專利名稱：一種高度結(jié)構(gòu)化的ldpc編碼和解碼方法及其編碼器和解碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信信道編解碼技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種采用高度結(jié)構(gòu)化奇偶校驗(yàn)碼快速而有效地糾正信道差錯(cuò)的編碼方法和解碼方法及其編碼器和解碼器。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)以及傳輸過程中經(jīng)常會(huì)引發(fā)各種差錯(cuò)。產(chǎn)生這種差錯(cuò)的原因有隨機(jī)噪聲、解調(diào)過程中的同步丟失、無線傳輸中的多徑衰減、磁性存儲(chǔ)器中的磁道損失等原因。由于這些差錯(cuò)的存在，大大限制了特定寬帶下的信息傳輸速率和傳輸?shù)馁|(zhì)量。特別是在無線多媒體傳輸系統(tǒng)中，由于大量的數(shù)據(jù)要在帶寬有限且受到各種突發(fā)干擾的信道傳輸中維持很高的可靠性，這一問題變得更加突出。
為了解決數(shù)據(jù)在傳輸和存儲(chǔ)中的可靠性問題，通常采用信道編碼的方法。在目前已有的編碼方法中，低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC)因其卓越的性能引起很大的注意，并且被廣泛認(rèn)為是許多電信和磁存儲(chǔ)應(yīng)用中很有前途的糾錯(cuò)編碼方法之一。長(zhǎng)碼塊的LDPC碼和Turbo碼有相似的性能，他們的主要差別之一是LDPC碼的解碼更容易，本質(zhì)上更適合于并行處理。這一性質(zhì)再加上它出色的糾錯(cuò)性能使它成為高速寬帶系統(tǒng)應(yīng)用中理想的編碼方式。此外，LDPC中自帶的交織器避免了在信道編碼器和調(diào)制器之間進(jìn)行額外的交織處理。
C.Howland和A.Blanksby兩人在“Parallel decoding architectures forlow density parity check”，in Proc.of 2001 IEEE Int.Symp.On Circuits andSystems，Sydney，May 2001中設(shè)計(jì)了一個(gè)完全并行的解碼器結(jié)構(gòu)來達(dá)到極高的解碼速度。然而，隨著LDPC碼長(zhǎng)度的增加，由于計(jì)算和通信過于復(fù)雜，其硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性極高。因此，在大部分的實(shí)際應(yīng)用中，這種完全并行的設(shè)計(jì)方案都不適合，即使是僅采用短碼(碼字長(zhǎng)度小于10000比特)的情況下也是如此。E.Boutillon，J.Castura，和F.R.Kschischang等人在“Decoder-first code design”，in Proceedings of the 2nd InternationalSymposium on Turbo Codes and Related Topics，pp.459-462，Brest，F(xiàn)rance，Sept.2000中提出了一種部分并行的解碼器結(jié)構(gòu)并據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了解碼器。但是，該解碼器包含了大量隨機(jī)碼發(fā)生器，在實(shí)際應(yīng)用中造成了復(fù)雜度增加，使得解碼器整體設(shè)計(jì)和硬件執(zhí)行過程進(jìn)一步復(fù)雜化。最近，Tong Zhang和Keshab K.Parihi在”Joint(3，k)-Regular LDPC Code andDecoder/Encoder Design”，to appear IEEE Transactions on Signal Process中又提出了一種更加結(jié)構(gòu)化的LDPC解碼器，他們提出了一種更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，不再使用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(random number generator)。不過，該設(shè)計(jì)中利用了非常復(fù)雜的隨機(jī)化互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(shuffle network)，由于較高的路由代價(jià)，仍然會(huì)造成硬件執(zhí)行(FPGA/ASIC)性能下降。此外，這些編碼方案終究難以滿足許多高速應(yīng)用所需要的高數(shù)據(jù)傳輸率要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的一目的是提出了一種高度結(jié)構(gòu)化的LDPC碼(以下表示為HS-LDPC碼)的編碼方法和解碼方法。該方法有以下幾大優(yōu)勢(shì)，使其非常合適于實(shí)際應(yīng)用。該方法中沒有復(fù)雜的隨機(jī)化網(wǎng)絡(luò)，能夠極大地降低整個(gè)解碼器硬件執(zhí)行的復(fù)雜性；其次，該方法是高度結(jié)構(gòu)化的，易于根據(jù)各類應(yīng)用的需要在硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和速度之間進(jìn)行折衷。此外，該方法有潛力在一個(gè)解碼器核心中實(shí)現(xiàn)不同碼率的解碼方式。該方法中系統(tǒng)化的HS-LDPC編碼器具有較低的硬件復(fù)雜度，能達(dá)到高達(dá)100Mbit/s的數(shù)據(jù)吞吐量。
LDPC碼是一種線性糾錯(cuò)碼，線性糾錯(cuò)碼采用一個(gè)生成矩陣G，將要發(fā)送的信息s＝{s1，s2，...，sm}轉(zhuǎn)換成被輸出的碼子t＝{t1，t2，...，tn}，n＞m。與生成矩陣G相對(duì)應(yīng)的是一個(gè)校驗(yàn)矩陣H，H滿足Ht＝0。LDPC碼是碼長(zhǎng)為n的碼子，L是在它的校驗(yàn)矩陣H中1的密度很低的矩陣。在校驗(yàn)矩陣H中，每一列1的數(shù)目為列重j，每一行的數(shù)目為行重k，通常LDPC碼(j，k)的碼率為(k-j)/k，上述的描述是現(xiàn)有技術(shù)中已知的內(nèi)容。
本發(fā)明的HS-LDPC碼是基于LDPC碼的基礎(chǔ)上對(duì)校驗(yàn)矩陣H進(jìn)行的高度結(jié)構(gòu)化的編碼設(shè)計(jì)，其編碼方法是步驟一，編碼器中的一校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元根據(jù)預(yù)先設(shè)置的HS-LDPC碼的碼率、列重和行重值生成一奇偶校驗(yàn)矩陣，并將生成的結(jié)果輸入一合成編碼單元；步驟二，所述的合成編碼單元將輸入的數(shù)據(jù)信息與所述的奇偶校驗(yàn)矩陣進(jìn)行合成運(yùn)算，得到一具有奇偶校驗(yàn)碼信息的數(shù)據(jù)信息；步驟三，將所述的由奇偶校驗(yàn)信息比特和輸入數(shù)據(jù)信息特位合并的數(shù)據(jù)信息輸出。
所述的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元生成奇偶校驗(yàn)矩陣的優(yōu)選步驟如下步驟一，校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元根據(jù)預(yù)先設(shè)置的HS-LDPC碼的列重固定為3，生成一個(gè)具有三個(gè)分矩陣校驗(yàn)矩陣，步驟二，根據(jù)HS-LDPC碼的碼長(zhǎng)和HS-LDPC碼的行重，將所述校驗(yàn)矩陣的分矩陣生成若干塊校驗(yàn)子矩陣(如圖1所示)；步驟三，根據(jù)所述的校驗(yàn)子矩陣碼長(zhǎng)除以所述的HS-LDPC碼的行重值得到一單位校驗(yàn)矩陣；步驟四，將所述的校驗(yàn)單位矩陣在所有的分矩陣中進(jìn)行循環(huán)移位后，得到一奇偶校驗(yàn)矩陣；步驟五，將所得到的一奇偶校驗(yàn)矩陣輸入到合成編碼單元。
其中，所述的合成編碼單元包括一乘法單元、第一解算單元、第二解算單元和一合并單元。其具體的合成編碼運(yùn)算是，所述的乘法單元將一輸入的數(shù)據(jù)信息Xs和所述的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元生成的一奇偶校驗(yàn)矩陣信息進(jìn)行乘法運(yùn)算，將其結(jié)果z輸入到第一解算單元根據(jù)第一個(gè)單元求解方程Uy＝z(U乘以y等于z)進(jìn)行解算，其中y是該單元的求解結(jié)果，將解算信息y輸入第二解算單元，所述的第二解算單元根據(jù)第二單元求解方程LXp＝y(tǒng)，進(jìn)行解算，其中U和L是上/下三角矩陣，Xp是帶有奇偶校驗(yàn)信息的數(shù)據(jù)，也是該單元的求解結(jié)果。最后，合并單元將具有奇偶校驗(yàn)矩陣信息的數(shù)據(jù)Xp和輸入信息Xs的比特位合并，并將其結(jié)果輸出。
本發(fā)明的另一目的是提供了一種用于HS-LDPC的解碼方法，其具體的方法如下根據(jù)奇偶校驗(yàn)矩陣的結(jié)構(gòu)，預(yù)先設(shè)定編碼器的可變節(jié)點(diǎn)單元，校驗(yàn)接點(diǎn)單元和連接可變節(jié)點(diǎn)單元的數(shù)目和相應(yīng)的連接結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻獯a器在執(zhí)行解碼的過程中，每個(gè)可變節(jié)點(diǎn)單元負(fù)責(zé)相同列中的分矩陣和子矩陣的處理工作，每個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元負(fù)責(zé)相同行中分矩陣和子矩陣的處理工作，所以所述的編碼器中的可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元的數(shù)目和連接是與所述奇偶校驗(yàn)矩陣的結(jié)構(gòu)相符合的，所述可變節(jié)點(diǎn)單元根據(jù)奇偶校驗(yàn)矩陣的行重值而設(shè)置，所述校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元根據(jù)所述奇偶校驗(yàn)矩的列重值而設(shè)置。所述的連接單元負(fù)責(zé)可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元的互聯(lián)，其是由奇偶校驗(yàn)矩陣的結(jié)構(gòu)所決定的，即是奇偶校驗(yàn)矩陣中每一行中非零字的矩陣序列。需要指出的是因?yàn)楫?dāng)矩陣校驗(yàn)碼是固定的，這些連接也都是固定的。其中所述的可變節(jié)點(diǎn)單元又包含多個(gè)存儲(chǔ)單元，用來存儲(chǔ)可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元之間的交換信息。在解碼過程中，所述的可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元共同完成HS-LDPC碼的迭帶解碼過程，其處理過程是根據(jù)Log-BP算法，此算法是常規(guī)的現(xiàn)有算法。
其中，所述的HS-LDPC解碼方法可以根據(jù)以下的情況而采取不同的方法，當(dāng)需要提供更高的數(shù)據(jù)率的情況時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際的需要將所述的可變節(jié)點(diǎn)單元和所述的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元進(jìn)行劃分，分成更小的可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元，在解碼過程中所有的可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元可以并行處理數(shù)據(jù)，這樣增加了更多的并行運(yùn)行的處理單元。當(dāng)需要降低硬件的復(fù)雜性的情況時(shí)，可以將所述的可變節(jié)點(diǎn)單元和所述的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元按照簡(jiǎn)單的時(shí)間共享的方式可并成一個(gè)處理單元，從而以速度換取硬件復(fù)雜性的降低。根據(jù)不同的需要，可以綜合考慮上述的情況。
本發(fā)明的再一目的是提供一種HS-LDPC編碼器，其中所述的編碼器由校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元和合成編碼單元組成。所述的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元根據(jù)需要生長(zhǎng)一奇偶校驗(yàn)矩陣并將結(jié)果輸入到編碼合成單元。所述的合成編碼單元包括一乘法單元、第一解算單元、第二解算單元和一合并單元。一輸入的數(shù)據(jù)信息Xs和所述的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元生成的一奇偶校驗(yàn)矩陣信息輸入到所述的乘法單元內(nèi)，所述的乘法單元對(duì)上述信息進(jìn)行乘法運(yùn)算，并將其結(jié)果輸入到所述的第一解算單元，所述的第一解算單元根據(jù)第一解算方程對(duì)輸入的信息進(jìn)行結(jié)算，其將解算信息的結(jié)果輸入所述的第二解算單元，所述的第二解算單元根據(jù)其第二解算方程對(duì)輸入的信息進(jìn)行解算，此時(shí)輸出的解算結(jié)果是具有奇偶校驗(yàn)碼信息的數(shù)據(jù)，所述的第二解算單元將解算的結(jié)果輸入到所述的合并單元，所述的合并單元對(duì)將具有奇偶校驗(yàn)碼信息的數(shù)據(jù)Xp和輸入信息Xs的比特位合并，并將其結(jié)果輸出。
本發(fā)明的再一目的是提供一種HS-LDPC解碼器，其中所述的解碼器由一可變節(jié)點(diǎn)單元，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元和連接可變單元和校驗(yàn)單元之間的連接單元組成。其中所述的可變節(jié)點(diǎn)單元又包含多個(gè)存儲(chǔ)單元，用來存儲(chǔ)可變單元和校驗(yàn)單元之間的交換信息。所述的連接單元用于將可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元互聯(lián)，其是由奇偶校驗(yàn)矩陣結(jié)構(gòu)所決定的。所述的每一可變節(jié)點(diǎn)單元用于對(duì)相同列中分矩陣和子矩陣的計(jì)算，每一校驗(yàn)單元用于對(duì)相同行中分矩陣和子矩陣的計(jì)算。其中所述的可變節(jié)點(diǎn)單元的數(shù)目與矩陣校驗(yàn)碼的行重有關(guān)的，所述的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元的數(shù)目與矩陣校驗(yàn)碼的列重有關(guān)。


圖1是本發(fā)明HS-LDPC編碼方法中的奇偶校驗(yàn)矩陣H的結(jié)構(gòu)圖；圖2是用于本發(fā)明HS-LDPC編碼方法的一個(gè)碼率為1/2的HS-LDPC解碼器；圖3是用于本發(fā)明HS-LDPC編碼方法的一個(gè)碼率為5/8的HS-LDPC解碼器；圖4是用于本發(fā)明HS-LDPC編碼方法的編碼器；圖5是本發(fā)明HS-LDPC編碼方法的第一實(shí)施例的矩陣P移位表；圖6是本發(fā)明HS-LDPC編碼方法的第一實(shí)施例的矩陣S移位表；圖7是本發(fā)明HS-LDPC編碼方法的第二實(shí)施例的矩陣P移位表；圖8是本發(fā)明HS-LDPC編碼方法的第二實(shí)施例的矩陣S移位表；圖9是本發(fā)明HS-LDPC編碼方法的系統(tǒng)與DVB-T系統(tǒng)下系統(tǒng)性能和仿真效果的對(duì)照表；圖10是本發(fā)明HS-LDPC編碼方法中在不同信道中采用QPSK的1/2碼率的HS-LDPC碼的誤碼率(BER)仿真結(jié)果圖；圖11是本發(fā)明HS-LDPC編碼方法中在不同信道中采用16QAW的3/4碼率的HS-LDPC碼的誤碼率BER仿真結(jié)果圖；圖12是本發(fā)明HS-LDPC編碼方法中在不同信道中采用64QAW的8/9碼率的HS-LDPC碼率BER仿真結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例一是以編碼率為1/2的長(zhǎng)碼進(jìn)行本發(fā)明的HS-LDPC編碼方法和解碼方法。
例如要對(duì)碼率1/2、碼長(zhǎng)為9036的HS-LDPC(3，6)碼進(jìn)行編碼，如圖4所示的本發(fā)明HS-LDPC的編碼器，首先，所述的編碼器的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元根據(jù)所要編碼的HS-LDPC(3，6)碼的碼長(zhǎng)9036，列重j為3，將其生成分矩陣為H0，H1，H2的校驗(yàn)矩陣H，如圖1所示，根據(jù)HS-LDPC(3，6)的行重k為6，和其碼長(zhǎng)為9036故可以將碼長(zhǎng)9036除以行重6，將所述的校驗(yàn)矩陣的分矩陣的H0，H1，H2再進(jìn)一步生成1506塊子矩陣A0，A1，...Ak，B0，B1，...Bk，C0，C1，...Ck，因?yàn)?個(gè)碼長(zhǎng)為1，所以分矩陣的碼長(zhǎng)可視為1506，如圖1所示，在利用分矩陣的碼長(zhǎng)除以行重k值6，進(jìn)而生成單位矩陣I的數(shù)目為251進(jìn)而可以得到由單位矩陣的I(i，j)，為251X251的單位矩陣。H1中的單位矩陣P(i，j)是根據(jù)相對(duì)應(yīng)的I(i，j)單位矩陣循環(huán)移位得到的，用T表示右循環(huán)移位的算子用T來表示右循環(huán)移位算子，Tu(i)代表向右循環(huán)移動(dòng)u列，那么P(i，j)＝Tu(i)。例如，T2(I5×5)=0010000010000011000001000]]>這里，u為2。
同樣，H1中的單位矩陣S(i，j)也是根據(jù)相對(duì)應(yīng)的I(i，j)單位矩陣的隨機(jī)循環(huán)移位。如圖5給出精選出的每個(gè)P(i，j)移位數(shù)目。圖6列出了S(i，j)總體隨機(jī)數(shù)中根據(jù)性能評(píng)估精選出的移位數(shù)目。最后，通過循環(huán)移位后得到一奇偶校驗(yàn)矩陣H，其是具有三個(gè)分矩陣和由251X251的單位矩陣進(jìn)行循環(huán)移位后形成的1506個(gè)子矩陣構(gòu)成的高度結(jié)構(gòu)化的一奇偶校驗(yàn)矩陣。所述的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元將此信息輸入合成編碼單元。如圖4所示，所述的合成編碼單元的乘法單元將一輸入的數(shù)據(jù)信息Xs和所述的奇偶校驗(yàn)矩陣信息進(jìn)行乘法運(yùn)算，將其結(jié)果z輸入到第一解算單元，第一解算單元根據(jù)第一個(gè)單元求解方程Uy＝z(U乘以y等于z)進(jìn)行解算，其中y是該單元的求解結(jié)果，將解算信息y輸入第二解算單元，第二解算單元根據(jù)第二單元求解方程LXp＝y(tǒng)，進(jìn)行解算，其中U和L是上/下三角矩陣，Xp是帶有奇偶校驗(yàn)信息的數(shù)據(jù)，也是該單元的求解結(jié)果。最后，合并單元將具有奇偶校驗(yàn)碼信息的數(shù)據(jù)Xp和輸入信息Xs的比特位合并，并將其結(jié)果輸出。
如圖2所示的本發(fā)明用于HS-LDPC編碼方法的一個(gè)碼率為1/2的HS-LDPC解碼器，其結(jié)構(gòu)和連接是根據(jù)上述的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元生成的奇偶校驗(yàn)矩陣H的結(jié)構(gòu)而設(shè)定的，每一可變節(jié)點(diǎn)單元對(duì)相同列中分矩陣和子矩陣的計(jì)算，每一校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元用于對(duì)相同行中分矩陣和子矩陣的計(jì)算。所以所述的編碼器中的可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元的數(shù)目和連接是與所述奇偶校驗(yàn)矩陣的結(jié)構(gòu)相符合的，所述可變節(jié)點(diǎn)單元根據(jù)奇偶校驗(yàn)矩陣的行重值而設(shè)置，所述校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元根據(jù)所述奇偶校驗(yàn)矩陣的列重值而設(shè)置。所述的連接單元負(fù)責(zé)可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元的互聯(lián)，其是由奇偶校驗(yàn)矩陣的結(jié)構(gòu)所決定的，即是矩陣校驗(yàn)碼中每一行中非零字的矩陣序列。這里，由所得到的奇偶校驗(yàn)矩陣H可得到所述的編碼器共有36個(gè)并行的可變節(jié)點(diǎn)VNC，18個(gè)并行運(yùn)行的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元CNU和3個(gè)連接單元與VNC和CNU連接，如圖2所示。其中所述的可變節(jié)點(diǎn)單元又包含多個(gè)存儲(chǔ)單元，用來存儲(chǔ)可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元之間的交換信息。在解碼過程中，所述的可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元共同完成HS-LDPC碼的迭帶解碼過程，其處理過程是根據(jù)Log-BP算法而實(shí)現(xiàn)的。
實(shí)施例二是以編碼率為5/8的長(zhǎng)碼進(jìn)行本發(fā)明的HS-LDPC編碼方法和解碼方法。其與實(shí)施例一不同之處僅在于所述編碼器中的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元所生成奇偶校驗(yàn)矩陣H不同和與H結(jié)構(gòu)有關(guān)的解碼器的結(jié)構(gòu)有變化，其他的編碼和解碼過程與實(shí)施例一基本相同，這里就不再重復(fù)。
所述的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元根據(jù)HS-LDPC碼(3，8)可知其列重j為3，可生成分矩陣為H0，H1，H2的奇偶校驗(yàn)矩陣H，又根據(jù)其行重k為8，因?yàn)楹痛a長(zhǎng)為9472故可以將碼長(zhǎng)9472除以行重8，生成1184塊所述校驗(yàn)分矩陣H0，H1，H2的校驗(yàn)子矩陣A0，A1，...Ak，B0，B1，...Bk，C0，C1，...Ck，因?yàn)?個(gè)碼長(zhǎng)為1，所以分矩陣的碼長(zhǎng)可視為1184，在利用分矩陣的碼長(zhǎng)除以行重k值8生成單位矩陣I的數(shù)目為148進(jìn)而可以得到由單位矩陣的I(i，j)，148X148的單位矩陣。H1中的單位矩陣P(i，j)是根據(jù)相對(duì)應(yīng)的I(i，j)單位矩陣循環(huán)移位得到的，這里的算法與實(shí)施例一相同，即P(i，j)＝Tu(i)。H1中的單位矩陣S(i，j)也是根據(jù)相對(duì)應(yīng)的I(i，j)單位矩陣的隨機(jī)循環(huán)移位。如圖6和圖7給出了每個(gè)P(i，j)和S(i，j)移位數(shù)目u。最后，通過循環(huán)移位后得到一奇偶校驗(yàn)矩陣H，其是具有三個(gè)分矩陣和由148X148的單位矩陣進(jìn)行循環(huán)移位后形成的1148個(gè)子矩陣而構(gòu)成的高度結(jié)構(gòu)化的一奇偶校驗(yàn)矩陣。所述的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元將此信息輸入合成單元。
如圖3所示的本發(fā)明用于HS-LDPC編碼方法的一個(gè)碼率為5/8的HS-LDPC解碼器，其結(jié)構(gòu)和連接是根據(jù)上述的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元生成的奇偶校驗(yàn)矩陣H的結(jié)構(gòu)而設(shè)定的，每一可變節(jié)點(diǎn)單元對(duì)相同列中分矩陣和子矩陣的計(jì)算，每一校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元用于對(duì)相同行中分矩陣和子矩陣的計(jì)算。所以所述的編碼器中的可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元的數(shù)量和連接是與所述奇偶校驗(yàn)矩陣的結(jié)構(gòu)相符合的，所述可變節(jié)點(diǎn)單元根據(jù)奇偶校驗(yàn)矩陣的行重值而設(shè)置，所述校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元根據(jù)所述奇偶校驗(yàn)矩陣的列重值而設(shè)置。所述的連接單元負(fù)責(zé)可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元的互聯(lián)，其是由奇偶校驗(yàn)矩陣的結(jié)構(gòu)所決定的。這里，所述的編碼器共有32個(gè)并行的可變節(jié)點(diǎn)VNC，12個(gè)并行運(yùn)行的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元CNU和3個(gè)連接單元與VNC和CNU連接。其中所述的可變節(jié)點(diǎn)單元又包含多個(gè)存儲(chǔ)單元，用來存儲(chǔ)可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元之間的交換信息。根據(jù)奇偶校驗(yàn)矩陣H的需要，在圖中用三個(gè)路由器來實(shí)現(xiàn)VNU和CNU之間的固定連接。為了降低硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，該解碼器的VNU和CNU采用了時(shí)間共享的方式，每個(gè)VNU負(fù)責(zé)相臨兩列中子矩陣的處理工作，每個(gè)CNU負(fù)責(zé)相臨兩行中子矩陣的計(jì)算工作。對(duì)照碼率為1/2的LDPC的解碼器框圖可以看出，兩個(gè)解碼器的結(jié)構(gòu)非常相似，而這正是結(jié)構(gòu)化的H矩陣所決定的。在解碼過程中，所述的可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元共同完成HS-LDPC碼的迭帶解碼過程，其處理過程是根據(jù)Log-BP算法而實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明僅以1/2碼率和5/8碼率為例對(duì)本發(fā)明的HS-LDPC編解碼方法進(jìn)行說明，本發(fā)明的HS-LDPC編碼方法不僅限于上述實(shí)施例還可也以適用于不同的碼率。
利用本發(fā)明所涉及的HS-LDPC編碼和解碼方法使得數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)，特別是數(shù)據(jù)信號(hào)在不同的邏輯信道上傳輸時(shí)，可以采用靈活的調(diào)制/編碼配置，在數(shù)率傳輸速率和硬件復(fù)雜程度上可以根據(jù)需要而靈活掌握，這給需要寬帶較大的多媒體數(shù)據(jù)傳輸帶來了更大的便利。本發(fā)明的HS-LDPC編碼和解碼的效果以及其在整個(gè)系統(tǒng)中的性能也是具有明顯的優(yōu)越性的，如圖9所示，在采用HS-LDPC編碼方法和DVB-T系統(tǒng)下系統(tǒng)性能和仿真效果的對(duì)照表，其中在相同碼率下，在低數(shù)據(jù)率，中數(shù)據(jù)率和高數(shù)據(jù)率的情況下，采用DVB-T系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率均低于采用HS-LDPC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率，并且采用DVB-T系統(tǒng)中的門限值均高于HS-LDPC系統(tǒng)所需要的門限值，也就是說，HS-LDPC系統(tǒng)所需要的硬件復(fù)雜度明顯的低于DVB-T系統(tǒng)所需要的硬件復(fù)雜度。圖10至圖12所示的是本發(fā)明的編碼方法在不同的信道中采用不同的調(diào)幅下的誤碼率的仿真效果圖，其清楚的說明本發(fā)明的編碼方法具有優(yōu)越的糾錯(cuò)性能。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可在本發(fā)明的精神及觀點(diǎn)內(nèi)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種不同的修改。凡依本發(fā)明權(quán)利要求書范圍所作的同等的變化及修飾，皆為本發(fā)明所保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種高度結(jié)構(gòu)化的LDPC的編碼方法，其包括如下步驟步驟一，通過一編碼器的一校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元根據(jù)預(yù)先設(shè)置的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC碼的碼率、列重和行重值生成一奇偶校驗(yàn)矩陣，并將生成的結(jié)果輸入一編碼器的一合成編碼單元；步驟二，所述的合成編碼單元將輸入的數(shù)據(jù)信息與所述的奇偶校驗(yàn)矩陣進(jìn)行合成運(yùn)算，得到一具有奇偶校驗(yàn)矩陣信息的數(shù)據(jù)信息；步驟三，將所述的由奇偶校驗(yàn)信息比特和輸入數(shù)據(jù)信息比特位合并的數(shù)據(jù)信息輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC的編碼方法，其中所述的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元成生奇偶校驗(yàn)矩陣的步驟是步驟一，校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元根據(jù)高度結(jié)構(gòu)化的LDPC碼的列重固定為3，生成一個(gè)具有三個(gè)校驗(yàn)分矩陣的校驗(yàn)矩陣；步驟二，根據(jù)高度結(jié)構(gòu)化的LDPC碼的碼長(zhǎng)和高度結(jié)構(gòu)化的LDPC碼中的行重，將所述的校驗(yàn)分矩生成若干塊校驗(yàn)子矩陣；步驟三，根據(jù)所述的校驗(yàn)子矩陣的碼長(zhǎng)除以所述高度結(jié)構(gòu)化的LDPC碼中的行重值得到一校驗(yàn)單位矩陣；步驟四，將所述的校驗(yàn)單位矩陣在所有的校驗(yàn)分矩陣中進(jìn)行循環(huán)移位后，得到一奇偶校驗(yàn)矩陣；步驟五，將所得到的一奇偶校驗(yàn)矩陣信息輸入到編碼器的合成編碼單元。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC的編碼方法，其中，所述的奇偶校驗(yàn)矩陣的列重(j)固定為3，行重(k)根據(jù)不同的碼率變化。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種高度結(jié)構(gòu)化的LDPC編碼方法，其中所述的奇偶校驗(yàn)矩陣由三個(gè)校驗(yàn)子矩陣(H0)，(H1)，(H2)構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC編碼方法，其中，所述的校驗(yàn)分矩陣H0，是由單位矩I(i，j)陣循環(huán)移位構(gòu)成，所述的分矩陣H1，是由單位矩P(i，j)陣循環(huán)移位構(gòu)成，所述的分矩陣H2，是由單位矩S(i，j)陣循環(huán)移位構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC編碼方法，其中，所述的循環(huán)移位是按照如下公式進(jìn)行的移位P(i，j)＝Tu(i)，T表示右循環(huán)移位的算子用T來表示右循環(huán)移位算子，Tu(i)代表向右循環(huán)移動(dòng)u列。
7. 如權(quán)利要求5所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC編碼方法，其中，所述的循環(huán)移位是按照如下公式進(jìn)行的移位S(i，j)＝Tu(i)，T表示右循環(huán)移位的算子用T來表示右循環(huán)移位算子，Tu(i)代表向右循環(huán)移動(dòng)u列。
8.如權(quán)利要求1所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC的編碼方法，其中，所述的合成編碼單元的合成編碼運(yùn)算方法是，步驟一，一乘法單元將一輸入的數(shù)據(jù)信息Xs和所述的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元生成的一奇偶校驗(yàn)矩陣信息Hs進(jìn)行乘法運(yùn)算，將其結(jié)果z輸入到第一解算單元進(jìn)行解算；步驟二，所述的第一解算單元根據(jù)第一個(gè)單元解算方程Uy＝z(U乘以y等于z)，其中y是該單元的求解結(jié)果，將解算信息y輸入第二解算單元進(jìn)行解算；步驟三，所述的第二解算單元根據(jù)第二單元解算方程L Xp＝y(tǒng)，其中U和L是上/下三角矩陣，Xp是帶有奇偶校驗(yàn)信息的數(shù)據(jù)，也是該單元的求解結(jié)果輸入一合并單元；步驟四，所述的合并單元將具有奇偶校驗(yàn)矩陣信息的數(shù)據(jù)Xp和輸入信息Xs的比特位合并，并將其結(jié)果輸出。
9.一種高度結(jié)構(gòu)化的LDPC編碼器，其中，所述的編碼器由一校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元和一合成編碼單元組成，其中，所述的校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元根據(jù)預(yù)先設(shè)置的HS-LDPC碼的碼率、列重和行重值生成一奇偶校驗(yàn)矩陣，并將生成的結(jié)果輸入所述的合成編碼單元；所述的合成編碼單元其用于將輸入的數(shù)據(jù)信息與所述的奇偶校驗(yàn)矩陣進(jìn)行合成運(yùn)算，得到一具有奇偶校驗(yàn)矩陣信息的數(shù)據(jù)信息，并將所述的由奇偶校驗(yàn)信息比特和輸入數(shù)據(jù)信息特位合并的數(shù)據(jù)信息輸出。
10.如權(quán)利要求9所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC編碼器，其中所述的合成編碼單元由一乘法法單元、第一解算單元，第二解算單元和一合并單元組成，所述的乘法單元用于將輸入的信息比特(Xs)進(jìn)行乘法運(yùn)算得到信號(hào)(z)并將此信號(hào)輸入第一解算單元；所述的第一解算單元用于根據(jù)第一解算方程進(jìn)行解算，并將解算得到一解算信息(Uy)輸入第二解算單元；所述的第二解算單元用于根據(jù)第二解算方程將從一解算單元輸出的信息(Uy)再次進(jìn)行解算，得到帶有奇偶校驗(yàn)信息的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)Xp輸入到合并單元；所述的合并單元用于將具有奇偶校驗(yàn)碼信息的數(shù)據(jù)Xp和輸入信息Xs的比特位合并，并將其結(jié)果輸出。
11.一種高度結(jié)構(gòu)化的LDPC解碼方法，其包括如下步驟步驟一，根據(jù)奇偶校驗(yàn)矩陣的結(jié)構(gòu)，預(yù)先設(shè)定編碼器的可變節(jié)點(diǎn)單元，校驗(yàn)接點(diǎn)單元和連接單元的數(shù)目和相應(yīng)的連接結(jié)構(gòu)；步驟二，在執(zhí)行解碼的過程中，每個(gè)可變節(jié)點(diǎn)單元負(fù)責(zé)相同列中的分矩陣和子矩陣的處理工作，每個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)相同行中分矩陣和子矩陣的處理工作，所述的連接單元負(fù)責(zé)可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元的互聯(lián)，其中所述的可變節(jié)點(diǎn)單元又包含多個(gè)存儲(chǔ)單元，用來存儲(chǔ)可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元之間的交換信息。；步驟三，所述的可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元共同完成HS-LDPC碼的迭帶解碼過程。
12.如權(quán)利要求11所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC的解碼方法，其中所述的編碼器中的可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元的數(shù)量和連接是與所述矩陣校驗(yàn)碼的結(jié)構(gòu)相符合的，所述可變節(jié)點(diǎn)單元根據(jù)奇偶矩陣校驗(yàn)碼的行重值而設(shè)置，所述校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元根據(jù)所述奇偶矩陣校驗(yàn)的列重值而設(shè)置，所述的連接單元是由矩陣校驗(yàn)碼的結(jié)構(gòu)中每一行中非零的字矩陣的序列而決定的。
13.如權(quán)利要求11或12所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC的解碼方法，其中所述的連接單元是固定的連接單元。
14.如權(quán)利要求11或12所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC的解碼方法，其中所述的連接單元是路由器。
15.如權(quán)利要求11或12所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC的解碼方法，其中所述的迭代解碼算法是采用Log-BP算法。
16.如權(quán)利要求11或12所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC的解碼方法，其中當(dāng)需要提供更高的數(shù)據(jù)率的情況時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際的需要將所述的可變節(jié)點(diǎn)單元和所述的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元進(jìn)行劃分，分成更小的可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元，在解碼過程中所有的可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元可以并行處理數(shù)據(jù)。
17.如權(quán)利要求11或12所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC的解碼方法，其中當(dāng)需要降低硬件的復(fù)雜性的情況時(shí)，可以將所述的可變節(jié)點(diǎn)單元和所述的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元按照簡(jiǎn)單的時(shí)間共享的方式可并成一個(gè)處理單元。
18.如權(quán)利要求11或12所述的高度結(jié)構(gòu)化的LDPC的解碼方法，其中可以根據(jù)實(shí)際情況，采取將所述可變節(jié)點(diǎn)單元和所述的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元?jiǎng)澐指〉目勺児?jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元以及將所述的可變節(jié)點(diǎn)單元和所述的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元按照簡(jiǎn)單的時(shí)間共享的方式可并成一個(gè)處理單元相結(jié)合的方式。
19.一種高度結(jié)構(gòu)化的LDPC解碼器，所述的解碼器由一可變節(jié)點(diǎn)單元，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元和連接可變單元和校驗(yàn)單元之間的連接單元組成；其中所述的每一可變節(jié)點(diǎn)單元用于對(duì)相同列中分矩陣和子矩陣的計(jì)算，可變節(jié)點(diǎn)單元的數(shù)目根據(jù)矩陣校驗(yàn)碼的行重而設(shè)置，其通過所述的連接單元與所述的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元連接；其中所述的每一校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元用于對(duì)相同行中分矩陣和子矩陣的計(jì)算，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元的數(shù)目根據(jù)其數(shù)目矩陣校驗(yàn)碼的列重而設(shè)置，其通過所述的連接單元與所述的可變單元連接；其中所述的可變節(jié)點(diǎn)單元又包含多個(gè)存儲(chǔ)單元，用來存儲(chǔ)可變單元和校驗(yàn)單元之間的交換信息；所述的連接單元用于將可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元互聯(lián)，其是由矩陣校驗(yàn)碼的結(jié)構(gòu)所決定的。
全文摘要
本發(fā)明提出一種高度結(jié)構(gòu)化的LDPC編解碼方法，其編碼是通過編碼器的一校驗(yàn)矩陣產(chǎn)生單元根據(jù)預(yù)先設(shè)置的HS－LDPC碼的碼率、列重和行重生成一奇偶校驗(yàn)矩陣，并將生成的結(jié)果輸入一編碼器的一合成編碼單元，合成編碼單元將輸入的數(shù)據(jù)信息與奇偶校驗(yàn)矩陣進(jìn)行合成運(yùn)算，將由奇偶校驗(yàn)信息比特和輸入數(shù)據(jù)信息特位合并的數(shù)據(jù)信息輸出。其解碼方法是根據(jù)矩陣奇偶校驗(yàn)碼的需要，預(yù)先設(shè)定編碼器的可變節(jié)點(diǎn)單元，校驗(yàn)接點(diǎn)單元和連接單元的數(shù)量和相應(yīng)的連接結(jié)構(gòu)，可變節(jié)點(diǎn)單元和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元共同完成HS－LDPC碼的迭帶解碼過程。該方法能夠極大地降低整個(gè)解碼器硬件執(zhí)行的復(fù)雜性，易于根據(jù)各類應(yīng)用的需要在硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和速度之間的折衷。
文檔編號(hào)H03M13/00GK1625057SQ20031011889
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者劉輝, 王聯(lián), 邢觀斌, 沈漫源, 楊慶華, 申紅兵, 李群 申請(qǐng)人:北京泰美世紀(jì)科技有限公司