专利名称：用于准循环低密度奇偶校验码的再定址解码器与解码方法
技术领域：
本发明是有关于一种用于准循环低密度奇偶校验码(quasi-cyclic low-densityparity-check codes,Q-C LDPC)的解码器及其解码方法，且特别是有关于一种具有平行处理架构，应用于准循环低密度奇偶校验码的解码器及其解码方法。
背景技术：
随着无线传输与通讯技术的发展，对于传输频宽以及效率的要求也日益严格。前向纠错技术(Forward Error Correction)技术用于增进传输的正确性以提升传输效率有显著的效果，因此日益为人重视。许多前向纠错的方法与编码于此风气下一一被提出，较为人熟知的有区块码(Block Code)、汉明码(Hamming Code)、回旋码(Convolutional Code),以及近十年来比较重视的涡轮码(Turbo Code)以及低密度奇偶校验码。其中低密度奇偶 校验码于前向纠错技术中的应用，因其可接近理论上香农极限(Shannon Limit)的编码效能，成为其中一个十分重要的分支。香农极限可定义为一通信频道中的编码率，具有一特定的信噪比(SNR)。换言之，香农极限指频道传输能力的极限。低密度奇偶校正码是线性区块码的一种，低密度是指在检查矩阵中I的个数相比整个矩阵元素中所占的比例非常少，而这也正是低密度奇偶校正的特色。线性区块码(Linear Block Code)是一种常用的错误修正码，此编码原理是将所要传输的信号先与生成矩阵(Generate matrix,G matrix)相乘，即会产生比原始数据还长的传送码。接收端接收到此信号会与转置后的检查矩阵(Check matrix,H matrix)相乘来检查及修正接收到的数据，回复到原始数据的状态。以低密度奇偶校正码而言，一个(n，k)的低密度奇偶校正码，其n代表码的长度(Codeword),而k代表数据位元(Information Bits)的长度,再利用定义产生的检查矩阵H,可定义其码率R = k/n。检查矩阵H根据每行权重(column weight)或每列权重(rowweight)相同与否，可分成规则，半规则，不规则三种。行权重即是一行中I的个数，列权重是指一列中I的个数。在H矩阵中，如行权重固定，且列权重也固定，定义其为规则检查矩阵。只有其一固定则定义为半规则，两者皆不固定则定义其为不规则检查矩阵。就效率上来说，不规则检查矩阵的效能是最好的，但也因其不规则特性导致其硬件设计比起前两者复杂许多。目前，各国所推广与制定的地面数字广播规格，例如中国移动多媒体广播系统(China Mobile Multimedia Broadcasting, CMMB)、地面数字电视传输标准(DigitalTerrestrial Multimedia Broadcast, DTMB)以及数字视频广播(Digital Videofcoadcasting，DVB)，或是无线传输标准例如 WiMAX，IEEE802. I In 或 IEEE 802. 3an 等，也各自将低密度奇偶校正码加入作为前向纠错技术的基础。应用于前述地面数字广播的低密度奇偶校正码具有准循环(Quasi-Cyclic)的特性，称为准循环低密度奇偶校正码(QC-LDPC)。定义一个QC-LDPC码，通常仅需定义其对应的奇偶校验矩阵，QC-LDPC码由多个个大小相等的稀疏循环矩阵组成。QC-LDPC 码具有码字循环(Code Word Cyclic)属性，即若码字 C= (c0, cl, ,cN-1)是一个合法码字(其中N表示码字长度)，那么将码字C向右循环移动S (0 < s < N-1)个元素后获得的码字Tsc = (cN-s, cN-s+1,, cN-s-1)依然是一个合法码字。准循环与循环不同，仅仅是一种局部循环。换句话说，QC-LDPC码具有准循环属性，具体可解释如下。假设码字c = (Cl，c2，. . .，cn)是QC-LDPC码的一个合法码字，其中码字长度N=nL,向量cj = (cj,0, cj, I,. . . , cj, L-l) (I彡j彡n)长度为L,那么将码字c向右回圈移动P (0 < P < L-1)个元素后获得的码字Tpc依然是一个合法的QC-LDPC码字。其中循环码字Tpc =( Tpcl, Tpc2,..., Tpcn)表示对每一个向量cj进行循环向右移位，即 Tpc = (cj, L-p, cj, L-p+1,…，cj, L-p-1) o常用的LDPC解码是在自然对数领域(基底为e的对数域)内进行运算，通过在对数域中的运算，得将乘法转换为加法，除法转换为减法，且能完全消除指数而不影响解码器性能。然而，LDPC进行自然对数运算时仍需要处理较困难的数学计算，例如下列的指数和运算In (ea+eb+ec+...)为降低前述指数和运算的负担，以下利用雅可比方程式(Jacobian Formula)进行简化运算，雅可比方程式的数学形式为max* (a, b) = In (ea+eb) = max (a, b)+In (1+e—a-b|)雅可比计算通常被泛称为max*运算，当试图计算更长的指数和时，仅给出两个变数a以及b的雅可比运算可以加法取代指数和计算，因此大大降低了解码的复杂度。为以QC-LDPC码实现数据纠的方法，在地面广播规格中，于发射端将传输的信号先与生成矩阵(Generate matrix,G matrix)相乘，即会产生比原始数据更长的传送码。接收端接收到此信号后，会将传送码与转置后的检查矩阵(Check matrix, Hmatrix)相乘，以检查及修正接收到的数据，回复到原始数据的状态，以原始数据长度为4位元，传输数据长度为7位元为例在传送端，原始数据与生成矩阵相乘的状况，可表示为下述数学式(I)
权利要求
1.一再定址解码器，应用于准循环低密度奇偶校验码的解码，包含 一存储器，储存一准循环编码矩阵，该准循环编码矩阵包含多个子矩阵，各子矩阵具有一对应地址； 一控制器，再定址各子矩阵为多个分割矩阵，并定义这些分割矩阵至一第一地址群或一第二地址群内；以及 多个平行处理器，耦接于该控制器，对定义于该第一地址群的这些分割矩阵以及定义于该第二地址群的这些分割矩阵进行除错演算，以产生一第一除错结果以及一第二除错结果，这些平行处理器的总数与定义于该第一地址群的这些分割矩阵的总数或定义于该第二地址群的这些分割矩阵的总数间为整数比例关系。
2.如权利要求I所述的再定址解码器，其特征在于，该控制器决定各子矩阵的至少一轴指标以对这些子矩阵进行再定址。
3.如权利要求2所述的再定址解码器，其特征在于，该第一除错结果以及该第二除错结果中分别包含所对应的各分割矩阵的一 X轴指标与一 y轴指标。
4.如权利要求I所述的再定址解码器，其特征在于，各子矩阵与各子矩阵所对应的这些分割矩阵间的比值为一第一比值，这些子矩阵的总数与这些平行处理器的总数间的比值为一第二比值，该第一比值与该第二比值间是整数比例关系。
5.如权利要求I所述的再定址解码器，其特征在于，这些平行处理器以最小和演算法实施除错演算，分别比较该第一除错结果以及该第二除错结果中的最小值以完成除错演算。
6.如权利要求3所述的再定址解码器，其特征在于，该子矩阵的总量为360个，且这些平行处理器的总量为180个，这些平行处理器以各分割矩阵对应的这些I轴指标进行除错演算。
7.如权利要求3所述的再定址解码器，其特征在于，该子矩阵的总量为360个，且这些平行处理器的总量为120个，这些平行处理器以各分割矩阵对应的这些X轴指标以及这些y轴指标进行除错演算。
8.如权利要求I所述的再定址解码器，其特征在于，该控制器还包含一再定址控制器以及一桶状移位器，该再定址控制器产生该第一除错结果以及该第二除错结果，该桶状移位器依据该第一除错结果以及该第二除错结果，藉由地址位移将各子矩阵转换为单元矩阵。
9.如权利要求I所述的再定址解码器，其特征在于，该存储器包含多个存储器单元，各子矩阵储存于这些存储器单元之一中。
10.如权利要求I所述的再定址解码器，其特征在于，当各子矩阵为一M*M矩阵，对应该第一地址群的这些分割矩阵的总数与这些平行处理器的总数的比例为n时，各分割矩阵的长度为M/n，该控制器将该轴指标与这些分割矩阵的长度比较，当该轴指标小于M/n，该轴指标与对应这些分割矩阵的这些子矩阵的这些对应地址相同，将该轴指标定址于一第一分割矩阵中，当该轴指标大于M/n且小于2M/n时，将该轴指标值定址于一第二分割矩阵中，并将X轴指标重设为X轴指标值减去(M/n)。
11.一种再定址解码方法，应用于准循环低密度奇偶校验码的解码，包含下列步骤 依据一分割矩阵总数，再定址各子矩阵为多个分割矩阵，并定义这些分割矩阵至一第一地址群或一第二地址群内；以及 对定义于该第一地址群的这些分割矩阵以及定义于该第二地址群的这些分割矩阵进行除错演算。
12.如权利要求11所述的再定址解码方法，其特征在于，再定址各子矩阵为多个分割矩阵的步骤中，还包含下列步骤 决定各子矩阵的至少一轴指标，并依据各轴指标对这些子矩阵进行再定址。
13.如权利要求12所述的再定址解码方法，其特征在于，还包含下列步骤 产生一第一除错结果以及一第二除错结果，其中该第一除错结果以及该第二除错结果中分别包含所对应的各分割矩阵的丨X轴指标与一y轴指标。
14.如权利要求11所述的再定址解码方法，其特征在于，除错运算是以多个平行运算 处理器实现，且各子矩阵与各子矩阵所对应的这些分割矩阵间的比值为一第一比值，这些子矩阵的总数与这些平行处理器的总数间的比值为一第二比值，该第一比值与该第二比值间整数比例关系。
15.如权利要求14所述的再定址解码方法，其特征在于，这些平行处理器以最小和演算法实施除错演算，比较该第一除错结果以及该第二除错结果的最小值以完成除错演算。
16.如权利要求14所述的再定址解码方法，其特征在于，这些子矩阵的总量为360个，且这些平行处理器的总量为180个，这些平行处理器以各分割矩阵对应的这些I轴指标进行除错演算。
17.如权利要求14所述的再定址解码方法，其特征在于，该子矩阵的总量为360个，且这些平行处理器的总量为120个，这些平行处理器以各分割矩阵对应的这些X轴指标以及这些y轴指标进行除错演算。
18.如权利要求14所述的再定址解码方法，其特征在于，还包含下列步骤 依据该第一除错结果以及该第二除错结果，藉由地址位移将各子矩阵转换为单元矩阵。
19.如权利要求11所述的再定址解码方法，其特征在于，各子矩阵对应储存于多个存储器单元之一中。
20.如权利要求11所述的再定址解码方法，其特征在于，再定址各子矩阵为多个分割矩阵的步骤中，当各子矩阵为一 M*M矩阵，且对应该第一地址群的这些分割矩阵的总数与这些平行处理器的总数的比例为n时，各分割矩阵的长度为M/n，该控制器将该轴指标与这些分割矩阵的长度M/n比较，当该轴指标小于M/n，该轴指标与对应这些分割矩阵的这些子矩阵的这些对应地址相同，将该轴指标定址于一第一分割矩阵中，当该轴指标大于M/n且小于2M/n时，将该轴指标值定址于一第二分割矩阵中，并将X轴指标重设为X轴指标值减去(M/n)。
全文摘要
本发明提供一种再定址解码器，用于解码准循环编码，包含一存储器、一控制器以及多个平行处理器。该存储器储存一准循环编码矩阵，该准循环编码矩阵包含多个子矩阵，各子矩阵具有一对应地址。该控制器再定址各子矩阵为多个分割矩阵，并至少定义这些分割矩阵至一第一地址群以及一第二地址群。该控制器将对应该第一地址群的这些分割矩阵以及对应该第二地址群的这些分割矩阵分别传送至这些平行处理器进行除错演算。
文档编号H04L1/00GK102739346SQ20111009312
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者林东昇, 童泰来, 顾育先 申请人:晨星半导体股份有限公司, 晨星软件研发(深圳)有限公司