陣分別表示成HQcw)、 HQCU/2)、 HQC(3/7) ( =HQC)，將階梯狀地配置了 I (0)的矩降分別表示成Ht
(3/5) 、 Ht (1/2 ) 、 Ht ( 3/7) (=HT)。
例如，在圖2-1的步驟S2的處理中，在本實施方式的LDPC 編碼器1中，首先，與編碼率3/4對應(yīng)地，將掩碼矩陣ZA的行數(shù)設(shè)為 最大次數(shù)，將HT(3/4) ( =TD)的次數(shù)分布作為制約條件，利用密度 進化法，計算出掩碼矩陣ZA的列次數(shù)分布。接著，LDPC編碼器1 與編碼率3/5對應(yīng)地，將上述HT(3/4)的次數(shù)分布以及上述求出的掩碼 矩陣ZA的列次數(shù)分布作為制約條件，利用密度進化法，計算出掩碼 矩陣ZA(w的列次數(shù)分布。接著，將前一個掩碼矩陣的列次數(shù)分布作 為制約條件，利用密度進化法，依次計算出與編碼率3/6對應(yīng)的掩碼 矩陣的列次數(shù)分布，最后，將上述HT的次數(shù)分布以及與編碼率3/6 對應(yīng)的掩碼矩陣ZA(3/6)的列次數(shù)分布作為制約條件，利用密度進化法， 計算出與編碼率3/7對應(yīng)的掩碼矩陣Z的列次數(shù)分布。
接著，在LDPC編碼器1中，在圖2-1的步驟S3~S6的處理 中，與上述實施方式l同樣地，根據(jù)優(yōu)先級#1的條件以及優(yōu)先級并2 的條件，決定與編碼率3/4、 3/5對應(yīng)的掩碼矩陣的各列的"1"的位置， 之后，進而，按照同樣的步驟，決定與編碼率3/6、 3/7對應(yīng)的掩碼矩 陣的各列的"l"的位置。可以如上式(12-1) ~式(12-5)所示表 示通過上述本實施方式的處理生成的掩碼矩陣Z。
圖3是示出利用如上所述生成的掩碼矩陣Z進行掩碼后的、無 規(guī)律的奇偶校驗矩陣HM的結(jié)構(gòu)例子的圖。
接著，對使用上述的無規(guī)律的奇偶校驗矩陣HM，構(gòu)成與多個編
20碼率對應(yīng)的LDPC碼的情況進行說明。
例如，將通過上述碼構(gòu)成法生成、用M和N規(guī)定的碼中的編碼 率的下限設(shè)為1/2至1/3之間。另外，為了實現(xiàn)其以下的編碼率，使 用后述的反復(fù)發(fā)送來得到良好的性能。
另外，圖4是示出本實施方式的碼構(gòu)成法的一個例子的圖，例如， 將編碼率0.75的碼作為基準代碼字，在生成比其高的編碼率(=0.9) 的代碼字的情況下進行奇偶的收縮(puncture)。另外，在此時的解 碼中使用編碼率3/4的校驗矩陣，向與收縮位對應(yīng)的接收LLR插入0， 進行通常的LDPC解碼即可。另一方面，在生成低的編碼率(=3/5) 的代碼字的情況下，追加奇偶。在此時的解碼中，如圖3所示，僅使 用與編碼率對應(yīng)的校驗矩陣HM的部分矩陣來進行解碼。
此處，對與多個編碼率對應(yīng)的LDPC碼的構(gòu)成法進行具體說明。 例如，將系統(tǒng)中準備的最低的編碼率設(shè)為Ro= 1/2以下。圖5是示出 例如將系統(tǒng)中準備的最低的編碼率設(shè)為R。 = 3/7時的碼的圖。
例如，與編碼率R。-3/7對應(yīng)的碼被存儲到存儲器，在構(gòu)成編碼 率的碼的情況下，如果編碼率小于3/4，即如果編碼率&是3/4 ~ 3/7之間，則從代碼字的最末尾依次收縮奇偶位。
另一方面，例如，在需要3/7以下的編碼率的情況下，在本實施 方式中，如圖6所示，對信息長度K、碼長度N的編碼率K/N-3/7 的代碼字(圖6中的A +奇偶位)添加從列權(quán)重重的順序選擇的代碼 字位B (長度b:與各列對應(yīng)的位的信息與A相同)而生成編碼率 K/(N+b)的代碼字。例如，在b- (2/3)AK的情況下，編碼率成 為1/3，在b-K情況下，編碼率成為3/10。圖6是示出需要3/7以下 的編碼率情況下的本實施方式的碼構(gòu)成法的圖。
另外，在如b = ( 2/3 ) *K (圖7的B的位置)那樣反復(fù)發(fā)送了 二次同一代碼字的一部分，進而需要更低的編碼率的情況下，還可以 再次反復(fù)發(fā)送"A +奇偶位+ B，，的代碼字位。其原因為，確認了通過僅 重復(fù)發(fā)送列權(quán)重重的B的位置，而使性能提高。另外，為了實現(xiàn)進一 步低的編碼率，進而重復(fù)發(fā)送該部分(A+奇偶位+ B)。然后，在通過上述方法編碼的代碼字通過通信路徑被接收機接收 到，而在解碼器進行糾錯時代碼字的一部分或全部重復(fù)的情況下，針 對該重復(fù)的位的接收值，僅對所重復(fù)的個數(shù)進行加法平均，將其結(jié)果 送到解碼器。另外，與列權(quán)重重的列對應(yīng)的代碼字位的解碼性能良好。 因此，在本實施方式中，通過上述處理可以降低噪聲成分的分散值， 與其相伴可靠性提高(所對應(yīng)的位的錯誤概率降低)，所以可以提高 解碼性能。
另外，在本實施方式中，記載成循環(huán)置換矩陣的p是奇數(shù)(2以 外)的素數(shù)，但p不限于此，也可以選擇奇數(shù)。在該情況下，在高編 碼率的收縮時性能有可能劣化，但劣化很少。另一方面，關(guān)于素數(shù)， 為了避免計算量增加，需要具有表并預(yù)先存儲，但在奇數(shù)的情況下無 需存儲該值。
這樣，在本實施方式中，與以往技術(shù)不同，無需為了改變編碼率 而在存儲器中存儲多個完全不同的校驗矩陣，所以與以往相比可以減 小存儲量，可以簡化電路。
另外，在本實施方式中，例如，與以與編碼率1/2對應(yīng)的校驗矩 陣為基準擴大校驗矩陣時相比，從比與編碼率3/4對應(yīng)的校驗矩陣更 小的校驗矩陣擴大，并且，在3/4以上的編碼率時按照與編碼率3/4 對應(yīng)的校驗矩陣進行解碼處理，所以與以與編碼率1/2對應(yīng)的校驗矩 陣為基準的情況相比可以降低與解碼相關(guān)的計算量。另外，即使是3/7 以下的編碼率，通過增加列次數(shù)高的位置的代碼字的重發(fā)次數(shù)，可以 實現(xiàn)低的編碼率，所以在本實施方式中，可以抑制性能劣化，并且實 現(xiàn)更寬的編碼率。
實施方式2
在上述實施方式l中，示出了用一定的規(guī)則構(gòu)成循環(huán)置換矩陣I (Pj,,)的例子，但在本實施方式中，例如，使用 一般公開的圖8( "Draft IEEE Standard for Local and metropolitan area networks, Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems ， Amendment for Physical and Medium Access ControlLayers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands", IEEE P802.16e/D9， June 2005 )所示那樣的編碼率3/4的矩 陣，實現(xiàn)編碼率3/7。另外，圖8中的數(shù)字表示pj,,的值，-l意味著 pxp的0矩陣。
具體而言，在將圖8所示的矩陣設(shè)為編碼率3/4的MxN的矩陣 Hch的情況下，如圖9所示構(gòu)成4Mx (7/3) N的矩陣HcH，。例如，A 由基于循環(huán)置換矩陣的組合的矩陣構(gòu)成，進而連接二個單位矩陣I而 在右下階段狀地配置。用密度進化法導(dǎo)出矩陣A的權(quán)重分布。通過該 方法，與上述實施方式l同樣地可以生成LDPC用的奇偶校驗矩陣。
另外，對于矩陣A的構(gòu)成法，也可以如本實施方式那樣由基于 循環(huán)置換矩陣的任意組合的矩陣來構(gòu)成，也可以如上述實施方式1那 樣根據(jù)規(guī)則性的規(guī)則來構(gòu)成。另外，關(guān)于構(gòu)成與多個編碼率對應(yīng)的 LDPC碼的處理，不限于上述圖8所示那樣的奇偶才交驗矩陣，還可以 應(yīng)用于任意的奇偶校驗矩陣。
另外，例如，在將基于任意的循環(huán)置換矩陣的組合的Mx(N-M)的矩陣設(shè)為Hch的情況下，如圖10所示構(gòu)成4Mx (7/3) N的矩 陣HCH，。 A由基于循環(huán)置換矩陣的組合的矩陣構(gòu)成，進而在Hch和A 的右側(cè)配置Hd。用密度進化法導(dǎo)出矩陣A的權(quán)重分布。通過該方法， 與上述實施方式l同樣地，可以生成LDPC用的奇偶校驗矩陣。
另外，上述實施方式1以及上述實施方式2中的碼構(gòu)成法以及編 碼法還可以應(yīng)用于糾刪碼的編碼。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
如上所述，本發(fā)明的校驗矩陣生成方法以及編碼方法作為數(shù)字通 信中的編碼技術(shù)是有用的，特別適用于將LDPC碼用作編碼方式的通 信裝置。
2權(quán)利要求
1. 一種校驗矩陣生成方法，生成低密度奇偶校驗碼用的奇偶校驗矩陣，其特征在于，包括如下步驟偽循環(huán)矩陣生成步驟，生成沿著行方向和列方向配置了循環(huán)置換矩陣且使該循環(huán)置換矩陣具有特定的規(guī)則性的正則(行與列的權(quán)重一樣)的偽循環(huán)矩陣；掩碼矩陣生成步驟，生成用于使上述正則的偽循環(huán)矩陣成為非正則(行與列的權(quán)重不同)的可以對應(yīng)于多個編碼率的掩碼矩陣；掩碼步驟，使用與特定的編碼率對應(yīng)的掩碼矩陣，將上述正則的偽循環(huán)矩陣內(nèi)的特定的循環(huán)置換矩陣變換成0矩陣，生成非正則的掩碼偽循環(huán)矩陣；以及校驗矩陣生成步驟，生成在規(guī)定位置配置了上述掩碼偽循環(huán)矩陣和階梯狀地配置了循環(huán)置換矩陣而得到的矩陣的、低密度產(chǎn)生矩陣結(jié)構(gòu)的非正則的奇偶校驗矩陣，并且，在上述掩碼矩陣生成步驟中，包括如下步驟次數(shù)分布計算步驟，首先，計算出與成為基準的1/2以下的編碼率(第一編碼率)對應(yīng)的第一掩碼矩陣的列次數(shù)分布，接著，將上述第一掩碼矩陣的列次數(shù)分布作為制約條件，計算出與編碼率接下來較低的第二編碼率對應(yīng)的第二掩碼矩陣的列次數(shù)分布，然后，根據(jù)需要，將前級的掩碼矩陣的列次數(shù)分布作為制約條件，依次計算出第三掩碼矩陣、第四掩碼矩陣、...的列次數(shù)分布；以及權(quán)重位置決定步驟，從編碼率最高的第一掩碼矩陣，依次根據(jù)所對應(yīng)的掩碼矩陣的列次數(shù)分布，決定該掩碼矩陣的列的權(quán)重位置，在上述校驗矩陣生成步驟中，將最初生成的校驗矩陣作為與上述編碼率1/2以下對應(yīng)的校驗矩陣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的校驗矩陣生成方法，其特征在于，在 上述校驗矩陣生成步驟中，將最后生成的校驗矩陣作為與小于編碼率 1/3對應(yīng)的校驗矩陣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的校驗矩陣生成方法，其特征在于，在 上述權(quán)重位置決定步驟中，根據(jù)起因于列次數(shù)小而發(fā)生的錯誤的概率，將掩碼矩陣生成處理 分成列次數(shù)大的列和小的列來進行，對于列次數(shù)小的列，為了滿足"將同一列內(nèi)的權(quán)重的間隔隔開2 行以上，，這樣的第 一條件以及"根據(jù)隨機數(shù)配置"這樣的第二條件，決 定掩碼矩陣的列的權(quán)重位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的校驗矩陣生成方法，其特征在于，在 上述權(quán)重位置決定步驟中，為了滿足上述第二條件，用規(guī)定的方法生成隨機數(shù)列，在該隨機數(shù)列中存在差分為1的要素的情況下，使一方的要素移 動到隨機數(shù)列的最后，從而生成要素間的差分成為2以上的偽隨機數(shù) 序列，針對每個列次數(shù)分割該偽隨機數(shù)序列，分別作為列權(quán)重的行位置序號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的校驗矩陣生成方法，其特征在于，在 上述權(quán)重位置決定步驟中，按照列次數(shù)分布中的列次數(shù)的降序，配置 掩碼矩陣的列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的校驗矩陣生成方法，其特征在于，在 上述權(quán)重位置決定步驟中，按照列次數(shù)分布中的列次數(shù)的降序，配置 掩碼矩陣的列。
7. —種編碼方法，使用低密度奇偶校驗碼用的奇偶校驗矩陣對 規(guī)定的信息位進行編碼，其特征在于，包括編碼步驟，在該編碼步驟 中，使用上述權(quán)利要求2記載的處理中生成的非正則的奇偶校驗矩陣 對規(guī)定的信息位進行編碼。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的編碼方法，其特征在于，在上述編碼 步驟中，對信息長度K、編碼長度N的編碼率K/N的代碼字，添加 信息位A中按照列權(quán)重重的順序選擇的代碼字位B,而生成編碼率 K/(N+b)的代碼字"A + P + B"，其中，上述編碼長度N為信息位A+奇偶位P，上述代碼字位B的位長為b。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的編碼方法，其特征在于，將上述編碼 率K/N設(shè)為3/7，將上述編碼率K/ ( N + b )設(shè)為1/3。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的編碼方法，其特征在于，在需要更低 的編碼率的情況下，生成反復(fù)了上述"A + P + B"的代碼字位。
11. 一種通信裝置，生成低密度奇偶校驗碼用的奇偶校驗矩陣， 其特征在于，在上述權(quán)利要求2記載的處理中，生成低密度產(chǎn)生矩陣 結(jié)構(gòu)的非正則的奇偶校驗矩陣。
12. —種通信系統(tǒng)，將低密度奇偶校驗碼用于糾錯技術(shù)，其特征 在于，具備發(fā)送裝置，通過上述權(quán)利要求7所述的處理，對規(guī)定的信息位進 -f亍編石馬；以及接收裝置，通過已知的處理對代碼字進行解碼。
13. —種編碼器，使用低密度奇偶校驗碼用的奇偶校驗矩陣對規(guī) 定的信息位進行編碼，其特征在于，具備編碼單元，該編碼單元通過上述權(quán)利要求7所述的處理，對規(guī)定的信息位進行編碼。
全文摘要
本發(fā)明提供一種校驗矩陣生成方法、編碼方法、通信裝置、通信系統(tǒng)以及編碼器。包括如下步驟偽循環(huán)矩陣生成步驟，生成沿著行方向和列方向配置了循環(huán)置換矩陣且使該循環(huán)置換矩陣具有特定的規(guī)則性的正則的偽循環(huán)矩陣；掩碼矩陣生成步驟，生成用于使正則的偽循環(huán)矩陣成為非正則的可以對應(yīng)于多個編碼率的掩碼矩陣；掩碼步驟，使用與特定的編碼率對應(yīng)的掩碼矩陣，將正則的偽循環(huán)矩陣內(nèi)的特定的循環(huán)置換矩陣變換成0矩陣，生成非正則的掩碼偽循環(huán)矩陣；以及校驗矩陣生成步驟，生成在規(guī)定位置配置了掩碼偽循環(huán)矩陣和階梯狀地配置了循環(huán)置換矩陣而得到的矩陣的、LDGM結(jié)構(gòu)的非正則的奇偶校驗矩陣。
文檔編號H03M13/19GK101502003SQ200780029059
公開日2009年8月5日 申請日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月4日
發(fā)明者吉田英夫, 松本涉, 阪井壘 申請人:三菱電機株式會社