專利名稱：移動數字多媒體廣播系統中ldpc碼的構造方法
技術領域：
本發明涉及移動數字多媒體廣播通信系統，特別涉及移動數字多媒體廣播通信系統中LDPC碼的構造方法。
背景技術：
1948年，克勞德·仙農(Claude Shannon)開創性地提出了著名的“有噪信道編碼定理”，指出了有噪信道信息可傳輸的最大速率，即信道容量。同時，Shannon也推導出了有噪信道的極限傳輸能力，即信息無誤傳輸所需的信噪比最小值，也稱為Shannon限。Shannon限是衡量信道糾錯編碼能力的最重要指標。糾錯編碼性能曲線越逼近Shannon限，就表明糾錯編碼性能越優秀；反之，離Shannon限距離越遠，性能越差。
低密度奇偶校驗(LDPC)碼是一類能夠逼近Shannon限的性能優秀的信道糾錯編碼方案。LDPC碼是一類特殊的線性奇偶校驗分組碼，其奇偶校驗矩陣是“稀疏”的只有非常小數目的非0矩陣元素(對于二進制碼來說，非0元素即為元素1)，其它元素都為0。1960年，羅伯特·加拉格(RobertGallager)在其博士論文中首次提出了LDPC碼的概念，并提出了兩種迭代譯碼算法，因此LDPC碼又被稱為Gallager碼。Gallager從理論上指出，利用迭代譯碼算法(或消息傳遞算法)，LDPC碼能夠以較低的復雜度逼近信道容量。這是一項很重大的發明。但是在隨后的三十多年里，人們一直未能給予這項發明以足夠重視。
現在看來，LDPC碼被忽視的原因也許是由于當時的計算機軟硬件水平低下，人們無法從計算機仿真結果中得知LDPC碼的優異性能；另外一種可能的原因是LDPC碼需要較大的存儲空間，這在當時是無法承受的；并且當時其它碼類如里德—所羅門(Reed-Solomon)碼和漢明(Hamming)碼等是可用的，也就是說暫時存在可用的信道編碼方案，人們就沒有刻意地去研究LDPC碼。
但是，即使在今天，若希望將LDPC碼應用到實際的通信系統中，仍然需要認真研究和設計LDPC碼。由于實際的通信系統對LDPC碼附加了一些特殊的要求，如需要低復雜度的編譯碼器硬件實現方案和優秀的糾錯性能等，因此除了需要對編譯碼方法進行深入研究外，還必須對LDPC碼的校驗矩陣構造附加一些特殊的限制。一般說來，構造LDPC碼的奇偶校驗矩陣有兩種方法。一種方法是先對校驗矩陣設置一些屬性限制如最小環長或結點度分布等，再利用計算機搜索方法進行隨機或者類隨機生成奇偶校驗矩陣。另一種方法是利用數學公式對LDPC碼的奇偶校驗矩陣進行構造，使之擁有規律化的結構。
移動數字多媒體廣播系統是近年來蓬勃發展起來的廣播系統，該系統的一種最常用的系統就是“手機電視”系統。手機電視系統的最大設計難點是手機的小型化和低功耗設計，因此該系統采用的技術將是高性能、低復雜度的技術，如信道編碼技術。
本發明提出的LDPC碼是應用于移動數字多媒體廣播系統的信道編碼方案。
發明內容
如上所述，本發明的目的是提供一種LDPC碼的構造方法，其應用于移動數字多媒體廣播通信系統中，并具有優秀的糾錯編碼性能。
為實現上述目的，本發明提供了一種移動數字多媒體廣播系統中LDPC碼的構造方法，其特征在于，根據碼表和擴展方法迭代構造LDPC碼的低密度奇偶校驗矩陣，并且碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的一部分，該方法包括步驟一建立循環索引為I的第一循環，I的取值為1至所述碼表的行數目或者列數目，其中，若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分行，則I的最大取值為碼表的行數目；若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分列，則I的最大取值為碼表的列數目；取碼表的第I行或者第I列數據，如果該數據序列的表示形式不是稀疏形式，則將該數據序列轉化為稀疏形式表示，記稀疏形式表示的該數據序列為hexp，并且假設該數據序列hexp共包含W個數據；其中，若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分行，則取碼表的第I行數據；若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分列，則取碼表的第I列數據；步驟二在第一循環內嵌套循環索引為J的第二循環，J的取值為1至L；其中，假設LDPC碼的低密度奇偶校驗矩陣大小為M行N列，并且可以將該M行N列的低密度奇偶校驗矩陣劃分為m×n個塊，每塊大小為L×L個元素，即M＝m×L和N＝n×L；若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分行，并且假設數據序列hexp對應于低密度奇偶校驗矩陣的第r行，r取值范圍是1到M，則可以根據下述計算公式獲得變量rowrow＝{[(J-1)×m+(r-I)]％M}+I；其中％表示取模操作；row的取值范圍是從1到M；
若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分列，并且假設數據序列hexp對應于低密度奇偶校驗矩陣的第c列，c取值范圍是1到N，則可以根據下述計算公式獲得變量columncolumn＝{[(J-1)×n+(c-I)]％N}+I；其中，column的取值范圍是從1到N；步驟三在第二循環所述變量row下嵌套循環索引為K的第三循環，K的取值為1到W，記數據序列hexp的第K個數據為hexp(K)，則若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分行，則hexp(K)的取值范圍是從0到N-1，并且可以根據下述計算公式獲得變量column 其中 表示下取整操作；若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分列，則hexp(K)的取值范圍是從0到M-1，并且可以根據下述計算公式獲得變量row 以及將低密度奇偶校驗矩陣的第row行第column列的元素設置為非0元素。
根據上述的構造方法，本發明可以提供應用于移動數字多媒體廣播通信系統中具有優秀的糾錯編碼性能的LDPC碼。
圖1為根據本發明的用于移動數字多媒體廣播通信系統中的LDPC碼的糾錯性能曲線圖。
具體實施例方式
本發明是一種用于移動數字多媒體廣播系統中的LDPC碼的構造方法，主要是根據碼表和擴展方法迭代構造LDPC碼的低密度奇偶校驗矩陣，并且碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的一部分，其中，若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分行，則該方法包括步驟一建立循環索引為I的第一循環，I的取值為1至所述碼表的行數目；取碼表的第I行數據為一數據序列，如果該數據序列的表示形式不是稀疏形式，則將該數據序列轉化為稀疏形式表示；記稀疏形式表示的該數據序列為hexp；步驟二在第一循環內嵌套循環索引為J的第二循環，J的取值為1至L；其中，假設LDPC碼的低密度奇偶校驗矩陣大小為M行N列，并且可以將該M行N列的低密度奇偶校驗矩陣劃分為m×n個塊，每塊大小為L×L個元素，即M＝m×L和N＝n×L；并且假設數據序列hexp對應于低密度奇偶校驗矩陣的第r行，r取值范圍是1到M，則可以根據下述計算公式獲得變量rowrow＝{[(J-1)×m+(r-I)]％M}+I；其中％表示取模操作；row的取值范圍是從1到M；步驟三在第二循環所述變量row的公式下嵌套循環索引為K的第三循環；K的取值為1到W，記數據序列hexp的第K個數據為hexp(K)，則hexp(K)的取值范圍是從0到N-1，并且可以根據下述計算公式獲得變量column 其中 表示下取整操作；及將低密度奇偶校驗矩陣的第row行第column列的元素設置為非0元素。其中，所述碼表可以表現為稀疏形式，也可以表現為非稀疏形式，表示為稀疏形式是指僅僅給出低密度奇偶校驗矩陣中的非0元素的具體位置，即非0元素的行索引值和列索引值，而非給出確切的0元素和非0元素組成的低密度奇偶校驗矩陣；并且，在二進制LDPC碼的低密度奇偶校驗矩陣中，非0元素即是元素1；表示為非稀疏形式是指采用確切的0元素和非0元素組成的低密度奇偶校驗矩陣的表現形式。
所述碼表由m行數據組成，m行數據的碼表可以是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的任意循環連續的m行數據，其中，若低密度奇偶校驗矩陣的行m1和行m2是循環連續的兩行，則可以有|m1-m2|＝1，或者|m1-m2|＝M-1，其中|·|表示取絕對值操作。
本實施例給出的LDPC碼的碼率為1/2和3/4，碼長為9216比特，n＝36，L＝256，m分別等于18和9，并且給出的所述碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的第1行到第m行數據，R＝1/2碼率的LDPC碼的碼表06121825300719263156640813203282701614213085 8959115 27339128 91881916348485 90932628354156 7760210 177335 7545 9138211 225278 8728 8962372510 4765 8637 8875
346534744754191759198323 234990129107916847 29 59217774894647224807483398725921244169865087809023915958 6638898690649210521077787865591419171524 5939850789069173其奇偶校驗矩陣構造方法為forI＝1:18取上表第I行，記為hexp；for J＝1:256row＝(J-1)*18+I；forK＝1:6 奇偶校驗矩陣的第row行第column列為非0元素；endendendR＝3/4碼率的LDPC碼的碼表036 1216 18 21 24 27 31 34 74940410 1325 28 5233649870188358880592110711 1922 6729 683179138944901391339184138 1417 20 29 32 50005985718979061946125523 64567879 848789529081912991649214
1 5 23263335 7135 8525 8983 9015 9048 91542 3 303652 4067 5123 7808 7838 8231 8474 8791 91622 35 3774 4310 6827 6917 8264 8416 8542 8834 9044 90892 15 631 1077 6256 7859 8069 8160 8657 8958 9094 9116R＝3/4碼率的LDPC碼的奇偶校驗矩陣構造方法為forI＝1:9取上表第I行，記為hexp；for J＝1:256row＝(J-1)*9+I；for K＝1:12 奇偶校驗矩陣的第row行第column列為非0元素；endendend當碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分列，則該方法包括步驟一建立循環索引為I的第一循環，I的取值為1至所述碼表的列數目；取碼表的第I列數據為一數據序列，如果該數據序列的表示形式不是稀疏形式，則將該數據序列轉化為稀疏形式表示，記稀疏形式表示的該數據序列為hexp；步驟二在第一循環內嵌套循環索引為J的第二循環，J的取值為1至L；
其中，假設LDPC碼的低密度奇偶校驗矩陣大小為M行N列，并且可以將該M行N列的低密度奇偶校驗矩陣劃分為m×n個塊，每塊大小為L×L個元素，即M＝m×L和N＝n×L；并且假設數據序列hexp對應于低密度奇偶校驗矩陣的第c列，c取值范圍是1到N，則可以根據下述計算公式獲得變量columncolumn＝{[(J-1)×n+(c-I)]％N}+I；其中，column的取值范圍是從1到N；步驟三在第二循環的所述變量row下嵌套循環索引為K的第三循環，K的取值為1到W，記數據序列hexp的第K個數據為hexp(K)，則hexp(K)的取值范圍是從0到M-1，并且可以根據下述計算公式獲得變量row 及將低密度奇偶校驗矩陣的第row行第column列的元素設置為非0元素。
同上所述，所述碼表可以表現為稀疏形式，也可以表現為非稀疏形式，其定義同上。所述碼表由n列數據組成，n列數據的碼表可以是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的任意循環連續的n列數據；其中，若說低密度奇偶校驗矩陣的列n1和列n2是循環連續的兩列，則可以有|n1-n2|＝1，或者|n1-n2|＝N-1，其中|·|表示取絕對值操作。同樣地，本實施例給出LDPC碼的碼率為1/2和3/4，碼長為9216比特，n＝36，L＝256，m分別等于18和9，所述碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的第1行到第n列數據，R＝1/2碼率的LDPC碼的碼表0 3 6 912 15 0 125 7 8 0 2 3 4 5(轉下)1 4 7 10 13 16 3 915 2296 302 377 119265179502602 5 8 11 14 17 6 12 22 3449 589 736 1783 2241 1311 304 2544
(接上)7 0 1 2 3 8 1117 0 1(轉下)85628 189 5877 141 122 47 3834881668 1563580744 8531988 463 1021 3081 3375(接上)4 6 12 0 1 2 4 5 652 10553 3346 3170152839612260 255261147248 315 7501673其構造方法為for I＝1:36取上表第I列，記為hexp；forJ＝1:256column＝(J-1)*36+I；for K＝1:3 奇偶校驗矩陣的第row行第column列為非0元素；endendendR＝3/4碼率的LDPC碼的碼表03 60 1 5 0 2 34 1(轉下)14 73 11 296 217 114 35 402325 86 1156 583 432 527 52 813 178(接上)20 13 8 0 3 0 2(轉下)350 50 56 106 59 744324681032 697 1000 195 9311401 152 685 2159
(接上)3025015013(轉下)22 31 44 258 76 29 357 193 214 185250 109 336 610 278 516 1240 605 755 335(接上)60350580 10 366 632 13 71375 346 1065 2051 559 1302以下是其構造方法for I＝1:36取上表第I列，記為hexp；for J＝1:256column＝(J-1)*36+I；for K＝1:3 奇偶校驗矩陣的第row行第column列為非0元素；endendend本發明并不局限于上述特定實施例，在不背離本發明精神及其實質情況下，本領域的普通技術人員可根據本發明作出各種相應改變和變形。這些相應改變和變形都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍之內。
權利要求
1.一種移動數字多媒體廣播系統中LDPC碼的構造方法，其特征在于，根據碼表和擴展方法迭代構造LDPC碼的低密度奇偶校驗矩陣，并且碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的一部分，該方法包括步驟一建立循環索引為I的第一循環，I的取值為1至所述碼表的行數目或者列數目，其中，若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分行，則I的最大取值為碼表的行數目；若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分列，則I的最大取值為碼表的列數目；取碼表的第I行或者第I列數據，如果該數據序列的表示形式不是稀疏形式，則將該數據序列轉化為稀疏形式表示，記稀疏形式表示的該數據序列為hexp；其中，若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分行，則取碼表的第I行數據；若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分列，則取碼表的第I列數據；步驟二在第一循環內嵌套循環索引為J的第二循環，J的取值為1至L；其中，假設LDPC碼的低密度奇偶校驗矩陣大小為M行N列，并且可以將該M行N列的低密度奇偶校驗矩陣劃分為m×n個塊，每塊大小為L×L個元素，即M＝m×L和N＝n×L；若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分行，并且假設數據序列hexp對應于低密度奇偶校驗矩陣的第r行，r取值范圍是1到M，則可以根據下述計算公式獲得變量rowrow＝{[(J-1)×m+(r-I)]％M}+I；其中％表示取模操作；row的取值范圍是從1到M；若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分列，并且假設數據序列hexp對應于低密度奇偶校驗矩陣的第c列，c取值范圍是1到N，則可以根據下述計算公式獲得變量columncolumn＝{[(J-1)×n+(c-I)]％N}+I；其中，column的取值范圍是從1到N；步驟三在第二循環所述變量row下嵌套循環索引為K的第三循環，K的取值為1到W，記數據序列hexp的第K個數據為hexp(K)，則若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分行，則hexp(K)的取值范圍是從0到N-1，并且可以根據下述計算公式獲得變量column 其中 表示下取整操作；若碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分列，則hexp(K)的取值范圍是從0到M-1，并且可以根據下述計算公式獲得變量row 以及將低密度奇偶校驗矩陣的第row行第column列的元素設置為非0元素。
2.根據權利要求1中所述的方法，其特征在于，所述碼表可以由m行數據組成，也可以由n列數據組成，并且根據m行數據的碼表和根據n列數據的碼表可以生成相同的低密度奇偶校驗矩陣。
3.根據權利要求1中所述的方法，其特征在于，所述碼表可以表現為稀疏形式，也可以表現為非稀疏形式。
4.根據權利要求3中所述的方法，其特征在于，表現為稀疏形式是指僅僅給出低密度奇偶校驗矩陣中的非0元素的具體位置，即非0元素的行索引值和列索引值，而非給出確切的0元素和非0元素組成的低密度奇偶校驗矩陣；并且，在二進制LDPC碼的低密度奇偶校驗矩陣中，非0元素即是元素1；表現為非稀疏形式是指采用確切的0元素和非0元素組成的低密度奇偶校驗矩陣的表現形式。
5.根據權利要求2中所述的方法，其特征在于，m行數據的碼表可以由低密度奇偶校驗矩陣的任意循環連續的m行數據組成；其中，若低密度奇偶校驗矩陣的行m1和行m2是循環連續的兩行，則可以有|m1-m2|＝1，或者|m1-m2|＝M-1，其中|·|表示取絕對值操作。
6.根據權利要求5中所述的方法，其特征在于，所述碼表是構造完成的低密度奇偶校驗矩陣的第1行到第m行數據。
7.根據權利要求2中所述的方法，其特征在于，n列數據的碼表可以是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的任意循環連續的n列數據；其中，若低密度奇偶校驗矩陣的列n1和列n2是循環連續的兩列，則可以有|n1-n2|＝1，或者|n1-n2|＝N-1，其中|·|表示取絕對值操作。
8.根據權利要求7中所述的方法，其特征在于，所述碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的第1列到第n列數據。
9.根據權利要求6或8中所述的方法，其特征在于，所述LDPC碼的碼率為1/2和3/4，碼長為9216比特，n＝36，L＝256，m分別等于18和9。
10.根據權利要求9中所述的方法，其特征在于，按照稀疏形式表示的碼率1/2的LDPC碼的碼表為06 12 18 25 3007 19 26 31 566408 13 20 32 827016 14 21 30858959115 27 33 9128918819 16 34 8485909326 28 35 41567760210 17 733575459138211 22 52788728896237 2510476586378875346534744754191759198323 234990129107916847 29 59217774894647224807483398725921244169865087809023915958 6638898690649210521077787865591419171524 5939850789069173并且該碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分行。
11.根據權利要求9中所述的方法，其特征在于，稀疏形式表示的3/4碼率的LDPC碼的碼表為036 1216182124273134749404101325285233 6498 7018 8358 8805 921107 11 19 22672968317913894490139133918413 8 14 1720 29 32 500059857189790619 46125523 6456 787984878952908191299164921415 23 26 3335 71358525898390159048915423 30 3652 4067 512378087838823184748791916223537744310 6827 6917826484168542883490449089215631 1077 6256 7859806981608657895890949116并且該碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分行。
12.根據權利要求9中所述的方法，其特征在于，稀疏形式表示的1/2碼率的LDPC碼的碼表為0 3 6 9 12 15 0 1 2 5 780 2 3 45(轉下)1 4 7 10 13 16 3 9 15 2296 302 377 119 265 179 50 2602 5 8 11 14 17 6 12 22 3449 589 736 1783 2241 1311 304 2544(接上)7 0 12 3 811 17 0 1(轉下)856 28189 58 77 141 12247 383 4881668156 3580 744 8531988 4631021 30813375(接上)4 6 12 01 2 4 5 652105 53 33 46 3170 15283961 2260255261 147248 3157501673并且該碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分列。
13.根據權利要求9中所述的方法，其特征在于，稀疏形式表示的3/4碼率的LDPC碼的碼表為03601 502341(轉下)147311296 217 114 35 40 2325861156 583 432 527 52 813 178(接上)2 01 380 302 (轉下)350 50 56 106 59 7443 24 681032 69 71000 195 931 1401 152 685 2159(接上)3025015 013(轉下)22 31 44 258 76 29 357 193 214 185250 109 336 610 278 516 1240 605 755 335(接上)6 03 5 058010 36663213 71375 346 1065 2051 559 1302并且該碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的部分列。
全文摘要
本發明公開了一種用于移動數字多媒體廣播系統中的LDPC(低密度奇偶校驗，Low－Density Parity－Check)碼的構造方法，其特征在于，根據碼表和擴展方法迭代構造LDPC碼的低密度奇偶校驗矩陣，并且碼表是構造完成后的低密度奇偶校驗矩陣的一部分。根據本發明的構造方法，可以提供應用于移動數字多媒體廣播通信系統中具有優秀的糾錯編碼性能的LDPC碼。
文檔編號H03M13/11GK1960189SQ200610089158
公開日2007年5月9日 申請日期2006年8月7日 優先權日2006年8月7日
發明者宋揮師, 李群, 申紅兵, 楊慶華 申請人:北京泰美世紀科技有限公司