一种低密度奇偶校验码译码装置及其译码方法
【专利摘要】本发明公开了一种低密度奇偶校验码LDPC译码装置译码方法，以填充为与统一母码矩阵对应的全码率的信道软信息初始化比特软信息，根据预设的旋转移位值计算新的比特软信息；在所述新的比特软信息码字比特硬判决结果满足译码输出条件或计算新的比特软信息次数达到预设最大值时，将所述新的比特软信息中与所述初始化比特软信息非填充码字比特对应的码字比特的硬判决结果输出。本发明同时还公开一种LDPC译码装置，本发明的技术方案对多码率译码的支持实现简单，硬件成本低，且配置灵活，适用于大吞吐量的应用场景。
【专利说明】一种低密度奇偶校验码译码装置及其译码方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及译码技术，特别涉及一种低密度奇偶校验码(LDPC, Low DensityParity Check Code)译码装置及其译码方法。
【背景技术】
[0002]随着多媒体、宽带移动、微波等通信业务的广泛应用，通信系统对传输容量和可靠性提出了更高的要求。基于LDPC技术的编码方案，以其强大的信道纠错编码能力，良好的传输可靠性，被广泛应用于许多通信系统，包括基于IEEE802.16e全球微波互联接入(WiMax, Worldwide Interoperability for Microwave Access)标准的移动宽带系统、基于DVB-S2标准的数字卫星广播系统和基于地面数字多媒体电视/手持广播(DMB-TH，Terrestrial Digital Multimedia TV/Handle Broadcasting)标准数字高清广播系统。
[0003]业界目前的LDPC译码器，在对多码率译码提供支持时，一般采用存储多个母码矩阵的方案，实现较为复杂、硬件成本高；并且，要根据多个母码矩阵对LDPC译码器中的信息处理单元分别进行配置，操作繁复，不能灵活变更并行度，因而无法适用于大吞吐量的应用场景。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种LDPC译码装置及其译码方法，能使多码率译码实现简单，能灵活变更并行度，以适用于大吞吐量要求的应用场景。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0006]本发明提供了一种LDPC译码装置，所述LDPC译码装置包括:比特软信息存储单元、旋转移位值存储单元、交织单元、校验节点存取单元和信息处理单元；其中，
[0007]所述比特软信息存储单元，用于在以接收的信道软信息初始化比特软信息时，根据存储的预设扩展因子的值z和预设统一母码矩阵的列数n，填充所述信道软信息，使所述信道软信息码率为与所述母码矩阵对应的全码率；还用于在存储的比特软信息的码字比特的硬判决结果满足译码输出条件或所述信息处理单元计算新的比特软信息次数达到预设最大值时，将存储的比特软信息中与所述初始化比特软信息非填充码字比特对应的码字比特的硬判决结果输出；
[0008]所述旋转移位值存储单元，用于存储预设的旋转移位值；
[0009]所述交织单元，用于根据从所述旋转移位值存储单元读取的旋转移位值，对从所述比特软信息存储单元读取的比特软信息进行交织，并将交织后的比特软信息发送至所述信息处理单元；
[0010]所述校验节点存取单元，用于存储与所述交织单元交织后的比特软信息对应的校验节点外信息；
[0011]所述信息处理单元，用于根据接收的交织后的比特软信息以及从所述校验节点存取单元读取的与所述交织后的比特软信息对应的校验节点外信息，计算新的比特软信息并发送至所述比特软信息存储单元。
[0012]优选地，所述比特软信息存储单元，具体用于在所述信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列时，在所述信道软信息的码字比特之前填充aX z个任意值的码字比特；
[0013]所述信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵删余校验位为b列时，在所述信道软信息的码字比特之后填充bXz个零值的码字比特；
[0014]所述信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列且删余检验位为b列时，在所述信道软信息的码字比特之前填充aXz个任意值的码字比特，并在所述信道软信息的码字比特之后填充b X z个零值的码字比特。
[0015]优选地，所述比特软信息存储单元，还用于在所述信道软信息码率变化时，调整码率扩展因子z，使码率变化前后的信道软信息的码长一致。
[0016]优选地，所述码率变化前的信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列、删余校验位为b列、缩短信息位为a列且删余检验位为b列时，对应的码长分别为:(n-a) X z、(n-b) X z、(n-a-b) X z ；
[0017]所述码率变化后的信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列、删余校验位为b列、缩短信息位为a列且删余检验位为b列时，对应的码长分别为:(n-a) Xz'、(n-b) Xz' , (n-a-b) Xzi，其中z'为码率变化后调整的扩展因子；
[0018]所述比特软信息存储单元，具体用于在所述信道软信息码率变化时，将所述扩展因子的值z调整为Z'，使码率变化后的信道软信息的码长(n-a) Xz'、(n_b)Xz'或(n-a-b) X z丨与码率变化前的信道软信息的码长(n_a) X z、(n-b) X z或(n_a_b) X z 一致。
[0019]优选地，所述信息处理单元，具体用于根据所述交织后的比特软信息以及从所述校验节点存取单元读取的校验节点外信息，计算变量节点外信息，将所述变量节点外信息中对应所述交织后的比特软信息填充码字比特的码字比特修正为位宽最大值，根据所述修正的变量节点外信息计算新的校验节点外信息，根据所述修正的变量节点外信息和新的校验节点外信息，计算新的比特软信息并存储至所述比特软信息存储单元。
[0020]优选地，所述信息处理单元，还用于在根据所述修正的变量节点外信息和新的校验节点外信息计算出新的比特软信息时，将所述新的比特软信息中与所述初始化比特软信息填充码字比特对应的码字比特修正为位宽最大值。
[0021 ] 优选地,所述LDPC译码装置还包括:
[0022]输出缓冲单元，用于缓存接收的码字比特的硬判决结果，并输出所述硬判决结果中与所述初始化比特软信息非填充码字比特对应的码字比特的硬判决结果；
[0023]所述比特软信息存储单元，具体用于在存储的比特软信息的码字比特的硬判决结果满足译码输出条件或所述信息处理单元计算新的比特软信息次数达到预设最大值时，将存储的比特软信息码字比特的硬判决结果发送至所述输出缓冲单元。
[0024]本发明还提供了一种LDPC译码装置译码方法，应用于以上所述的LDPC译码装置中；所述方法包括:
[0025]在以接收的信道软信息初始化比特软信息时，根据预设扩展因子的值z和预设统一母码矩阵的列数n，填充所述信道软信息，使所述信道软信息码率为与所述母码矩阵对应的全码率；[0026]根据预设的旋转移位值对所述比特软信息进行交织，根据交织后的比特软信息以及与所述交织后的比特软信息对应的校验节点外信息，计算新的比特软信息；
[0027]所述新的比特软信息的码字比特的硬判决结果满足译码输出条件或计算新的比特软信息次数达到预设最大值时，将所述新的比特软信息中与所述初始化比特软信息非填充码字比特对应的码字比特的硬判决结果输出。
[0028]优选地，所述根据预设扩展因子的值z和预设统一母码矩阵的列数n，填充所述信道软信息，使所述信道软信息码率为与所述母码矩阵对应的全码率，包括:
[0029]所述信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列时，在所述信道软信息的码字比特之前填充aXz个任意值的码字比特；
[0030]所述信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵删余校验位为b列时，在所述信道软信息的码字比特之后填充bXz个零值的码字比特；
[0031]所述信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列且删余检验位为b列时，在所述信道软信息的码字比特之前填充aXz个任意值的码字比特，并在所述信道软信息的码字比特之后填充b X z个零值的码字比特。
[0032]优选地，所述方法还包括:
[0033]所述信道软信息码率变化时，调整所述扩展因子z，使码率变化前后的信道软信息的码长一致。
[0034]优选地，所述码率变化前的信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列、删余校验位为b列、缩短信息位为a列且删余检验位为b列时，对应的码长分别为:(n-a) X z、(n-b) X z、(n-a-b) X z ；
[0035]所述码率变化后的信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列、删余校验位为b列、缩短信息位为a列且删余检验位为b列时，对应的码长分别为:(n-a) Xz'、(n-b) Xz' , (n-a-b) Xzi，其中z'为码率变化后调整的扩展因子；
[0036]所述信道软信息码率变化时，所述调整所述扩展因子z，使码率变化前后的信道软信息的码长一致，包括:
[0037]在码率变化时将所述扩展因子z调整为Z'，使码率变化后的信道软信息的码长(n-a) Xz'、(n-b) Xz'或(n-a-b)Xz'与码率变化前的信道软信息的码长(n_a) Xz、(n-b) Xz 或(n-a-b) Xz —致。
[0038]优选地，所述根据交织后的比特软信息以及与所述交织后的比特软信息对应的校验节点外信息，计算新的比特软信息，包括:
[0039]根据所述交织后的比特软信息与所述交织后的比特软信息对应的校验节点外信息，计算变量节点外信息，将所述变量节点外信息中对应所述交织后的比特软信息填充码字比特的码字比特修正为位宽最大值，根据所述修正的变量节点外信息计算新的校验节点外信息，根据所述修正的变量节点外信息和新的校验节点外信息计算新的比特软信息。
[0040]优选地，所述计算新的比特软信息之后，所述方法还包括:
[0041]将所述新的比特软信息中与所述初始化比特软信息填充码字比特对应的码字比特修正为位宽最大值。
[0042]优选地，所述将新的比特软信息中与所述初始化比特软信息非填充码字比特对应的码字比特的硬判决结果输出，包括:[0043]缓存所述新的比特软信息的码字比特的硬判决结果，并输出所述硬判决结果中与所述初始化比特软信息非填充码字比特对应的码字比特的硬判决结果。
[0044] 本发明所提供的技术方案中，由于将多种码率的信道软信息填充为与统一母码矩阵对应的全码率的信道软信息并初始化比特软信息，因此初始化比特软信息码率相同，后续译码时不需要对比特软信息的码率进行区分，可根据应用场景吞吐量要求灵活选择并行度以调用信息处理单元，硬件实现简单；并且，根据预设的旋转移位值对所述比特软信息进行交织，避免了现有技术中的反交织处理，节省了实时计算旋转值时间，提高了译码效率；进一步地，通过调整扩展因子，能使码率变化前后的信道软信息的码长一致，进而使LDPC译码装置配置更加灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1为本发明LDPC译码装置的组成结构示意图；
[0046]图2为本发明LDPC译码装置中比特软信息存储单元的组成结构示意图；
[0047]图3为本发明LDPC译码装置译码方法的实现流程示意图。
【具体实施方式】
[0048]本发明采用分层修正最小和置信度传播(BP, Belief Propagation)译码算法,所述算法基于LDPC奇偶校验矩阵H(mXz) X(nXz),所述奇偶校验矩阵通过统一母码矩阵HbOnXn)扩展得到，相应的扩展因子为z ;其中，mXz为所述奇偶校验矩阵校验位的位数，nXz为与所述奇偶校验矩阵对应比特软信息的码长，相应的，与所述母码矩阵对应的全码率为s\n。
[0049]所述分层修正最小和BP译码算法具体为:
[0050]1、用信道软信息码字比特7?对比特软信息码字比特qn的对数似然比(LLR，(Log-Likelihood Ratio)进行初始化，同时初始化检验节点外信息码字比特rmn:
[0051]LLR (qn) = yn(l)
[0052]LLR (r J = 0(2)
[0053]其中，信道软信息结构为基于LDPC的准循环结构。
[0054]2、迭代计算比特软信息码字比特qn:
[0055]For m = 0，…，M-1
[0056]For n ^ N(m)
[0057]根据校验节点外信息码字比特Imi和比特软信息码字比特911，计算对应的变量节点外彳目息码字比特qmn:
[0058]LLRiq,.,,,) = LLR(f/?) — LLR(^；' ) (3)
[0059]根据公式(3)中变量节点外信息码字比特qnm，计算新的校验节点外信息码字比特
r.χ mn.[0060]
LLR(rL ) = Αχ Π >:/^?(LLR(i/):j)x Min (|lLR(^j|) (4)
n-eN(m)\nΠ eN(m)\ n 丨…
[0061]end[0062]For n ^ N(m)
[0063]根据公式⑷中新的校验节点外信息码字比特Imi和公式(3)中变量节点外信息码字比特qmn,计算新的比特软信息码字比特qn:
[0064]
【权利要求】
1.一种低密度奇偶校验码LDPC译码装置，其特征在于，所述LDPC译码装置包括:比特软信息存储单元、旋转移位值存储单元、交织单元、校验节点存取单元和信息处理单元；其中， 所述比特软信息存储单元，用于在以接收的信道软信息初始化比特软信息时，根据存储的预设扩展因子的值z和预设统一母码矩阵的列数n，填充所述信道软信息，使所述信道软信息码率为与所述母码矩阵对应的全码率；还用于在存储的比特软信息的码字比特的硬判决结果满足译码输出条件或所述信息处理单元计算新的比特软信息次数达到预设最大值时，将存储的比特软信息中与所述初始化比特软信息非填充码字比特对应的码字比特的硬判决结果输出； 所述旋转移位值存储单元，用于存储预设的旋转移位值； 所述交织单元，用于根据从所述旋转移位值存储单元读取的旋转移位值，对从所述比特软信息存储单元读取的比特软信息进行交织，并将交织后的比特软信息发送至所述信息处理单元； 所述校验节点存取单元，用于存储与所述交织单元交织后的比特软信息对应的校验节点外信息； 所述信息处理单元，用于根据接收的交织后的比特软信息以及从所述校验节点存取单元读取的与所述交织后的比特软信息对应的校验节点外信息，计算新的比特软信息并发送至所述比特软信息存储单元。
2.根据权利要求1所述的LDPC译码装置，其特征在于， 所述比特软信息存储单元，具体用于在所述信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列时，在所述信道软信息的码字比特之前填充aX z个任意值的码字比特； 所述信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵删余校验位为b列时，在所述信道软信息的码字比特之后填充bXz个零值的码字比特； 所述信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列且删余检验位为b列时，在所述信道软信息的码字比特之前填充aXz个任意值的码字比特，并在所述信道软信息的码字比特之后填充bXz个零值的码字比特。
3.根据权利要求1所述的LDPC译码装置，其特征在于， 所述比特软信息存储单元，还用于在所述信道软信息码率变化时，调整码率扩展因子z,使码率变化前后的信道软信息的码长一致。
4.根据权利要求3所述的LDPC译码装置，其特征在于， 所述码率变化前的信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列、删余校验位为b列、缩短信息位为a列且删余检验位为b列时，对应的码长分别为:(n-a) Xz、(n-b) Xz、(n_a_b) Xz ； 所述码率变化后的信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列、删余校验位为b列、缩短信息位为a列且删余检验位为b列时，对应的码长分别为:(n-a) Xz'、(n-b) Xz'、(n-a_b)Xz'，其中z'为码率变化后调整的扩展因子； 所述比特软信息存储单元，具体用于在所述信道软信息码率变化时，将所述扩展因子的值z调整为Z'，使码率变化后的信道软信息的码长(n-a)Xz'、(n_b)Xz'或(n-a-b) X z'与码率变化前的信道软信息的码长(n_a) X z、(n-b) X z或(n_a_b) X z 一致。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的LDPC译码装置，其特征在于， 所述信息处理单元，具体用于根据所述交织后的比特软信息以及从所述校验节点存取单元读取的校验节点外信息，计算变量节点外信息，将所述变量节点外信息中对应所述交织后的比特软信息填充码字比特的码字比特修正为位宽最大值，根据所述修正的变量节点外信息计算新的校验节点外信息，根据所述修正的变量节点外信息和新的校验节点外信息，计算新的比特软信息并存储至所述比特软信息存储单元。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的LDPC译码装置，其特征在于， 所述信息处理单元，还用于在根据所述修正的变量节点外信息和新的校验节点外信息计算出新的比特软信息时，将所述新的比特软信息中与所述初始化比特软信息填充码字比特对应的码字比特修正为位宽最大值。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的LDPC译码装置，其特征在于，所述LDPC译码装置还包括: 输出缓冲单元，用于缓存接收的码字比特的硬判决结果，并输出所述硬判决结果中与所述初始化比特软信息非填充码字比特对应的码字比特的硬判决结果； 所述比特软信息存储单元，具体用于在存储的比特软信息的码字比特的硬判决结果满足译码输出条件或所述信息处理单元计算新的比特软信息次数达到预设最大值时，将存储的比特软信息码字比特的硬判决结果发送至所述输出缓冲单元。
8.一种LDPC译码装置译码方法，应用于权利要求1所述的LDPC译码装置中；其特征在于，所述方法包括: 在以接收的信道软信息初始化比特软信息时，根据预设扩展因子的值z和预设统一母码矩阵的列数n，填充所述信道软信息，使所述信道软信息码率为与所述母码矩阵对应的全码率； 根据预设的旋转移位值对所述比特软信息进行交织，根据交织后的比特软信息以及与所述交织后的比特软信息对应的校验节点外信息，计算新的比特软信息； 所述新的比特软信息的码字比特的硬判决结果满足译码输出条件或计算新的比特软信息次数达到预设最大值时，将所述新的比特软信息中与所述初始化比特软信息非填充码字比特对应的码字比特的硬判决结果输出。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据预设扩展因子的值z和预设统一母码矩阵的列数n，填充所述信道软信息，使所述信道软信息码率为与所述母码矩阵对应的全码率，包括: 所述信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列时，在所述信道软信息的码字比特之前填充aXz个任意值的码字比特； 所述信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵删余校验位为b列时，在所述信道软信息的码字比特之后填充bXz个零值的码字比特； 所述信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列且删余检验位为b列时，在所述信道软信息的码字比特之前填充aXz个任意值的码字比特，并在所述信道软信息的码字比特之后填充b X z个零值的码字比特。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:所述信道软信息码率变化时，调整所述扩展因子Z，使码率变化前后的信道软信息的码长一致。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于， 所述码率变化前的信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列、删余校验位为b列、缩短信息位为a列且删余检验位为b列时，对应的码长分别为:(n-a) Xz、(n-b) Xz、(n-a-b) Xz ； 所述码率变化后的信道软信息的母码矩阵相对所述统一母码矩阵缩短信息位为a列、删余校验位为b列、缩短信息位为a列且删余检验位为b列时，对应的码长分别为:(n-a) Xz'、(n-b) Xz' , (n-a-b) Xzi，其中z'为码率变化后调整的扩展因子； 所述信道软信息码率变化时，所述调整所述扩展因子z，使码率变化前后的信道软信息的码长一致，包括: 在码率变化时将所述扩展因子z调整为z '，使码率变化后的信道软信息的码长(n-a) Xz'、(n-b) Xz'或(n-a-b)Xz'与码率变化前的信道软信息的码长(n_a) Xz、(n-b) Xz 或(n-a -b) Xz —致。
12.根据权利要求8、9、10或11所述的方法，其特征在于，所述根据交织后的比特软信息以及与所述交织后的比特软信息对应的校验节点外信息，计算新的比特软信息，包括: 根据所述交织后的比特软信息与所述交织后的比特软信息对应的校验节点外信息，计算变量节点外信息，将所述变量节点外信息中对应所述交织后的比特软信息填充码字比特的码字比特修正为位宽最大值，根据所述修正的变量节点外信息计算新的校验节点外信息，根据所述修正的变量节点外信息和新的校验节点外信息计算新的比特软信息。
13.根据权利要求8、9、10或11所述的方法，其特征在于，所述计算新的比特软信息之后，所述方法还包括: 将所述新的比特软信息中与所述初始化比特软信息填充码字比特对应的码字比特修正为位宽最大值。
14.根据权利要求8、9、10或11所述的方法，其特征在于，所述将新的比特软信息中与所述初始化比特软信息非填充码字比特对应的码字比特的硬判决结果输出，包括: 缓存所述新的比特软信息的码字比特的硬判决结果，并输出所述硬判决结果中与所述初始化比特软信息非填充码字比特对应的码字比特的硬判决结果。
【文档编号】H03M13/11GK103973315SQ201310029749
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月25日 优先权日:2013年1月25日
【发明者】张晓鹏, 付华杰 申请人:中兴通讯股份有限公司