[发明专利]LDPC码字及编码方法和编解码器

说明书

本申请是原案的分案申请，原案的申请号201410258324.5，申请日2014年6月11日，发明创造名称“针对下一代无线广播的LDPC码字及编码方法和编解码器”。

技术领域

本发明涉及一种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。

背景技术

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(MacKay 1999)(Richardson 2001)(Luby 2001)(Richardson and Urbanke 2001)；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.Lin 2001)，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.Tanner 2001)(R.M.Tanner 2001)(T.Okamura 2003)(R.M.Tanner 2004)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 Ryan 2006)，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,DVBT2 2009,DVB-C22009,DVB-NGH 2012)；IEEE 802.11n无线局域网标准(IEEE 802.11n 2009)；IEEE802.11e无线广域网标准(IEEE 802.16e 2006)；中国数字电视地面传输标准(DTTB)(GB20600-2006)；移动多媒体广播(CMMB 2006)；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，П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，P_i,j的第一种结构如下所示：

此时，P_i,j是由两个单位偏移阵组成。进一步地，P_i,j还可以是由N个单位循环矩阵组成，N＞2的整数。

P_i,j的第二种结构如下所示：