編碼/解碼具有可變塊長度的塊低密奇偶校驗碼的裝置和方法
2023-05-19 06:04:16 2
專利名稱：編碼/解碼具有可變塊長度的塊低密奇偶校驗碼的裝置和方法
技術領域：
本發明一般涉及移動通信系統，尤其涉及編碼/解碼塊低密奇偶校驗(LDPC)碼的裝置和方法。
背景技術：
隨著移動通信系統的迅速發展，有必要開發出即使在無線環境下也能夠發送接近有線網絡容量的大量數據的技術。為了滿足能夠在面向語音的服務之上處理和發送像圖像和無線電數據那樣的各種各樣的數據的高速高容量通信系統的日益增加的要求，利用適當的信道編碼方案提高系統的發送效率從而提高總系統性能是非常重要的。但是，因為移動通信系統的特性，其在數據發送期間，由於隨信道狀況而變的噪聲、幹擾和衰落，不可避免地會產生錯誤。錯誤的生成使大量信息數據丟失。
為了防止由於錯誤的生成而使信息數據丟失，當前正在使用各種各樣的錯誤控制方案，並且這些方案部分基於信道特性，從而提高了移動通信系統的可靠性。最典型的錯誤控制方案使用糾錯碼。
現在參照圖1對一般移動通信系統中的發送器/接收器的結構加以描述。
圖1是例示一般移動通信系統中的發送器/接收器的結構的圖形。參照圖1，發送器100包括編碼器111、調製器113和射頻(RF)處理器115，而接收器150包括RF處理器151、解調器153和解碼器155。
在發送器100中，如果生成發送信息數據『u』，就將它傳送到編碼器111。編碼器111通過用預定編碼方案編碼信息數據『u』生成編碼碼元『c』，並將編碼碼元『 c』輸出到調製器113。調製器113通過用預定調製方案調製編碼碼元『c』生成已調碼元『s』，並將已調碼元『s』輸出到RF處理器115。RF處理器115 RF地處理(RF-process)從調製器113輸出的已調碼元『s』，並且通過天線ANT向空中發送經RF地處理的信號。
接收器150通過它的天線ANT接收發送器100以這種方式向空中發送的信號，並將通過天線接收的信號傳送到RF處理器151。RF處理器151 RF地處理接收信號，並將經RF地處理的信號『r』輸出到解調器153。解調器153利用與應用在調製器113中的調製方案相對應的解調方案解調從RF處理器151輸出的經RF地處理的信號『r』，並將解調信號『x』輸出到解碼器155。解碼器155利用與應用在編碼器111中的編碼方案相對應的解碼方案解碼從解調器153輸出的解調信號『x』，和輸出解碼信號 作為最後解碼信息數據。
為了使接收器150無錯地解碼發送器100發送的信息數據『u』，需要高性能的編碼器和解碼器。尤其，由於因為移動通信系統的特性而應該考慮無線電信道環境，所以應該更認真地考慮由無線電信道環境造成的錯誤。
最典型的糾錯碼包括turbo碼和低密奇偶校驗(LDPC)碼。
眾所周知，在高速數據發送期間，turbo碼在性能增益上優於傳統上用於糾錯的卷積碼。turbo碼的優點在於，它可以有效地糾正在發送信道中生成的噪聲引起的錯誤，從而提高了數據發送的可靠性。LDPC碼可以在因素圖(factor graph)中利用基於和積算法(sum-product algorithm)的疊代解碼算法解碼。因為用於LDPC碼的解碼器使用基於和積算法的疊代解碼算法，所以它沒有用於turbo碼的解碼器那麼複雜。另外，與用於turbo碼的解碼器相比，用於LDPC碼的解碼器也易於用並行處理解碼器實現。
Shannon(香農)信道編碼定理闡明了只有在不超過信道容量的數據速率下才可以進行可靠通信。但是，Shannon信道編碼定理沒有提出支持直至最大信道容量極限的數據速率的詳細信道編碼/解碼方法。一般說來，儘管具有很大塊大小的隨機碼呈現接近Shannon信道編碼定理的信道容量極限的性能，但當使用MAP(最大A後驗)或ML(最大似然)解碼方法時，因為其繁重的計算負擔，實際上不可能實現該解碼方法。
turbo碼由Berrou、Glavieux和Thitimajshima在1993年提出，而且呈現接近Shannon信道編碼定理的信道容量極限的優良性能。turbo碼的提出引發了對代碼的疊代解碼和圖形表示的積極研究，而且Gallager在1962年提出的LDPC碼已經成為新的研究焦點。在turbo碼和LDPC碼的因素圖中存在循環，並且眾所周知，存在循環的LDPC碼的因素圖中的疊代解碼是次最佳的。此外，在實驗上已經證明，LDPC碼通過疊代解碼具有卓越的性能。已知具有最高性能的LDPC碼在使用塊大小107、位錯率(BER)10-5的Shannon信道編碼定理的信道容量極限上甚至呈現只有大約0.04[dB]差異的性能。另外，儘管定義在q＞2的伽羅瓦域(Galois Field(GF))(即，GF(q))中的LDPC碼在其解碼過程中越來越複雜，但它在性能上比二進位碼優良得多。但是，對於定義在GF(q)中的LDPC碼，還沒有通過疊代解碼算法成功解碼的滿意理論描述。
Gallager提出的LDPC碼通過奇偶校驗矩陣來定義，在該奇偶校驗矩陣中，大多數元素具有0的值，和除了具有值0的元素之外的少數元素具有非零值，例如，1的值。在如下的描述中，假設非零值是1的值。
例如，(N，j，k)LDPC碼是具有塊長N的線性塊碼，並且通過稀疏奇偶校驗矩陣來定義，在該稀疏奇偶校驗矩陣中，每列只有j個元素具有1的值，每行只有k個元素具有1的值，並且除了具有值1的元素之外的所有其它元素具有0的值。
像上述那樣奇偶校驗矩陣中每列的權重被固定為「j」和奇偶校驗矩陣中每行的權重(weight)被固定為「k」的LDPC碼被稱為「規則LDPC碼」。這裡，「權重」指的是構成奇偶校驗矩陣的元素當中具有非零值的元素的個數。與規則LDPC碼不同，奇偶校驗矩陣中每列的權重和奇偶校驗矩陣中每行的權重不固定的LDPC碼被稱為「不規則LDPC碼」。大家知道，不規則LDPC碼在性能上比規則LDPC碼優良。但是，在不規則LDPC碼的情況中，因為奇偶校驗矩陣中每列的權重和每行的權重不是固定的，即，是不規則的，所以必須適當地調整奇偶校驗矩陣中每列的權重和奇偶校驗矩陣中每行的權重，以便保證優良的性能。
現在參照圖2對作為(N，j，k)LDPC碼的一個例子的(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣加以描述。
圖2是例示一般(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。參照圖2，(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣H由8列4行組成，其中，每列的權重被固定為2和每行的權重被固定為4。因為奇偶校驗矩陣中每列的權重和每行的權重像上述那樣是規則的，所以如圖2所示的(8，2，4)LDPC碼成為規則LDPC碼。
到此為止，已經參照圖2描述了(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣。接著，在下文中參照圖3描述結合圖2描述過的(8，2，4)LDPC碼的因素圖。
圖3是例示圖2的(8，2，4)LDPC碼的因素圖的圖形。參照圖3，(8，2，4)LDPC碼的因素圖由8個可變節點x1300、x2302、x3304、x4306、x5308、x6310、x7312和x8314和4個校驗節點316、318、320和322組成。當在(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣的第i行和第j列相交的點上存在具有1的值(即非零值)的元素時，在可變節點xi和第j校驗節點之間創建一個分支。
如上所述，因為LDPC碼的奇偶校驗矩陣具有非常小的權重，所以，雖然塊碼的塊長不斷增加，甚至在像turbo碼那樣，呈現接近Shannon信道編碼定理的信道容量極限的性能的、具有相對較長長度的塊碼中，也可能通過疊代解碼進行解碼。MacKay和Neal已經證明，利用流式傳送方案對LDPC碼的疊代解碼過程在性能上接近turbo碼的疊代解碼過程。
為了生成高性能LDPC碼，應該滿足如下條件。
(1)應該考慮LDPC碼的因素圖上的循環。
術語「循環」指的是LDPC碼的因素圖中由連接可變節點和校驗節點的邊形成的環路，而且循環的長度被定義成構成環路的邊的個數。長循環意味著LDPC碼的因素圖中構成環路的連接可變節點和校驗節點的邊的個數多。相反，短循環意味著LDPC碼的因素圖中構成環路的連接可變節點和校驗節點的邊的個數少。
由於如下原因，隨著LDPC碼的因素圖中的循環越來越長，LDPC碼的性能效率不斷增大。也就是說，當在LDPC碼的因素圖中生成長循環，可以防止性能變差，譬如，當在LDPC碼的因素圖中存在太多短長度的循環時出現的錯誤底(error floor)。
(2)應該考慮LDPC碼的有效編碼。
因為其高度編碼複雜性，與卷積碼或turbo碼相比，難以對LDPC碼進行實時編碼。為了降低LDPC碼的編碼複雜性，人們提出了重複累積(RA)碼。但是，RA碼在降低LDPC碼的編碼複雜性方面也存在極限。因此，應該考慮LDPC碼的有效編碼。
(3)應該考慮LDPC碼的因素圖上的度數(degree)分布。
一般說來，因為不規則LDPC碼的因素圖具有各種各樣的度數，所以不規則LDPC碼在性能上比規則LDPC碼優良。術語「度數」指的是LDPC碼的因素圖中連接可變節點和校驗節點的邊的個數。並且，短語LDPC碼的因素圖上的「度數分布」指的是具有特定度數的節點的個數與總節點個數之比。已經由Richardson證明，具有特定度數分布的LDPC碼在性能上是優良的。
現在參照圖4對塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣加以描述。
圖4是例示一般塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖4的描述之前，應該注意到，塊LDPC碼是不僅考慮了有效編碼而且考慮了奇偶校驗矩陣的有效存儲和性能提高的新LDPC碼，和塊LDPC碼是通過推廣規則LDPC碼的結構擴展的LDPC碼。參照圖4，將塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣劃分成多個分塊，並將置換矩陣映射到每個分塊。在圖4中，『P』代表具有Ns×Ns大小的置換矩陣，並置換矩陣P的上標(或指數)apq是0≤apq≤Ns-1或apq＝∞。
另外，『p』表示對應置換矩陣處在奇偶校驗矩陣的分塊的第p行中，和『q』表示對應置換矩陣處在奇偶校驗矩陣的分塊的第q列中。也就是說，Papq代表處在由多個分塊組成的奇偶校驗矩陣的第p行和第q列相交的分塊中的置換矩陣。也就是說，『p』和『q』分別代表奇偶校驗矩陣中與信息部分相對應的分塊的行號和列號。
現在參照圖5描述置換矩陣。
圖5是例示圖4的置換矩陣P的圖形。如圖5所示，置換矩陣P是具有Ns×Ns大小的方陣，和構成置換矩陣P的Ns個列的每一個具有1的權重以及構成置換矩陣P的Ns個行的每一個也具有1的權重。這裡，儘管將置換矩陣P的大小表達成Ns×Ns，但因為置換矩陣P是方陣，所以也可以將它表達成Ns。
在圖4中，上標為apq＝0的置換矩陣P，即，置換矩陣P0代表單位矩陣INs×Ns，和上標為apq＝∞的置換矩陣P，即，置換矩陣P∞代表零矩陣。這裡，INs×Ns代表大小為Ns×Ns的單位矩陣。
在如圖4所示的塊LDPC碼的整個奇偶校驗矩陣中，因為總行數是Ns×p和總列數是Ns×q(對於p≤q)，所以當LDPC碼的整個奇偶校驗矩陣具有滿秩時，可以與分塊大小無關地將編碼率表達成方程(1)。
R=Nsq-NspNsq=q-pq=1-pq(1)]]>如果對於所有p和q，apq≠∞，則與分塊相對應的置換矩陣是非零矩陣，並且分塊構成與分塊相對應的每個置換矩陣中每列的權重值和每行的權重值分別是p和q的規則LDPC碼。這裡，將與分塊相對應的每個置換矩陣稱為「分矩陣」。
因為在整個奇偶校驗矩陣中存在(p-1)相關行，所以編碼率大於通過方程(1)計算的編碼率。在塊LDPC碼的情況中，如果確定了構成整個奇偶校驗矩陣的每個分塊的第一行的權重位置，就可以確定其餘(Ns-1)個行的權重位置。因此，與不規則地選擇權重來存儲有關整個奇偶校驗矩陣的信息相比，所需存儲器的大小減小為1/Ns。
如上所述，術語「循環」指的是LDPC碼的因素圖中由連接可變節點和校驗節點的邊形成的環路，和循環的長度被定義成構成環路的邊的個數。長循環意味著LDPC碼的因素圖中構成環路的連接可變節點和校驗節點的邊的個數多。隨著LDPC碼的因素圖中的循環越來越長，LDPC碼的性能效率不斷增大。
相反，隨著LDPC碼的因素圖中的循環越來越短，因為性能變差，譬如，出現錯誤底，所以LDPC碼的糾錯能力就下降。也就是說，當在LDPC碼的因素圖中存在許多短長度的循環時，有關從那裡開始的、屬於短長度的循環的特定節點的信息在少數幾次疊代之後就返回。隨著疊代次數增加，信息更頻繁地返回到相應節點，使得不能正確地更新信息，從而使LDPC碼的糾錯能力變差。
現在參照圖6對塊LDPC碼的循環結構加以描述。
圖6是例示奇偶校驗矩陣由4個分矩陣組成的塊LDPC碼的循環結構的圖形。在給出圖6的描述之前，應該注意到，塊LDPC碼是不僅考慮了奇偶校驗矩陣的有效編碼而且考慮了奇偶校驗矩陣的有效存儲和性能提高的新LDPC碼。塊LDPC碼也是通過推廣規則LDPC碼的結構擴展的LDPC碼。如圖6所示的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣由4個分塊組成，對角線代表具有值1的元素所在的位置，和除了對角線之外的其它部分代表具有值0的元素所在的位置。另外，『P』代表與結合圖5所述的置換矩陣相同的置換矩陣。
為了分析如圖6所示的塊LDPC碼的循環結構，將位於分矩陣Pa的第i行的具有值1的元素定義為參考元素，並將位於第i行的具有值1的元素稱為「0-點」。這裡，「分矩陣」指的是與分塊相對應的矩陣。0-點位於分矩陣Pa的第(i+a)列。
將位於與0-點相同的行、分矩陣Pb中具有值1的元素稱為「1-點」。由於與0-點相同的原因，1-點位於分矩陣Pb的第(i+b)列。
接著，將位於與1-點相同的列、分矩陣Pc中具有值1的元素稱為「2-點」。因為分矩陣Pc是通過與模Ns有關地將單位矩陣I的各個列向右移動了c獲得的矩陣，所以2-點位於分矩陣Pc的第(i+b-c)行。
另外，將位於與2-點相同的行、分矩陣Pd中具有值1的元素稱為「3-點」。3-點位於分矩陣Pd的第(i+b-c+d)列。
最後，將位於與3-點相同的列、分矩陣Pa中具有值1的元素稱為「4-點」。4-點位於分矩陣Pa的第(i+b-c+d-a)行。
在如圖6所示的LDPC碼的循環結構中，如果存在長度為4的循環，0-點和4-點位於同一位置。也就是說，0-點和4-點之間的關係由方程(2)定義。
ii+b-c+d-a(modNs)]]>或i+ai+b-c+d(modNs)(2)]]>可以將方程(2)重寫成方程(3)。
a+cb+d(modNs)(3)]]>結果，當方程(3)的關係得到滿足時，生成長度為4的循環。一般說來，當0-點和4-點首先彼此相同時，給出ii+p(b-c+d-e)(modNs)]]>的關係，和滿足如下方程(4)所示的關係。
p(a-b+c-d)0(modNs)(4)]]>換句話說，如果對於給定a、b、c和d，滿足方程(4)的正整數當中具有最小值的正整數被定義成『p』，則長度為4p的循環變成如圖6所示的塊LDPC碼的循環結構當中具有最短長度的循環。
總而言之，如上所述，對於(a-b+c-d)≠0，如果滿足gcd(Ns，a-b+c-d)＝1，那麼，p＝Ns。這裡，gcd(Ns，a-b+c-d)是計算整數Ns和a-b+c-d的「最大公約數」的函數。因此，長度為4Ns的循環變成具有最短長度的循環。
Richardson-Urbanke技術將用作塊LDPC碼的編碼技術。因為Richard-son-urbanke技術被用作編碼技術，所以隨著奇偶校驗矩陣的形式變得與滿(full)下三角矩陣的形式相似，可以將編碼複雜性被最小化。
現在參照圖7對具有與滿下三角矩陣的形式相似的形式的奇偶校驗矩陣加以描述。
圖7是例示具有與滿下三角矩陣的形式相似的形式的奇偶校驗矩陣的圖形。如圖7所示的奇偶校驗矩陣與在奇偶部分的形式中具有滿下三角矩陣的形式的奇偶校驗矩陣不同。在圖7中，如上所述，信息部分的置換矩陣P的上標(或指數)apq是0≤apq＜Ns-1或apq＝∞。信息部分的上標為apq＝0的置換矩陣P，即，置換矩陣P0代表單位矩陣INs×Ns，和上標為apq＝∞的置換矩陣P，即，置換矩陣P∞代表零矩陣。在圖7中，『p』代表映射到信息部分的分塊的行號，和『q』代表映射到奇偶部分的分塊的列號。此外，映射到奇偶部分的置換矩陣P的上標ap、x和y代表置換矩陣P的指數。但是，為了便於說明，不同的上標ap、x和y用於將奇偶部分與信息部分區分開。也就是說，在圖7中，Pa1和Pap也是置換矩陣，並將上標a1到ap依次加在位於奇偶部分的對角部分的分矩陣上。另外，Px和Py也是置換矩陣，和為了便於說明，以不同的方式對它們加索引，以便將奇偶部分與信息部分區分開。如果具有如圖7所示的奇偶校驗矩陣的塊DLPC碼的塊長被假設為N，塊LDPC碼的編碼複雜性隨塊長N(0(N))線性增加。
具有圖7的奇偶校驗矩陣的DLPC碼的最大問題是，如果將分塊的長度定義成Ns，則生成在塊DLPC碼的因素圖中度數總是1的Ns個校驗節點。根據疊代解碼，度數為1的校驗節點不能影響性能提高。因此，基於Richardson-Ur-banke技術的標準不規則LDPC碼不包括度數為1的校驗節點。因此，將圖7的奇偶校驗矩陣當作基本奇偶校驗矩陣，以便設計出在不包括度數為1的校驗節點的時候也能夠有效編碼的奇偶校驗矩陣。在由分矩陣組成的圖7的奇偶校驗矩陣中，奇偶矩陣的選擇對於塊LDC碼的性能提高是非常重要的，以致於為分矩陣找出適當選擇準則也變成非常重要的因素。
現在對根據前述塊LDPC碼設計塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的方法加以描述。
為了便於描述設計塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的方法和編碼塊LDPC碼的方法，假設如圖7所示的奇偶校驗矩陣由如圖8所示的6個分矩陣組成。
圖8是例示劃分成6個分塊的圖7的奇偶校驗矩陣的圖形。參照圖8，如圖7所示的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣被劃分成信息部分『s』、第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2。信息部分『s』與結合圖7所述的信息部分一樣，代表在編碼塊LDPC碼的過程中映射成實際信息字的那一部分奇偶校驗矩陣，但是，為了便於說明，用不同的參考字母代表信息部分『s』。第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2與結合圖7所述的奇偶部分一樣，代表在編碼塊LDPC碼的過程中映射成實際奇偶的那一部分奇偶校驗矩陣，和奇偶部分被劃分成兩個部分。
分矩陣A和C對應於信息部分『s』的分塊A(802)和C(804)，分矩陣B和D對應於第一奇偶部分p1的分塊B(806)和D(808)，和分矩陣T和E對應於第二奇偶部分p2的分塊T(810)和E(812)。儘管在圖8中將奇偶校驗矩陣劃分成7個分塊，但應該注意到，『0』不是一個獨立的分塊，和因為與分塊T(810)相對應的分矩陣T具有滿下三角形式，所以根據對角排列的零矩陣的區域用『0』表示。利用信息部分『s』、第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2的分矩陣簡化編碼方法的過程將在後面參照圖10加以描述。
現在，在下文中將參照圖9描述圖8的分矩陣。
圖9是例示圖7的奇偶校驗矩陣中，如圖8所示的分矩陣B的轉置矩陣、分矩陣E、分矩陣T和分矩陣T的逆矩陣的圖形。
參照圖9，分矩陣BT代表分矩陣B的轉置矩陣，和分矩陣T-1代表分矩陣T的逆矩陣。P(k1～k2)代表i=k1k2Pa1=Pi=k1k2.]]>如圖9所示的置換矩陣，例如，Pa1可以是單位矩陣。如上所述，如果置換矩陣的上標，即，a1是0，Pa1將是單位矩陣。此外，如果置換矩陣的上標，即，a1增加預定值，則置換矩陣被循環移動預定值，因此，置換矩陣Pa1將是單位矩陣。
現在參照圖10對設計塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的過程加以描述。
圖10是例示生成一般塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的過程的流程圖。在給出圖10的描述之前，應該注意到，為了生成塊LDPC碼，必須確定要生成的塊LDPC碼的碼字大小和編碼率，並且必須根據確定的碼字大小和編碼率確定奇偶校驗矩陣的大小。如果塊LDPC碼的碼字大小用N表示和編碼率用R表示，則奇偶校驗矩陣的大小變成N(1-R)×N。實際上，由於首先生成適合通信系統狀況的奇偶校驗矩陣，然後使用生成的奇偶校驗矩陣，所以如圖10所示的生成塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的過程只執行一次。
參照圖10，在步驟1011中，控制器將大小為N(1-R)×N的奇偶校驗矩陣劃分成總共p×q個塊，包括沿著水平軸p個塊和沿著垂直軸q個塊，然後，前進到步驟1013。由於每個塊具有Ns×Ns的大小，奇偶校驗矩陣由Ns×p個列和Ns×q個行組成。在步驟1103中，控制器將從奇偶校驗矩陣中劃分的p×q個塊分類成信息部分『s』、第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2，然後前進到步驟1015和1021。
在步驟1015中，控制器根據保證塊LDPC碼良好性能的度數分布將信息部分『s』分離成非零塊或非零矩陣和零塊或零矩陣，然後前進到步驟1017。因為上面已經描述了保證塊LDPC碼良好性能的度數分布，所以這裡省略對它的詳細描述。在步驟1017中，控制器確定置換矩陣Papq，使得像上述那樣，在根據保證塊LDPC碼良好性能的度數分布確定的塊當中具有低度數的塊中的非零矩陣部分中，塊循環的最小循環長度應該被最大化，然後前進到步驟1019。確定置換矩陣Papq不僅應該考慮到信息部分『s』的塊循環，而且應該考慮到第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2的塊循環。
在步驟1019中，控制器在根據保證塊LDPC碼良好性能的度數分布確定的塊當中具有高度數的塊中的非零矩陣部分中隨機確定置換矩陣Papq，然後結束該過程。即使當確定要應用於具有高度數的塊中的非零矩陣部分的置換矩陣Papq時，也必須以使塊循環的最小循環長度被最大化的方式確定置換矩陣Papq，和確定置換矩陣Papq不僅要考慮信息部分『s』的塊循環，而且要考慮第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2的塊循環。排列在奇偶校驗矩陣的信息部分『s』中的置換矩陣Papq的例子例示在圖7中。
在步驟1021中，控制器將第一奇偶部分p1和第二奇偶部分p2劃分成4個分矩陣B、T、D和E，然後前進到步驟1023。在步驟1023中，控制器將非零置換矩陣Py和Pa1輸入構成分矩陣B的分塊當中的2個分塊中，然後前進到步驟1025。將非零置換矩陣Py和Pa1輸入構成分矩陣B的分塊當中的2個分塊中的結構已經參照圖9描述過。
在步驟1025中，控制器將單位矩陣I輸入分矩陣T的對角分塊中，將特定置換矩陣Pa2、Pa3、...、Pam-1輸入分矩陣T的對角元下的第(i，i+1)分塊中，然後前進到步驟1027。將單位矩陣I輸入分矩陣T的對角分塊中，並將特定置換矩陣Pa2、Pa3、...、Pam-1輸入分矩陣T的對角元下的第(i，i+1)分塊中的結構已經參照圖9描述過。
在步驟1027中，控制器將置換矩陣Px輸入分矩陣D中，然後前進到步驟1029。在步驟1209中，控制器將置換矩陣Pam只輸入分矩陣E中的最後分塊中，然後結束該過程。將2個置換矩陣Pam只輸入構成分矩陣E的分塊當中的最後分塊中的結構已經參照圖9描述過。
發明內容
如上所述，人們知道，LDPC碼與turbo碼一起，在高速數據發送期間具有高的性能增益，和有效地糾正在發送信道中生成的噪聲引起的錯誤，從而有助於數據發送可靠性的提高。但是，LDPC碼的缺點在於編碼率，因為LDPC碼具有相對較高的編碼率，和它在編碼率方面存在局限性。在當前可用的LDPC碼當中，主要LDPC碼具有1/2的編碼率，和只有次要LDPC碼具有1/3的編碼率。在編碼率方面的局限性對高速高容量數據發送造成致命影響。當然，儘管可以利用密度演化方案計算代表最好性能的度數分布，以便為LDPC碼實現相對較低的編碼率，但由於各種各樣的限制，譬如，因素圖中的循環結構和硬體實現，難以實現具有代表最好性能的度數分布的LDPC碼。
因此，本發明的一個目的是提供在移動通信系統中編碼/解碼具有可變塊長度的LDPC碼的裝置和方法。
本發明的另一個目的是提供在移動通信系統中編碼/解碼其編碼複雜性被最小化的具有可變塊長度的LDPC碼的裝置和方法。
根據本發明的一個方面，提供了編碼具有可變長度的塊低密奇偶校驗(LDPC)碼的方法。該方法包括接收信息字；以及取決於在生成變成塊LDPC碼的信息字時要應用的長度，根據第一奇偶校驗矩陣和第二奇偶校驗矩陣之一將信息字編碼成塊LDPC碼。
根據本發明的另一個方面，提供了編碼具有可變長度的塊低密奇偶校驗(LDPC)碼的裝置。該裝置包括接收編碼器，用於根據取決於在生成變成塊LDPC碼的信息字時要應用的長度的第一奇偶校驗矩陣和第二奇偶校驗矩陣之一將信息字編碼成塊LDPC碼；和調製器，用於利用預定調製方案將塊LDPC碼調製成已調碼元。
根據本發明的又一個方面，提供了解碼具有可變長度的塊低密奇偶校驗(LDPC)碼的方法。該方法包括接收信號；和根據要解碼的塊LDPC碼的長度選擇第一奇偶校驗矩陣和第二奇偶校驗矩陣之一，和按照所選奇偶校驗矩陣解碼所接收到的信號，從而檢測塊LDPC碼。
根據本發明的再一個方面，提供了解碼具有可變長度的塊低密奇偶校驗(LDPC)碼的裝置。該裝置包括接收器，用於接收信號；和解碼器，用於根據要解碼的塊LDPC碼的長度選擇第一奇偶校驗矩陣和第二奇偶校驗矩陣之一，和按照所選奇偶校驗矩陣解碼所接收到的信號，從而檢測塊LDPC碼。
通過結合附圖對本發明的優選實施例進行如下詳細描述，本發明的上述和其它目的、特徵和優點將更加清楚，在附圖中圖1是例示一般移動通信系統中的發送器/接收器的結構的圖形；
圖2是例示一般(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖3是例示圖2的(8，2，4)LDPC碼的因素圖的圖形；圖4是例示一般塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖5是例示圖4的置換矩陣P的圖形；圖6是例示奇偶校驗矩陣由4個分矩陣組成的塊LDPC碼的循環結構的圖形。
圖7是例示具有與滿下三角矩陣的形式相似的形式的奇偶校驗矩陣的圖形；圖8是例示劃分成6個分塊的圖7的奇偶校驗矩陣的圖形；圖9是例示如圖8所示的分矩陣B和轉置矩陣、分矩陣E和分矩陣T的逆矩陣的圖形；圖10是例示生成一般塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的過程的流程圖；圖11是例示根據本發明第一實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖12是例示根據本發明第二實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖13是例示根據本發明第三實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖14是例示根據本發明第四實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖15是例示編碼根據本發明第一到第四實施例的可變長度塊LDPC碼的過程的流程圖；圖16是例示編碼根據本發明實施例的可變長度塊LDPC碼的裝置的內部結構的圖形；圖17是例示解碼根據本發明實施例的塊LDPC碼的裝置的內部結構的圖形；圖18是例示根據本發明第五實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖19是例示根據本發明第六實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖20是例示根據本發明第七實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖21是例示根據本發明第八實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖22是例示根據本發明第九實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖23是例示根據本發明第十實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖24是例示根據本發明第十一實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖25是例示根據本發明第十二實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖26是例示根據本發明第十三實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖27是例示根據本發明第十四實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形；圖28是例示根據本發明第十五實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。
具體實施例方式
現在參照附圖詳細描述本發明的幾個優選實施例。在如下的描述中，為了簡潔起見，省略了對包含其中的已知功能和配置的詳細描述。
本發明提出了編碼和解碼具有可變長度的塊低密奇偶校驗(LDPC)碼(下文稱為「可變長度塊LDPC碼」)的裝置和方法。也就是說，本發明提出了編碼和解碼塊LDPC碼的因素圖中最小循環的長度被最大化、塊LDPC碼的編碼複雜性被最小化、塊LDPC碼的因素圖中的度數分布具有1的最佳值和支持可變塊長度的可變長度塊LDPC碼的裝置和方法。儘管在說明書中未分開例示，但用於根據本發明的可變長度塊LDPC碼的編碼和解碼裝置可以應用於參照圖1所述的發送器/接收器。
下一代移動通信系統已經演變成分組服務通信系統，和作為將成組分組數據(burst packet data)發送給多個移動臺的系統的分組服務通信系統已經被設計成適用於高容量數據發送。為了提高數據吞吐量，人們已經提出了混合自動重發請求(HARQ)方案和自適應調製和編碼(AMC)方案。由於HARQ方案和AMC方案支持可變編碼率，所以需要塊LDPC碼具有可變塊長。
與一般LDPC碼的設計一樣，可變長度塊LDPC碼的設計是通過奇偶校驗矩陣的設計實現的。但是，在移動通信系統中，為了提高帶有一個CODEC的可變長度塊LDPC碼，即，為了提供具有各種塊長的塊LDPC碼，奇偶校驗矩陣應該包括能夠代表具有不同塊長的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。現在對提供可變塊長度的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣加以描述。
首先，為所需編碼率設計具有在系統中要求的最小長度的塊LDPC碼。在奇偶校驗矩陣中，如果表示其分矩陣的大小的Ns增加了，生成具有長塊長的塊LDPC碼。如上所述，「分矩陣」指的是與將奇偶校驗矩陣劃分成多個分塊所得的每個分塊相對應的置換矩陣。假設以這樣的方式擴展塊LDPC碼，即，首先設計具有短長度的塊LDPC碼，然後設計具有長長度的塊LDPC碼，由於奇偶矩陣的大小Ns的增加導致循環結構的修改，所以這樣選擇奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數，使得循環長度應該被最大化。這裡，分矩陣的大小是Ns意味著分矩陣是大小為Ns×Ns的方陣，和為了便於描述，用Ns表示分矩陣的大小。
例如，假設基本塊LDPC碼的分塊大小是Ns＝2，當希望將Ns＝2的基本塊LDPC碼擴展成長度是基本塊LDPC碼長度2倍的Ns＝4的塊LDPC碼時，如果其長度從Ns＝2增加到Ns＝4，則置換矩陣中指數是0的分矩陣可以選擇0或2的值。在這兩個值當中，應該選擇能夠使循環最大化的值。類似地，在Ns＝2的塊LDPC碼中，如果其長度從Ns＝2增加到Ns＝4，則指數為1的分矩陣可以選擇1或3的值。
如上所述，在值Ns增加時，通過利用基本塊LDPC碼設計塊LDPC碼，可以為每個塊長設計出具有最大性能的塊LDPC碼。另外，可以將具有不同長度的塊LDPC碼當中的一個隨機塊LDPC碼定義成基本塊LDPC碼，這有助於存儲效率的提高。現在對生成可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的方法加以描述。本發明根據編碼率為可變長度塊LDPC碼提出了4種類型的奇偶校驗矩陣，以及在本發明中得到考慮的編碼率包括1/2、2/3、3/4和5/6。
在給出對編碼率為1/2、2/3、3/4和5/6的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的描述之前，首先參照圖15描述利用在本發明中設計的奇偶校驗矩陣編碼可變長度塊LDPC碼的過程。
圖15是例示編碼根據本發明第一到第四實施例的可變長度塊LDPC碼的過程的流程圖。在給出圖15的描述之前，假設用於可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣由如參照圖8所述的6個分矩陣組成。
參照圖15，在步驟1511中，控制器(未示出)接收要編碼成可變長度塊LDPC碼的信息字矢量『s』，然後前進到步驟1513和1515。這裡假設所接收以被編碼成塊LDPC碼的信息字矢量『s』的長度是k。在步驟1513中，控制器將所接收到的信息字矢量『s』與奇偶校驗矩陣的分矩陣A矩陣相乘(As)，然後前進到步驟1517。這裡，因為位於分矩陣A中的具有值1的元素的個數遠少於具有值0的元素的個數，所以用相對少量的和積運算就可以實現信息字矢量s和奇偶校驗矩陣的分矩陣A的矩陣相乘(As)。另外，在分矩陣A中，因為具有值1的元素所在的位置可以表達成非零塊的位置和塊的置換矩陣的指數相乘，所以與隨機奇偶校驗矩陣相比，可以用非常簡單的運算進行矩陣相乘。在步驟1515中，控制器對奇偶校驗矩陣的分矩陣C和信息字矢量『s』進行矩陣相乘(Cs)，然後前進到步驟1519。
在步驟1517中，控制器對信息字矢量『s』和奇偶校驗矩陣的分矩陣A的矩陣相乘結果(As)和矩陣ET-1進行矩陣相乘(ET-1As)，然後前進到步驟1519。這裡，因為如上所述，矩陣ET-1中具有值1的元素的個數非常少，所以如果給出塊的置換矩陣的指數，則可以非常簡單地進行矩陣相乘。在步驟1519中，控制器通過相加ET-1As和Cs，計算第一奇偶矢量P1(P1＝ET-1As+Cs)，然後前進到步驟1521。這裡，相加運算是異或(XOR)運算，對於具有相同值的位之間的運算，它的結果變成0，和對於具有不同值的位之間的運算，它的結果變成1。也就是說，直到步驟1519的過程是計算第一奇偶矢量P1的過程。
在步驟1521中，控制器將奇偶校驗矩陣的分矩陣B乘以第一奇偶矢量P1(BP1)，將相乘結果(BP1)加到As中(As+BP1)，然後前進到步驟1523。如果給出信息字矢量『s』和第一奇偶矢量P1，則應該將它們乘以奇偶校驗矩陣的分矩陣T的逆矩陣T-1，以計算第二奇偶矢量P2。因此，在步驟1523中，控制器將步驟1521的計算結果(As+BP1)乘以分矩陣T的逆矩陣T-1，以計算第二奇偶矢量P2(P2＝T-1(As+BP1))，然後前進到步驟1525。如上所述，如果給出要編碼的塊LDPC碼的信息字矢量『s』，則可以計算出第一奇偶矢量P1和第二奇偶矢量P2，其結果是，可以獲得所有碼字矢量。在步驟1525中，控制器利用信息字矢量『s』、第一奇偶矢量P1和第二奇偶矢量P2生成碼字矢量『c』，和發送所生成的碼字矢量『c』。
接著，參照圖16，對編碼根據本發明實施例的可變長度塊LDPC碼的裝置的內部結構加以描述。
圖16是例示編碼根據本發明實施例的可變長度塊LDPC碼的裝置的內部結構的圖形。參照圖16，編碼可變長度塊LDPC碼的裝置包括矩陣A乘法器1611、矩陣C乘法器1613、矩陣ET-1乘法器1615、加法器1617、矩陣B乘法器1619、加法器1621、矩陣T-1乘法器1623和切換器1625、1627和1629。
如果接收到要編碼成可變長度塊LDPC碼的長度k信息字矢量『s』作為輸入信號，則將接收的長度k信息字矢量『s』輸入切換器1625、矩陣A乘法器1611和矩陣C乘法器1613中。矩陣A乘法器1611將信息字矢量『s』乘以滿奇偶校驗矩陣的分矩陣A，並將相乘結果輸出到矩陣ET-1乘法器1615和加法器1621。矩陣C乘法器1613將信息字矢量『s』乘以滿奇偶校驗矩陣的分矩陣C，並將相乘結果輸出到加法器1617。矩陣ET-1乘法器1615將從矩陣A乘法器1611輸出的信號乘以滿奇偶校驗矩陣的分矩陣ET-1，並將相乘結果輸出到加法器1617。
加法器1617將從矩陣ET-1乘法器1615輸出的信號加到從矩陣C乘法器1613輸出的信號中，並將相加結果輸出到矩陣B乘法器1619和切換器1629。這裡，加法器1617逐位進行XOR運算。例如，如果x＝(x1，x2，x3)的長度3矢量(length-3 vector)和y＝(y1，y2，y3)的長度3矢量輸入加法器1617中，則加法器1617通過對x＝(x1，x2，x3)的長度3矢量和y＝(y1，y2，y3)的長度3矢量進行異或運算，輸出z＝(x1y1，x2y2，x3y3)的長度3矢量。這裡，運算代表XOR運算，對於具有相同值的位之間的運算，其結果變成0，和對於具有不同值的位之間的運算，其結果變成1。從加法器1617輸出的信號變成第一奇偶矢量P1。
矩陣B乘法器1619將從加法器1617輸出的信號，即，第一奇偶矢量P1乘以滿奇偶校驗矩陣的分矩陣B，並將相乘結果輸出到加法器1621。加法器1621將從矩陣B乘法器1619輸出的信號加到從矩陣A乘法器1611輸出的信號中，並將相加結果輸出到矩陣T-1乘法器1623。與加法器1617類似，加法器1621對從矩陣B乘法器1619輸出的信號和從矩陣A乘法器1611輸出的信號進行XOR運算，並將XOR運算結果輸出到矩陣T-1乘法器1623。
矩陣T-1乘法器1623將從加法器1621輸出的信號乘以滿奇偶校驗矩陣的分矩陣T的逆矩陣T-1，並將相乘結果輸出到切換器1629。矩陣T-1乘法器1623的輸出變成第二奇偶矢量P2。切換器1625、1627和1629的每一個只有在它的發送時間上被接通，以發送它的相關信號。切換器1625在信息字矢量『s』的發送時間上被接通，切換器1627在第一奇偶矢量P1的發送時間上被接通，和切換器1629在第二奇偶矢量P2的發送時間上被接通。
由於本發明的實施例應該能夠生成可變長度塊LDPC碼，所以正如參照圖17所述的那樣，每當可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣改變時，在圖16的編碼裝置中用於可變長度塊LDPC碼的每個矩陣也改變。因此，儘管在圖16中未分開例示，但隨可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣改變，控制器相應地修改在用於可變長度塊LDPC碼的編碼裝置中所使用的矩陣。
上面已經對對有效編碼加以考慮生成可變長度塊LDPC碼的方法作了描述。如上所述，由於其結構特性，可變長度塊LDPC碼在存儲奇偶校驗矩陣相關信息的存儲器的效率方面表現優良，並且通過從奇偶校驗矩陣中適當地選擇分矩陣使有效編碼成為可能。但是，由於奇偶校驗矩陣是按塊生成的，所以隨機性降低了，隨機性的降低可能引起塊LDPC碼的性能變差。也就是說，因為如上所述，不規則塊LDPC碼在性能上比規則塊LDPC碼優良，所以在設計塊LDPC碼的過程中適當地從滿奇偶校驗矩陣當中選擇分矩陣是非常重要的。
現在參照圖11對生成編碼率為1/2的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖11是例示根據本發明第一實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖11的描述之前，應該注意到，本發明的第一實施例提出了編碼率為1/2的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖11，如果假設分矩陣的可能大小Ns是4、8、12、16、20、24、28、32、36和40，則可以利用如圖11所示的奇偶校驗矩陣生成長度為96、192、288、384、480、576、762、768、864和960的塊LDPC碼。寫在如圖11所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。這裡，可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣由多個分塊組成，和分別對應於分塊的分矩陣構成置換矩陣。例如，如果可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣由p×q個分塊組成，即，如果可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣中的分塊的行數是『p』和可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣中的分塊的列數是『q』，構成可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣可以表達成Papq，和置換矩陣P的上標apq是0≤apq≤Ns-1或apq＝∞。也就是說，置換矩陣Papq代表位於由多個分塊組成的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的第p行和第q列相交的分塊中的置換矩陣。因此，如圖11所示的置換矩陣的指數值被賦予apq，並且通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
對於本發明的詳細描述，給出如下參數的定義。
將如圖11所示的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣稱為「母矩陣」，將構成母矩陣的分矩陣，即，置換矩陣當中的非零置換矩陣的個數定義為L，用a1、a2、...、aL表示構成母矩陣的置換矩陣當中的L個非零置換矩陣的指數，和假設構成母矩陣的置換矩陣的大小是Ns。因為構成母矩陣的置換矩陣當中的非零置換矩陣的個數是L，所以第一置換矩陣的指數變成a1，第二置換矩陣的指數變成a2，並且以這種方式，最後置換矩陣的指數變成aL。
與母矩陣不同，將新生成的奇偶校驗矩陣稱為「子矩陣」，將構成子矩陣的分矩陣(即置換矩陣)當中的非零置換矩陣的個數定義為L，將構成子矩陣的置換矩陣的大小定義成Ns′，和用a1′、a2′、...、aL′表示構成子矩陣的置換矩陣的指數。因為構成子矩陣的置換矩陣當中的非零置換矩陣的個數是L，所以第一置換矩陣的指數變成a1′，第二置換矩陣的指數變成a2′，並且以這種方式，最後置換矩陣的指數變成aL′。
利用如下方程(5)，通過選擇構成要從一個母矩陣中生成的子矩陣的置換矩陣的大小Ns′，可以生成具有可變塊長度的子矩陣。
a1′＝a1modNs′(對於1≤i≤L) ......(5)接著，參照圖12，對生成編碼率為2/3的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖12是例示根據本發明第二實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖12的描述之前，應該注意到，本發明的第二實施例提出了編碼率為2/3的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖12，如果假設分矩陣的可能大小Ns是8和16，則利用如圖12所示的奇偶校驗矩陣可以生成長度為288和576的塊LDPC碼。寫在如圖12所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖13，對生成編碼率為3/4的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖13是例示根據本發明第三實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖13的描述之前，應該注意到，本發明的第三實施例提出了編碼率為3/4的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖13，如果假設分矩陣的可能大小Ns是3、6、9、12、15和18，利用如圖13所示的奇偶校驗矩陣可以生成可變長度為96、192、288、384、480和576的塊LDPC碼。寫在如圖13所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖14，對生成編碼率為5/6的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖14是例示根據本發明第四實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖14的描述之前，應該注意到，本發明的第四實施例提出了編碼率為5/6的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖14，如果假設分矩陣的可能大小Ns是8和16，利用如圖14所示的奇偶校驗矩陣可以生成長度為288和576的塊LDPC碼。寫在如圖14所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖18，對生成編碼率為1/2的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖18是例示根據本發明第五實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖18的描述之前，應該注意到，本發明的第五實施例提出了編碼率為1/2的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖18，利用如圖18所示的奇偶校驗矩陣，可以根據分矩陣的大小Ns生成長度為48Ns的塊LDPC碼。寫在如圖18所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖19，對生成編碼率為2/3的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖19是例示根據本發明第六實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖19的描述之前，應該注意到，本發明的第六實施例提出了編碼率為2/3的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖19，利用如圖19所示的奇偶校驗矩陣，可以根據分矩陣的大小Ns生成長度為48Ns的塊LDPC碼。寫在如圖19所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖20，對生成編碼率為3/4的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖20是例示根據本發明第七實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖20的描述之前，應該注意到，本發明的第七實施例提出了編碼率為3/4的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖20，利用如圖20所示的奇偶校驗矩陣，可以根據分矩陣的大小Ns生成長度為48Ns的塊LDPC碼。寫在如圖20所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，則對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖21，對生成編碼率為3/4的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖21是例示根據本發明第八實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖21的描述之前，應該注意到，本發明的第八實施例提出了編碼率為3/4的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖21，利用如圖21所示的奇偶校驗矩陣，可以根據分矩陣的大小Ns生成長度為48Ns的塊LDPC碼。寫在如圖21所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖22，對生成編碼率為1/2的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖22是例示根據本發明第九實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖22的描述之前，應該注意到，本發明的第九實施例提出了編碼率為1/2的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖22，利用如圖22所示的奇偶校驗矩陣，可以根據分矩陣的大小Ns生成長度為24Ns的塊LDPC碼。寫在如圖22所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖23，對生成編碼率為1/2的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖23是例示根據本發明第十實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖23的描述之前，應該注意到，本發明的第十實施例提出了編碼率為1/2的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖23，利用如圖23所示的奇偶校驗矩陣，可以根據分矩陣的大小Ns生成長度為24Ns的塊LDPC碼。寫在如圖23所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖24，對生成編碼率為2/3的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖24是例示根據本發明第十一實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖24的描述之前，應該注意到，本發明的第十一實施例提出了編碼率為2/3的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖24，利用如圖24所示的奇偶校驗矩陣，可以根據分矩陣的大小Ns生成長度為24Ns的塊LDPC碼。寫在如圖24所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖25，對生成編碼率為2/3的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖25是例示根據本發明第十二實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖25的描述之前，應該注意到，本發明的第十二實施例提出了編碼率為2/3的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖25，利用如圖25所示的奇偶校驗矩陣，可以根據分矩陣的大小Ns生成長度為24Ns的塊LDPC碼。寫在如圖25所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖26，對生成編碼率為1/2的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖26是例示根據本發明第十三實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖26的描述之前，應該注意到，本發明的第十三實施例提出了編碼率為1/2的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖26，利用如圖26所示的奇偶校驗矩陣，可以根據分矩陣的大小Ns生成長度為24Ns的塊LDPC碼。寫在如圖26所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖27，對生成編碼率為1/2的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖27是例示根據本發明第十四實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖27的描述之前，應該注意到，本發明的第十四實施例提出了編碼率為1/2的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖27，利用如圖27所示的奇偶校驗矩陣，可以根據分矩陣的大小Ns生成長度為24Ns的塊LDPC碼。寫在如圖27所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
接著，參照圖28，對生成編碼率為2/3的可變長度塊LDPC碼的詳細方法加以描述。
圖28是例示根據本發明第十五實施例的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。在給出圖28的描述之前，應該注意到，本發明的第十五實施例提出了編碼率為2/3的可變長度塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣。參照圖28，利用如圖28所示的奇偶校驗矩陣，可以根據分矩陣的大小Ns生成長度為24Ns的塊LDPC碼。寫在如圖28所示的每個分塊，即，分矩陣中的值代表對應置換矩陣的指數值。因此，通過對置換矩陣的指數值進行模Ns運算(其中，Ns對應於分矩陣的大小)，可以計算出具有Ns值的塊LDPC碼的奇偶校驗矩陣的置換矩陣的指數值。如果對置換矩陣的指數進行模Ns運算獲得的結果值是0，對應置換矩陣變成單位矩陣。
所有LDPC族代碼都可以在因素圖中利用和積算法解碼。LDPC碼的解碼方案大致上可以劃分成雙向傳送方案和流式傳送方案。當利用雙向傳送方案進行解碼操作時，每個校驗節點都含有節點處理器，這與校驗節點數成正比地增加解碼複雜性。但是，由於所有校驗節點被同時更新，所以使解碼速度顯著提高。
與此不同，流式傳送方案只有單個節點處理器，和節點處理器更新經過因素圖中的所有節點的信息。因此，流式傳送方案在解碼複雜性方面較低，但是，奇偶校驗矩陣大小的增加，即，節點數的增加使解碼速度下降。然而，如果像在本發明中提出的具有根據編碼率的各種塊長度的可變長度塊LDPC碼那樣，按塊生成奇偶校驗矩陣，那麼，使用個數等於構成奇偶校驗矩陣的塊的個數的節點處理器。在這種情況下，可以實現在解碼複雜性方面比雙向傳送方案低和在解碼速度方面比流式傳送方案高的解碼器。
接著，參照圖17，對解碼根據本發明實施例的利用奇偶校驗矩陣的可變長度塊LDPC碼的解碼裝置的內部結構加以描述。
圖17是例示解碼根據本發明實施例的塊LDPC碼的裝置的內部結構的框圖。參照圖17，解碼可變長度塊LDPC碼的解碼裝置包括塊控制器1710、可變節點部分1700、加法器1715、去交織器1717、交織器1719、控制器1721、存儲器1723、加法器1725、校驗節點部分1750和硬判決器1729。可變節點部分1700包括可變節點解碼器1711和切換器1713和1714，以及校驗節點部分1750包括校驗節點解碼器1727。
將在無線電信道上接收的信號輸入塊控制器1710中。塊控制器1710確定所接收到的信號的塊大小。如果存在在與解碼裝置相對應的編碼裝置中刪節(puncture)的信息字部分，塊控制器1710將『0』插入經刪節的信息字部分中，以調整整個塊大小，並且將所得信號輸出到可變節點解碼器1711。
可變節點解碼器1711計算從塊控制器1710輸出的信號的概率值，更新計算的概率值，並將更新的概率值輸出到切換器1713和1714。可變節點解碼器1711根據事先為不規則塊LDPC碼設置在解碼裝置中的奇偶校驗矩陣連接可變節點，和對個數與可變節點連接的1的個數一樣多的輸入值和輸出值進行更新操作。與可變節點連接的1的個數等於構成奇偶校驗矩陣的每個列的權重。可變節點解碼器1711的內部操作隨構成奇偶校驗矩陣的每個列的權重不同而不同。除非切換器1713被接通，接通切換器1714，以便將可變節點解碼器1711的輸出信號輸出到加法器1715。
加法器1715接收從可變節點解碼器1711輸出的信號和在之前疊代解碼過程中交織器1719的輸出信號，從可變節點解碼器1711的輸出信號中減去之前疊代解碼過程中交織器1719的輸出信號，並將相減結果輸出到去交織器1717。如果解碼過程是首次解碼過程，應該認為交織器1719的輸出信號是0。
去交織器1717根據預定去交織方案去交織從加法器1715輸出的信號，並將經去交織的信號輸出到加法器1725和校驗節點解碼器1727。由於對於與對應於去交織器1717的交織器1719的輸入值的輸出值隨奇偶校驗矩陣中具有值1的元素的位置不同而不同，所以去交織器1717具有與奇偶校驗矩陣相對應的內部結構。
加法器1725接收之前疊代解碼過程中校驗節點解碼器1727的輸出信號和去交織器1717的輸出信號，從之前疊代解碼過程中校驗節點解碼器1727的輸出信號中減去去交織器1717的輸出信號，並將相減結果輸出到交織器1719。校驗節點解碼器1727根據事先為塊LDPC碼設置在解碼裝置中的奇偶校驗矩陣連接校驗節點，和對個數等於與校驗節點連接的1的個數的輸入值和輸出值進行更新操作。與校驗節點連接的1的個數等於構成奇偶校驗矩陣的每個行的權重。因此，校驗節點解碼器1727的內部操作隨構成奇偶校驗矩陣的每個行的權重不同而不同。
在控制器1721的控制下，交織器1719根據預定交織方案交織從加法器1725輸出的信號，並將經交織的信號輸出到加法器1715和可變節點解碼器1711。控制器1721讀取事先存儲在存儲器1723中的交織方案相關減信息，和根據讀取的交織方案相關減信息控制交織器1719的交織方案和去交織器1717的去交織方案。因為存儲器1723隻存儲可以生成可變長度塊LDPC碼的母矩陣，所以控制器1721讀取存儲在存儲器1723中的母矩陣，和利用與預定塊大小相對應的置換矩陣的大小Ns′生成構成相應子矩陣的置換矩陣的指數。另外，控制器1721利用生成的子矩陣控制交織器1719的交織方案和去交織器1717的去交織方案。類似地，如果解碼過程是首次解碼過程，應該認為去交織器1717的輸出信號是0。
通過疊代地執行前述過程，解碼裝置進行無錯可靠解碼。在進行疊代解碼預定次數之後，切換器1714斷開可變節點解碼器1711和加法器1715之間的連接，和切換器1713接通可變節點解碼器1711和硬判決器1729之間的連接，以便向硬判決器1729提供從可變節點解碼器1711輸出的信號。硬判決器1729對從可變節點解碼器1711輸出的信號進行硬判決，和輸出硬判決結果，硬判決器1729的輸出值變成最後解碼值。
從前面的描述中可以看出，本發明提出了在移動通信系統中使最小循環長度被最大化的可變長度塊LDPC碼，從而使糾錯能力被最大化，因此提高了系統性能。另外，本發明生成有效的奇偶校驗矩陣，從而使可變長度塊LDPC碼的解碼複雜性被最小化。此外，本發明設計出這樣的可變長度塊LDPC碼，使它的解碼複雜性應該與它的塊長成正比，從而使有效解碼成為可能。尤其，本發明生成可應用於各種各樣的編碼率和具有各種各樣的塊長的塊LDPC碼，從而有助於使硬體的複雜性被最小化。
雖然通過參照本發明的某些優選實施例，已經對本發明進行了圖示和描述，但本領域的普通技術人員應該明白，可以在形式和細節上對其作各種各樣的改變，而不偏離所附權利要求書限定的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種編碼具有可變長度的塊低密奇偶校驗(LDPC)碼的方法，該方法包含步驟接收信息字；和取決於在生成變成塊LDPC碼的信息字時要應用的長度，根據第一奇偶校驗矩陣和第二奇偶校驗矩陣之一將信息字編碼成塊LDPC碼。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包含步驟利用調製方案將塊LDPC碼調製成已調碼元；和發送已調碼元。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，第二奇偶校驗矩陣是通過改變第一奇偶校驗矩陣的大小定義的奇偶校驗矩陣。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，第一奇偶校驗矩陣是這樣生成的奇偶校驗矩陣，使塊LDPC碼具有預定長度並滿足預定編碼率。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，第一奇偶校驗矩陣包括預定數量的分塊，並且每個分塊具有預定大小。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，第二奇偶校驗矩陣是通過改變第一奇偶校驗矩陣的分塊的大小定義的奇偶校驗矩陣。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，將預定置換矩陣一一對應地映射到每個分塊。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，第二奇偶校驗矩陣是通過根據第一奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的非零置換矩陣的指數和第二奇偶校驗矩陣的分塊的大小，確定第二奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的非零置換矩陣的指數生成的奇偶校驗矩陣。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，第二奇偶校驗矩陣具有通過下式定義的關係ai′＝aimod Ns′(對於1≤i≤L)其中，a1，a2，…，aL表示第一奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的L個非零置換矩陣的指數，Ns×Ns(Ns)表示第一奇偶校驗矩陣的分塊的大小，a1′，a2′，…，aL′表示第二奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的L個非零置換矩陣的指數，Ns′×Ns′(Ns′)表示第二奇偶校驗矩陣的分塊的大小，而『mod』表示求模運算。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，將信息字編碼成塊LDPC碼的步驟包含步驟根據長度確定第一奇偶校驗矩陣和第二奇偶校驗矩陣之一；通過將信息字乘以所確定的奇偶校驗矩陣的第一分矩陣生成第一信號；通過將信息字乘以所確定的奇偶校驗矩陣的第二分矩陣生成第二信號；通過將第一信號乘以所確定的奇偶校驗矩陣的第三分矩陣與第四分矩陣的逆矩陣的矩陣乘積生成第三信號；通過將第二信號與第三信號相加生成第四信號；通過將第四信號乘以所確定的奇偶校驗矩陣的第五分矩陣生成第五信號；通過將第二信號與第五信號相加生成第六信號；通過將第六信號乘以所確定的奇偶校驗矩陣的第四矩陣的逆矩陣生成第七信號；和多路復用所述信息字、定義成第一奇偶的第四信號和定義成第二奇偶的第七信號，以便將所述信息字、第一奇偶和第二奇偶映射到塊LDPC碼。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，第一分矩陣和第二分矩陣是確定的奇偶校驗矩陣中映射到與信息字相關聯的信息部分的分矩陣。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，第三分矩陣和第四分矩陣是映射到與奇偶相關聯的第一奇偶部分的分矩陣，而第五分矩陣和第六分矩陣是映射到與奇偶相關聯的第二奇偶部分的分矩陣。
13.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
14.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
15.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是3/4時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
16.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是5/6時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
17.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
18.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
19.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是3/4時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
20.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是3/4時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
21.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
22.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
23.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
24.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
25.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
26.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
27.根據權利要求5所述的方法，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
28.一種編碼具有可變長度的塊低密奇偶校驗(LDPC)碼的裝置，該裝置包含編碼器，用於取決於在生成變成塊LDPC碼的信息字時要應用的長度，根據第一奇偶校驗矩陣和第二奇偶校驗矩陣之一將信息字編碼成塊LDPC碼；和調製器，用於利用調製方案將塊LDPC碼調製成已調碼元。
29.根據權利要求28所述的裝置，其中，第二奇偶校驗矩陣是通過改變第一奇偶校驗矩陣的大小定義的奇偶校驗矩陣。
30.根據權利要求29所述的裝置，其中，第一奇偶校驗矩陣是這樣生成的奇偶校驗矩陣，使塊LDPC碼具有預定長度並滿足預定編碼率。
31.根據權利要求30所述的裝置，其中，第一奇偶校驗矩陣包括預定數量的分塊，並且每個分塊具有預定大小。
32.根據權利要求31所述的裝置，其中，第二奇偶校驗矩陣是通過改變第一奇偶校驗矩陣的分塊的大小定義的奇偶校驗矩陣。
33.根據權利要求32所述的裝置，其中，將預定置換矩陣一一對應地映射到每個分塊。
34.根據權利要求33所述的裝置，其中，第二奇偶校驗矩陣是通過根據第一奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的非零置換矩陣的指數和第二奇偶校驗矩陣的分塊的大小，確定第二奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的非零置換矩陣的指數生成的奇偶校驗矩陣。
35.根據權利要求34所述的裝置，其中，第二奇偶校驗矩陣具有通過下式定義的關係ai′＝aimod Ns′(對於1≤i≤L)其中，a1，a2，…，aL表示第一奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的L個非零置換矩陣的指數，Ns×Ns(Ns)表示第一奇偶校驗矩陣的分塊的大小，a1′，a2′，…，aL′表示第二奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的L個非零置換矩陣的指數，Ns′×Ns′(Ns′)表示第二奇偶校驗矩陣的分塊的大小，而『mod』表示求模運算。
36.根據權利要求35所述的裝置，其中，編碼器包含控制器，用於根據長度確定第一奇偶校驗矩陣和第二奇偶校驗矩陣之一；第一矩陣乘法器，用於將信息字乘以所確定的奇偶校驗矩陣的第一分矩陣；第二矩陣乘法器，用於將信息字乘以所確定的奇偶校驗矩陣的第二分矩陣；第三矩陣乘法器，用於將從第一矩陣乘法器輸出的信號乘以所確定的奇偶校驗矩陣的第三分矩陣與第四分矩陣的逆矩陣的矩陣乘積；第一加法器，用於將從第二矩陣乘法器輸出的信號與從第三矩陣乘法器輸出的信號相加；第四矩陣乘法器，用於將從第一加法器輸出的信號乘以所確定的奇偶校驗矩陣的第五分矩陣；第二加法器，用於將從第二矩陣乘法器輸出的信號與從第四矩陣乘法器輸出的信號相加；第五矩陣乘法器，用於將從第二矩陣乘法器輸出的信號乘以所確定的奇偶校驗矩陣的第四矩陣的逆矩陣；和多個切換器，用於多路復用所述信息字、定義成第一奇偶的第四信號和定義成第二奇偶的第七信號，以便將所述信息字、第一奇偶和第二奇偶映射到塊LDPC碼。
37.根據權利要求36所述的裝置，其中，第一分矩陣和第二分矩陣是確定的奇偶校驗矩陣中映射到與信息字相關聯的信息部分的分矩陣。
38.根據權利要求37所述的裝置，其中，第三分矩陣和第四分矩陣是映射到與奇偶相關聯的第一奇偶部分的分矩陣，而第五分矩陣和第六分矩陣是映射到與奇偶相關聯的第二奇偶部分的分矩陣。
39.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
40.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
41.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是3/4時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
42.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是5/6時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
43.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
44.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
45.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是3/4時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
46.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是3/4時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
47.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
48.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
49.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
50.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
51.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
52.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
53.根據權利要求31所述的裝置，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
54.一種解碼具有可變長度的塊低密奇偶校驗(LDPC)碼的方法，該方法包含步驟接收信號；和根據要解碼的塊LDPC碼的長度選擇第一奇偶校驗矩陣和第二奇偶校驗矩陣之一，並根據所選奇偶校驗矩陣解碼所接收到的信號，從而檢測塊LDPC碼。
55.根據權利要求54所述的方法，其中，第二奇偶校驗矩陣是通過改變第一奇偶校驗矩陣的大小定義的奇偶校驗矩陣。
56.根據權利要求55所述的方法，其中，第一奇偶校驗矩陣是這樣生成的奇偶校驗矩陣，使塊LDPC碼具有預定長度並滿足預定編碼率。
57.根據權利要求56所述的方法，其中，第一奇偶校驗矩陣包括預定數量的分塊，並且每個分塊具有預定大小。
58.根據權利要求57所述的方法，其中，第二奇偶校驗矩陣是通過改變第一奇偶校驗矩陣的分塊的大小定義的奇偶校驗矩陣。
59.根據權利要求58所述的方法，其中，將預定置換矩陣一一對應地映射到每個分塊。
60.根據權利要求59所述的方法，其中，第二奇偶校驗矩陣是通過根據第一奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的非零置換矩陣的指數和第二奇偶校驗矩陣的分塊的大小，確定第二奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的非零置換矩陣的指數生成的奇偶校驗矩陣。
61.根據權利要求60所述的方法，其中，第二奇偶校驗矩陣具有通過下式定義的關係ai′＝aimod Ns′(對於1≤i≤L)其中，a1，a2，…，aL表示第一奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的L個非零置換矩陣的指數，Ns×Ns(Ns)表示第一奇偶校驗矩陣的分塊的大小，a1′，a2′，…，aL′表示第二奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的L個非零置換矩陣的指數，Ns′×Ns′(Ns′)表示第二奇偶校驗矩陣的分塊的大小，而『mod』表示求模運算。
62.根據權利要求61所述的方法，其中，根據所確定的奇偶校驗矩陣解碼所接收到的信號，從而檢測塊LDPC碼的步驟包含步驟根據所確定的奇偶校驗矩陣確定去交織方案和交織方案；檢測所接收到的信號的概率值；通過從所接收到的信號的概率值中減去在之前解碼過程中生成的信號生成第一信號；利用去交織方案去交織第一信號；從經去交織的信號中檢測概率值；通過從經去交織的信號的概率值中減去經去交織的信號生成第二信號；和利用交織方案交織第二信號，併疊代解碼經交織的信號，從而檢測塊LDPC碼。
63.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
64.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
65.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是3/4時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
66.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是5/6時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
67.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
68.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
69.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是3/4時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
70.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是3/4時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
71.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
72.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
73.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
74.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
75.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
76.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
77.根據權利要求57所述的方法，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
78.一種解碼具有可變長度的塊低密奇偶校驗(LDPC)碼的裝置，該裝置包含接收器，用於接收信號；和解碼器，用於根據要解碼的塊LDPC碼的長度選擇第一奇偶校驗矩陣和第二奇偶校驗矩陣之一，並根據所選奇偶校驗矩陣解碼所接收到的信號，從而檢測塊LDPC碼。
79.根據權利要求78所述的裝置，其中，第二奇偶校驗矩陣是通過改變第一奇偶校驗矩陣的大小定義的奇偶校驗矩陣。
80.根據權利要求79所述的裝置，其中，第一奇偶校驗矩陣是這樣生成的奇偶校驗矩陣，使塊LDPC碼具有預定長度並滿足預定編碼率。
81.根據權利要求80所述的裝置，其中，第一奇偶校驗矩陣包括預定數量的分塊，並且每個分塊具有預定大小。
82.根據權利要求81所述的裝置，其中，第二奇偶校驗矩陣是通過改變第一奇偶校驗矩陣的分塊的大小定義的奇偶校驗矩陣。
83.根據權利要求82所述的裝置，其中，將預定置換矩陣一一對應地映射到每個分塊。
84.根據權利要求83所述的裝置，其中，第二奇偶校驗矩陣是通過根據第一奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的非零置換矩陣的指數和第二奇偶校驗矩陣的分塊的大小，確定第二奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的非零置換矩陣的指數生成的奇偶校驗矩陣。
85.根據權利要求84所述的裝置，其中，第二奇偶校驗矩陣具有定義在如下方程中的關係ai′＝aimod Ns′(對於1≤i≤L)其中，a1，a2，…，aL表示第一奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的L個非零置換矩陣的指數，Ns×Ns(Ns)表示第一奇偶校驗矩陣的分塊的大小，a1′，a2′，…，aL′表示第二奇偶校驗矩陣的置換矩陣當中的L個非零置換矩陣的指數，Ns′×Ns′(Ns′)表示第二奇偶校驗矩陣的分塊的大小，而『mod』表示求模運算。
86.根據權利要求85所述的裝置，其中，解碼器包含第一控制器，用於根據要解碼的塊LDPC碼的長度確定第一奇偶校驗矩陣或第二奇偶校驗矩陣；可變節點解碼器，用於通過根據構成所確定的奇偶校驗矩陣的每個列的權重連接可變節點，檢測所接收到的信號的概率值；第一加法器，用於從從可變節點解碼器輸出的信號中減去在之前解碼過程中生成的信號；去交織器，用於利用根據所確定的奇偶校驗矩陣確定的去交織方案去交織從第一加法器輸出的信號；校驗節點解碼器，用於通過根據構成所確定的奇偶校驗矩陣的每個行的權重連接校驗節點，檢測從去交織器輸出的信號的概率值；第二加法器，用於從從校驗節點解碼器輸出的信號中減去從去交織器輸出的信號；交織器，用於利用根據所確定的奇偶校驗矩陣確定的交織方案交織從第二加法器輸出的信號，並將經交織的信號輸出到可變節點解碼器和第一加法器；和第二控制器，用於根據所確定的奇偶校驗矩陣控制去交織方案和交織方案。
87.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
88.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
89.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是3/4時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
90.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是5/6時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊，而I代表對應置換矩陣的指數是0的單位矩陣。
91.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
92.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
93.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是3/4時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
94.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是3/4時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
95.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
96.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
97.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
98.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
99.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
100.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是1/2時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
101.根據權利要求81所述的裝置，其中，當編碼率是2/3時，將第一奇偶校驗矩陣表達成 其中，方塊代表分塊，數字代表對應置換矩陣的指數，而沒有數字的方塊代表零矩陣所映射到的分塊。
全文摘要
本發明公開了編碼具有可變長度的塊低密奇偶校驗(LDPC)碼的設備和過程。該過程包括接收信息字；以及取決於在生成變成塊LDPC碼的信息字時要應用的長度，根據第一奇偶校驗矩陣或第二奇偶校驗矩陣將信息字編碼成塊LDPC碼。
文檔編號H04L1/00GK1993917SQ200580026821
公開日2007年7月4日 申請日期2005年4月28日 優先權日2004年8月16日
發明者慶奎範, 明世澔, 梁景喆, 梁賢九, 樸東植, 金宰烈, 樸聖恩, 崔承勳, 周判諭, 鄭鴻實 申請人:三星電子株式會社