一种LDPC结构、码字及对应的编码器、解码器和编码方法技术

本发明专利技术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。采用了本发明专利技术的技术方案，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，本发明专利技术开公开了一种对应上述S-IRA结构的编码方法、编码器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种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。 
技术介绍
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(MacKay1999)(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。 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.Okamura2003)(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。 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)；IEEE802.11n无线局域网标准(IEEE802.11n2009)；IEEE802.11e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。 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： H＝[∏H1P] 其中H1是信息比特对应的矩阵部分，∏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。 而： 是由L×J个大小的循环子阵或者0矩阵组成。 例如，Pi,j的第一种结构如下所示： 此时，Pi,j是由两个单位偏移阵组成。进一步地，Pi,j还可以是由N个单位循环矩阵组成，N＞2的整 数。 Pi,j的第二种结构如下所示： 这时候Pi,j是由全零矩阵组成。 由于Pi,j可以由一个以上的单位循环阵组成，导致其并不适合HSS（Horizontal shuffle scheduling）译码算法的硬件实施。关于这点在DVBT2和S2的实现方法的文献中有不少提及到，并提出了相关的牺牲复杂度的解决办法。 而P是校验比特对应的矩阵部分，其是如下的双对角阵： 该双对角结构由于最后一列是度‘1’的结构，即最后一列只有一个1，所以会影响整个LDPC码字的性能。 
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种S-IRA LDPC码字及对应的编码器、解码器和编码方法，来解决现有技术中常见的S-IRA LDPC码的校验矩阵的结构所带来的不适合HSS（Horizontal shuffle scheduling）译码算法、影响整个LDPC码字性能的问题。 依据上述目的，实施本专利技术的一种用于编解码器的S-IRA LDPC 码字，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。 依据上述目的，实施本专利技术的一种LDPC编码器，其采用一种S-IRA结构的LDPC码字，S-IRA LDPC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。 依据上述目的，实施本专利技术的一种LDPC解码器，其采用一种S-IRA结构的LDPC码字，S-IRA LDPC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。 依据上述主要特征，本专利技术编码器、解码器及其中的S-IRA LDPC码字的信息比特矩阵为m行×n-m列的矩阵： 其中每一个循环子矩阵pi,j的大小为依据上述主要特征，本专利技术编码器、解码器及其中的S-IRA LDPC 码字的校验比特矩阵P′为m行×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。 依据上述目的，实施本专利技术的S-IRA LDPC码字的编码方法包括以下步骤： 获得信息比特{i1,i2,i3,i4,i5,...,in-m-1,in-m本文档来自技高网...

【技术保护点】
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′1∏P′]，其中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：所述信息比特矩阵H′1包括多个循环子矩阵pi,j，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。

【技术特征摘要】
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′1∏P′]，其中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：
所述信息比特矩阵H′1包括多个循环子矩阵pi,j，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×n-m列的矩阵：
其中每一个循环
子矩阵pi,j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×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′1∏P′]，其中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：
所述信息比特矩阵H′1包括多个循环子矩阵pi,j，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文军，管云峰，何大治，徐胤，史毅俊，夏平建，王尧，
申请(专利权)人：上海数字电视国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31