一種高度結構化的LDPC編碼和解碼方法及其編碼器和解碼器技術

一種高度結構化的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矩陣產生單元根據預先設置的高度結構化的ＬＤＰＣ碼的碼率、列重和行重值生成一奇偶校驗矩陣，并將生成的結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據信息與所述的奇偶校驗矩陣進行合成運算，得到一具有奇偶校驗矩陣信息的數據信息；步驟三，將所述的由奇偶校驗信息比特和輸入數據信息比特位合并的數據信息輸出。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于通信信道編解碼
，特別是涉及一種采用高度結構化奇偶校驗碼快速而有效地糾正信道差錯的編碼方法和解碼方法及其編碼器和解碼器。
技術介紹
數據在存儲以及傳輸過程中經常會引發各種差錯。產生這種差錯的原因有隨機噪聲、解調過程中的同步丟失、無線傳輸中的多徑衰減、磁性存儲器中的磁道損失等原因。由于這些差錯的存在，大大限制了特定寬帶下的信息傳輸速率和傳輸的質量。特別是在無線多媒體傳輸系統中，由于大量的數據要在帶寬有限且受到各種突發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。為了解決數據在傳輸和存儲中的可靠性問題，通常采用信道編碼的方法。在目前已有的編碼方法中，低密度奇偶校驗碼(LDPC)因其卓越的性能引起很大的注意，并且被廣泛認為是許多電信和磁存儲應用中很有前途的糾錯編碼方法之一。長碼塊的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，本質上更適合于并行處理。這一性質再加上它出色的糾錯性能使它成為高速寬帶系統應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制器之間進行額外的交織處理。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中設計了一個完全并行的解碼器結構來達到極高的解碼速度。然而，隨著LDPC碼長度的增加，由于計算和通信過于復雜，其硬件實現復雜性極高。因此，在大部分的實際應用中，這種完全并行的設計方案都不適合，即使是僅采用短碼(碼字長度小于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，France，Sept.2000中提出了一種部分并行的解碼器結構并據此設計實現了解碼器。但是，該解碼器包含了大量隨機碼發生器，在實際應用中造成了復雜度增加，使得解碼器整體設計和硬件執行過程進一步復雜化。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構化的LDPC解碼器，他們提出了一種更簡單的設計，不再使用隨機數發生器(random number generator)。不過，該設計中利用了非常復雜的隨機化互聯網絡(shuffle network)，由于較高的路由代價，仍然會造成硬件執行(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用所需要的高數據傳輸率要求。
技術實現思路
本專利技術克服了現有技術的不足之處，本專利技術的一目的是提出了一種高度結構化的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勢，使其非常合適于實際應用。該方法中沒有復雜的隨機化網絡，能夠極大地降低整個解碼器硬件執行的復雜性；其次，該方法是高度結構化的，易于根據各類應用的需要在硬件實現復雜度和速度之間進行折衷。此外，該方法有潛力在一個解碼器核心中實現不同碼率的解碼方式。該方法中系統化的HS-LDPC編碼器具有較低的硬件復雜度，能達到高達100Mbit/s的數據吞吐量。LDPC碼是一種線性糾錯碼，線性糾錯碼采用一個生成矩陣G，將要發送的信息s＝{s1，s2，...，sm}轉換成被輸出的碼子t＝{t1，t2，...，tn}，n＞m。與生成矩陣G相對應的是一個校驗矩陣H，H滿足Ht＝0。LDPC碼是碼長為n的碼子，L是在它的校驗矩陣H中1的密度很低的矩陣。在校驗矩陣H中，每一列1的數目為列重j，每一行的數目為行重k，通常LDPC碼(j，k)的碼率為(k-j)/k，上述的描述是現有技術中已知的內容。本專利技術的HS-LDPC碼是基于LDPC碼的基礎上對校驗矩陣H進行的高度結構化的編碼設計，其編碼方法是步驟一，編碼器中的一校驗矩陣產生單元根據預先設置的HS-LDPC碼的碼率、列重和行重值生成一奇偶校驗矩陣，并將生成的結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據信息與所述的奇偶校驗矩陣進行合成運算，得到一具有奇偶校驗碼信息的數據信息；步驟三，將所述的由奇偶校驗信息比特和輸入數據信息特位合并的數據信息輸出。所述的校驗矩陣產生單元生成奇偶校驗矩陣的優選步驟如下步驟一，校驗矩陣產生單元根據預先設置的HS-LDPC碼的列重固定為3，生成一個具有三個分矩陣校驗矩陣，步驟二，根據HS-LDPC碼的碼長和HS-LDPC碼的行重，將所述校驗矩陣的分矩陣生成若干塊校驗子矩陣(如圖1所示)；步驟三，根據所述的校驗子矩陣碼長除以所述的HS-LDPC碼的行重值得到一單位校驗矩陣；步驟四，將所述的校驗單位矩陣在所有的分矩陣中進行循環移位后，得到一奇偶校驗矩陣；步驟五，將所得到的一奇偶校驗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算是，所述的乘法單元將一輸入的數據信息Xs和所述的校驗矩陣產生單元生成的一奇偶校驗矩陣信息進行乘法運算，將其結果z輸入到第一解算單元根據第一個單元求解方程Uy＝z(U乘以y等于z)進行解算，其中y是該單元的求解結果，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第二單元求解方程LXp＝y，進行解算，其中U和L是上/下三角矩陣，Xp是帶有奇偶校驗信息的數據，也是該單元的求解結果。最后，合并單元將具有奇偶校驗矩陣信息的數據Xp和輸入信息Xs的比特位合并，并將其結果輸出。本專利技術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奇偶校驗矩陣的結構，預先設定編碼器的可變節點單元，校驗接點單元和連接可變節點單元的數目和相應的連接結構，因為解碼器在執行解碼的過程中，每個可變節點單元負責相同列中的分矩陣和子矩陣的處理工作，每個校驗節點單元負責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點單元和校驗節點單元的數目和連接是與所述奇偶校驗矩陣的結構相符合的，所述可變節點單元根據奇偶校驗矩陣的行重值而設置，所述校驗節點單元根據所述奇偶校驗矩的列重值而設置。所述的連接單元負責可變節點單元和校驗節點單元的互聯，其是由奇偶校驗矩陣的結構所決定的，即是奇偶校驗矩陣中每一行中非零字的矩陣序列。需要指出的是因為當矩陣校驗碼是固定的，這些連接也都是固定的。其中所述的可變節點單元又包含多個存儲單元，用來存儲可變節點單元和校驗節點單元之間的交換信息。在解碼過程中，所述的可變節點單元和校驗節點單元共同完成HS-LDPC碼的迭帶解碼本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉輝，王聯，邢觀斌，沈漫源，楊慶華，申紅兵，李群，
申請(專利權)人：北京泰美世紀科技有限公司，
類型：發明
國別省市：