專(zhuān)利名稱(chēng)：構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法、譯碼方法及其傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低密度奇偶校驗(yàn)碼，更具體地說(shuō)，涉及構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法、譯碼方法及利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1948年，克勞德·仙農(nóng)(Claude Shannon)開(kāi)創(chuàng)性地提出了著名的“有噪信道編碼定理”，指出了有噪信道信息可傳輸?shù)淖畲笏俾剩葱诺廊萘?。同時(shí)，Shannon也推導(dǎo)出了有噪信道的極限傳輸能力，即信息無(wú)誤傳輸所需的信噪比最小值，也稱(chēng)為Shannon限。Shannon限是衡量信道糾錯(cuò)編碼能力的最重要指標(biāo)。糾錯(cuò)編碼性能曲線越逼近Shannon限，就表明糾錯(cuò)編碼性能越優(yōu)秀；反之，離Shannon限距離越遠(yuǎn)，性能越差。
低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼是一類(lèi)能夠逼近Shannon限的性能優(yōu)秀的信道糾錯(cuò)編碼方案。LDPC碼是一類(lèi)特殊的線性奇偶校驗(yàn)分組碼，其奇偶校驗(yàn)矩陣是“稀疏”的只有非常小數(shù)目的非0矩陣元素(對(duì)于二進(jìn)制碼來(lái)說(shuō)，非0元素即為元素1)，其它元素都為0。1960年，羅伯特·加拉格(Robert Gallager)在其博士論文中首次提出了LDPC碼的概念，并提出了兩種迭代譯碼算法，因此LDPC碼又被稱(chēng)為Gallager碼。Gallager從理論上指出，利用迭代譯碼算法(或消息傳遞算法)，LDPC碼能夠以較低的復(fù)雜度逼近信道容量。這是一項(xiàng)很重大的發(fā)明。但是在隨后的三十多年里，人們一直未能給予這項(xiàng)發(fā)明以足夠重視。
現(xiàn)在看來(lái)，LDPC碼被忽視的原因也許是由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)軟硬件水平低下，人們無(wú)法從計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果中得知LDPC碼的優(yōu)異性能；另外一種可能的原因是LDPC碼需要較大的存儲(chǔ)空間，這在當(dāng)時(shí)是無(wú)法承受的；并且當(dāng)時(shí)其它碼類(lèi)如里德-所羅門(mén)(Reed-So1omon)碼和漢明(Hamming)碼等是可用的，也就是說(shuō)暫時(shí)存在可用的信道編碼方案，人們就沒(méi)有刻意地去研究LDPC碼。
但是，即使在今天，若希望將LDPC碼應(yīng)用到實(shí)際的通信系統(tǒng)中，仍然需要認(rèn)真研究和設(shè)計(jì)LDPC碼。由于實(shí)際的通信系統(tǒng)對(duì)LDPC碼附加了一些特殊的要求，如需要低復(fù)雜度的編譯碼器硬件實(shí)現(xiàn)方案和優(yōu)秀的糾錯(cuò)性能等，因此除了需要對(duì)編譯碼方法進(jìn)行深入研究外，還必須對(duì)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣構(gòu)造附加一些特殊的限制。一般說(shuō)來(lái)，構(gòu)造LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣有兩種方法。一種方法是先對(duì)校驗(yàn)矩陣設(shè)置一些屬性限制如最小環(huán)長(zhǎng)或結(jié)點(diǎn)度分布等，再利用計(jì)算機(jī)搜索方法進(jìn)行隨機(jī)或者類(lèi)隨機(jī)生成奇偶校驗(yàn)矩陣。另一種方法是利用數(shù)學(xué)公式對(duì)LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣進(jìn)行構(gòu)造，使之擁有規(guī)律化的結(jié)構(gòu)。但是這兩種方法都不能使糾錯(cuò)性能以及低復(fù)雜度達(dá)到令人滿(mǎn)意的程度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了對(duì)解決上述問(wèn)題，獲得糾錯(cuò)性能優(yōu)秀，并且編譯碼器的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度都很低的低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼，為此本發(fā)明提供了一種構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法、譯碼方法以及利用LDPC碼的一類(lèi)傳輸系統(tǒng)。
上述的糾錯(cuò)性能優(yōu)秀是指LDPC碼的誤碼糾錯(cuò)性能的門(mén)限值非常逼近仙農(nóng)(Shannon)限，并且錯(cuò)誤地板(error floor)非常低。上述的復(fù)雜度低是指LDPC碼的編碼器和譯碼器采用硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，在滿(mǎn)足操作速度的前提條件下，消耗硬件的資源如存儲(chǔ)空間和邏輯單元等都很少。這里指的硬件包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)和專(zhuān)用集成電路(ASIC)等。
表征信道編碼方案的糾錯(cuò)性能的一個(gè)最重要的參數(shù)是碼的最小距離；對(duì)LDPC碼來(lái)說(shuō)，碼的最小環(huán)長(zhǎng)(girth)，在某種程度上，也能夠表征LDPC碼的糾錯(cuò)性能。碼的最小環(huán)長(zhǎng)的概念將在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中描述。
低密度奇偶校驗(yàn)矩陣可以完全表征LDPC碼，因此構(gòu)造LDPC碼僅僅通過(guò)構(gòu)造LDPC碼對(duì)應(yīng)的低密度奇偶校驗(yàn)矩陣就可以了。這里所指的低密度奇偶校驗(yàn)矩陣是指奇偶校驗(yàn)矩陣是“稀疏”的只有非常小數(shù)目的非0矩陣元素(對(duì)于二進(jìn)制碼來(lái)說(shuō)，非0元素即為元素1)，其它元素都為0。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案提供了一種構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，該方法包括利用固定圖樣構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的低密度奇偶校驗(yàn)矩陣；將信源發(fā)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，直接或間接利用上述構(gòu)造的奇偶校驗(yàn)矩陣進(jìn)行編碼，獲得低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼字；和輸出低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼字。
本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案提供了一種奇偶校驗(yàn)碼的譯碼方法，該方法包括根據(jù)星座映射方案計(jì)算每個(gè)碼字比特對(duì)應(yīng)的度量值；對(duì)度量值進(jìn)行分塊；實(shí)時(shí)重新生成與發(fā)射機(jī)采用的相同的低密度奇偶校驗(yàn)碼的低密度奇偶校驗(yàn)矩陣，該低密度奇偶校驗(yàn)矩陣可以采用利用固定圖樣生成的奇偶校驗(yàn)矩陣；利用成塊的度量值和實(shí)時(shí)重新生成的奇偶校驗(yàn)矩陣，進(jìn)行迭代處理方式的低密度奇偶校驗(yàn)碼的譯碼操作，獲得對(duì)應(yīng)于發(fā)射機(jī)的信源數(shù)據(jù)的硬判決形式；和輸出硬判決數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的又一個(gè)技術(shù)方案提供了一種利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)射裝置和接收裝置，所述發(fā)射裝置包括將信源發(fā)出的數(shù)據(jù)先進(jìn)入低密度奇偶校驗(yàn)碼編碼器進(jìn)行編碼的裝置，該編碼器可以采用利用固定圖樣構(gòu)造的奇偶校驗(yàn)碼的編碼器；然后進(jìn)入隨機(jī)化器進(jìn)行隨機(jī)化的裝置；再進(jìn)入交織器進(jìn)行交織的裝置；以及最后通過(guò)調(diào)制器傳向空中的裝置。
本發(fā)明的又一個(gè)技術(shù)方案提供了一種利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)射裝置和接收裝置，所述接收裝置包括從空中接收射頻信號(hào)，進(jìn)行下變頻和濾波，獲得基帶信號(hào)的裝置；先將基帶信號(hào)送入同步器獲得同步的起始位置的裝置；然后根據(jù)同步的起始位置，截取數(shù)據(jù)進(jìn)行包括信道估計(jì)和解調(diào)的操作，這些操作都在解調(diào)器中完成的裝置；然后將輸出數(shù)據(jù)送入解交織器執(zhí)行解交織操作的裝置；再將輸出數(shù)據(jù)送入解隨機(jī)化器執(zhí)行解隨機(jī)化操作的裝置；再將輸出數(shù)據(jù)送入低密度奇偶校驗(yàn)碼譯碼器進(jìn)行譯碼的裝置；以及最后將譯碼數(shù)據(jù)送入信宿的裝置。
本發(fā)明提出的低密度奇偶校驗(yàn)碼的構(gòu)造方法和傳輸系統(tǒng)巧妙地將現(xiàn)有技術(shù)的兩種方法結(jié)合起來(lái)。根據(jù)本發(fā)明提出的構(gòu)造方法可獲得性能優(yōu)秀的低密度奇偶校驗(yàn)碼的奇偶校驗(yàn)矩陣、低密度奇偶校驗(yàn)碼的構(gòu)造方法及低復(fù)雜度的譯碼方法。


在附圖的各視圖中，借助于實(shí)例，而不是用來(lái)限制，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，并且在其中，相同的參考數(shù)字指的是類(lèi)似的元件，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的發(fā)射機(jī)的示例，該實(shí)施例的發(fā)射機(jī)示例采用了低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的通信系統(tǒng)(200)，包括發(fā)射機(jī)(201)、信道(202)和接收機(jī)(203)，該通信系統(tǒng)采用了LDPC碼；圖3是圖2的通信系統(tǒng)中的示例性的接收機(jī)(300)；圖4是圖2通信系統(tǒng)中的一個(gè)示例性的隨機(jī)化器(401)和解隨機(jī)化器(402)；圖5是圖2通信系統(tǒng)中的一個(gè)示例性的交織器(501)和解交織器(502)；圖6是一個(gè)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣示例(600)；圖7是圖6的LDPC碼的唐納(Tanner)圖(700)；圖8是圖6的LDPC碼的示例性的樹(shù)狀圖(800)；圖9是本發(fā)明的LDPC碼的校驗(yàn)矩陣示例，該校驗(yàn)矩陣(900)包括兩個(gè)子矩陣；圖10是可以用于校驗(yàn)矩陣的三角形矩陣的示例；圖11是可以用于校驗(yàn)矩陣的某些特殊形式的三角矩陣的示例；圖12是固定圖樣的示例(1200)以及小矩陣的示例(1201)；圖13A和圖13B是兩個(gè)固定圖樣的子矩陣的示例；圖14A、圖14B和圖14C組成了可以用于本發(fā)明的固定圖樣的集合(1400)的示例(1401)～(1425)；這些固定圖樣都是正方形矩陣；圖15是通過(guò)構(gòu)造固定圖樣的子矩陣構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的生成過(guò)程；圖16是采用邏輯電路表達(dá)數(shù)學(xué)公式的一個(gè)示例，該示例表達(dá)的數(shù)學(xué)公式是out＝in1+in2；圖17是本發(fā)明的一個(gè)具體的LDPC碼的誤碼率性能曲線；圖18是本發(fā)明的一個(gè)具體的LDPC碼的誤塊率性能曲線。
具體實(shí)施例方式
下面具體描述本發(fā)明的LDPC碼的構(gòu)造方法以及奇偶校驗(yàn)碼的譯碼方法。
編碼方法先構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的低密度奇偶校驗(yàn)矩陣；將信源(101)發(fā)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，直接或間接利用上述構(gòu)造的奇偶校驗(yàn)矩陣進(jìn)行編碼，獲得低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼字；以及輸出低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼字。
本發(fā)明提出的LDPC碼的構(gòu)造方法利用了固定的圖樣對(duì)校驗(yàn)矩陣進(jìn)行構(gòu)造。獲得了校驗(yàn)矩陣，就獲得了LDPC碼。記LDPC碼的校驗(yàn)矩陣為H，本發(fā)明的矩陣H具有如下形式H＝[A|B](1)其中，A和B分別是校驗(yàn)矩陣H的左子矩陣和右子矩陣，其列數(shù)目分別記為Nl和Nr，行數(shù)目都為M，并且N＝Nl+Nr是矩陣H的列數(shù)目。記K＝N-M表示LDPC碼的信息比特?cái)?shù)目。
子矩陣A或者B可以是空矩陣，并且至多有一個(gè)子矩陣可以是空矩陣。當(dāng)子矩陣A或者B是空矩陣的情況下，校驗(yàn)矩陣H事實(shí)上只包含了一個(gè)子矩陣(B或者A)，這個(gè)子矩陣稱(chēng)為固定圖樣的子矩陣。當(dāng)子矩陣A和B都不是空矩陣的情況下，限制其中一個(gè)子矩陣(A或者B)為方陣，并且由于本發(fā)明中的LDPC碼是系統(tǒng)碼，該子矩陣被限制為對(duì)應(yīng)于校驗(yàn)比特序列；另一個(gè)子矩陣(B或者A)被稱(chēng)為固定圖樣的子矩陣，與信息比特序列相對(duì)應(yīng)。或者對(duì)校驗(yàn)矩陣H進(jìn)行列交換后，重新劃分子矩陣A和B，其中一個(gè)子矩陣對(duì)應(yīng)于校驗(yàn)比特序列，另一個(gè)子矩陣對(duì)應(yīng)于信息比特序列。
對(duì)應(yīng)于校驗(yàn)比特序列的子矩陣進(jìn)而可以是多種多樣的三角形矩陣，也可以是某些特殊形式的三角形矩陣。這有利于編碼器的具體實(shí)現(xiàn)。下面描述固定圖樣的子矩陣的構(gòu)造過(guò)程。
構(gòu)造好了固定圖樣的子矩陣，進(jìn)而和另一個(gè)子矩陣合并起來(lái)可組成LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H。在構(gòu)造LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H之前，應(yīng)首先確定LDPC碼的變量結(jié)點(diǎn)和約束結(jié)點(diǎn)的度分布，有利于LDPC碼的糾錯(cuò)性能的改善。關(guān)于變量結(jié)點(diǎn)和約束結(jié)點(diǎn)的概念，將在具體實(shí)施方式
中介紹。
構(gòu)造固定圖樣的子矩陣，進(jìn)而構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼包括以下步驟第一步(1501)設(shè)置固定圖樣的子矩陣的行數(shù)目和列數(shù)目；第二步(1502)從固定圖樣的集(1400)中選擇合適的固定圖樣組成固定圖樣的子矩陣；第三步(1503)設(shè)置固定圖樣中的小矩陣(1201)的數(shù)目和大??；第四步(1504)判斷小矩陣(1201)的數(shù)目和大小是否都為正整數(shù)；若是，執(zhí)行第五步；若不是，轉(zhuǎn)到第二步；第五步(1505)分別設(shè)置每個(gè)小矩陣的重量；第六步(1506)根據(jù)每個(gè)小矩陣的重量，分別在每個(gè)小矩陣內(nèi)隨機(jī)生成數(shù)目等于當(dāng)前小矩陣的重量的個(gè)數(shù)的非0元素，這些非0元素或者在同一行，或者在同一列；第七步(1507)執(zhí)行非0元素?cái)U(kuò)展，獲得擴(kuò)展后的固定圖樣的子矩陣；第八步(1508)將預(yù)先確定好的另一子矩陣和擴(kuò)展后的固定圖樣的子矩陣合并組成校驗(yàn)矩陣；第九步(1509)評(píng)估校驗(yàn)矩陣對(duì)應(yīng)的低密度奇偶校驗(yàn)碼的屬性；以及第十步(1510)判斷碼屬性是否滿(mǎn)足要求；若是，低密度奇偶校驗(yàn)碼的構(gòu)造過(guò)程結(jié)束；若不是，轉(zhuǎn)到第二步。
其中，第一步可進(jìn)一步地解釋為根據(jù)LDPC碼的碼率和碼長(zhǎng)以及校驗(yàn)矩陣的另一個(gè)子矩陣的具體情況(是空矩陣還是方陣)設(shè)置固定圖樣的子矩陣的行數(shù)目和列數(shù)目。第二步中的選擇合適的固定圖樣組成固定圖樣的子矩陣的原則包括變量結(jié)點(diǎn)或/和約束結(jié)點(diǎn)的度分布的要求，固定圖樣的子矩陣的行數(shù)目和列數(shù)目的比例的要求，以及有利于節(jié)約譯碼器305的存儲(chǔ)空間的要求；其中節(jié)約存儲(chǔ)空間的實(shí)現(xiàn)方法之一是將小矩陣(1201)的大小設(shè)置為2的冪次方。
記某個(gè)小矩陣的重量為WTi。本發(fā)明定義小矩陣的重量為小矩陣內(nèi)至少存在一行或者一列，在小矩陣內(nèi)該行或者該列上有WTi個(gè)非0元素(對(duì)于二進(jìn)制LDPC碼來(lái)說(shuō)，有WTi個(gè)1元素)。不同小矩陣的重量可以相同，也可以不同。小矩陣的重量可以大于0，也可以等于0。小矩陣的重量的確定原則是根據(jù)變量結(jié)點(diǎn)和約束結(jié)點(diǎn)的度分布。也就是說(shuō)，固定圖樣的選擇和小矩陣重量的設(shè)置都用到了變量結(jié)點(diǎn)和約束結(jié)點(diǎn)的度分布。
第六步可以進(jìn)一步解釋為，若某個(gè)小矩陣的重量被設(shè)置成了WTi，那么在小矩陣內(nèi)隨機(jī)地選擇一行或者一列，再?gòu)脑撔谢蛘咴摿猩想S機(jī)地選擇WTi個(gè)位置(即對(duì)應(yīng)地，WTi個(gè)列或者WTi個(gè)行)，這些最終的矩陣位置(行和列交叉處)就是非0元素的位置。簡(jiǎn)化地，可有半隨機(jī)方式，即預(yù)先固定好行位置或者列位置，隨機(jī)地選擇對(duì)應(yīng)的列位置或者行位置。
記小矩陣大小為L(zhǎng)行L列。非0元素?cái)U(kuò)展定義為由一個(gè)非0元素，擴(kuò)展為L(zhǎng)個(gè)非0元素，即新增L-1個(gè)非0元素。對(duì)二進(jìn)制碼來(lái)說(shuō)，就是由1個(gè)元素1擴(kuò)展為L(zhǎng)個(gè)元素1。非0元素?cái)U(kuò)展包括小矩陣內(nèi)擴(kuò)展和小矩陣外擴(kuò)展。所謂小矩陣內(nèi)擴(kuò)展是指擴(kuò)展后的所有非0元素的位置都一定包含在小矩陣內(nèi)；而小矩陣外擴(kuò)展是指擴(kuò)展后的非0元素的位置有可能不在小矩陣內(nèi)。
要想獲得性能優(yōu)秀的LDPC碼，非0元素?cái)U(kuò)展的原則是要盡可能地將所有擴(kuò)展后的非0元素“膨脹”開(kāi)來(lái)，即所有元素應(yīng)盡可能地兩兩不在同一行，或者同一列，并且距離越遠(yuǎn)越好。但巧妙設(shè)計(jì)非0元素之間的距離，可能會(huì)改善LDPC碼的其它屬性，如錯(cuò)誤地板的位置等。
非0元素?cái)U(kuò)展方法包括列擴(kuò)展、行擴(kuò)展以及混合擴(kuò)展。所謂列擴(kuò)展方法是指擴(kuò)展后的L個(gè)非0元素在垂直方向上的兩兩非0元素之間的最大距離大于或者等于在水平方向上的兩兩非0元素之間的最大距離。行擴(kuò)展方法定義為擴(kuò)展后的L個(gè)非0元素在水平方向上的兩兩非0元素之間的最大距離大于或者等于在垂直方向上的兩兩非0元素之間的最大距離?；旌蠑U(kuò)展是指混合采用列擴(kuò)展方法和行擴(kuò)展方法進(jìn)行非0元素?cái)U(kuò)展。需要指出的是，上述距離定義為水平距離或者垂直距離；因此，若采用小矩陣內(nèi)擴(kuò)展，行擴(kuò)展方法下的距離和列擴(kuò)展方法下的距離相等。
下面給出幾種具體的非0元素?cái)U(kuò)展方法。記某一個(gè)非0元素的H矩陣位置是(i0，j0)，其中i0和j0均從0計(jì)數(shù)。
擴(kuò)展方法1小矩陣內(nèi)擴(kuò)展其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣列位置是j0/L×L+(j0％L+1)％L，j0/L×L+(j0％L+2)％L，...，j0/L×L+(j0％L+L-1)％L；對(duì)應(yīng)地，行位置是i0/L×L+(i0％L+1)％L，...，i0/L×L+(i0％L+L-1)％L。其中，符號(hào)％表示模操作。
擴(kuò)展方法2小矩陣內(nèi)擴(kuò)展其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣列位置是j0/L×L+(j0％L+1)％L，j0/L×L+(j0％L+2)％L，...，j0/L×L+(j0％L+L-1)％L；對(duì)應(yīng)地，行位置是i0/L×L+(i0％L-1)％L，...，i0/L×L+(i0％L-L+1)％L。
擴(kuò)展方法3小矩陣外擴(kuò)展和列擴(kuò)展其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣列位置是j0/L×L+(j0％L+1)％L，j0/L×L+(j0％L+2)％L，...，j0/L×L+(j0％L+L-1)％L；或者，列位置是(j0+q)％Q，(j0+2×q)％Q，...，(j0+(L-1)×q)％Q；對(duì)應(yīng)地，行位置是(i0+p)％M，(i0+2×p)％M，...，(i0+(L-1)×p)％M。其中，1≤p≤M/L，且p為整數(shù)；2≤q≤Q/L，q是整數(shù)，Q是N或K。
擴(kuò)展方法4小矩陣外擴(kuò)展和列擴(kuò)展其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣列位置是j0/L×L+(j0％L+1)％L，j0/L×L+(j0％L+2)％L，...，j0/L×L+(j0％L+L-1)％L；或者，列位置是(j0+q)％Q，(j0+2×q)％Q，...，(j0+(L-1)×q)％Q；對(duì)應(yīng)地，行位置是(i0-p)％M，(i0-2×p)％M，...，(i0-(L-1)×p)％M。其中，1≤p≤M/L，且p為整數(shù)；2≤q≤Q/L，q是整數(shù)，Q是N或K。
擴(kuò)展方法5小矩陣外擴(kuò)展和列擴(kuò)展其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣列位置是j0/L×L+(j0％L+1)％L，j0/L×L+(j0％L+2)％L，...，j0/L×L+(j0％L+L-1)％L；或者，列位置是(j0+q)％Q，(j0+2×q)％Q，...，(j0+(L-1)×q)％Q；對(duì)應(yīng)地，行位置是{i0％L+1/P×P+L×[(1+i0/L)％P]}％M，{i0％L+2/P×P+L×[(2+i0/L)％P]}％M，...，{i0％L+(L-1)/P×P+L×[{L-1+i0/L)％P]}％M。其中，P＝M/L；2≤q≤Q/L，q是整數(shù)，Q是N或K。
擴(kuò)展方法6小矩陣外擴(kuò)展和行擴(kuò)展其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣行位置是i0/L×L+(i0％L+1)％L，i0/L×L+(i0％L+2)％L，...，i0/L×L+(i0％L+L-1)％L；對(duì)應(yīng)地，列位置是(j0+p)％Q，(j0+2×p)％Q，...，(j0+(L-1)×p)％Q。其中，Q取值K或者N(依固定圖樣的子矩陣列數(shù)目而定)，對(duì)應(yīng)地，1≤p≤Q/L，且p為整數(shù)。
擴(kuò)展方法7小矩陣外擴(kuò)展和行擴(kuò)展其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣行位置是i0/L×L+(i0％L+1)％L，i0/L×L+(i0％L+2)％L，...，i0/L×L+(i0％L+L-1)％L；對(duì)應(yīng)地，列位置是(j0-p)％Q，(j0-2×p)％Q，...，(j0-(L-1)×p)％Q。其中，Q取值K或者N(依固定圖樣的子矩陣列數(shù)目而定)，對(duì)應(yīng)地，1≤p≤Q/L，且p為整數(shù)。
擴(kuò)展方法8小矩陣外擴(kuò)展和行擴(kuò)展其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣行位置是i0/L×L+(i0％L+1)％L，i0/L×L+(i0％L+2)％L，...，i0/L×L+(i0％L+L-1)％L；對(duì)應(yīng)地，列位置是{j0％L+1/P×P+L×[(1+j0/L)％P]}％Q，{j0％L+2/P×P+L×[(2+j0/L)％P]}％Q，...，{j0％L+(L-1)/P×P+L×[(L-1+j0/L)％P]}％Q。其中，Q取值K或者N(依固定圖樣的子矩陣列數(shù)目而定)，對(duì)應(yīng)地，P＝Q/L。
第九步中的LDPC碼的屬性包括碼的糾錯(cuò)性能、最小環(huán)長(zhǎng)、碼的最小距離和錯(cuò)誤地板至少其中之一。
需要指出的是，為了適配低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼率和碼長(zhǎng)，可以對(duì)碼字打孔，打掉一些碼字比特。打孔的一種實(shí)現(xiàn)方法是，先對(duì)待編碼比特序列添加固定比特序列，進(jìn)行編碼獲得碼字后，再將碼字中的這些固定比特序列打掉。固定比特序列可以是全0比特序列，也可以是其它模式的固定比特序列。
其中，低密度奇偶校驗(yàn)碼的低密度奇偶校驗(yàn)矩陣具有特征，允許采用參數(shù)完全表征低密度奇偶校驗(yàn)矩陣。存儲(chǔ)可以完全表征低密度奇偶校驗(yàn)矩陣的參數(shù)以便于重新實(shí)時(shí)生成低密度奇偶校驗(yàn)矩陣。
其中，低密度奇偶校驗(yàn)碼的低密度奇偶校驗(yàn)矩陣具有特征，允許采用各種擁有不同表現(xiàn)形式的參數(shù)完全表征低密度奇偶校驗(yàn)矩陣，這些不同表現(xiàn)形式的參數(shù)表征的校驗(yàn)矩陣實(shí)際上是同一個(gè)校驗(yàn)矩陣，對(duì)校驗(yàn)矩陣進(jìn)行列交換和行交換后，校驗(yàn)矩陣可以表現(xiàn)為相同的形式。存儲(chǔ)可以完全表征低密度奇偶校驗(yàn)矩陣的參數(shù)以便于重新實(shí)時(shí)生成低密度奇偶校驗(yàn)矩陣。
參數(shù)由數(shù)字和數(shù)學(xué)公式組成。隱含存儲(chǔ)可以部分表征低密度奇偶校驗(yàn)矩陣的數(shù)學(xué)公式以便于重新實(shí)時(shí)生成低密度奇偶校驗(yàn)矩陣。其中，隱含存儲(chǔ)數(shù)學(xué)公式不是采用存儲(chǔ)空間來(lái)存儲(chǔ)數(shù)學(xué)公式，而是采用數(shù)學(xué)邏輯電路來(lái)存儲(chǔ)數(shù)學(xué)公式。利用邏輯電路表示數(shù)學(xué)公式是本技術(shù)領(lǐng)域一般技術(shù)人員都精通的技術(shù)。
其中，由于低密度奇偶校驗(yàn)碼是線性分組碼，進(jìn)入低密度奇偶校驗(yàn)碼編碼器(102)的待編碼數(shù)據(jù)表現(xiàn)為分組的形式。
應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明LDPC碼的編碼器(102)可以利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣H來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的生成矩陣G來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體采用何種方式，視復(fù)雜度而定。低密度奇偶校驗(yàn)碼的生成矩陣G是根據(jù)校驗(yàn)矩陣獲得的。G和H滿(mǎn)足以下關(guān)系HGT＝0 (2)其中，T表示矩陣轉(zhuǎn)置，0表示全0列矢量。并且矩陣G具有以下形式G＝[I|P](3)其中，I表示單位矩陣，P表示一個(gè)子矩陣，P的具體內(nèi)容視校驗(yàn)矩陣H而定。
根據(jù)校驗(yàn)矩陣獲得生成矩陣的過(guò)程是離線完成的，不是編碼器(102)執(zhí)行編碼過(guò)程中實(shí)時(shí)完成的。并且，生成矩陣具有特征，可以采用參數(shù)完全表征。存儲(chǔ)可以完全表征生成矩陣的參數(shù)以便于編碼器(102)的實(shí)現(xiàn)。生成矩陣具有特征，可以采用擁有不同表現(xiàn)形式的參數(shù)完全表征，這些不同表現(xiàn)形式的參數(shù)表征的生成矩陣實(shí)際上是同一個(gè)生成矩陣，對(duì)生成矩陣進(jìn)行列交換和行交換后，生成矩陣可以表現(xiàn)為相同的形式，存儲(chǔ)可以完全表征生成矩陣的參數(shù)以便于編碼器(102)的實(shí)現(xiàn)。參數(shù)由數(shù)字和數(shù)學(xué)公式組成。數(shù)學(xué)公式可以部分表征生成矩陣，隱含存儲(chǔ)可以部分表征生成矩陣的數(shù)學(xué)公式以便于編碼器(102)的實(shí)現(xiàn)。隱含存儲(chǔ)數(shù)學(xué)公式以便于編碼器(102)的實(shí)現(xiàn)，不是采用存儲(chǔ)空間來(lái)存儲(chǔ)數(shù)學(xué)公式，而是采用數(shù)學(xué)邏輯電路來(lái)存儲(chǔ)數(shù)學(xué)公式。
低密度奇偶校驗(yàn)碼表現(xiàn)為系統(tǒng)碼。生成矩陣和校驗(yàn)矩陣可以采用不同表現(xiàn)形式的參數(shù)來(lái)完全表征，而不同表現(xiàn)形式的參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼器(102)擁有不同的實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
生成矩陣中對(duì)應(yīng)于待編碼比特的矩陣列組成的子矩陣經(jīng)過(guò)列變換和行變換后可以表現(xiàn)為單位矩陣的形式。
編碼器(102)可以利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)，編碼方法包括以下步驟對(duì)校驗(yàn)矩陣進(jìn)行列變換和行變換；將列變換和行變換后的校驗(yàn)矩陣分成兩個(gè)子矩陣，分別對(duì)應(yīng)于由編碼器(102)輸入比特組成的信息比特序列和待求解比特組成的校驗(yàn)比特序列；將信息比特序列和信息比特序列對(duì)應(yīng)的子矩陣相乘，獲得中間結(jié)果；將校驗(yàn)比特序列對(duì)應(yīng)的子矩陣進(jìn)行分解，獲得一個(gè)上三角矩陣和一個(gè)下三角矩陣；利用中間結(jié)果、上三角矩陣和下三角矩陣，通過(guò)迭代處理的方式，求解獲得校驗(yàn)比特序列；將信息比特序列和校驗(yàn)比特序列以首尾相連的方式連接起來(lái)，獲得合并比特序列；對(duì)合并比特序列的每個(gè)比特按比特位置進(jìn)行調(diào)整后，獲得低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼字比特序列；以及輸出低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼字。
其中，也可以不對(duì)校驗(yàn)矩陣進(jìn)行列變換或者行變換。
中間結(jié)果也可通過(guò)將校驗(yàn)矩陣和預(yù)碼字比特序列相乘獲得；其中，校驗(yàn)矩陣是利用可以完全表征校驗(yàn)矩陣的參數(shù)實(shí)時(shí)生成的；預(yù)碼字比特序列和編碼器(102)輸出的碼字比特序列除了校驗(yàn)比特取值不同外，其它方面都相同，預(yù)碼字比特序列中的校驗(yàn)比特取值都是0。
存儲(chǔ)中間結(jié)果以便于迭代處理的操作。
上三角矩陣和下三角矩陣都可以采用參數(shù)來(lái)完全表征，分別存儲(chǔ)可以完全表征上三角矩陣和下三角矩陣的參數(shù)以便于實(shí)時(shí)生成上三角矩陣和下三角矩陣。其中，可以完全表征上三角矩陣或下三角矩陣的參數(shù)擁有多種不同的表現(xiàn)形式，分別存儲(chǔ)可以完全表征上三角矩陣和下三角矩陣的參數(shù)以便于實(shí)時(shí)生成上三角矩陣和下三角矩陣。并且，上三角矩陣或/和下三角矩陣可以表現(xiàn)為單位矩陣的形式。其中，完全表征上三角矩陣和下三角矩陣的參數(shù)由數(shù)字和/或數(shù)學(xué)公式組成，以數(shù)學(xué)邏輯電路的形式存儲(chǔ)數(shù)學(xué)公式以便于實(shí)時(shí)生成上三角矩陣和下三角矩陣。
需要說(shuō)明的是，用多種形式的參數(shù)表示某個(gè)矩陣，這一點(diǎn)是十分淺顯易懂的。簡(jiǎn)單舉例說(shuō)來(lái)，記憶一個(gè)矩陣，既可以把其所有元素存儲(chǔ)下來(lái)，也可僅僅存儲(chǔ)其非0元素(或元素1)的位置；再舉例說(shuō)來(lái)，記憶某個(gè)矩陣，既可以存儲(chǔ)其非0元素位置，也可以存儲(chǔ)每塊小矩陣的位置和表示小矩陣內(nèi)非0元素的分布規(guī)律的數(shù)學(xué)公式，等等。
從一個(gè)方陣分解為上三角矩陣和下三角矩陣(LU分解)的方法有很多種，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員都可以完成。
譯碼方法根據(jù)星座映射方案計(jì)算每個(gè)碼字比特對(duì)應(yīng)的度量值；對(duì)度量值進(jìn)行分塊；實(shí)時(shí)重新生成與發(fā)射機(jī)(100)采用的相同的低密度奇偶校驗(yàn)碼的奇偶校驗(yàn)矩陣；利用成塊的度量值和實(shí)時(shí)重新生成的奇偶校驗(yàn)矩陣，進(jìn)行迭代處理方式的低密度奇偶校驗(yàn)碼的譯碼操作，獲得對(duì)應(yīng)于發(fā)射機(jī)(100)的信源(101)數(shù)據(jù)的硬判決形式；以及輸出硬判決數(shù)據(jù)。
記LDPC碼的校驗(yàn)矩陣為H＝[Hm，n]。集合N(m)＝{n:Hm，n＝1}表示與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m相鄰的所有比特節(jié)點(diǎn)，集合M(n)＝{m:Hm，n＝1}表示與比特節(jié)點(diǎn)n相鄰的所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。集合N(m)\n表示除比特節(jié)點(diǎn)n以外的集合N(m)，集合M(n)\m表示除校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m以外的集合M(n)。消息傳遞譯碼算法包括以下步驟初始化置zm，n＝Fn，其中zm，n表示從比特節(jié)點(diǎn)n傳遞給校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m的消息，F(xiàn)n表示接收比特n的對(duì)數(shù)似然比率(LLR)。
迭代處理在每次迭代中，執(zhí)行以下三步。
(1)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)處的消息更新Tm,n=Πn′∈N(m)\n1-exp(zm,n′)1+exp(zm,n′)---(4)]]>Lm,n=ln1-Tm,n1+Tm,n---(5)]]>其中Lm，n表示從校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m傳遞給比特節(jié)點(diǎn)n的消息。
(2)比特(變量)節(jié)點(diǎn)處的消息更新zm,n=Fn+Σm′∈M(n)\mLm′,n---(6)]]>zn=Fn+Σm∈M(n)Lm,n---(7)]]>其中zn表示比特n的后驗(yàn)LLR。
(3)硬判決和終止準(zhǔn)則(a)獲得判決碼字c^=[c^n],]]>若zn＞0，則c^n=1;]]>反之，c^n=0.]]>(b)若Hc^=0,]]>則認(rèn)為 是有效的譯碼碼字，譯碼過(guò)程結(jié)束；若迭代次數(shù)超過(guò)了某一預(yù)定的最大值，而 仍非有效碼字，則聲明譯碼失敗，譯碼過(guò)程結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)至第(1)步繼續(xù)執(zhí)行迭代譯碼。
下面再描述降低復(fù)雜度的譯碼算法。最直接的一種降低復(fù)雜度的譯碼算法是簡(jiǎn)化上述算法中的第(1)步，即將公式(4)和(5)簡(jiǎn)化為下述公式(8)。
其中，α是一個(gè)比例因子，sgn(·)表示取符號(hào)操作，min(·)表示取最小值操作。上述譯碼算法中，執(zhí)行公式(8)時(shí)需要從存儲(chǔ)空間中讀取所有相關(guān)的zm，n值，執(zhí)行公式(6)時(shí)需要從存儲(chǔ)空間中讀取所有相關(guān)的Fn值和Lm，n值。
更進(jìn)一步地，一種降低譯碼器復(fù)雜度的算法是減少譯碼器處理單元對(duì)存儲(chǔ)空間的訪問(wèn)次數(shù)，以及降低存儲(chǔ)空間的數(shù)目和大小。將公式(6)、(7)和(8)重寫(xiě)如下zm，n＝Vn-Lm，n(9)Lm,n=α×Πn′∈N(m)\nsgn(zm,n′)×minn′∈N(m)\n|zm,n′|---(10)]]>Un=Σm∈M(n)Lm,n---(11)]]>Vn＝Fn+Un(12)降低復(fù)雜度的譯碼器包含一塊Vn存儲(chǔ)空間，一塊Lm，n存儲(chǔ)空間，以及一塊(m，n)地址存儲(chǔ)空間。這些存儲(chǔ)空間分別都以整塊存儲(chǔ)，而非分開(kāi)存儲(chǔ)，從而減少了存儲(chǔ)空間的數(shù)目。整塊存儲(chǔ)可有效減小所占總的存儲(chǔ)空間的大小。
按上述順序，執(zhí)行公式(9)時(shí)從Vn存儲(chǔ)空間中讀取Vn值，從Lm，n存儲(chǔ)空間中讀取Lm，n值(對(duì)于初始化階段，Lm，n＝0)，計(jì)算獲得zm，n值，但不存儲(chǔ)zm，n值，直接將zm，n值用于公式(10)的計(jì)算；其中，從(m，n)地址存儲(chǔ)空間中讀取地址參數(shù)，計(jì)算行m對(duì)應(yīng)的列n值，m是按0、1、2、...的順序存儲(chǔ)的。同時(shí)，對(duì)Vn值進(jìn)行硬判決，獲得硬判決比特，同樣不存儲(chǔ)硬判決比特，在計(jì)算公式(10)時(shí)直接進(jìn)行約束關(guān)系是否滿(mǎn)足的驗(yàn)證，即上述譯碼算法中的第(3)步。執(zhí)行zm，n值的先后順序是先按校驗(yàn)矩陣的行順序，再按照校驗(yàn)矩陣的列順序。
接下來(lái)，執(zhí)行公式(10)、公式(11)和公式(12)，存儲(chǔ)Lm，n值，不存儲(chǔ)Un值，存儲(chǔ)Vn值。
其中，公式(10)也可以采用其它形式的具有同樣功能的處理公式，如公式(4)和(5)，只要可以獲得Lm，n值即可。
上述公式(9)-(12)表示的譯碼算法的地址執(zhí)行順序都是先按校驗(yàn)矩陣行的順序執(zhí)行，再按列的順序執(zhí)行，也就是說(shuō)，僅僅具有傳統(tǒng)算法的“校驗(yàn)結(jié)點(diǎn)執(zhí)行順序”，而沒(méi)有變量結(jié)點(diǎn)執(zhí)行順序(先按矩陣列，再按行順序處理)。
一旦所有的約束關(guān)系滿(mǎn)足，或者最大的迭代次數(shù)到達(dá)，就按變量結(jié)點(diǎn)的先后順序從Vn值的存儲(chǔ)空間中讀取硬判決比特0或1(即表示正或負(fù)的符號(hào))，以任意組合形式輸出這些比特序列，至少是信息比特序列的判決比特，而校驗(yàn)比特序列可以選擇輸出，以備循環(huán)(Turbo)解調(diào)器之用。
上述降低復(fù)雜度的譯碼算法，相對(duì)于傳統(tǒng)的降低復(fù)雜度的譯碼算法，降低復(fù)雜度的因素主要在于兩點(diǎn)第一點(diǎn)減少了存儲(chǔ)空間的數(shù)目和大小。
第二點(diǎn)減少了訪問(wèn)存儲(chǔ)空間的次數(shù)。由于只有校驗(yàn)結(jié)點(diǎn)處理順序，又許多中間變量無(wú)需存儲(chǔ)，因此大大減少了訪問(wèn)存儲(chǔ)空間的次數(shù)。這一點(diǎn)是十分明顯的。
進(jìn)一步，很明顯地，為了節(jié)約譯碼器的存儲(chǔ)空間，校驗(yàn)矩陣的列數(shù)目最好是2的冪次方或者略小于2的冪次方。
在發(fā)射機(jī)(201)中，依次進(jìn)行下述操作步驟。將信源(101)發(fā)出的數(shù)據(jù)先進(jìn)入LDPC碼的編碼器(102)進(jìn)行編碼；然后進(jìn)入隨機(jī)化器(103)進(jìn)行隨機(jī)化；再進(jìn)入交織器(104)進(jìn)行交織；以及最后通過(guò)調(diào)制器(105)傳向空中等步驟。由于LDPC碼是線性分組碼，需先對(duì)信源(101)發(fā)出的數(shù)據(jù)按照LDPC碼的碼率和碼長(zhǎng)以及打孔情況進(jìn)行分塊，然后送入LDPC碼的編碼器(102)進(jìn)行編碼。調(diào)制器(105)的調(diào)制方案可以是單載波技術(shù)，也可以是多載波技術(shù)，如正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)等。
在接收機(jī)(203)中，依次進(jìn)行下述操作步驟。從空中接收射頻信號(hào)，進(jìn)行下變頻和濾波，獲得基帶信號(hào)；先將基帶信號(hào)送入同步器(301)獲得同步的起始位置；然后根據(jù)同步的起始位置，截取數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計(jì)和解調(diào)等操作，這些操作都在解調(diào)器(302)中完成；然后將輸出數(shù)據(jù)送入解交織器(303)執(zhí)行解交織操作；再將輸出數(shù)據(jù)送入解隨機(jī)化器(304)執(zhí)行解隨機(jī)化操作；再將輸出數(shù)據(jù)送入LDPC碼的譯碼器(305)進(jìn)行譯碼；以及最后將譯碼數(shù)據(jù)送入信宿(306)。解調(diào)器(302)負(fù)責(zé)多項(xiàng)任務(wù)的實(shí)施，包括信道估計(jì)、解調(diào)和解映射等任務(wù)；解映射的具體方法，尤其是簡(jiǎn)化方法，與具體的映射方案和星座圖有關(guān)；利用解映射功能，可獲得LDPC碼的譯碼器(305)的輸入數(shù)據(jù)所需的碼字比特對(duì)應(yīng)的度量值，度量值形式可以是先驗(yàn)概率形式，也可以是對(duì)數(shù)似然比率(LLR)形式。同樣地，送入譯碼器(305)的比特度量值也是以分塊的形式輸入，進(jìn)而啟動(dòng)LDPC碼的譯碼操作。對(duì)比信源(101)和信宿(306)的數(shù)據(jù)，可獲得傳輸系統(tǒng)的誤碼率。
下面的描述用于有效地構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼，以及利用LDPC碼的系統(tǒng)。在以下的描述中，為了說(shuō)明的目的，將列舉許多特定的細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯而易見(jiàn)，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，可以不用這些特定的細(xì)節(jié)，或者采取一種等效的設(shè)計(jì)安排。在其它各實(shí)例中，以示意圖的形式來(lái)表示一些眾所周知的結(jié)構(gòu)和裝置，以避免不必要地使本發(fā)明變得模糊不清。
圖1給出了本發(fā)明的系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的框圖。在LDPC碼的編碼器后，先執(zhí)行隨機(jī)化，再執(zhí)行交織，再進(jìn)行調(diào)制。隨機(jī)化可以采用多種方案，圖4給出了一種可行的方案示例。交織器也可以采用多種方案，如卷積交織器，圖5給出了一個(gè)卷積交織器的示例。調(diào)制方案可以采用單載波方案，也可以采用多載波方案，如正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制。本發(fā)明系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)在于將隨機(jī)化器置于LDPC碼編碼器之后，這是由于LDPC碼的編碼器的輸出比特序列可能存在長(zhǎng)序列的0或1，在編碼器之后進(jìn)行隨機(jī)化是最有效的方法，對(duì)系統(tǒng)性能有改善作用，如可以降低OFDM系統(tǒng)的峰均比率等。編碼器和隨機(jī)化器的先后順序也可不依賴(lài)于LDPC碼，其它信道編碼方案也可采用這種先后順序。
圖2是通信的傳輸系統(tǒng)的示意圖。通信傳輸系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和信道。
圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)接收機(jī)框圖。將射頻信號(hào)下變頻后，首先利用同步器獲得同步的起始數(shù)據(jù)的位置，再利用該位置，進(jìn)行解調(diào)、信道估計(jì)、解映射等操作后，再解交織，解隨機(jī)化，最后進(jìn)行LDPC碼的譯碼操作，獲得信息比特序列的判決形式。
圖4是隨機(jī)化器和解隨機(jī)化器的一個(gè)可行的示例。生成多項(xiàng)式是1+x3+x10。
圖5是基于比特的卷積交織器和解卷積交織器的一個(gè)示例。共有5個(gè)支路，每個(gè)支路的存儲(chǔ)空間的大小是8比特的倍數(shù)。每個(gè)存儲(chǔ)空間都是先入先出移動(dòng)寄存器組。只不過(guò)，交織器是基于比特的移動(dòng)寄存器組，而解交織器是基于度量值的先入先出移動(dòng)寄存器組。這里的度量值是解映射后產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)于編碼后碼字比特的度量值，可以是多種形式，如對(duì)數(shù)似然比率形式、概率形式。映射方案是四相移鍵控(QPSK)形式，也可以是16點(diǎn)正交幅度調(diào)制形式(16-QAM)等。解映射方案是本領(lǐng)域公知的技術(shù)，此處不再表述。
圖6是LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣的一個(gè)示例。該矩陣H共有4行8列。對(duì)應(yīng)于每行的唐納圖(見(jiàn)圖7)的結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為約束結(jié)點(diǎn)，用ci表示；對(duì)應(yīng)于每列的結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為變量結(jié)點(diǎn)，用vi表示。矩陣H中的元素1對(duì)應(yīng)于兩類(lèi)結(jié)點(diǎn)之間的連線。
圖7是圖6的校驗(yàn)矩陣對(duì)應(yīng)的唐納圖。Tanner圖包括兩類(lèi)結(jié)點(diǎn)，變量結(jié)點(diǎn)和約束結(jié)點(diǎn)，兩類(lèi)結(jié)點(diǎn)之間的連線與校驗(yàn)矩陣中的元素1相對(duì)應(yīng)。其中，變量結(jié)點(diǎn)用圓圈表示，而約束結(jié)點(diǎn)用方框表示。其中，由虛線連接起來(lái)的兩個(gè)變量結(jié)點(diǎn)和兩個(gè)約束結(jié)點(diǎn)組成了一個(gè)長(zhǎng)度為4的環(huán)，即共有四條連線包含在其中。唐納圖(Tanner)、環(huán)等概念都是LDPC碼的一般概念。
圖8是圖7對(duì)應(yīng)的樹(shù)狀圖。樹(shù)狀圖是根據(jù)Tanner圖變化而來(lái)的，以某個(gè)結(jié)點(diǎn)為根，向下拓展Tanner圖中的結(jié)點(diǎn)和連線就可以獲得樹(shù)狀圖了；圖中虛線組成了長(zhǎng)度為4的環(huán)。樹(shù)狀圖在計(jì)算最小環(huán)長(zhǎng)(girth)時(shí)特別有用；所謂最小環(huán)長(zhǎng)，是指校驗(yàn)矩陣H對(duì)應(yīng)的Tanner圖中所有環(huán)的最小長(zhǎng)度。
圖9是本發(fā)明的校驗(yàn)矩陣H的組成結(jié)構(gòu)。校驗(yàn)矩陣H包括兩個(gè)子矩陣HL和HR。兩個(gè)子矩陣中可以至多有一個(gè)子矩陣為空矩陣。若兩個(gè)子矩陣都不是空矩陣，則其中有一個(gè)子矩陣是方陣。進(jìn)一步，方陣的具體表現(xiàn)形式可以是三角形矩陣，如圖10所示的一些特例。更進(jìn)一步地，三角形矩陣可以是一些更具體的形式，如圖11所示的一些特例，等等。
圖12是一個(gè)固定圖樣的示例。該固定圖樣可以劃分為若干個(gè)小矩陣空間，其中黑色方塊表示的小矩陣意思為該小矩陣內(nèi)包含非0元素。該固定圖樣具有如下特征只在對(duì)角線上的小矩陣包含非0元素，其它空間不包含非0元素。這就是該固定圖樣示例的“固定”的含義。
圖13A和圖13B是兩個(gè)由固定圖樣組織起來(lái)的子矩陣示例。(1300A)表示的子矩陣共包含了16個(gè)固定圖樣，每個(gè)固定圖樣擁有不同的規(guī)律。(1300B)表示的子矩陣共包含12個(gè)固定圖樣。
根據(jù)本發(fā)明提出的LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣構(gòu)造方法，現(xiàn)列舉一個(gè)實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)LDPC碼，碼長(zhǎng)N＝9216、碼率R＝0.5，因此信息比特序列長(zhǎng)度K＝4608，校驗(yàn)比特序列長(zhǎng)度M＝4608。該LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H擁有如圖9所示的矩陣結(jié)構(gòu)，即H由左邊子矩陣HL和右邊子矩陣HR組成，其中HL和HR都是4608行和4608列。并且設(shè)置HR擁有(1103)的形式，HL擁有(1300A)的形式，并且(1300A)中每個(gè)小矩陣的大小是L×L＝288×288。記LDPC碼的碼字矢量c＝(s，p)，其中碼字比特序列c＝(c0，c1，…，cN-1)，信息比特序列s＝(s0，s1，…sK-1)，校驗(yàn)比特序列p＝(p0，p1，…，pM-1)。并且，信息比特序列對(duì)應(yīng)于左邊子矩陣，校驗(yàn)比特序列對(duì)應(yīng)于右邊子矩陣。設(shè)置所有小矩陣的重量都相等，為1，并且進(jìn)一步設(shè)定每個(gè)小矩陣的第0列(從0計(jì)數(shù))一定有1個(gè)元素1。接下來(lái)，隨機(jī)生成小矩陣第0列上的某一行k，即求得每個(gè)小矩陣內(nèi)的一個(gè)元素1的具體小矩陣位置(k，0)，其中0≤k≤L-1。進(jìn)一步，小矩陣位置(k，0)可以轉(zhuǎn)換為校驗(yàn)矩陣H的位置(i0，K0)，i0＝k+L×J，j0＝L×K，其中(J，K)表示小矩陣在校驗(yàn)矩陣H的位置(均從0計(jì)數(shù))。利用如下的非0元素?cái)U(kuò)展方法
其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣列位置是j0+1，j0+2，…，j0+L-1；對(duì)應(yīng)地，行位置是(i0+p)％M，(i0+2×p)％M，…，(i0+(L-1)×p)％M。其中，p＝16。
評(píng)估獲得的校驗(yàn)矩陣對(duì)應(yīng)的LDPC碼的屬性，如糾錯(cuò)性能、最小環(huán)長(zhǎng)等，選擇最合適的隨機(jī)數(shù)k序列，不同小矩陣可以有不同的隨機(jī)數(shù)k。下表(表1)是左邊子矩陣對(duì)應(yīng)的每個(gè)小矩陣的第0列上的元素1的校驗(yàn)矩陣位置(按矩陣的列進(jìn)行排列)。
表1左邊子矩陣的小矩陣第0列上的元素1的矩陣位置42 1218321535168 157628894009147 18152789428585 203924594524430 129023333973386 164032844166409 188829854337484 209926593635600 129728214158638 165925574524619 188233163563684 214731594031111612492896450910831526269836001082201524073855896 202333904262
解釋表1如下。表1共有16行，每行對(duì)應(yīng)于(1300A)所示圖樣的一列小矩陣。表1每行共有4個(gè)數(shù)值，對(duì)應(yīng)于(1300A)每列小矩陣的數(shù)目4。表1的具體數(shù)字表示對(duì)應(yīng)的小矩陣第0列上的元素1對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)矩陣行數(shù)值i0，如數(shù)字42就表示(1300A)最左上角小矩陣第0列上的第42行的元素值為1。
對(duì)上述LDPC碼進(jìn)行性能仿真，得到如圖17和18的性能。
本發(fā)明提出的LDPC碼的構(gòu)造方法和傳輸系統(tǒng)巧妙地將背景技術(shù)中提及的構(gòu)造LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣的兩種方法結(jié)合起來(lái)。根據(jù)本發(fā)明提出的構(gòu)造方法可獲得性能優(yōu)秀的LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣，以及LDPC碼的低復(fù)雜度的編譯碼實(shí)現(xiàn)方法等。
本發(fā)明提出的一類(lèi)利用LDPC碼的傳輸系統(tǒng)，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于將隨機(jī)化操作放在信道編碼操作之后。這是由于LDPC碼的碼字中可能會(huì)包含長(zhǎng)串的比特0或者長(zhǎng)串的比特1。為了不影響接收機(jī)中的同步操作，在發(fā)射機(jī)中LDPC碼的編碼器之后添加隨機(jī)化操作模塊，有效地轉(zhuǎn)變長(zhǎng)串比特0或者長(zhǎng)串比特1的情況，從而有利于接收機(jī)中同步的功能實(shí)現(xiàn)。在編碼器之后執(zhí)行隨機(jī)化操作，也可改善某些傳輸系統(tǒng)的其它特征；如多載波系統(tǒng)中，可改善系統(tǒng)的峰均功率比等。相應(yīng)地，接收機(jī)中的操作是先進(jìn)行解隨機(jī)化操作，再進(jìn)行LDPC碼的譯碼操作。
在結(jié)合實(shí)施例和實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明的同時(shí)，本發(fā)明本不因此而受到限制，相反，它覆蓋了各種明顯的修改以及各種等同的設(shè)計(jì)安排，它們都處于所附的權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，該方法包括利用固定圖樣構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的低密度奇偶校驗(yàn)矩陣；將信源(101)發(fā)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，直接或間接利用上述構(gòu)造的奇偶校驗(yàn)矩陣進(jìn)行編碼，獲得低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼字；和輸出低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼字。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述低密度奇偶校驗(yàn)矩陣由兩個(gè)子矩陣組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于兩個(gè)子矩陣至多有一個(gè)子矩陣表現(xiàn)為空矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于當(dāng)兩個(gè)子矩陣中只有一個(gè)是空矩陣時(shí)，校驗(yàn)矩陣只包含了一個(gè)子矩陣，這個(gè)子矩陣稱(chēng)為固定圖樣子矩陣。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于當(dāng)兩個(gè)子矩陣都不是空矩陣時(shí)，兩個(gè)子矩陣之一表現(xiàn)為方陣，并且表現(xiàn)為方陣的子矩陣與校驗(yàn)比特序列相對(duì)應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于表現(xiàn)為方陣的子矩陣是多種多樣的三角形矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于當(dāng)兩個(gè)子矩陣都不是空矩陣時(shí)，除了表現(xiàn)為方陣的子矩陣外的另一個(gè)子矩陣稱(chēng)為固定圖樣子矩陣，對(duì)應(yīng)信息比特序列。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于構(gòu)造固定圖樣子矩陣，進(jìn)而構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼包括以下步驟第一步設(shè)置固定圖樣的子矩陣的行數(shù)目和列數(shù)目；第二步從固定圖樣的集合(1400)中選擇合適的固定圖樣組成固定圖樣的子矩陣；第三步設(shè)置固定圖樣中的小矩陣(1201)的數(shù)目和大小；第四步判斷小矩陣(1201)的數(shù)目和大小是否都為正整數(shù)；若是，執(zhí)行第五步；若不是，轉(zhuǎn)到第二步；第五步分別設(shè)置每個(gè)小矩陣的重量；第六步根據(jù)每個(gè)小矩陣的重量，分別在每個(gè)小矩陣內(nèi)隨機(jī)生成數(shù)目等于當(dāng)前小矩陣的重量的個(gè)數(shù)的非0元素，這些非0元素或者在同一行，或者在同一列；第七步執(zhí)行非0元素?cái)U(kuò)展，獲得擴(kuò)展后的固定圖樣的子矩陣；第八步將預(yù)先確定好的另一子矩陣和擴(kuò)展后的固定圖樣的子矩陣合并組成校驗(yàn)矩陣(900)；第九步評(píng)估校驗(yàn)矩陣(900)對(duì)應(yīng)的低密度奇偶校驗(yàn)碼的屬性；以及第十步判斷碼屬性是否滿(mǎn)足要求；若是，低密度奇偶校驗(yàn)碼的構(gòu)造過(guò)程結(jié)束；若不是，轉(zhuǎn)到第二步。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述第一步是根據(jù)低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼率和碼長(zhǎng)以及校驗(yàn)矩陣的另一子矩陣的具體情況設(shè)置固定圖樣的子矩陣的行數(shù)目和列數(shù)目。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述第二步中的選擇合適的固定圖樣組成固定圖樣的子矩陣的原則包括變量結(jié)點(diǎn)或/和約束結(jié)點(diǎn)的度分布的要求，固定圖樣的子矩陣的行數(shù)目和列數(shù)目的比例的要求，以及有利于節(jié)約譯碼器(305)的存儲(chǔ)空間的要求；其中節(jié)約存儲(chǔ)空間的實(shí)現(xiàn)方法之一是通過(guò)將小矩陣(1201)的大小設(shè)置為2的冪次方。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述第五步中的不同小矩陣(1201)的重量可以相等，也可以不相等；一些小矩陣(1201)的重量也可以等于0；小矩陣(1201)的重量的確定原則是變量結(jié)點(diǎn)或/和約束結(jié)點(diǎn)的度分布的要求。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述第六步中，可簡(jiǎn)化半隨機(jī)方式，即預(yù)先固定好行位置或列位置，隨機(jī)地選擇對(duì)應(yīng)的列位置或者行位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述第七步中的非0元素?cái)U(kuò)展方法包括小矩陣內(nèi)擴(kuò)展和小矩陣外擴(kuò)展。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述第七步中的非0元素?cái)U(kuò)展模式包括列擴(kuò)展模式和行擴(kuò)展模式以及混合擴(kuò)展模式。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于非0元素具體的元素?cái)U(kuò)展方法是小矩陣內(nèi)擴(kuò)展方法1、小矩陣內(nèi)擴(kuò)展方法2、小矩陣外擴(kuò)展和列擴(kuò)展方法3、小矩陣外擴(kuò)展和列擴(kuò)展方法4、小矩陣外擴(kuò)展和列擴(kuò)展方法5、小矩陣外擴(kuò)展和行擴(kuò)展方法6、小矩陣外擴(kuò)展和行擴(kuò)展方法7和小矩陣外擴(kuò)展和行擴(kuò)展方法8至少其中之一。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述小矩陣內(nèi)擴(kuò)展方法1為其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣列位置是j0/L×L+(j0％L+1)％L，j0/L×L+(j0％L+2)％L，...，j0/L×L+(j0％L+L-1)％L；對(duì)應(yīng)地，行位置是i0/L×L+(i0％L+1)％L，...，i0/L×L+(i0％L+L-1)％L；其中，H矩陣表示奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣，符號(hào)％表示模操作，L表示小矩陣的行數(shù)與列數(shù)，i0，j0分別表示H矩陣的行位置和列位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述小矩陣內(nèi)擴(kuò)展方法2為其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣列位置是j0/L×L+(j0％L+1)％L，j0/L×L+(j0％L+2)％L，...，j0/L×L+(j0％L+L-1)％L；對(duì)應(yīng)地，行位置是i0/L×L+(i0％L-1)％L，...，i0/L×L+(i0％L-L+1)％L；其中，H矩陣表示奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣，符號(hào)％表示模操作，L表示小矩陣的行數(shù)與列數(shù)，i0，j0分別表示H矩陣的行位置和列位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述小矩陣外擴(kuò)展和列擴(kuò)展方法3為其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣列位置是j0/L×L+(j0％L+1)％L，j0/L×L+(j0％L+2)％L，...，j0/L×L+(j0％L+L-1)％L；或者，列位置是(j0+q)％Q，(j0+2×q)％Q，...，(j0+(L-1)×q)％Q；對(duì)應(yīng)地，行位置是(i0+p)％M，(i0+2×p)％M，...，(i0+(L-1)×p)％M；其中，H矩陣表示奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣，符號(hào)％表示模操作，L表示小矩陣的行數(shù)與列數(shù)，i0，j0分別表示H矩陣的行位置和列位置，1≤p≤M/L，且p為整數(shù)；2≤q≤Q/L，q是整數(shù)，Q是碼長(zhǎng)或待編碼比特序列的長(zhǎng)度，M是矩陣H的行數(shù)目。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述小矩陣外擴(kuò)展和列擴(kuò)展方法4為其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣列位置是j0/L×L+(j0％L+1)％L，j0/L×L+(j0％L+2)％L，...，j0/L×L+(j0％L+L-1)％L；或者，列位置是(j0+q)％Q，(j0+2×q)％Q，...，(j0+(L-1)×q)％Q；對(duì)應(yīng)地，行位置是(i0-p)％M，(i0-2×p)％M，...，(i0-(L-1)×p)％M；其中，H矩陣表示奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣，符號(hào)％表示模操作，L表示小矩陣的行數(shù)與列數(shù)，i0，j0分別表示H矩陣的行位置和列位置，1≤p≤M/L，且p為整數(shù)；2≤q≤Q/L，q是整數(shù)，Q是碼長(zhǎng)或待編碼比特序列的長(zhǎng)度，M是矩陣H的行數(shù)目。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述小矩陣外擴(kuò)展和列擴(kuò)展方法5為其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣列位置是j0/L×L+(j0％L+1)％L，j0/L×L+(j0％L+2)％L，...，j0/L×L+(j0％L+L-1)％L；或者，列位置是(j0+q)％Q，(j0+2×q)％Q，...，(j0+(L-1)×q)％Q；對(duì)應(yīng)地，行位置是{i0％L+1/P×P+L×[(1+i0/L)％P]}％M，{i0％L+2/P×P+L×[(2+i0/L)％P]}％M，...，{i0％L+(L-1)/P×P+L×[(L-1+i0/L)％P]}％M；其中，H矩陣表示奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣，符號(hào)％表示模操作，L表示小矩陣的行數(shù)與列數(shù)，i0，j0分別表示H矩陣的行位置和列位置，P＝M/L；2≤q≤Q/L，q是整數(shù)，Q是碼長(zhǎng)或待編碼比特序列的長(zhǎng)度，M是矩陣H的行數(shù)目。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述小矩陣外擴(kuò)展和行擴(kuò)展方法6為其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣行位置是i0/L×L+(i0％L+1)％L，i0/L×L+(i0％L+2)％L，...，i0/L×L+(i0％L+L-1)％L；對(duì)應(yīng)地，列位置是(j0+p)％Q，(j0+2×p)％Q，...，(j0+(L-1)×p)％Q；其中，H矩陣表示奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣，符號(hào)％表示模操作，L表示小矩陣的行數(shù)與列數(shù)，i0，j0分別表示H矩陣的行位置和列位置，Q是碼長(zhǎng)或待編碼比特序列的長(zhǎng)度(依固定圖樣的子矩陣列數(shù)目而定)，對(duì)應(yīng)地，1≤p≤Q/L，且p為整數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述小矩陣外擴(kuò)展和行擴(kuò)展方法7為其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣行位置是i0/L×L+(i0％L+1)％L，i0/L×L+(i0％L+2)％L，...，i0/L×L+(i0％L+L-1)％L；對(duì)應(yīng)地，列位置是(j0-p)％Q，(j0-2×p)％Q，...，(j0-(L-1)×p)％Q；其中，H矩陣表示奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣，符號(hào)％表示模操作，L表示小矩陣的行數(shù)與列數(shù)，i0，j0分別表示H矩陣的行位置和列位置，Q是碼長(zhǎng)或待編碼比特序列的長(zhǎng)度(依固定圖樣的子矩陣列數(shù)目而定)，對(duì)應(yīng)地，1≤p≤Q/L，且p為整數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述小矩陣外擴(kuò)展和行擴(kuò)展方法8為其它L-1個(gè)非0元素的H矩陣行位置是i0/L×L+(i0％L+1)％L，i0/L×L+(i0％L+2)％L，...，i0/L×L+(i0％L+L-1)％L；對(duì)應(yīng)地，列位置是{j0％L+1/P×P+L×[(1+j0/L)％P]}％Q，{j0％L+2/P×P+L×[(2+j0/L)％P]}％Q，...，{j0％L+(L-1)/P×P+L×[(L-1+j0/L)％P]}％Q；其中，H矩陣表示奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣，符號(hào)％表示模操作，L表示小矩陣的行數(shù)與列數(shù)，i0，j0分別表示H矩陣的行位置和列位置，Q是碼長(zhǎng)或待編碼比特序列的長(zhǎng)度(依固定圖樣的子矩陣列數(shù)目而定)，對(duì)應(yīng)地，P＝Q/L。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述第九步中低密度奇偶校驗(yàn)碼的屬性包括碼的糾錯(cuò)性能、最小環(huán)長(zhǎng)、碼的最小距離和錯(cuò)誤地板至少其中之一。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于可以對(duì)碼字打孔，打掉一些碼字比特以適配低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼率和碼長(zhǎng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于打孔的一種實(shí)現(xiàn)方法是，先對(duì)待編碼比特序列添加固定比特序列，進(jìn)行編碼獲得碼字后，再將碼字中的這些固定比特序列打掉。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于固定比特序列是全0比特序列或是其它模式的固定比特序列。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于低密度奇偶校驗(yàn)碼的低密度奇偶校驗(yàn)矩陣，采用參數(shù)完全表征低密度奇偶校驗(yàn)矩陣，存儲(chǔ)可以完全表征低密度奇偶校驗(yàn)矩陣的參數(shù)以便于重新實(shí)時(shí)生成低密度奇偶校驗(yàn)矩陣。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于低密度奇偶校驗(yàn)碼的低密度奇偶校驗(yàn)矩陣，采用各種擁有不同表現(xiàn)形式的參數(shù)完全表征低密度奇偶校驗(yàn)矩陣，這些不同表現(xiàn)形式的參數(shù)表征的校驗(yàn)矩陣實(shí)際上是同一個(gè)校驗(yàn)矩陣，對(duì)校驗(yàn)矩陣進(jìn)行列交換和行交換后，校驗(yàn)矩陣可以表現(xiàn)為相同的形式，存儲(chǔ)可以完全表征低密度奇偶校驗(yàn)矩陣的參數(shù)以便于重新實(shí)時(shí)生成低密度奇偶校驗(yàn)矩陣。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于所述參數(shù)由數(shù)字和數(shù)學(xué)公式組成。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于該數(shù)學(xué)公式可以部分表征低密度奇偶校驗(yàn)矩陣，隱含存儲(chǔ)部分表征低密度奇偶校驗(yàn)矩陣的數(shù)學(xué)公式以便于重新實(shí)時(shí)生成低密度奇偶校驗(yàn)矩陣。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于隱含存儲(chǔ)數(shù)學(xué)公式是采用數(shù)學(xué)邏輯電路來(lái)存儲(chǔ)數(shù)學(xué)公式。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于該低密度奇偶校驗(yàn)碼是線性分組碼，進(jìn)入低密度奇偶校驗(yàn)碼編碼器(102)的待編碼數(shù)據(jù)表現(xiàn)為分組的形式。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于該編碼器(102)是利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的生成矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于該編碼器(102)是利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于低密度奇偶校驗(yàn)碼的生成矩陣是根據(jù)校驗(yàn)矩陣獲得的，并且校驗(yàn)矩陣獲得生成矩陣的過(guò)程是離線完成的。
37.根據(jù)權(quán)利要求34或36所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于該生成矩陣采用參數(shù)完全表征，存儲(chǔ)完全表征生成矩陣的參數(shù)以便于編碼器(102)的實(shí)現(xiàn)。
38.根據(jù)權(quán)利要求34或36所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于該生成矩陣采用擁有不同表現(xiàn)形式的參數(shù)完全表征，這些不同表現(xiàn)形式的參數(shù)表征的生成矩陣實(shí)際上是同一個(gè)生成矩陣，對(duì)生成矩陣進(jìn)行列交換和行交換后，生成矩陣表現(xiàn)為相同的形式，存儲(chǔ)完全表征生成矩陣的參數(shù)以便于編碼器(102)的實(shí)現(xiàn)。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于參數(shù)由數(shù)字和數(shù)學(xué)公式組成。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于數(shù)學(xué)公式部分表征生成矩陣，隱含存儲(chǔ)部分表征生成矩陣的數(shù)學(xué)公式以便于編碼器(102)的實(shí)現(xiàn)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于隱含存儲(chǔ)數(shù)學(xué)公式是采用數(shù)學(xué)邏輯電路來(lái)存儲(chǔ)數(shù)學(xué)公式。
42.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于低密度奇偶校驗(yàn)碼表現(xiàn)為系統(tǒng)碼，生成矩陣和校驗(yàn)矩陣均采用不同表現(xiàn)形式的參數(shù)來(lái)完全表征，不同表現(xiàn)形式的參數(shù)對(duì)應(yīng)的編碼器(102)擁有不同的實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
43.根據(jù)權(quán)利要求34所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于低密度奇偶校驗(yàn)碼的生成矩陣中對(duì)應(yīng)于待編碼比特的矩陣列組成的子矩陣經(jīng)過(guò)列變換和行變換后可以表現(xiàn)為單位矩陣的形式。
44.根據(jù)權(quán)利要求35所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣實(shí)現(xiàn)編碼器(102)的方法包括對(duì)校驗(yàn)矩陣進(jìn)行列變換和行變換；將列變換和行變換后的校驗(yàn)矩陣分成兩個(gè)子矩陣，分別對(duì)應(yīng)于由編碼器(102)輸入比特組成的信息比特序列和待求解比特組成的校驗(yàn)比特序列；將信息比特序列和信息比特序列對(duì)應(yīng)的子矩陣相乘，獲得中間結(jié)果；將校驗(yàn)比特序列對(duì)應(yīng)的子矩陣進(jìn)行分解，獲得一個(gè)上三角矩陣和一個(gè)下三角矩陣；利用中間結(jié)果、上三角矩陣和下三角矩陣，通過(guò)迭代處理的方式，求解獲得校驗(yàn)比特序列；將信息比特序列和校驗(yàn)比特序列以首尾相連的方式連接起來(lái)，獲得合并比特序列；對(duì)合并比特序列的每個(gè)比特按比特位置進(jìn)行調(diào)整后，獲得低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼字比特序列；和輸出低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼字。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣實(shí)現(xiàn)編碼器(102)的方法還包括不對(duì)校驗(yàn)矩陣進(jìn)行列變換或者行變換；中間結(jié)果是通過(guò)將校驗(yàn)矩陣和預(yù)碼字比特序列相乘獲得；其中，校驗(yàn)矩陣是利用完全表征校驗(yàn)矩陣的參數(shù)實(shí)時(shí)生成的；預(yù)碼字比特序列和編碼器(102)輸出的碼字比特序列除了校驗(yàn)比特取值不同外，其它方面都相同，預(yù)碼字比特序列中的校驗(yàn)比特取值都是0；存儲(chǔ)中間結(jié)果以便于迭代處理的操作。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于上三角矩陣和下三角矩陣都采用參數(shù)來(lái)完全表征，分別存儲(chǔ)完全表征上三角矩陣和下三角矩陣的參數(shù)以便于實(shí)時(shí)生成上三角矩陣和下三角矩陣。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其方法包括完全表征上三角矩陣或下三角矩陣的參數(shù)擁有多種不同的表現(xiàn)形式，分別存儲(chǔ)完全表征上三角矩陣和下三角矩陣的參數(shù)以便于實(shí)時(shí)生成上三角矩陣和下三角矩陣。
48.根據(jù)權(quán)利要求44所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于上三角矩陣或/和下三角矩陣可以表現(xiàn)為單位矩陣的形式。
49.根據(jù)權(quán)利要求46或47所述的構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法，其特征在于完全表征上三角矩陣和下三角矩陣的參數(shù)由數(shù)字和/或數(shù)學(xué)公式組成，以數(shù)學(xué)邏輯電路的形式存儲(chǔ)數(shù)學(xué)公式以便于實(shí)時(shí)生成上三角矩陣和下三角矩陣。
50.一種奇偶校驗(yàn)碼的譯碼方法，該方法包括根據(jù)星座映射方案計(jì)算每個(gè)碼字比特對(duì)應(yīng)的度量值；對(duì)度量值進(jìn)行分塊；實(shí)時(shí)重新生成與發(fā)射機(jī)(100)采用的相同的低密度奇偶校驗(yàn)碼的低密度奇偶校驗(yàn)矩陣，該低密度奇偶校驗(yàn)矩陣可以采用利用固定圖樣生成的奇偶校驗(yàn)矩陣；利用成塊的度量值和實(shí)時(shí)重新生成的奇偶校驗(yàn)矩陣，進(jìn)行迭代處理方式的低密度奇偶校驗(yàn)碼的譯碼操作，獲得對(duì)應(yīng)于發(fā)射機(jī)(100)的信源(101)數(shù)據(jù)的硬判決形式；和輸出硬判決數(shù)據(jù)。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的奇偶校驗(yàn)碼的譯碼方法，其特征在于該奇偶校驗(yàn)碼的譯碼方法是一種降低復(fù)雜度的譯碼方法，降低復(fù)雜度主要是通過(guò)減少譯碼器的存儲(chǔ)空間的數(shù)目和大小，以及降低訪問(wèn)存儲(chǔ)空間的次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的奇偶校驗(yàn)碼的譯碼方法，其特征在于降低復(fù)雜度的譯碼方法的算法包括以下步驟第一步從Vn中減掉Lm，n，獲得對(duì)應(yīng)的zm，n，其中Vn表示比特結(jié)點(diǎn)n的后驗(yàn)對(duì)數(shù)似然比率，Lm，n表示從校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m傳遞給比特節(jié)點(diǎn)n的消息，zm，n表示從比特節(jié)點(diǎn)n傳遞給校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m的消息；第二步利用zm，n，根據(jù)關(guān)系式Lm,n=α×Πn′∈N(m)\nsgn(zm,n′)×minn′∈N(m)\n|zm,n′|,]]>獲得新的Lm，n值，其中α是一預(yù)先確定的常數(shù)，sgn(·)表示取正負(fù)符號(hào)操作，min(·)表示取最小值操作，集合N(m)表示與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m相鄰的所有比特節(jié)點(diǎn)，集合N(m)\n表示除比特節(jié)點(diǎn)n以外的集合N(m)；第三步將Lm，n值根據(jù)比特結(jié)點(diǎn)的n值累加起來(lái)，獲得Un，即關(guān)系式為Un=Σm∈M(n)Lm,n,]]>其中集合M(n)表示與比特節(jié)點(diǎn)n相鄰的所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)；第四步將Fn和Un相加，獲得Vn，其中Fn表示從譯碼器外接收到的比特結(jié)點(diǎn)n的對(duì)數(shù)似然比率，計(jì)算Fn時(shí)可以不考慮信道衰落的影響；第五步回到第一步，執(zhí)行下一次迭代操作。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的奇偶校驗(yàn)碼的譯碼方法，其特征在于降低復(fù)雜度的譯碼器包含一塊Vn存儲(chǔ)空間，一塊Lm，n存儲(chǔ)空間，以及一塊(m，n)地址存儲(chǔ)空間；這些存儲(chǔ)空間分別都以整塊存儲(chǔ)，而非分開(kāi)存儲(chǔ)，從而減少了存儲(chǔ)空間的數(shù)目；整塊存儲(chǔ)可有效減小所占總的存儲(chǔ)空間的大??；不存儲(chǔ)某些中間變量。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的奇偶校驗(yàn)碼的譯碼方法，其特征在于執(zhí)行第一步時(shí)從Vn存儲(chǔ)空間中讀取Vn值，從Lm，n存儲(chǔ)空間中讀取Lm，n值(對(duì)于初始化階段，Lm，n＝0)，計(jì)算獲得zm，n值，但不存儲(chǔ)zm，n值，直接將zm，n值用于第二步的計(jì)算；其中，從(m，n)地址存儲(chǔ)空間中讀取地址參數(shù)，計(jì)算行m對(duì)應(yīng)的列n值，m是按0、1、2、...的順序存儲(chǔ)的同時(shí)，對(duì)Vn值進(jìn)行硬判決，獲得硬判決比特，同樣不存儲(chǔ)硬判決比特，在計(jì)算第二步時(shí)直接進(jìn)行約束關(guān)系是否滿(mǎn)足的驗(yàn)證；執(zhí)行zm，n值的先后順序是先按校驗(yàn)矩陣的行順序，再按照校驗(yàn)矩陣的列順序；接下來(lái)，執(zhí)行第二步、第三步和公式第四步，存儲(chǔ)Lm，n值，不存儲(chǔ)Un值，存儲(chǔ)Vn值；其中，第二步也可以采用包括公式Tm,n=Πn′∈N(m)\n1-exp(zm,n′)1+exp(zm,n′)]]>和Lm,n=ln1-Tm,n1+Tm,n]]>的其它形式的具有同樣功能的處理公式，只要可以獲得Lm，n值即可；上述第一步至第五步表示的譯碼算法的地址執(zhí)行順序都是先按校驗(yàn)矩陣行的順序執(zhí)行，再按列的順序執(zhí)行。
55.根據(jù)權(quán)利要求51或52所述的奇偶校驗(yàn)碼的譯碼方法，其特征在于一旦所有的約束關(guān)系滿(mǎn)足，或者最大的迭代次數(shù)到達(dá)，就按變量結(jié)點(diǎn)的先后順序從Vn值的存儲(chǔ)空間中讀取硬判決比特0或1，以任意組合形式輸出這些比特序列，至少是信息比特序列的判決比特，而校驗(yàn)比特序列是選擇輸出，以備循環(huán)解調(diào)器之用。
56.根據(jù)權(quán)利要求51或52所述的奇偶校驗(yàn)碼的譯碼方法，其特征在于為了節(jié)約譯碼器的存儲(chǔ)空間，校驗(yàn)矩陣的列數(shù)目設(shè)置成等于2的冪次方或者略小于2的冪次方。
57.一種利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)射裝置和接收裝置，所述發(fā)射裝置包括將信源(101)發(fā)出的數(shù)據(jù)先進(jìn)入低密度奇偶校驗(yàn)碼編碼器(102)進(jìn)行編碼的裝置，該編碼器可以采用利用固定圖樣構(gòu)造的奇偶校驗(yàn)碼的編碼器；然后進(jìn)入隨機(jī)化器(103)進(jìn)行隨機(jī)化的裝置；再進(jìn)入交織器(104)進(jìn)行交織的裝置；以及最后通過(guò)調(diào)制器(105)傳向空中的裝置。
58.一種利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)射裝置和接收裝置，所述接收裝置包括從空中接收射頻信號(hào)，進(jìn)行下變頻和濾波，獲得基帶信號(hào)的裝置；先將基帶信號(hào)送入同步器(301)獲得同步的起始位置的裝置；然后根據(jù)同步的起始位置，截取數(shù)據(jù)進(jìn)行包括信道估計(jì)和解調(diào)的操作，這些操作都在解調(diào)器(302)中完成的裝置；然后將輸出數(shù)據(jù)送入解交織器(303)執(zhí)行解交織操作的裝置；再將輸出數(shù)據(jù)送入解隨機(jī)化器(304)執(zhí)行解隨機(jī)化操作的裝置；再將輸出數(shù)據(jù)送入低密度奇偶校驗(yàn)碼譯碼器(305)進(jìn)行譯碼的裝置；以及最后將譯碼數(shù)據(jù)送入信宿(306)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的方法、譯碼方法，以及利用低密度奇偶校驗(yàn)碼的傳輸系統(tǒng)。該方法包括利用固定圖樣構(gòu)造低密度奇偶校驗(yàn)碼的低密度奇偶校驗(yàn)矩陣；將信源(101)發(fā)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，直接或間接利用上述構(gòu)造的奇偶校驗(yàn)矩陣進(jìn)行編碼，獲得低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼字；和輸出低密度奇偶校驗(yàn)碼的碼字。低密度奇偶校驗(yàn)碼可以利用校驗(yàn)矩陣進(jìn)行編碼，也可利用生成矩陣進(jìn)行編碼。根據(jù)本發(fā)明提出的構(gòu)造方法可獲得性能優(yōu)秀的低密度奇偶校驗(yàn)碼的奇偶校驗(yàn)矩陣、低密度奇偶校驗(yàn)碼的構(gòu)造方法及低復(fù)雜度的譯碼方法。
文檔編號(hào)H03M13/00GK1960188SQ20061007905
公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月29日
發(fā)明者宋揮師, 申紅兵, 楊慶華 申請(qǐng)人:北京泰美世紀(jì)科技有限公司