一种ldpc结构、码字及对应的编码器、解码器和编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种LDPC码字及使用该码字的编码器、解码器、对应的编码方法，更 具体地说，涉及一种S-IRA LDPC码字及对应的编码器、解码器和编码方法。
【背景技术】
[0002] 低密度奇偶校验码字（Low density Parity Check, LDPC)根据其结构主要可以分 为两类，一类是随机的码字，最经典的当属MacKay码，他还有专门的网页给出他的各种码 字（MacKayl999) (Richardson 2001) (Luby2001) (Richardson and Urbanke2001);另外一 类是基于代数组合结构（Combinatorial)来设计的码字。随机码字能够非常好的逼近香农 极限，但是由于'1'分布的随机性，导致编码器的设计和译码器的设计并不具有并行或者规 律性可行，所以不适合需要具备一定吞吐量系统，因此也就没有被广泛应用了。
[0003] 而基于代数组合结构的码字的出现很好的解决了这方面的问题，这其中，有一类 基于有限域（Finite Geometry)设计的码字具有很好的性能（Y. Kou and S.Lin2001)，但 是这类码字的缺点是由于其H矩阵密度比较高(大的行重列重)，所以当使用基于置信传 播的一类算法时，复杂度非常高。而另一类准循环码字（Quasi-cyclic LDPC，QC-LDPC) 是一类非常重要的基于代数组合构造的码字。QC-LDPC码字主要的构造是基于准循环 的单位子矩阵。（J. L. Fan 2000) (R. M. Tanner2001) (R. M. Tanner2001) (T. 0kamura2003) (R. M. Tanner2004)这种准循环的单位子矩阵结构非常适合实现并行操作的硬件，比如实现 并行度大、进而高吞吐率的译码器。传统的这种QC-LDPC码字尽管适合并行度高的译码器 实现，提高了吞吐率，但是通过逆向方法得到了 QC结构的生成矩阵可能并不稀疏，或者就 算稀疏，其用生成矩阵来编码得到校验比特并不是显然的，要通过求线性方程组来获得，因 此传统的QC-LDPC码字的编码器还是相对复杂的。为了解决这个问题，学者Zhang和Ryan 首先提出的结构化的重复累积码（Structured Irregular Repeat Accumulator code， S-IRA)LDPC码字（Zhang and Ryan2006)，该结构在适合高并行译码器的实现的同时，可以 以非常简便高效的方法来完成编码。该种码字结构有如下特点，信息比特所对应的矩阵部 分由准循环子矩阵组成，而校验比特所对应的矩阵部分是由双对角阵组成的。
[0004] 目前S-IRA码字已经被广泛应用在各大通信标准中，主要包括，欧洲第二代 数字广播电视传输标准 DVB 系列（ETSI, 2006, DVBT22009, DVB-C22009, DVB-NGH2012); IEEE802. Iln无线局域网标准（IEEE802. Iln2009) ;IEEE802. Ile无线广域网标准 (IEEE802. 16e2006);中国数字电视地面传输标准（DTTB) (GB20600-2006);移动多媒体广 播（CMMB2006);北美CCSDS的近地深空通信系统（CCSDS 2007);以及一些磁盘存储设备的 标准等等。从整个国际范围数字通信领域的发展态势来看，还会有更多的标准正在或将来 会用到LDPC码字。
[0005] 从目前已经提交的标准中，特别是商业上非常成功的DVBT2、DVBS2标准，以及 最近才定下标准并且商业上有广阔前景的DVB-NGH标准（2012年底定稿）来看，其使用的 S-IRA码字所对应的校验矩阵主要使用的结构如下：
[0006] H = [ Π H1P]
[0007] 其中H1是信息比特对应的矩阵部分，Π 是对H1的一个某种形式的行变换，而P是 校验比特对应的矩阵部分。
[0008] 而：
[0009]
【主权项】
1. 一种特殊结构的S-IRA LDPC码字，其特征在于，所述码字的结构为： H=[H'iTIP']，其中H':为信息比特矩阵，P'是校验比特矩阵，TIP'是对所述 校验比特矩阵做行变换，其中： 所述信息比特矩阵H':包括多个循环子矩阵Pu，每一个所述循环子矩阵只能是单位 循环偏移矩阵或全零矩阵。
2.如权利要求1所述的一种特殊结构的S-IRA LDPC码字，其特征在于，所述信息比特 矩阵为m行X n-m列的矩阵：
，其中每一个循环子矩阵Pu的 大小为
3.如权利要求1所述的一种特殊结构的S-IRA LDPC码字，其特征在于，所述校验比特 矩阵P'为m行X m列的矩阵：
，其主对角线和次对角线上均为1，且最后一列的第一 行和第k行为1,其余位置为0。
4. 一种LDPC编码器，所述LDPC编码器采用一种S-IRA结构的LDPC码字，其特征在于， 所述S-IRA LDPC码字的结构为： H=[H'iTIP']，其中H':为信息比特矩阵，P'是校验比特矩阵，TIP'是对所述 校验比特矩阵做行变换，其中： 所述信息比特矩阵H':包括多个循环子矩阵Pu，每一个所述循环子矩阵只能是单位 循环偏移矩阵或全零矩阵。
5.如权利要求4所述的LDPC编码器，其特征在于，所述信息比特矩阵为m行Xn-m列 的矩阵：
，其中每一个循环子矩阵Pij的 大小为
6.如权利要求4所述的LDPC编码器，其特征在于，所述校验比特矩阵P'为m行Xm 列的矩阵：
其主对角线和次对角线上均为1，且最后一列的第一 行和第k行为1,其余位置为0。
7. -种LDPC解码器，所述LDPC解码器采用一种S-IRA结构的LDPC码字，其特征在于， 所述S-IRA LDPC码字的结构为： H=[H'iTIP']，其中H':为信息比特矩阵，P'是校验比特矩阵，TIP'是对所述 校验比特矩阵做行变换，其中： 所述信息比特矩阵H':包括多个循环子矩阵Pu，每一个所述循环子矩阵只能是单位 循环偏移矩阵或全零矩阵。
8.如权利要求7所述的LDPC解码器，其特征在于，所述信息比特矩阵为m行Xn-m列 的矩阵：
，其中每一个循环子矩阵Pu的 大小为
9.如权利要求4所述的LDPC解码器，其特征在于，所述校验比特矩阵P'为m行Xm 列的矩阵：
，其主对角线和次对角线上均为1，且最后一列的第一 行和第k行为1,其余位置为0。
10. -种如权利要求1所述的S-IRALDPC码字的编码方法，其特征在于，包括以下步 骤： 获得信息比特Upi2,i3,i4,i5,...，in-m-i，inJ; 初始化校验比特PfO,P2=〇,P3=〇,P4=〇,…，Pm=〇 ; 将每一个校验比特pi以及与其相连的信息比特做模2和，i=0, 1，2 ???m,并做重新 排列，得到重排后的校验比特序列
将所述重排后的校验比特序列
做如下累加：
11. 一种LDPC码的编码方法，其特征在于，包括以下步骤： 计算校验比特
！其中，m= 0, 1，2, 3,. . .，M-1 ; 表示在低密度奇偶校 验矩阵中与Pm所关联的信息比特；ym是信息比特的序号，根据如下公式得到：
其中，q=360,x表示参与奇偶校验比特累加的信息比特的地址，x的表为： 9/15码率
12/15码率
12.-种LDPC编码器，其特征在于，所述编码器包括：
编码运算模块，用以计算校验比特 ；其中，m= 0, 1，2, 3,. . .，M-l; m 表示在低密度奇偶校验矩阵中与Pm所关联的信息比特；ym是信息比特&m的序号，根据如下 公式得到：
其中，q=360, x表示参与奇偶校验比特累加的信息比特的地址，x的表为： 9/15码率
【专利摘要】本发明揭示了一种新型的结构化的重复累积型（S-IRA）的LDPC码字、对应的编码器、解码器及编码方法，其码字的结构为H＝[H′1∏P′]，H′1为信息比特矩阵，P′是校验比特矩阵，∏P′是对所述校验比特矩阵做行变换，其中信息比特矩阵H′1包括多个循环子矩阵pi,j，每一个循环子矩阵只能是单位循环偏移矩阵或全零矩阵。采用了本发明的技术方案，通过大量仿真模拟，找出了比现有技术更适用于HSS译码算法的一种LDPC码字的信息比特矩阵结构，以及使用这种LDPC码的编码器、解码器，并且进一步配合改进了校验比特矩阵，从而提升了LDPC码字的性能。另外，本发明开公开了一种对应上述S-IRA结构的编码方法、编码器。
【IPC分类】H04L1-00, H03M13-11
【公开号】CN104779961
【申请号】CN201410011008
【发明人】张文军, 管云峰, 何大治, 徐胤, 史毅俊, 夏平建, 王尧
【申请人】上海数字电视国家工程研究中心有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2014年1月9日