專利名稱：低密奇偶校驗碼解碼法和裝置及用其的光學信息再現設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對低密度奇偶校驗碼進行解碼的方法和裝置，以及使用該裝置的光學信息再現設備。
背景技術：
光學信息處理設備的示例可以包括光盤(CD)、數字通用盤(DVD)、高清晰度DVD(HD-DVD)、藍光盤(BD)以及近場光學信息處理設備。隨著最近對具有大存儲容量的下一代存儲系統的需求的增長，體全息術受到了關注。
為了實現高密度光學記錄和高數據傳輸速率，已開發了體全息術。體全息術是通過主動利用記錄介質的厚度方向來三維地寫入干涉圖案的方法。由于體全息術可以對輸入和輸出數據采用并行信號處理操作，因此與光盤(CD)和數字通用盤(DVD)相比，體全息術可以本質上提高數據傳輸速率。此外，通過使用復用技術，可以顯著提高記錄密度。
在使用全息術將信息記錄到記錄介質上的過程中，參考光束和攜帶圖像信息的信息光束與在記錄介質中彼此交疊，并將由此產生的干涉圖案寫在記錄介質上。為了對所記錄的信息進行再現，向記錄介質照射參考光束，以通過干涉圖案中的衍射來再現圖像信息。
通過受光陣列器件(如互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件或電荷耦合器件(CCD))對從再現光束再現的數據頁的圖像進行檢測。通過一系列信號處理和解碼處理，將檢測到的數據頁的圖像恢復成原始數據。
當對數據頁的圖像進行檢測時，由于由記錄介質的收縮或旋轉而引起的特性的變化，往往會出現錯誤。例如，數據頁的圖像像素(以下，稱為“數據像素”)與受光陣列器件的像素(以下，稱為“檢測像素”)可能會由于它們之間的未對準而不相互匹配。該錯誤可能會增大誤比特率(BER)。
已提出了諸如Reed-Solomon碼的多種糾錯碼以降低BER。近年來，具有與Shannon的信道容量極限幾乎相等的性能的低密度奇偶校驗(LDPC)碼受到了關注。
LDPC碼是其中奇偶校驗矩陣的大部分元素為零的線性塊碼。在通常的奇偶校驗碼中，多個信息碼元的塊和多個奇偶校驗碼元(其為多個特定信息碼元的模數和(modulo sum))形成碼字。可以由奇偶校驗矩陣H表示校驗碼元與信息碼元之間的關系。可以將奇偶校驗矩陣H表示為一組線性齊次方程。LDPC碼是一種奇偶校驗碼，并且是一種具有如下的奇偶校驗矩陣H的碼該奇偶校驗矩陣H的大部分元素為0并且少量元素具有隨機分布的權重。
對具有奇偶校驗矩陣H的LDPC碼進行編碼的處理如下。使用關系式GHT＝0得到與矩陣H對應的生成矩陣G。通過C＝XG得到與信息碼元塊X對應的碼字C。對LDPC碼進行解碼是為了從接收到的信號碼元中找出與奇偶校驗矩陣H之積在概率上最接近“0”的碼字。在LDPC碼的多個解碼方法中，和積算法是一種使用概率的軟判決迭代解碼操作。和積算法對LDPC碼進行迭代解碼，以收斂到滿足最大似然條件的碼字，同時給出并采用在多個節點之間的碼圖中的概率消息。
使用對數似然比(LLR)的對數似然比置信傳播(LLR-BP)是公知的對LDPC碼進行解碼的另一方法。以下，對LLR-BP算法進行描述。
假設由c表示碼字，由x表示發送信號，由y表示接收信號，由n表示信道的噪聲，則有y＝[yn]＝x+n。將碼字c＝(c1，c2，…，cN)映射到發送信號x＝(x1，x2，…，xN)。解碼處理是獲得其中碼字相對于接收信號的概率最大的信號的處理。解碼處理是獲得 值最大的碼字 的處理。
奇偶校驗矩陣H的大小是M×N，并且可以表示為H＝[h(m，n)]。由N(m)＝{n|h(m，n)＝1}表示參與了第m個校驗節點的一組位節點。類似地，由M(n)＝{m|h(m，n)＝1}表示參與了第n個位節點的一組校驗節點。由|N(m)|和|M(n)|表示組N(m)和M(n)的量值。N(m)|n表示從其中去除了第n個位節點的N(m)，M(n)|m表示從其中去除了第m個校驗節點的M(n)。
用于迭代解碼算法的符號如下。
Fn表示從所接收到的信號yn獲得的第n個位節點的LLR。
Zmn表示從第n個位節點向第m個校驗節點的第n個位節點的LLR。
zn表示由每次迭代得到的第n個位節點的后驗LLR。
Lmn表示從第m個校驗節點向第n個位節點的第n個位節點的LLR。
(1)初始化對于各個m和n，使用以下公式執行初始化處理。
zmn=Fn=logP(cn=1|y)P(cn=0|y)]]>(2)沿行方向的迭代解碼對于各個m和n，作以下定義。
Tmn=Πn′∈N(m)\n1-exp(zmn′)1+exp(zmn′)]]>Lmn=ln(1-Tmn1+Tmn)]]>(3)沿列方向的迭代解碼對于各個m和n，作以下定義。
zmn=Fn+Σm′∈M(n)\mLm′n]]>zn=Fn+Σm∈M(n)Lmn]]>(4)臨時解碼如下地確定c^=[c^n]:]]>c^n=1,]]>若zn≥0c^n=0,]]>若zn＜0若c^HT=0,]]>則解碼處理停止，并將 確定為正確的解碼結果。如果c^HT≠0]]>并且解碼處理尚未達到最大迭代次數，則迭代執行從(2)起的處理。如果c^HT≠0]]>并且解碼處理達到了最大迭代次數，則停止解碼處理，并通知解碼的失敗。
在全息光學信息處理設備中，經常由于在受光陣列器件與數據頁的圖像之間的未對準而出現二維碼元間干擾。因此，需要一種改進BER的對LDPC碼進行解碼的方法。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供了一種對通過LDPC碼編碼的接收信號進行解碼的方法。該方法包括以下步驟使用所述接收信號的初始值對多個位進行初始化；通過沿行方向和列方向對所述多個位進行迭代解碼，來獲得所述多個位的后驗值；基于所述后驗值來確定是否應當執行迭代解碼操作；以及當確定了執行迭代解碼操作時，將所述后驗值與預定值進行比較并更新所述多個位的初始值。
根據本發明的另一方面，提供了一種用于對通過LDPC碼編碼的接收信號進行解碼的裝置。該裝置包括初始化單元，其使用所述接收信號的初始值對多個位進行初始化；迭代解碼單元，其通過沿行方向和列方向對所述多個位進行迭代解碼，來獲得所述多個位的后驗值；迭代確定單元，其基于所述后驗值確定是否應當執行迭代解碼操作；以及部分補償單元，當確定了執行迭代解碼操作時，所述部分補償單元將所述后驗值與預定值進行比較并更新所述多個位的初始值。
根據本發明的再一方面，提供了一種光學信息再現設備，其用于從通過向記錄介質照射參考光束而產生的再現光束中再現光學信息。該光學信息再現設備包括光學信息檢測器，其對再現光束進行檢測并從再現光束檢測數據頁的圖像；均衡器，其使所述數據頁的圖像均衡；以及數據解碼器，其接收所述均衡器的輸出作為接收信號，并對LDPC碼進行解碼。所述數據解碼器包括初始化單元，其使用所述接收信號的初始值對多個位進行初始化；迭代解碼單元，其通過沿行方向和列方向對所述多個位進行迭代解碼，來獲得所述多個位的后驗值；迭代確定單元，其基于所述后驗值確定是否應當執行迭代解碼操作；以及部分補償單元，當確定了執行迭代解碼操作時，所述部分補償單元將所述后驗值與預定值進行比較并更新所述多個位的初始值。
通過結合附圖對本發明的示例性實施例進行詳細描述，本發明的以上和其他方面和優點將變得更顯見，在附圖中圖1是例示了一種光學信息處理設備的框圖；圖2是例示了出現未對準情況的圖；圖3是例示了圖1的數據解碼器的框圖；圖4是例示了一種對LDPC碼進行解碼的方法的流程圖；以及圖5是例示了使用噪聲偏差與BER之間的關系的解碼方法的性能的曲線圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的示例性實施例進行描述。在以下描述中，用類似的標號表示類似的部件。
圖1是例示了一種光學信息處理設備的結構的框圖。該光學信息處理設備可以通過將數據加載到信息光束中并將該信息光束連同參考光束一起照射到記錄介質，從而將光學信息記錄在記錄介質中。通過向記錄介質只照射參考光束，該光學信息處理設備可以從由記錄介質產生的再現光束中再現光學信息。在一個示例性實施例中，光學信息處理設備可以是光學信息記錄和再現設備。在另一示例性實施例中，通過鎖定空間光調制器并且只提供通過使用參考光束再現光學信息的功能，光學信息處理設備可以是光學信息再現設備。在又一示例性實施例中，通過鎖定光學信息檢測器并且只提供記錄光學信息的功能，光學信息處理設備可以是光學信息記錄設備。
參照圖1，光學信息處理設備100可以包括光源110、分束器120、復用器133、空間光調制器140、光學信息檢測器160、均衡器170、數據編碼器180以及數據解碼器200。
可以通過分束器120將從光源110發出的光束分束為參考光束R和信息光束I。參考光束R透過第一光閘(shutter)131，被復用器133反射，然后按預定角度入射在記錄介質上。
信息光束I通過第二光閘132，被反射鏡134反射，然后入射在空間光調制器140上。此時，將從數據編碼器180提供的按編碼頁形式的二進制數據(即，數據頁信息)輸入給空間光調制器140。數據編碼器180可以通過LDPC碼對輸入數據進行編碼，然后按頁的方式將編碼后的數據提供給空間光調制器140。
空間光調制器140可以對從數據編碼器180輸入的數據頁信息進行光學調制，以生成具有二維圖像的數據頁，將該數據頁加載到入射信息光束I中，然后將該信息光束I照射到記錄介質150。
當參考光束R和信息光束I照射到記錄介質150時，記錄參考光束R與信息光束I之間的干涉圖案。
復用器133通過調節參考光束R入射在記錄介質150上的角度，可以執行角度復用操作。復用器133可以是諸如電鍍鏡(galvano mirror)的旋轉鏡。
在對記錄數據進行再現時，可以只向記錄介質150照射參考光束R。第一光閘131透射由分束器120分束的參考光束R，第二光閘132遮擋信息光束I。此時，參考光束R被記錄在記錄介質150中的干涉圖案衍射，從而生成攜帶有數據頁的圖像的再現光束。通過光學信息檢測器160在再現光束中檢測數據頁的圖像。通過均衡器170使所檢測到的數據頁的圖像均衡，然后通過數據解碼器200對其進行解碼。
光學信息檢測器160可以包括諸如CMOS器件和CCD的受光陣列器件。均衡器170可以使用公知的結構，如最小均方差(MMSE)均衡器。數據解碼器200是用于對LDPC碼進行解碼的裝置。數據解碼器200對LDPC碼進行解碼，并輸出最終的輸出數據。
數據頁的圖像像素(以下，稱為“數據像素”)與受光陣列器件的像素(以下，稱為“檢測像素”)可能會由于未對準而不相互匹配。通常，當在像素中出現了未對準時，該像素受到8個相鄰像素的影響。
圖2是例示了出現未對準情況的圖。
參照圖2，當出現了未對準時，檢測像素p與對應的原始數據像素s0不匹配。當沒有出現未對準時，檢測像素p能夠與對應的原始數據像素s0精確地匹配。
當如圖2所示地出現了未對準時，通過使用檢測像素p檢測到的位數據受到三個相鄰數據像素s1、s2、s3以及對應的原始數據像素s0的影響。
相鄰數據像素的位置、方向以及數量可以不同地變化，而不限于所例示的形式。例如，當在垂直方向上出現了未對準時，檢測像素p可能只受到一個相鄰像素s1的影響。
根據相鄰數據像素s1、s2、s3的位值，檢測像素p的位值可能沿未對準方向而變化。例如，當數據像素s0的值為“0”時，相鄰數據像素s1、s2、s3的值被加入檢測像素p的值，由此可能增大檢測像素p的初始LLR值。當相鄰數據像素s1、s2、s3的值全為“1”時，會導致檢測像素p的值為“1”的不正確結果。
當數據像素s0的值是“1”時，相鄰數據像素s1、s2、s3的值被加入檢測像素p的值，由此可能減小檢測像素p的初始LLR值。當相鄰數據像素s1、s2、s3的值全為“0”時，會導致檢測像素p的值為“0”的不正確結果。
由于未對準也可能出現相反的情況。例如，當數據像素s0的值為“0”并且相鄰數據像素s1、s2以及s3的值全為“0”時，檢測像素p的值為“0”，因此未對準對解碼操作具有好的影響。當數據像素s0的值為“1”并且相鄰數據像素s1、s2以及s3的值全為“1”時，檢測像素p的值為“1”，因此類似地，未對準對解碼操作具有好的影響。
根據本發明，當在迭代解碼操作的處理中未對準對解碼操作具有壞的影響時，通過使用概率的迭代解碼操作來部分地補償解碼操作。結果，可以提高收斂速度并降低BER。
圖3是例示了圖1的數據解碼器的框圖。
參照圖3，數據解碼器200可以包括初始化單元210、迭代解碼單元220、迭代確定單元230以及部分補償單元240。
初始化單元210可以對接收信號執行初始化操作。初始化單元210可以通過使用該接收信號的LLR對位zmn進行初始化。
迭代解碼單元220可以沿行方向和列方向執行迭代解碼操作，以計算多個位的后驗LLR(zn)。迭代解碼單元220可以首先執行行方向迭代解碼操作，然后使用行方向迭代解碼操作的結果來執行列方向迭代解碼操作。可以將迭代解碼單元220分成行方向迭代解碼單元和列方向迭代解碼單元。
迭代確定單元230可以根據后驗LLRzn的碼計算臨時碼字 ，然后確定是否應當再次執行迭代解碼操作。稍后參照圖4對確定重復的方法進行描述。當迭代解碼操作成功結束時，迭代確定單元230輸出碼字 作為輸出數據。
當執行迭代解碼操作時，部分補償單元240可以更新所述多個位的初始值。部分補償單元240通過將待校正位的預定參考LLRLd與后驗LLRzn進行比較，來對初始值進行更新。這里，對初始值的更新度根據未對準的方向和幅值而變化。
以下，參照圖4對使用數據解碼器200的解碼方法進行描述。
假設由c表示碼字，由x表示發送信號，由y表示接收信號，由n表示信道的噪聲，則有y＝[yn]＝x+n。可以將碼字c＝(c1，c2，…，cN)映射到發送信號x＝(x1，x2，…，xN)。
解碼操作的目的是獲得其中碼字相對于接收信號的概率最大的信號。解碼操作的目的是獲得其中 值最大的碼字 。
奇偶校驗矩陣H的大小是M×N，并且可以由H＝[h(m，n)]表示奇偶校驗矩陣H。由N(m)＝{n|h(m，n)＝1}表示參與了第m個校驗節點的一組位節點。類似地，由M(n)＝{m|h(m，n)＝1}表示參與了第n個位節點的一組校驗節點。由|N(m)|和|M(n)|表示組N(m)和M(n)的量值。N(m)|n表示從其中去除了第n個位節點的N(m)，M(n)|m表示從其中去除了第m個校驗節點的M(n)。
迭代解碼算法使用的符號如下Fn表示從接收信號yn獲得的第n個位節點的LLR。
Zmn表示從第n個位節點向第m個校驗節點的第n個位節點的LLR。
zn表示由每次迭代計算得到的第n個位節點的后驗LLR。
Lmn表示從第m個校驗節點向第n個位節點的第n個位節點的LLR。
p表示待校正的位節點。
s表示在未對準方向上影響位p的相鄰位矢量，例如，當三個相鄰位節點影響位節點p時，s＝(s1，s2，s3)。
V表示一矢量，該矢量表示了未對準的方向和幅值。
D(s，V)表示位節點p依賴于s和V的變化級別。
Ld表示用于確定對Fp的更新的位節點p的參考LLR。
d0和e0表示用于確定在更新時減小的LLR的常數。
d1和e1表示用于確定在更新時增大的LLR的常數。
圖4是例示了一種對LDPC碼進行解碼的方法的流程圖。
參照圖4，針對各個m和n執行使用公式1的初始化操作(S110)。
公式1zmn=Fn=logP(cn=1|y)P(cn=0|y)]]>當完成了初始化操作時，執行迭代解碼操作。
在行方向迭代解碼操作中，針對各個m和n定義公式2(S120)。
公式2Tmn=Πn′∈N(m)\n1-exp(zmn′)1+exp(zmn′)]]>Lmn=ln(1-Tmn1+Tmn)]]>在行方向迭代解碼操作之后的列方向迭代解碼操作中，針對各個m和n執行由公式3表示的更新操作(S130)。
公式3zmn=Fn+Σm′∈M(n)\mLm′n]]>zn=Fn+Σm∈M(n)Lmn]]>在硬判決操作中，由公式4確定c^=[c^n]]]>(S140)。
公式4c^n=1,]]>若zn≥0
c^n=0,]]>若zn＜0接著，根據 的值確定是否應當執行迭代解碼操作(S150)。
若c^HT=0,]]>則解碼操作停止，并將 確定為正確的解碼結果(S155)。
如果c^HT≠0,]]>則確定解碼操作是否已執行了最大重復次數(S160)。當解碼操作已執行了最大重復次數時，停止解碼操作，并通知解碼失敗(S165)。
當解碼操作尚未執行最大重復次數時，執行概率部分補償操作(S170)。
如果zn＜-Ld，則通過公式5計算d0。
公式5d0＝P(s1＝1)D(s1，V)+P(s2＝1)D(s2，V)+P(s3＝1)D(s3，V)這里，用Fn＝Fn-d0e0執行更新操作。
如果zn＜+Ld，則通過公式6計算d1。
公式6d1＝P(s1＝0)D(s1，V)+P(s2＝0)D(s2，V)+P(s3＝0)D(s3，V)這里，用Fn＝Fn-d1e1執行更新操作。
當|zn|＞|Ld|時更新初始值。初始值的更新度根據未對準的方向和幅值而變化。
在如上所述地更新了初始值之后，再次執行行方向迭代解碼操作(S120)。
在執行解碼操作的過程中不能改變Ld、e0以及e1，可以根據信道狀態恰當地選擇它們。e0可以大于e1。用于計算d0和d1的D(s，V)與由于未對準而加入的部分的強度相關聯。由于難以進行精確計算，因此可以將D(s，V)和D(s，V)計算為與加入的面積和到像素的中心的距離成正比。可以使用在執行硬判決操作時計算出的值作為概率值P(s)。
根據本示例性實施例，在由于未對準而從初始值發生了變化的位中，在執行解碼操作的過程中，可以改變概率大于預定級別的那些位的初始LLR。可以提高LLR-BP算法的收斂速度并降低BER。基于未對準的影響程度，對不管未對準的影響而被估計為具有正常LLR的那些位的初始LLR進行校正。通過提高具有正確LLR的位的比率，可以提高對具有不正確LLR的那些位進行校正的糾錯能力。
圖5是例示了使用噪聲偏差與BER之間的關系的解碼方法的性能的曲線圖。
參照圖5，“不解碼”表示不使用均衡器和LDPC碼的情況，“MMSE”表示只使用MMSE均衡器的情況。使用足夠大的公知圖案作為MMSE均衡器，該MMSE均衡器要進行3×3卷積。“MMSE+LDPC”表示在MMSE均衡器中使用利用公知LLR-BP算法的解碼方法的情況。“所提出的方法”表示在MMSE均衡器中使用利用經改進LLR-BP算法的解碼方法的情況。
假設奈奎斯特大小(Nyquist size)是“1”并且在水平方向上的未對準是“1/8”而在垂直方向上的未對準是3/8。LDPC碼的長度是2500，并且分別對0.7、0.8以及0.9的編碼率進行仿真。在改進LLR-BP算法中，設置Ld＝0.2、e0＝0.633并且e1＝0.1267。出于簡化計算的目的，將D(s，V)計算為所加入的面積的比率。使用在執行硬判決操作時確定的 作為P(s)。
由于使用具有強糾錯功能的LDPC碼來執行解碼操作，因此，與“不解碼”或只使用均衡器的情況相比，可以看到BER得到了顯著改進。隨著編碼率的提高，在所提出的解碼方法中BER降低了。當編碼率是0.9時，改進LLR-BP算法校正了已知LLR-BP算法不能校正的大部分錯誤。
通過使用改進LLR-BP算法可以提高對LDPC碼進行解碼的處理速度，并且可以改進BER。可以提高存在嚴重未對準的全息光學信息處理設備的可靠度。
權利要求
1.一種對使用低密度奇偶校驗碼編碼的接收信號進行解碼的方法，該方法包括以下步驟使用所述接收信號的初始值對多個位進行初始化；通過沿行方向和列方向對所述多個位進行迭代解碼，獲得所述多個位的后驗值；基于所述后驗值來確定是否應當執行迭代解碼操作；以及當確定了執行迭代解碼操作時，將所述后驗值與預定值進行比較，并更新所述多個位的初始值。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，更新初始值的步驟包括以下步驟當所述后驗值的絕對值大于所述預定值的絕對值時，對所述多個位的初始值進行更新。
3.一種用于對使用低密度奇偶校驗碼編碼的接收信號進行解碼的裝置，所述裝置包括初始化單元，其使用所述接收信號的初始值對多個位進行初始化；迭代解碼單元，其通過沿行方向和列方向對所述多個位進行迭代解碼，獲得所述多個位的后驗值；迭代確定單元，其基于所述后驗值來確定是否應當執行迭代解碼操作；以及部分補償單元，當確定了執行迭代解碼操作時，所述部分補償單元將所述后驗值與預定值進行比較并更新所述多個位的初始值。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中，當所述后驗值的絕對值大于所述預定值的絕對值時，所述部分補償單元對所述多個位的初始值進行更新。
5.一種光學信息再現設備，用于從通過向記錄介質照射參考光束而產生的再現光束中再現光學信息，所述光學信息再現設備包括光學信息檢測器，其對再現光束進行檢測并從再現光束檢測數據頁的圖像；均衡器，其使數據頁的圖像均衡；以及數據解碼器，其接收所述均衡器的輸出作為接收信號，并對低密度奇偶校驗碼進行解碼，其中，所述數據解碼器包括初始化單元，其使用所述接收信號的初始值對多個位進行初始化；迭代解碼單元，其通過沿行方向和列方向對所述多個位進行迭代解碼，獲得所述多個位的后驗值；迭代確定單元，其基于所述后驗值來確定是否應當執行迭代解碼操作；以及部分補償單元，當確定了執行迭代解碼操作時，所述部分補償單元將所述后驗值與預定值進行比較并更新所述多個位的初始值。
6.根據權利要求5所述的光學信息再現設備，其中，所述部分補償單元基于由所述光學信息檢測器與所述記錄介質之間的未對準而產生的相鄰數據像素的值來改變初始值的增大程度。
7.根據權利要求5所述的光學信息再現設備，其中，所述均衡器是最小均方差均衡器。
8.根據權利要求5所述的光學信息再現設備，其中，當所述后驗值的絕對值大于所述預定值的絕對值時，所述部分補償單元對所述多個位的初始值進行更新。
全文摘要
低密奇偶校驗碼解碼法和裝置及用其的光學信息再現設備。提供了一種對使用低密奇偶校驗碼編碼的接收信號進行解碼的方法。該方法包括以下步驟使用所述接收信號的初始值對多個位進行初始化；通過沿行方向和列方向對所述多個位進行迭代解碼，獲得所述多個位的后驗值；基于所述后驗值來確定是否應當執行迭代解碼操作；以及當確定了執行迭代解碼操作時，將所述后驗值與預定值進行比較，并更新所述多個位的初始值。
文檔編號H03M13/11GK101086882SQ20061010741
公開日2007年12月12日 申請日期2006年7月20日 優先權日2006年6月7日
發明者鄭飛雄 申請人:大宇電子株式會社