專利名稱：構(gòu)造低密度奇偶校驗碼的方法及發(fā)送/接收裝置和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在通信領(lǐng)域中利用優(yōu)化的循環(huán)分布來構(gòu)造低密度奇偶校
驗碼(LDPCCode: Low Density Parity-Check Code;以下簡稱"LDPC碼")
的方法及其發(fā)送裝置、接收裝置和發(fā)送/接收系統(tǒng)。特別是，涉及基于塊 循環(huán)(Block Cycle)來有效地消除因采用不同置換因子而得到的結(jié)構(gòu)化 LDPC碼的校驗矩陣中的短環(huán)的方法及其發(fā)送裝置、接收裝置和發(fā)送/接 收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)能夠以非常高的速率傳送數(shù) 據(jù)。為此，需要具有比現(xiàn)有技術(shù)效率更高的編碼方案。低密度奇偶校驗 (LDPC)碼是近十年來重新發(fā)現(xiàn)的一種強有力的前向糾錯編碼方法。在 長碼構(gòu)造條件下，LDPC碼已經(jīng)逼近香農(nóng)限，因而被認(rèn)為是Turbo碼的有 效替代技術(shù)，很有可能被用于下一代移動通信和深空通信。
LDPC碼是Gallager在1962年首先發(fā)現(xiàn)的。LDPC碼是基于奇偶校驗 矩陣定義的一種碼，它具有以下特性每列包含很小的固定數(shù)目j(j>=l) 的1，每行包含很小的固定數(shù)目k (k>j)的1。 Gallager證明這些碼字的 典型最小距離隨碼長的增加而線性增加，并且在BSC(binary symmetric channd)信道下，譯碼錯誤的典型概率隨碼長而呈指數(shù)減小。
1981年，Tanner提出了用圖模型來描述碼字的概念，從而將LDPC 碼的校驗矩陣對應(yīng)到被稱為Tanner圖的雙向二部圖上。釆用Tanner圖構(gòu) 造的LDPC碼，通過并行譯碼可以顯著地降低譯碼復(fù)雜度。Tanner還仔細 分析了最小和算法(Min-Sum Algorithm)與和積算法(Sum-Product Algorithm)兩種信息傳遞算法，證明了基于有限無環(huán)Tanner圖的最小和 譯碼算法與和積譯碼算法的最優(yōu)性。但Tanner圖在實際當(dāng)中是采用隨機圖構(gòu)造的，其中不可避免地存在短環(huán)路現(xiàn)象，這些短環(huán)路會造成譯碼信息的 重復(fù)傳遞，使譯碼過程中的消息之間不滿足獨立性假設(shè)，影響了迭代譯碼 算法的收斂性。
1996年，Mackay， Spielman等獨立重新發(fā)現(xiàn)了 LDPC碼與Turbo碼 相比有著同樣的優(yōu)秀性能，而且在碼長度較長的情況下還超過了 Turbo碼。 目前，對LDPC碼的研究主要集中在以下幾個方向。
第一，考慮LDPC碼在非GF(2)上的構(gòu)造，也就是在多元域上的編碼 問題，如GF(4)， GF(8)等。Mackay和Davey等在此方向作了很多探索和 嘗試，取得了很好的成果。例如，D.J.C.MacKay和R.M.Neal發(fā)表的題
(參見Electronics Letters, 32(18): 1645-1646, August 1996. Reprinted Electronics Letters, vol 33， no 6， 13th March 1997， p.457-458，下文稱之為參 考文獻1);禾BM. C. Davey和D. J. C. MacKay發(fā)表的題為"Low density parity check codes over GF(q)，，的文章(參見In Proceedings of the 1998 IEEE Information Theory Workshop, pages 70-71. IEEE, June 1998，下文稱之為參 考文獻2)。通過精心構(gòu)造多元域上的校驗矩陣，可以使性能有極大提高。
第二， Gallager提出的LDPC碼，其校驗矩陣的列重和行重是固定的， 這通常被稱為規(guī)則的LDPC碼(或者Gallager碼)。Luby， Mitzenmacher, Shokrollahi禾B Spielman首先提出構(gòu)造不規(guī)則的二元LDPC碼。例如，M. Luby， M. Mitzenmacher, M. A. Shokrollahi, D. A. Spielman禾口 V. Stemann發(fā) 表的題為"Practical loss-resilient codes"的文章(參見Proc. 29th Annu. Symp. Theory of Computing, 1997, pp. 150-159，下文稱之為參考文獻3)。
Liiby在1998年提出，放松對行列重量的限制，構(gòu)造不規(guī)則的LDPC 碼，也就是每列(每行)重量不相同。研究結(jié)果表明，相對于最初的Gallager 碼，非規(guī)則LDPC碼的性能也有了極大提高。目前這兩個研究方向正在不 斷的優(yōu)化組合，來尋找性能更優(yōu)的非GF(2)上的不規(guī)則LDPC碼。令人興 奮的是，Davey已經(jīng)找到了性能優(yōu)于Turbo碼的LDPC碼(參見Matthew C. Davey 發(fā)表的題為"PHD Thesis: Error-correction using Low-Density Parity-Check Code"的文章，Gonville and Caius College, Cambridge, 1999，下文稱之為參考文獻4)。因為譯碼算法相對簡單以及硬件水平的提高， LDPC碼的硬件實現(xiàn)從1998年以來正在成為一個研究熱點。Flaron公司己 經(jīng)做出了吞吐量為10Gb/s的LDPC譯碼芯片。另外，由于LDPC的譯碼 算法可以實現(xiàn)更高的并行處理階數(shù)，所以其具有廣闊的應(yīng)用前景。
但是上述的這些現(xiàn)有技術(shù)都未能解決因為短環(huán)的存在而導(dǎo)致LDPC譯 碼算法性能下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于塊循環(huán)來有效消除具有較小環(huán)長的短環(huán)的方法 及其發(fā)送裝置、接收裝置和發(fā)送/接收系統(tǒng)。該方法令結(jié)構(gòu)化LDPC碼的 基矩陣中重疊(overlap)的塊循環(huán)中的循環(huán)移位元素不包含結(jié)構(gòu)化LDPC碼 的所有置換因子(expanding factor)的最大公約數(shù)，從而有效消除實際校驗 矩陣中存在的短環(huán)，使得所生成的結(jié)構(gòu)化LDPC碼具有更好的糾錯性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種利用循環(huán)分布構(gòu)造低密度奇偶校驗 碼的方法，包括塊循環(huán)確定步驟，確定低密度奇偶校驗碼的基矩陣中由 非零的循環(huán)移位元素值構(gòu)成的塊循環(huán)的分布；優(yōu)先級確定步驟，根據(jù)所確 定的塊循環(huán)的分布，確定各塊循環(huán)所包含的非零的循環(huán)移位元素值的優(yōu)先 級；計算步驟，針對低密度奇偶校驗碼的校驗矩陣的所有大小的置換因子 求出最大公約數(shù)，并對其進行質(zhì)因數(shù)分解。
根據(jù)本發(fā)明的方法，由于重疊的塊循環(huán)(blockcycle)確定了可以實現(xiàn)的 實際環(huán)長的上界，通過令交叉的塊循環(huán)中的循環(huán)移位值不包含結(jié)構(gòu)化 LDPC碼的所有置換因子的最大公約數(shù)，該方法可以保證在利用所有不同 的置換因子所得到的結(jié)構(gòu)化LDPC碼的實際校驗矩陣中都不包含短環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種發(fā)送裝置，包括編碼單元，其 根據(jù)上述方法進行低密度奇偶校驗編碼；調(diào)制單元，將經(jīng)所述低密度奇偶 校驗編碼的比特序列進行調(diào)制，生成數(shù)據(jù)碼元；發(fā)送部，發(fā)送所述數(shù)據(jù)碼 元。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提出了一種接收裝置，包括接收單元，接 收從發(fā)送方發(fā)送的信號；分離單元，將接收的數(shù)據(jù)信號分離成數(shù)據(jù)串和控 制信息；解調(diào)單元，解調(diào)來自所述分離單元的所述數(shù)據(jù)串；解碼單元，將經(jīng)解調(diào)的數(shù)據(jù)串根據(jù)上述的方法進行解碼，進行接收結(jié)果狀態(tài)
ACK/NACK(ACKnowledgement/Negative ACKnowledgement)判定。


通過下面結(jié)合

本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將使本發(fā)明的上述及其 它目的、特征和優(yōu)點更加清楚，其中-
圖1示出了 LDPC碼校驗矩陣所定義的行重量和列重量的示意圖； 圖2示出了 LDPC編碼的Tanner圖的示意圖3a和3b分別以校驗矩陣和Tanner圖的形式示出了定義LDPC碼所 對應(yīng)的Tanner圖中循環(huán)(cycle)的示意圖4是以正EE 802.16標(biāo)準(zhǔn)為例示出了作為備選方案之一的、碼率為 3/4的LDPC碼的奇偶校驗矩陣；
圖5示出了利用置換因子Zf由基矩陣置換后得到相應(yīng)的用于實際編碼 的校驗矩陣的示意圖6示出了有關(guān)相互重疊的塊循環(huán)的示意圖7示出了在實際校驗矩陣中與基矩陣中的塊循環(huán)相對應(yīng)的短循環(huán)的 示意圖8示出了在適當(dāng)?shù)剡x擇基矩陣中的值時，相應(yīng)的實際校驗矩陣中不 存在短循環(huán)的示意圖9示出了相互重疊的塊循環(huán)中的循環(huán)移位值的選擇方案的示意圖； 圖IO示出了包含多個相互重疊的塊循環(huán)的基矩陣的示意圖； 圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)送裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；和 圖12示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細的說明，在描述過程中省略 了對于本發(fā)明來說是不必要的細節(jié)和功能，以防止對本發(fā)明的理解造成混淆。
為了更好地理解本發(fā)明，下面首先對LDPC碼校驗矩陣所定義的行重量和列重量以及LDPC碼校驗矩陣的行和列對應(yīng)的LDPC編碼的Tanner
圖進行描述。
圖1示出了 LDPC碼校驗矩陣所定義的行重量和列重量。在圖1中， 矩陣中某行或某列中非"O"元素的個數(shù)表示對應(yīng)的行或列的重量。如圖1 所示，第1至12列的列重量依次為"3、 3、 3、 3、 2、 2、 2、 2、 1、 1、 1、 1"。
LDPC碼實質(zhì)上是一個線性分組碼。圖2示出了與圖1所示的LDPC 碼校驗矩陣的行和列對應(yīng)的LDPC編碼的Tanner圖。如圖2所示，每一個 線性碼都可以表示為一個Tanner圖(也稱為二分圖，bipartite graph),記 為G—KuC,W，其中集合r代表由變量節(jié)點(variablenode)所組成的集合， 而每個變量節(jié)點則對應(yīng)于LDPC碼字中相應(yīng)的列的編碼比特；集合C代表 校驗節(jié)點(checknode)的集合，每個校驗節(jié)點對應(yīng)于每個校驗方程，就是說， 對應(yīng)于LDPC碼字矩陣中相應(yīng)的行；集合五代表邊的集合。
當(dāng)Tanner圖中的變量節(jié)點所對應(yīng)的編碼比特參與了某個校驗節(jié)點所 代表的校驗方程時(即，該編碼比特所對應(yīng)的校驗矩陣的列向量中與校驗 節(jié)點相對應(yīng)的行上的元素不為O)，例如，圖l所示的LDPC碼校驗矩陣的 行和列中的第5行中的第2、 5、9列的元素不為"0"。因此，可以用邊(edge) 將檢驗節(jié)點5與變量節(jié)點2、 5、 9分別連接。另外，將與每個節(jié)點相連的 邊的個數(shù)稱為該節(jié)點的度(degree)。
所以LDPC碼的奇偶校驗矩陣中每一列所對應(yīng)的編碼比特可以表示為 Tanner圖中的變量節(jié)點(variable node),而奇偶校驗矩陣中每一行所對應(yīng)的 奇偶校驗方程則由校驗節(jié)點(checknode)來表示。目前，對LDPC編碼比特 性能的研究主要是基于上述Tanner圖進行的，以解釋LDPC編碼的糾錯性 能。
圖3a和3b分別以校驗矩陣和Tanner圖的形式示出了定義LDPC碼所 對應(yīng)的Tanner圖中循環(huán)(cycle)的定義。在圖3b所示的Tanner圖中，上
面的數(shù)字表示與校驗矩陣中的列對應(yīng)的變量節(jié)點，下面的數(shù)字表示與校驗 矩陣中的行對應(yīng)的校驗節(jié)點。圖3b中的每條連線代表矩陣中的非零元素。 在Tanner圖中，從任意一個變量節(jié)點出發(fā)，在校驗節(jié)點和變量節(jié)點之間找到一條返回出發(fā)點的環(huán)路，并且所經(jīng)過的變量節(jié)點和校驗節(jié)點不重復(fù)而得 到的環(huán)路被稱為循環(huán)。
例如，如圖3b所示，從變量節(jié)點5出發(fā)、到校驗節(jié)點3、再到變量節(jié) 點7、再到校驗節(jié)點4、再到變量節(jié)點8、再到校驗節(jié)點5、返回到出發(fā)點， 即變量節(jié)點5，這樣所得到的閉合路徑被稱為環(huán)。Tanner圖中長度為v的 環(huán)是從某一節(jié)點出發(fā)又回到該節(jié)點，包含v條邊的封閉路徑。Tanner圖中 具有最短環(huán)的長度值稱為圍長(girth)。對于LDPC碼的奇偶校驗矩陣所 定義的Tanner圖而言，長為4的環(huán)是可能存在的長度最短的環(huán)，如圖3b 所示。目前的普遍共識是環(huán)的存在會影響LDPC編碼的迭代譯碼性能(參 見參考文獻l)，它會影響迭代譯碼過程的收斂性。因此，在LDPC碼的構(gòu) 造過程中要盡量避免短環(huán)(例如長度為4、 6等，小于預(yù)先規(guī)定的值，例 如8)的出現(xiàn)。因此每個變量節(jié)點所能構(gòu)成的環(huán)的最小長度決定了該變量 節(jié)點對LDPC迭代譯碼算法的影響，即某個變量節(jié)點所能構(gòu)成的環(huán)的最小 長度越小則它的糾錯能力就越弱。
相對于Turbo碼而言，LDPC碼的譯碼過程更簡單并且具有更高的并 行度。然而，由于LDPC碼本質(zhì)上是一種分組碼，其校驗矩陣是一個具有 大量0元素的稀疏矩陣。在通常情況下，該校驗矩陣的階數(shù)很大，因此使 得求逆運算變得非常復(fù)雜，并且編碼的復(fù)雜度也隨著碼長的增加而呈指數(shù) 增加。
另外，對于系統(tǒng)碼而言，其編碼的過程實際上就是根據(jù)輸入的信息位 來確定相應(yīng)的校驗位的過程，所以人們希望能夠直接利用校驗矩陣來進行 線性編碼。此外，由于LDPC的校驗矩陣的階數(shù)很大，以IEEE802.16e中 所規(guī)定的碼率為1/2的LDPC碼而言，其最大碼長為2304，因此相應(yīng)的校 驗矩陣就是一個1152x2304階的矩陣。要在接收端和發(fā)送端都維護這樣一 個矩陣，需要占用很大的內(nèi)存，而內(nèi)存的讀取以及與信息比特的相乘操作 會進一步引入相應(yīng)的處理時延。
基于這些問題，人們提出了結(jié)構(gòu)化LDPC (Structured-LDPC，也可稱 之為準(zhǔn)循環(huán)LDPC， Quasi-LDPC)的方案(參見參考文獻3和4)。就是說， 首先定義一個階數(shù)較小的mx"維的基矩陣，在實際編碼時，利用階數(shù)為z"的子矩陣對基矩陣中的非零元素進行置換，從而得到實際的用于編碼的 fwx^x x^的校驗矩陣。
圖4是以IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)(2005年版，8.4.9.2.5.1節(jié)，LDPC碼的描
述)為例示出了作為備選方案之一的、碼率為3/4的LDPC碼的奇偶校驗 矩陣。如圖4所示，其中給出了一個6x24階、碼率為3/4的LDPC碼的 基矩陣。在圖4中出現(xiàn)的元素實際上對應(yīng)于圖l中的'0'元素，而 除了 之外的元素表示相應(yīng)的循環(huán)移位值。該基矩陣中的每個元素都
代表一個z"階的子矩陣，根據(jù)z的不同大小，利用同一個基矩陣可以得 到一組碼率相同而碼長不同的LDPC碼。從置換矩陣的角度來看，圖4中
元素"-r代表一個zxz階的全零矩陣；而其它元素則代表z"階單位矩陣
的列根據(jù)&(/,/，刀}所表示的值循環(huán)移位后所得到的子矩陣。z的取值對應(yīng) 于標(biāo)準(zhǔn)中定義的置換因子^ /e
。元素"O"代表不經(jīng)過循環(huán)移位的單 位陣，而其它的移位的值&(/,/,力}則由相應(yīng)的置換因子々和矩陣中的非"0" 和"-l"元素，通過按下面的表達式(1)計算得到
<formula>formula see original document page 10</formula>其中/^'，力表示循環(huán)移位值。
由上述內(nèi)容可知，根據(jù)z的取值的不同，可以從同一個LDPC編碼的 基矩陣可以得到一系列的離散碼長。圖5右側(cè)的矩陣是置換后的校驗矩陣。 矩陣左側(cè)的元素a對應(yīng)于系統(tǒng)位，表示原始信息比特的位數(shù)。按照標(biāo)準(zhǔn)， 在基矩陣中，定義系統(tǒng)部分對應(yīng)的列數(shù)為kb， kb等于基矩陣的列數(shù)(nb) 減去行數(shù)(mb)。實際的校驗矩陣的維數(shù)是利用置換因子"分別乘以列數(shù) (nb)和行數(shù)(mb)。例如，可以設(shè)定置換因子z,等于3。這種情況下， 實際的校驗矩陣是6行x3x8列x3二18行x24列的矩陣，如圖5右側(cè)的矩 陣所示。
在IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)中，z的取值范圍為24至96，且其步長為4。這 里，步長是指連續(xù)的z之間的取值間隔。例如，z二24的后續(xù)的取值依次 是28， 32， 36， ......， 88， 92， 96。就是說，共規(guī)定了 19個置換因子z的值，記為zQ<Zl<....<Zl8。由于LDPC的基矩陣是一定的，通過改變置換 因子，可以得到一系列的、由同一個基矩陣生成的維數(shù)不同，但碼率一樣 的校驗矩陣。這種結(jié)構(gòu)被稱為結(jié)構(gòu)化的LDPC碼。
圖5示出了利用置換因子z,由基矩陣置換后得到相應(yīng)的用于實際編碼 的校驗矩陣。在圖5中，左側(cè)示出的是結(jié)構(gòu)化LDPC碼的基矩陣，右側(cè)是 置換后的校驗矩陣。從圖5中可以看到，對于結(jié)構(gòu)化LDPC碼的基矩陣而 言，其中的非零元素實際對應(yīng)的是一個z"階的子矩陣。因此，在基矩陣 中，這些非零元素是一個小塊，所以這些非零元素構(gòu)成的環(huán)被稱為塊循環(huán) (block cycle)(如圖3a中左上側(cè)的正方形塊循環(huán)所示)。因此，塊循環(huán)就是 基矩陣中的非零元素所構(gòu)成的環(huán)。如果不同的塊循環(huán)重疊，即不同的塊循 環(huán)包含公共的非零元素，則這些重疊的塊循環(huán)就構(gòu)成了一個長度更長的塊 循環(huán)。
圖6示出了有關(guān)相互重疊的塊循環(huán)的示意圖。如圖6所示，其中包含 了兩個長為4的相互重疊的塊循環(huán)，即，塊循環(huán)(ao2— aoo— a2()— a22)和塊 循環(huán)(a12— ail— a21—a22)。在此，用環(huán)長表示塊循環(huán)中變量節(jié)點與校驗 節(jié)點之間所連接的邊的數(shù)量。這兩個塊循環(huán)的公共元素為a22。此外，還有 一個長為6的塊循環(huán)，W(a02— a00— a20— a21 — au— a12)。這兩個長為4 的相互重疊的塊循環(huán)可以構(gòu)成一個長為14的塊循環(huán)(也稱為鏈)，即a22— &2i—a12—a02— a0o— a20— a22—a!2— au— a2i—a20—aoo— a02— a22。
基矩陣中的塊循環(huán)和校驗矩陣中實際存在的環(huán)(或稱之為物理環(huán))的 環(huán)長之間的關(guān)系可以由下面的表達式(2)決定?？梢粤顗K循環(huán)的長度LBcycle 為2/， a,為塊循環(huán)中的循環(huán)移位值，z為結(jié)構(gòu)化LDPC碼的基矩陣的置換 因子，可以令r是使下面的表達式(2)成立的最小正整數(shù)(其中r是自然 數(shù))，
,=1
則在利用置換因子由基矩陣所得到的實際校驗矩陣中，與該塊循環(huán)所對應(yīng)
的實際校驗矩陣中環(huán)的實際環(huán)長丄尸—e ="~c/e=2/r。當(dāng)時e 二"c油，當(dāng)r 〉 l時丄尸，/e〉丄^c/e，艮卩，實際校驗矩陣中環(huán)的實際環(huán)長比基矩陣中的塊循環(huán)的環(huán)長長。
利用位于基矩陣中同一行或同一列的非零元素，對與其對應(yīng)的實際校
驗矩陣中的實際非零元素的行列坐標(biāo)的影響，可知下面的表達式(3)成 立，
a22- a2i+ air a12+a02- a00+ a2o- a22+ a12- au+ a2i- a20+a00- ao2三O (mod z)
.….，(3)
就是說，對于由重疊的多個塊循環(huán)所構(gòu)成的塊循環(huán)而言，無論實際的置換
因子的取值如何，都有fX-ly—'a,0。所以此時，恒定具有丄 C丄雖/e。
,=1
因此，重疊的塊循環(huán)(blockcycle)確定了可以實現(xiàn)的實際環(huán)長的上界。
對于結(jié)構(gòu)化的LDPC碼而言，同一個基矩陣對應(yīng)了多個不同的置換因 子，從而使得能夠從一個基矩陣得到多個不同維數(shù)的校驗矩陣，進而可以 由這些校驗矩陣得到具有相同碼率和不同碼長的多個LDPC碼。由于通常 是通過計算機搜索的方法來確定基矩陣中非零元素，這樣很難保證由不同 置換因子而得到的所有校驗矩陣中都沒有短環(huán)。
圖7示出了在實際校驗矩陣中與基矩陣中的塊循環(huán)相對應(yīng)的短環(huán)的示 意圖。如圖7所示，對于由基矩陣中的非零元素aoo、 ao2 、 a加和322所組 成的塊循環(huán)而言，如果aoo-4，ao^3，a2o-2,anda22-7，則由上面的公式(2) 可以得出(a00 - ao2 + a22 - a20) =6 。
(1 )當(dāng)置換因子z=4時(對應(yīng)圖7中置換因子等于4的情況)，6 mod(4) #0，就是說，如果令公式(2)成立，則r必然大于l，此時，由前文可知，
(2)當(dāng)置換因子z=6時(對應(yīng)圖7中置換因子等于6的情況)，6mod(6) =0，就是說，如果令公式(2)成立的最小正整數(shù)el，由由上述前文可知，
=丄 ^=4,即置換因子z=6時所得到的實際校驗矩陣中存在長為4 的短環(huán)。因此對于19個置換因子z的值，存在著在實際校驗矩陣中存在 長為4的短環(huán)的情況。正如前文所述，這會使所生成的LDPC碼譯碼算法 的性能下降。
可見，通過選擇合適的非零元素的值，則對所有的置換因子而言，由基矩陣所生成的實際校驗矩陣不包含短環(huán)。
基于這樣的事實，本發(fā)明實施例提出基于塊循環(huán)來有效地消除具有較
小環(huán)長的短環(huán)。在該實施例中，當(dāng)結(jié)構(gòu)化LDPC碼的基矩陣的行數(shù)和列數(shù) 以及相應(yīng)的非零元素的位置確定后，需要進一步確定各個非零元素的值， 從而生成實際的基矩陣。當(dāng)所選擇的非零元素的值具有本說明書中前述的 特定性質(zhì)時，則對所有的置換因子而言，由基矩陣所生成的實際校驗矩陣 中都不包含短環(huán)。圖8示出了在適當(dāng)?shù)剡x擇基矩陣中的值時，相應(yīng)的實際 校驗矩陣中不存在短環(huán)的示意圖?？梢园凑障旅娴倪^程確定各個非零元素 值
1) 確定基矩陣中塊循環(huán)的分布；
2) 根據(jù)所確定的塊循環(huán)的分布為各個塊循環(huán)確定其所含非零元素值 的優(yōu)先級，對環(huán)長較短的相互重疊的塊循環(huán)分配較高的優(yōu)先級；
3) 針對所有可能的置換因子求其最大公約數(shù)(GCD, greatest common divider),并對其進行質(zhì)因數(shù)分解；
4) 確定塊循環(huán)中的非零的循環(huán)移位元素的值，使得i(一l)'—'a,不包
,=1
含置換因子最大公約數(shù)的質(zhì)因子。即，以使低密度奇偶校驗碼的基矩陣中 重疊的塊循環(huán)中的非零的循環(huán)移位元素不包含低密度奇偶校驗碼的所有 置換因子的最大公約數(shù)的方式來確定塊循環(huán)中的非零的循環(huán)移位元素的 值。
下面以IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定為例，描述確定各個非零元素值的 過程。其中所定義的置換因子z的取值范圍是從24到96，其粒度gz=4。
這些置換因子可以記為Zi ，其中i表示從0到18的整數(shù)，而且Z^Z^.…〈Zj8。
因此可以用下面的表達式(4)來表示Zi。
z,.=4x(6 + /)， 其中/e
……(4)
由上式可知，所有這19個不同的置換因子的最大公約數(shù)是4，因此可以將 其分解成2x2。
參考圖6，其中包含了兩個長為4的相互重疊的塊循環(huán)，即，塊循環(huán)(a02— a00— a20— a22)和塊循環(huán)(a12— au~> a21—a22)。這兩個塊循環(huán)的公共 元素為a22。此外，在圖6所示的重疊還有一個長為6的塊循環(huán)，即(^2— a00— a2Q— a21 — a — a12)。這兩個長為4的相互重疊的塊循環(huán)可以構(gòu)成一 個長為14的塊循環(huán)(也稱為鏈),其路徑為 :a22— a2i— au— a12—a02— aoo— a20~> a22—a12— au— a2i~^20—a00— a02— a22。
根據(jù)上面的表達式(3)，具有 a22- a2!+ a"- a12+a02- a00+ a2o- a22+ a12- au+ a21- a2o+a0o- a02三O (mod z)
就是說，對于由重疊的多個塊循環(huán)所構(gòu)成的塊循環(huán)而言，無論實際的
y(_i)'-三。
置換因子的取值如何，都有S、 恒定成立。因此，此時恒定具
有Lpcycle —L;Bcycle0
結(jié)果是，無論如何選擇重疊塊循環(huán)中的非零循環(huán)移位元素aij的值，在 任意置換因子下其所構(gòu)成的實際校驗矩陣中都必然含有長為14的環(huán)。因 此，重疊的塊循環(huán)(blockcyde)確定了可以實現(xiàn)的實際環(huán)長的上界。也就是 說，無論如何選擇非零元素ajj的值，在實際校驗矩陣中可實現(xiàn)的最大環(huán)長 為14。所以優(yōu)化實際校驗矩陣中的環(huán)的分布就歸結(jié)為如何選擇非零元素 aij的值，以使得其中與長為4的塊循環(huán)和長為6的塊循環(huán)所對應(yīng)的環(huán)的長 度盡量接近14。
根據(jù)IEEE 802.16e標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，其中所定義的置換因子z的最大公 約數(shù)為4?？梢詫⒃撟畲蠊s數(shù)分解成2x2。根據(jù)上述步驟3)的描述，為
了使得t(-l廣仏不包含置換因子z的最大公約數(shù)4的質(zhì)因數(shù)2，就必須
要求長為4的塊循環(huán)中的非零循環(huán)移位值元素使得下面的表達式(5)和 (6)成立，
(a00-a02+a22-a》2、其中"N……(5) (a12_a22+a21—a^)^2A:，其中A;eN……(6)
即，表達式(5)和(6)的結(jié)果為奇數(shù)。因此，為了使得公式(2)，即 r.lx—iy—",0modz對所有的z都成立，則r必須含有因數(shù)4，即
^=1^4。由此可知，實際校驗矩陣中與長為4的塊循環(huán)對應(yīng)的環(huán)的長度Lpeyde
^ xLBeyde=16。顯然其滿足前述的優(yōu)化要求。
對于長為6的塊循環(huán)而言，其所包含的非零元素要使得下面的表達式 (7)成立。
<formula>formula see original document page 15</formula>
由上面的討論可知，所選擇的非零元素值己經(jīng)使得(5)和(6)式的結(jié)果為 奇數(shù)，因此(7)式的結(jié)果必然為偶數(shù)，即包含質(zhì)因子2。因此，為了使實際 校驗矩陣中針對所有置換因子不包含長為6的短環(huán)，就必須使得表達式(7) 的結(jié)果不是4的倍數(shù)，以保證使得公式(2)成立的r值大于1。因此，上述 6個非零元素的選擇可以進一步根據(jù)兩個相互重疊的長為4的塊循環(huán)的公 共元素a22的奇偶性來確定，即
1. 如果a22為奇數(shù)，則其它非零元素的值應(yīng)使得(aoo- a()2 - a2())禾tl(a『 a + &)都為偶數(shù)，且其對4的余數(shù)互不相等；
2. 如果a22為偶數(shù)，則其它非零元素的值應(yīng)使得(aoo- a()2 - a2{))禾卩(a^ an+a2,)都為奇數(shù)，且其對4的余數(shù)相等。
下面以a22為偶數(shù)為例詳細說明其它元素的確定方式?？梢栽O(shè)兩個塊 循環(huán)的公共元素a22=6，這種情況下，如圖9所示，對于兩個長為4的塊 循環(huán)而言，令元素ao0=12, a02 =2， a20=7， a12=ll， an=9， a21=5，則a00- a02+ a22-a20 (針對塊循環(huán)a02— a00— a20— a22)禾卩a12- a22+ a2i - au (針對塊f盾環(huán)a12— au—a21—a22)者P為奇數(shù)，艮卩a00-a02+a22-a20=l (mod2),且a12-a22+a21 - au si (mod 2)。同時長為6的塊循環(huán)中的非零元素的性質(zhì)如下
(a00-aQ2 - a2Q)和(a12-a +321)模4后的余數(shù)相同，即具有<formula>formula see original document page 15</formula>即上式的結(jié)果不是4的倍數(shù)；
由于式(7)的結(jié)果不能被置換因子的最大公約數(shù)(GCD)4所整除，所以 為了使得公式(2)能夠成立的最小正整數(shù)r至少應(yīng)該是2的倍數(shù)，即其包含 質(zhì)因數(shù)2，所以^2。由此可知，實際校驗矩陣中與長為6的塊循環(huán)對應(yīng) 的環(huán)的長度LPeyde^xLBeyele=12。顯然其滿足前述的優(yōu)化要求。此外，如果基矩陣中包含多個相互重疊的塊循環(huán)，則其中相互重疊的 長度較小的塊循環(huán)具有更高的填充優(yōu)先級，即首先確定相互重疊的短的塊 循環(huán)中的非零元素的值。
圖IO示出了基矩陣中包含多個相互重疊的塊循環(huán)的示意圖。如圖10 所示，其中長為4的塊循環(huán)(ao2—a。Q—a2Q—a22)與長為4的塊循環(huán)(a,2— an— a21—a22)相互重疊，其公共元素為a22;而長為6的塊循環(huán)(a04— a。6— a36— a35— a45— a44)與長為4的塊循環(huán)(ao6— a07— a37—a36)相互重 疊，其公共元素為ao6和a36。由于前者所包含的相互重疊的塊循環(huán)的長度 小于后者，所以前者具有更高的填充優(yōu)先級。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)送局的框圖。在如下的說明中， 設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)方為發(fā)送局，接收數(shù)據(jù)方為接收局。如圖11所示，發(fā)送局包 括LDPC編碼單元101，控制單元109，調(diào)制單元102，多路復(fù)用單元103， 發(fā)送射頻(Radio Frequency,以下簡稱"RF")單元104，接收RF單元106， 解調(diào)單元107，解碼單元108，以及天線105。
在LDPC編碼單元101，用校驗矩陣將發(fā)送數(shù)據(jù)按母編碼率(mother code rate)進行LDPC編碼。根據(jù)由控制單元109所輸入的編碼率將提取 的編碼比特序列輸出到調(diào)制單元102。
在調(diào)制單元102，將LDPC編碼比特序列進行調(diào)制并生成數(shù)據(jù)碼元， 將其輸出到多路復(fù)用單元103，并且基于來自控制單元109的控制信息控 制編碼率、調(diào)制方式和重發(fā)。
在多路復(fù)用單元103，將由調(diào)制單元102輸入的數(shù)據(jù)碼元、由控制單 元109輸入的控制信息以及導(dǎo)頻信號進行多路復(fù)用。
在發(fā)送RF單元104，將在多路復(fù)用單元103進行了多路復(fù)用的基帶 信號頻率轉(zhuǎn)換成RF信號，由天線105發(fā)送。
在接收RF單元106，由天線105接收來自所述發(fā)送局的控制信號(CQI 以及ACK/NACK信息)，并將其頻率轉(zhuǎn)換為基帶。
在解調(diào)單元107，將控制信號(CQI以及ACK/NACK信息)進行解調(diào)， 并將其輸出到解碼單元108。
在解碼單元108，將經(jīng)解調(diào)的控制信號(CQI以及ACK/NACK信息)進行解碼，并輸出到控制單元109。
在控制單元109，根據(jù)由解調(diào)單元108輸入的來自各接收局的控制信 號(CQI以及ACK/NACK信息)，控制編碼率和重發(fā)。根據(jù)本發(fā)明的實施 例，接收局所報告的信道質(zhì)量指示符(CQI， Channel Quality Indicator)、可 以是SINR (Signal Interference Noise Ratio信干噪比)、平均SIR (Signal Interference Ratio信干比)、MCS (Modulation Coding Scheme調(diào)制編碼方 式)參數(shù)。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的接收裝置的結(jié)構(gòu)框圖。在如下的說 明中，設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)方為發(fā)送局，接收數(shù)據(jù)方為接收局。如圖12所示，根 據(jù)本發(fā)明實施例的接收裝置包括接收RF單元202，分離單元203，解調(diào)單 元204， LDPC解碼單元205，控制信號生成單元207，線路質(zhì)量推定單元 206，編碼單元208，調(diào)制單元209、發(fā)送RF單元210和天線201 。
接收RF單元202通過天線201接收發(fā)送局發(fā)送的信號，頻率變換為 基帶信號。所接收的數(shù)據(jù)信號輸出至分離單元203、所接收的導(dǎo)頻信號輸 出到線路質(zhì)量推定單元206。
分離單元203將所接收的數(shù)據(jù)信號分離成數(shù)據(jù)序列和控制信息(編碼 率、數(shù)據(jù)序列長等等)、并將數(shù)據(jù)序列輸出到解調(diào)單元204、將控制信息(編 碼率、數(shù)據(jù)序列長等等)輸出到LDPC解碼單元205。
解調(diào)單元204解調(diào)從分離單元203輸入的數(shù)據(jù)序列。在LDPC解碼單 元205將經(jīng)解調(diào)的數(shù)據(jù)系列進行糾錯解碼(LDPC解碼)，得到接收數(shù)據(jù)。 并進行接收數(shù)據(jù)的錯誤校驗，進行ACK/NACK判定。將作為判定結(jié)果的 ACK/NACK信號輸出到控制信號生成單元207。
控制信號生成單元207從由線路質(zhì)量推定單元206輸入的CQI和由 LDPC解碼單元205輸入的ACK/NACK信號生成作為反饋信息用的幀， 并將其輸出到編碼單元208。
編碼單元208、調(diào)制單元209將由控制信息生成單元207輸入的反饋 信息進行編碼/調(diào)制，并將其輸出到發(fā)送RF單元210。
發(fā)送RF單元210將經(jīng)編碼/調(diào)制的信號頻率變換為RF信號，由天 線201發(fā)送。然而，接收裝置中的發(fā)送單元(由編碼單元208、調(diào)制單元209、 RF 單元210構(gòu)成)也可以是與發(fā)送局的發(fā)送單元同樣的結(jié)構(gòu)、也可以是其他的 結(jié)構(gòu)。
至此已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該 理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種其它的改變、 替換和添加。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該被理解為被局限于上述特定實施 例，而應(yīng)由所附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種利用循環(huán)分布構(gòu)造低密度奇偶校驗碼的方法，包括塊循環(huán)確定步驟，確定低密度奇偶校驗碼的基矩陣中由非零的循環(huán)移位元素值構(gòu)成的塊循環(huán)的分布；優(yōu)先級確定步驟，根據(jù)所確定的塊循環(huán)的分布，確定各塊循環(huán)所包含的非零的循環(huán)移位元素值的優(yōu)先級；計算步驟，針對低密度奇偶校驗碼的校驗矩陣的所有大小的置換因子求出最大公約數(shù)，并對其進行質(zhì)因數(shù)分解。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括循環(huán)移位值確定步驟，確定構(gòu)成塊循環(huán)中的循環(huán)移位值，以使求和表達式<formula>formula see original document page 2</formula>中不包含置換因子的最大公約數(shù)的質(zhì)因子， 其中2/表示塊循環(huán)的長度，",為構(gòu)成塊循環(huán)的循環(huán)移位值，z'表示置換 因子的標(biāo)號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，當(dāng)?shù)兔芏绕媾夹ｒ灤a的基矩陣中包含多 個相互重疊的塊循環(huán)時，則先確定在相互重疊的、塊循環(huán)的長度短的塊循 環(huán)中的循環(huán)移位值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，在低密度奇偶校驗碼的基矩陣中，在不同的塊循環(huán)中包含公共的循環(huán)移位值時，決定公共的循環(huán)移位值，以使重 疊的塊循環(huán)成為長度更長的塊循環(huán)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，當(dāng)?shù)兔芏绕媾夹ｒ灤a的基矩陣中包含多 個相互重疊的塊循環(huán)時，則先確定在相互重疊的、塊循環(huán)的長度短的塊循 環(huán)中的循環(huán)移位值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在低密度奇偶校驗碼的基矩陣中，在不 同的塊循環(huán)中包含公共的循環(huán)移位值時，決定公共的循環(huán)移位值，以使重 疊的塊循環(huán)成為長度更長的塊循環(huán)。
7. —種發(fā)送裝置，包括-編碼單元，其根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6之一所述的方法進行低密度 奇偶校驗編碼；調(diào)制單元，將經(jīng)所述低密度奇偶校驗編碼的比特序列進行調(diào)制，生成 數(shù)據(jù)碼元；發(fā)送單元，發(fā)送所述數(shù)據(jù)碼元。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)送裝置，進一步包括-解調(diào)單元，解調(diào)控制信號；解碼單元，解碼經(jīng)解調(diào)的控制信號；控制單元，根據(jù)由所述解碼單元輸入的來自各接收方的控制信號，控制編碼率以及/或重發(fā)；多路復(fù)用單元，將來自所述調(diào)制單元的所述數(shù)據(jù)碼元、來自控制單元的控制信息以及導(dǎo)頻信號進行多路復(fù)用；所述編碼單元將根據(jù)由所述控制單元所輸入的編碼率提取的編碼比 特序列輸出到所述調(diào)制單元；所述發(fā)送單元將在所述多路復(fù)用單元多路復(fù)用的基帶信號頻率變換 成射頻信號進行發(fā)送。
9. 一種接收裝置，包括接收單元，接收從發(fā)送方發(fā)送的信號； 分離單元，將接收的信號分離成數(shù)據(jù)串和控制信息； 解調(diào)單元，解調(diào)來自所述分離單元的所述數(shù)據(jù)串； 解碼單元，將經(jīng)解調(diào)的數(shù)據(jù)串根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6之一所述的 方法進行解碼，進行接收結(jié)果狀態(tài)ACK/NACK的判定。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的接收裝置，進一步包括 線路質(zhì)量推定單元，根據(jù)來自所述分離單元的接收導(dǎo)頻信號進行質(zhì)量推定，控制信號生成單元，由來自所述線路質(zhì)量推定單元的信道質(zhì)量指示 符、來自所述解碼單元的所述接收結(jié)果狀態(tài)ACK/NACK信號生成反饋信息用的幀。
11. 一種信號發(fā)送/接收系統(tǒng)，包括權(quán)利要求7所述的發(fā)送裝置；權(quán) 利要求9所述的接收裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種利用循環(huán)分布構(gòu)造低密度奇偶校驗碼的方法及發(fā)送/接收裝置和系統(tǒng)，用于下一代移動通信和深空通信。該方法包括確定低密度奇偶校驗碼的基矩陣中由非零的循環(huán)移位元素值構(gòu)成的塊循環(huán)的分布的塊循環(huán)確定步驟；根據(jù)所確定的塊循環(huán)的分布，確定各塊循環(huán)所包含的非零的循環(huán)移位元素值的優(yōu)先級的優(yōu)先級確定步驟；針對低密度奇偶校驗碼的校驗矩陣的所有大小的置換因子求出最大公約數(shù)，并對其進行質(zhì)因數(shù)分解的計算步驟。該方法可以保證在利用所有不同的置換因子所得到的結(jié)構(gòu)化LDPC碼的實際校驗矩陣中都不包含短環(huán)。
文檔編號H03M13/11GK101686061SQ20081016891
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者明 徐, 栗謙一, 浩 江, 西尾昭彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社