專利名稱：處理分塊低密度奇偶校驗(yàn)碼的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及移動(dòng)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(yàn)(LDPC)碼的裝置和方法。
背景技術(shù)：
隨著在二十世紀(jì)七十年代后期在美國(guó)對(duì)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的引入，韓國(guó)開始以高級(jí)移動(dòng)電話服務(wù)(AMPQ系統(tǒng)(第一代(IG)模擬移動(dòng)通信系統(tǒng))提供電話通信業(yè)務(wù)。在二十世紀(jì)九十年代中期，韓國(guó)使碼分多址(CDMA)系統(tǒng)(第二代QG)移動(dòng)通信系統(tǒng))商業(yè)化，以提供語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在二十世紀(jì)九十年代的后期，韓國(guó)部分地部署了一種IMT_2000(國(guó)際移動(dòng)電信-2000)系統(tǒng)(第三代(3G)移動(dòng)通信系統(tǒng))，其目標(biāo)是高級(jí)無線多媒體業(yè)務(wù)、在世界范圍內(nèi)的漫游和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)是順應(yīng)服務(wù)數(shù)據(jù)量的迅速增長(zhǎng)、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(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)，并且該數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)給多個(gè)移動(dòng)站傳送突發(fā)分組數(shù)據(jù)，并且被設(shè)計(jì)用于傳輸海量數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)正在被開發(fā)用于高速數(shù)據(jù)分組業(yè)務(wù)。第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)正演進(jìn)為第4代GG)移動(dòng)通信系統(tǒng)。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)正在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，除前代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供的單純的無線通信服務(wù)之外，4G移動(dòng)通信系統(tǒng)還對(duì)有線通信網(wǎng)絡(luò)和無線通信網(wǎng)絡(luò)之間的交互作用和集成化進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。必須為無線通信網(wǎng)絡(luò)開發(fā)用于傳輸高達(dá)有線通信網(wǎng)絡(luò)中可獲得的容量級(jí)別的大量數(shù)據(jù)的技術(shù)。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?cè)捯魳I(yè)務(wù)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(dòng)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(cuò)。該差錯(cuò)的存在導(dǎo)致信息數(shù)據(jù)的損失。為了降低由于差錯(cuò)的存在而導(dǎo)致的該信息數(shù)據(jù)損失，通過使用各種各樣的差錯(cuò)控制技術(shù)有可能改善移動(dòng)通信系統(tǒng)的可靠性。一種使用糾錯(cuò)碼的技術(shù)是最流行使用的差錯(cuò)控制技術(shù)?，F(xiàn)在將描述作為典型糾錯(cuò)碼的turbo碼和低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼。Turbo 碼Turbo碼是在同步3G移動(dòng)通信系統(tǒng)和異步3G移動(dòng)通信系統(tǒng)中使用的糾錯(cuò)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(cuò)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(cuò)，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?yàn)長(zhǎng)DPC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(fù)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(shí)現(xiàn)。當(dāng)利用因子圖表示LDPC碼的時(shí)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(shí)驗(yàn)方法證明，通過迭代譯碼， LDPC碼具有極好的性能。但是，當(dāng)許多具有短長(zhǎng)度的環(huán)存在于LDPC碼的因子圖當(dāng)中的時(shí)候，LDPC碼性能降低。因此，正在不斷地進(jìn)行研究，旨在開發(fā)一種用于設(shè)計(jì)LDPC碼的技術(shù)， 以便在LDPC碼的因子圖上不存在短長(zhǎng)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(yàn)矩陣的編碼過程。“重量”代表構(gòu)成生成矩陣和奇偶校驗(yàn)矩陣的元素當(dāng)中具有非零值的元素。尤其是，如果在奇偶校驗(yàn)矩陣中對(duì)應(yīng)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?yàn)長(zhǎng)DPC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(shí)際使用時(shí)，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?yàn)?LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣決定LDPC碼的性能，因此設(shè)計(jì)具有極好性能的奇偶校驗(yàn)矩陣也是非常重要的。也就是說，為了產(chǎn)生一個(gè)高性能的LDPC碼，必須同時(shí)考慮具有極好性能的高效奇偶校驗(yàn)矩陣、高效編碼算法和高效解碼算法。一個(gè)LDPC碼是由奇偶校驗(yàn)矩陣定義的，在奇偶校驗(yàn)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(zhǎng)度N的線性分組碼，并且是通過稀疏的奇偶校驗(yàn)矩陣定義的，在稀疏的奇偶校驗(yàn)矩陣中， 每列具有j個(gè)具有1值的元素，每個(gè)行具有k個(gè)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(yàn)矩陣中每列的重量值被固定為“j”并且奇偶校驗(yàn)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(yàn)矩陣中每列的重量值和奇偶校驗(yàn)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?yàn)槠媾夹ｒ?yàn)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(dāng)?shù)卣{(diào)整奇偶校驗(yàn)矩陣中每列的重量值和奇偶校驗(yàn)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(yàn)矩陣，作為(N，j，k) LDPC碼的一個(gè)例子。圖1是舉例說明通常的(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣的示意圖。參考圖1，該 (8，2，4) LDPC碼的奇偶校驗(yàn)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(yàn)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(jié)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(gè)變量節(jié)點(diǎn) χ!211、&213、x3215, x4217, x5219, x622U χ7223 和知225， 和4個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)227、2四、231和233組成。當(dāng)具有重量(即，1值)的元素存在于該(8，2，4) LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣的第i行和第j列交點(diǎn)上的時(shí)候，在變量節(jié)點(diǎn)xj和第i個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)之間形成支路(branch)。如上所述，由于LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣具有小的重量值，所以，即使在具有相對(duì)較長(zhǎng)長(zhǎng)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(zhǎng)度時(shí)，會(huì)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(shù)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(yīng)該滿足以下的條件(1)應(yīng)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(diǎn)連接到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的邊所形成的回路(loop)，并且該環(huán)的長(zhǎng)度被定義為構(gòu)成回路的邊的數(shù)目。環(huán)的長(zhǎng)度長(zhǎng)指的是，在LDPC碼的因子圖中，構(gòu)成回路的、從變量節(jié)點(diǎn)連接到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的邊的數(shù)目大。相比之下，環(huán)的長(zhǎng)度短指的是，在LDPC碼的因子圖中，構(gòu)成回路的、從變量節(jié)點(diǎn)連接到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的邊的數(shù)目小。當(dāng)在LDPC碼的因子圖中環(huán)變得更長(zhǎng)時(shí)，由于下列理由，LDPC碼的性能效率增加。 也就是說，當(dāng)在LDPC碼的因子圖中產(chǎn)生長(zhǎng)環(huán)時(shí)，可以防止性能退化，諸如當(dāng)太多具有短的長(zhǎng)度的環(huán)存在于LDPC碼的因子圖當(dāng)中的時(shí)候出現(xiàn)誤碼平臺(tái)(error floor)。(2)應(yīng)該考慮LDPC碼的高效編碼與卷積碼或者turbo碼相比較，因?yàn)長(zhǎng)DPC碼的高編碼復(fù)雜性，所以很難對(duì)LDPC碼進(jìn)行實(shí)時(shí)編碼。為了降低LDPC碼的編碼復(fù)雜性，已經(jīng)提出了重復(fù)累積(RA)碼。該RA碼在降低LDPC碼的編碼復(fù)雜性方面也具有限制。因此，應(yīng)該考慮LDPC碼的高效編碼。(3)應(yīng)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?yàn)椴灰?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(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)數(shù)目與節(jié)點(diǎn)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(gè)舉例說明常規(guī)的分塊LDPC碼(block LDPC code)的奇偶校驗(yàn)矩陣的示意圖。在給出圖3的描述之前，應(yīng)當(dāng)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(yàn)矩陣的高效存儲(chǔ)和性能改善的新的LDPC碼，并且分塊LDPC碼是通過總結(jié)規(guī)則的LDPC碼的結(jié)構(gòu)而擴(kuò)展出的一種LDPC碼。參考圖3，分塊LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣被劃分為多個(gè)部分塊，并且每個(gè)部分塊映射一個(gè)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(biāo)(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(yīng)的置換矩陣位于該奇偶校驗(yàn)矩陣的部分塊的第i行中，并且“j” 指的是相應(yīng)的置換矩陣位于奇偶校驗(yàn)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(diǎn)的部分塊中的置換矩陣。現(xiàn)在將參考圖4描述所述置換矩陣。圖4是一個(gè)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(gè)具有NsXNs大小的矩形矩陣，并且構(gòu)成該置換矩陣P的Ns個(gè)列的每個(gè)列具有 1的重量，以及構(gòu)成該置換矩陣P的Ns個(gè)行的每個(gè)行也具有1的重量。在圖3中，帶有上標(biāo)= 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?biāo)=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(gè)奇偶校驗(yàn)矩陣中，因?yàn)樾械目倲?shù)是NsXp, 并且列的總數(shù)是NsXq(p彡q)，所以當(dāng)LDPC碼的整個(gè)奇偶校驗(yàn)矩陣具有滿秩的時(shí)候，編碼速率可以表示為與部分塊大小無關(guān)的方程式(1)。
權(quán)利要求
1.一種用于處理分塊低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括解碼裝置，用于使用奇偶校驗(yàn)矩陣解碼分塊LDPC碼，所述奇偶校驗(yàn)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(gè)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(gè)單位矩陣(I)和多個(gè)第三置換矩陣，所述多個(gè)單位矩陣沿對(duì)角線安排在該第三部分內(nèi)，所述多個(gè)第三置換矩陣安排在所述多個(gè)單位矩陣下方，以及第四部分(E)，包括第四置換矩陣。
2.如權(quán)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(gè)相對(duì)應(yīng)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(quán)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(quán)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(gè)相對(duì)應(yīng)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(zhǎng)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(yàn)(LDPC)碼的方法，該方法包括 使用奇偶校驗(yàn)矩陣解碼分塊LDPC碼，該奇偶校驗(yàn)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(gè)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(gè)單位矩陣(I)和多個(gè)第三置換矩陣，所述多個(gè)單位矩陣沿對(duì)角線安排在該第三部分內(nèi)，所述多個(gè)第三置換矩陣安排在所述多個(gè)單位矩陣下方，以及第四部分(E)，包括第四置換矩陣。
6.如權(quán)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(gè)相對(duì)應(yīng)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(quán)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(quán)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(gè)相對(duì)應(yīng)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(zhǎng)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(yàn)(LDPC)碼的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括編碼裝置，用于使用奇偶校驗(yàn)矩陣編碼分塊LDPC碼，該奇偶校驗(yàn)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(gè)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(gè)單位矩陣(I)和多個(gè)第三置換矩陣，所述多個(gè)單位矩陣沿對(duì)角線安排在該第三部分內(nèi)，所述多個(gè)第三置換矩陣安排在所述多個(gè)單位矩陣下方，以及第四部分(E)，包括第四置換矩陣。
10.如權(quán)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(gè)相對(duì)應(yīng)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(quán)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(quán)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(gè)相對(duì)應(yīng)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(zhǎng)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(yàn)(LDCP)碼的方法，該方法包括 使用奇偶校驗(yàn)矩陣編碼分塊LDPC碼，該奇偶校驗(yàn)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(gè)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(gè)單位矩陣(I)和多個(gè)第三置換矩陣，所述多個(gè)單位矩陣沿對(duì)角線安排在該第三部分內(nèi)，所述多個(gè)第三置換矩陣安排在所述多個(gè)單位矩陣下方，以及第四部分(E)，包括第四置換矩陣。
14.如權(quán)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(gè)相對(duì)應(yīng)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(quán)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(quán)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(gè)相對(duì)應(yīng)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(zhǎng)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(yàn)碼的系統(tǒng)和方法。一種用于處理分塊低密度奇偶校驗(yàn)LDPC碼的系統(tǒng)包括解碼裝置，用于使用奇偶校驗(yàn)矩陣解碼分塊LDPC碼，所述奇偶校驗(yàn)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(gè)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(gè)單位矩陣(I)和多個(gè)第三置換矩陣，所述多個(gè)單位矩陣沿對(duì)角線安排在該第三部分內(nèi)，所述多個(gè)第三置換矩陣安排在所述多個(gè)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(hào)H04L1/00GK102164022SQ20111007465
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2004年8月26日 優(yōu)先權(quán)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(shí), 金宰烈 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社