針對下一代無線廣播的ldpc碼字及編碼方法和編解碼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種LDPC碼字及使用該碼字的編碼器、解碼器、對應(yīng)的編碼方法，更 具體地說，涉及一種S-IRALDPC碼字及對應(yīng)的編碼器、解碼器和編碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 低密度奇偶校驗碼字（LowdensityParityCheck,LDPC)根據(jù)其結(jié)構(gòu)主要可以分 為兩類，一類是隨機(jī)的碼字，最經(jīng)典的當(dāng)屬MacKay碼，他還有專門的網(wǎng)頁給出他的各種碼 字（MacKayl999) (Richardson2001) (Luby2001)(RichardsonandUrbanke2001);另外一類 是基于代數(shù)組合結(jié)構(gòu)（Combinatorial)來設(shè)計的碼字。隨機(jī)碼字能夠非常好的逼近香農(nóng)極 限，但是由于'Γ分布的隨機(jī)性，導(dǎo)致編碼器的設(shè)計和譯碼器的設(shè)計并不具有并行或者規(guī)律 性可行，所以不適合需要具備一定吞吐量系統(tǒng)，因此也就沒有被廣泛應(yīng)用了。
[0003] 而基于代數(shù)組合結(jié)構(gòu)的碼字的出現(xiàn)很好的解決了這方面的問題，這其中，有一類 基于有限域（FiniteGeometry)設(shè)計的碼字具有很好的性能（Y.KouandS.Lin2001)，但 是這類碼字的缺點是由于其Η矩陣密度比較高（大的行重列重），所以當(dāng)使用基于置信傳 播的一類算法時，復(fù)雜度非常高。而另一類準(zhǔn)循環(huán)碼字（Quasi-cyclicLDPC，QC-LDPC) 是一類非常重要的基于代數(shù)組合構(gòu)造的碼字。QC-LDPC碼字主要的構(gòu)造是基于準(zhǔn)循環(huán) 的單位子矩陣。（J.L.Fan2〇00) (R.M.TannerfOOl) (R.M.TannerfOOl) (T.Okamura2〇〇3) (R.M.Tanner2004)這種準(zhǔn)循環(huán)的單位子矩陣結(jié)構(gòu)非常適合實現(xiàn)并行操作的硬件，比如實現(xiàn) 并行度大、進(jìn)而高吞吐率的譯碼器。傳統(tǒng)的這種QC-LDPC碼字盡管適合并行度高的譯碼器 實現(xiàn)，提高了吞吐率，但是通過逆向方法得到了QC結(jié)構(gòu)的生成矩陣可能并不稀疏，或者就 算稀疏，其用生成矩陣來編碼得到校驗比特并不是顯然的，要通過求線性方程組來獲得，因 此傳統(tǒng)的QC-LDPC碼字的編碼器還是相對復(fù)雜的。為了解決這個問題，學(xué)者Zhang和Ryan 首先提出的結(jié)構(gòu)化的重復(fù)累積碼（StructuredIrregularRepeatAccumulatorcode， S-IRA)LDPC碼字（ZhangandRyan2006)，該結(jié)構(gòu)在適合高并行譯碼器的實現(xiàn)的同時，可以 以非常簡便高效的方法來完成編碼。該種碼字結(jié)構(gòu)有如下特點，信息比特所對應(yīng)的矩陣部 分由準(zhǔn)循環(huán)子矩陣組成，而校驗比特所對應(yīng)的矩陣部分是由雙對角陣組成的。
[0004] 目前S-IRA碼字已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各大通信標(biāo)準(zhǔn)中，主要包括，歐洲第二代 數(shù)字廣播電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)DVB系列（ETSI, 2006,DVBT22009,DVB-C22009,DVB-NGH2012); IEEE802.lln無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE802.Iln2009) ;IEEE802.lie無線廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) (IEEE802. 16e2006);中國數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)（DTTB) (GB20600-2006);移動多媒體廣 播（CMMB2006);北美CCSDS的近地深空通信系統(tǒng)（CCSDS2007);以及一些磁盤存儲設(shè)備的 標(biāo)準(zhǔn)等等。從整個國際范圍數(shù)字通信領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢來看，還會有更多的標(biāo)準(zhǔn)正在或?qū)?會用到LDPC碼字。
[0005] 從目前已經(jīng)提交的標(biāo)準(zhǔn)中，特別是商業(yè)上非常成功的DVBT2、DVBS2標(biāo)準(zhǔn)，以及最 近才定下標(biāo)準(zhǔn)并且商業(yè)上有廣闊前景的DVB-NGH標(biāo)準(zhǔn)（2012年底定稿）來看，其使用的 S-IRA碼字所對應(yīng)的校驗矩陣主要使用的結(jié)構(gòu)如下：
[0006] Η=[ΠΗ1Ρ]
[0007] 其中氏是信息比特對應(yīng)的矩陣部分，Π是對氏的一個某種形式的行變換，而Ρ是 校驗比特對應(yīng)的矩陣部分。
[0008] 而：
[0009]
[0010] 是由LXJ
欠小的循環(huán)子陣或者〇矩陣組成。
[0011] 例如，的第一種結(jié)構(gòu)如下所示：
[0012] ，此時，Pu是由兩個單位偏移陣組成。進(jìn)一步 地，Pu還可以是由N個單位循環(huán)矩陣組成，N> 2的整數(shù)。
[0013] 的第二種結(jié)構(gòu)如下所示：
[0014] _，這時候Pij是由全零矩陣組成。 I L
[0015] 由于P^j可以由一個以上的單位循環(huán)陣組成，導(dǎo)致其并不適合HSS(Horizontal shufflescheduling)譯碼算法的硬件實施。關(guān)于這點在DVBT2和S2的實現(xiàn)方法的文獻(xiàn)中 有不少提及到，并提出了相關(guān)的犧牲復(fù)雜度的解決辦法。
[0016] 而P是校驗比特對應(yīng)的矩陣部分，其是如下的雙對角陣：
[0017]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的目的旨在提供一種S-IRALDPC碼字及對應(yīng)的編碼器、解碼器和編 碼方法，來解決現(xiàn)有技術(shù)中常見的S-IRALDPC碼的校驗矩陣的結(jié)構(gòu)所帶來的不適合 HSS(Horizontalshufflescheduling)譯碼算法、影響整個LDPC碼字性能的問題。
[0019] 本專利即提出了一種匕，只有0個或者1個單位循環(huán)矩陣組成的結(jié)構(gòu)。在保持性 能的條件下，適用于HSS譯碼。同時提出一種具體參數(shù)的碼字，及其碼表，并提出了相應(yīng)的 編碼方法編碼器、譯碼方法及譯碼器。
[0020] 依據(jù)上述目的，實施本發(fā)明的一種用于編解碼器的S-IRALDPC碼字，其碼字的結(jié) 構(gòu)為：Η=[Η'ιΠΡ' ]，H'1為信息比特矩陣，P'是校驗比特矩陣，ΠΡ'是對校驗比特 矩陣做行變換。其中，信息比特矩陣H'i包括多個循環(huán)子矩陣Pli]，每一個循環(huán)子矩陣只能 是單位循環(huán)偏移矩陣或全零矩陣。
[0021] 依據(jù)上述目的，實施本發(fā)明的一種LDPC編碼器，其采用一種S-IRA結(jié)構(gòu)的LDPC碼 字，S-IRALDPC碼字的結(jié)構(gòu)為：Η=[Η'ιΠΡ' ]，H'1為信息比特矩陣，P'是校驗比特矩 陣，ΠΡ'是對校驗比特矩陣做行變換。其中，信息比特矩陣H'i包括多個循環(huán)子矩陣Pli]， 每一個循環(huán)子矩陣只能是單位循環(huán)偏移矩陣或全零矩陣。
[0022] 依據(jù)上述目的，實施本發(fā)明的一種LDPC解碼器，其采用一種S-IRA結(jié)構(gòu)的LDPC碼 字，S-IRALDPC碼字的結(jié)構(gòu)為：Η=[Η'ιΠΡ' ]，H'1為信息比特矩陣，P'是校驗比特矩 陣，ΠΡ'是對校驗比特矩陣做行變換。其中，信息比特矩陣H'i包括多個循環(huán)子矩陣Pli]， 每一個循環(huán)子矩陣只能是單位循環(huán)偏移矩陣或全零矩陣。
[0023] 依據(jù)上述主要特征，本發(fā)明編碼器、解碼器及其中的S-IRALDPC碼字的信息比特 矩陣為m行Xn-m列的矩陣：
[0024]
，其中每一個循環(huán)子矩陣 mm Phj的大小為γχ 7 ^
[0025] 依據(jù)上述主要特征，本發(fā)明編碼器、解碼器及其中的S-IRALDPC碼字的校驗比特
矩陣P為m行Xm列的矩陣： ，其主對角線和次對角線上 均為1，其余位置為0。
[0026] 依據(jù)上述目的，實施本發(fā)明的S-IRALDPC碼字的編碼方法包括以下步驟：
[0027] 獲得信息比特U。，ki2,i3,i4,i5, · · ·，inm ^inJ;
[0028] 初始化校驗比特p。= 0,ρ! = 0,p2 = 〇,p3 = 〇,P4 = 〇, · · ·，pm = 〇 ;
[0029] 將每一個校驗比特pk以及與其相連的信息比特做模2和，k= 0, 1，2…m-1,并做 重新排列，得到重排后的校驗比特序列/./ =彳…,/?;
[0030] 將重排后的校驗比特序列Ρ=丨/?卩丨,...，ρ二丨做如下累加：
[0031] P' 〇=P' 〇
[0043] 依據(jù)上述目的，實施本發(fā)明的LDPC編碼方法和編碼器，其中編碼器內(nèi)置的編碼運(yùn) 算模塊采用了所述LDPC的編碼方法，其包括：
[0044] 計算校驗比特i7/ -i7/ ?匕;+ 其中，j= 〇, 1，2, 3, . . .，m-Ι; ^表示在低密度奇 偶校驗矩陣中與P]所關(guān)聯(lián)的信息比特；y]是信息比特的序號，根據(jù)如下公式得到：
[0045]
[0046] 其中，q= 320,m= 24000或者m= 11520,X表示參與奇偶校驗比特累加的信息 比特的地址，針對上述兩個m值，X的表分別為以下兩個碼表：
[0047] 碼表 1 :碼率 7/12m= 24000,碼長η= 57600
[0048]
[0049]
[0050]
[0051] 碼表 2 :碼率 12/15m= 11520,碼長η= 57600
[0052]
[0053]
[0054]
[0055] 采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，通過大量仿真模擬，找出了比現(xiàn)有技術(shù)更適用于 HSS(Horizontalshufflesc