Устройство и способ кодирования-декодирования блоковых кодов низкой плотности с контролем на четность в системе мобильной связи

Устройство и способ кодирования-декодирования блоковых кодов низкой плотности с контролем на четность в системе мобильной связи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область изобретения

Настоящее изобретение относится в общем к системам мобильной связи, а в частности к устройству и способу кодирования-декодирования блоковых кодов низкой плотности с проверкой на четность (НППЧ) (LDPC).

Уровень техники

С введением сотовой системы мобильной связи в Соединенных Штатах в конце 1970-х годов Южная Корея начала предоставлять услугу речевой связи в системе усовершенствованной услуги мобильного телефона (УУМТ) (AMPS) - аналоговой системе мобильной связи первого поколения (1G). В середине 1990-х годов Южная Корея коммерциализировала систему множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) (CDMA) - систему мобильной связи второго поколения (2G), чтобы предоставлять речевую услугу и услугу низкоскоростной передачи данных.

В конце 1990-х годов Южная Корея частично развернула международную мобильную телекоммуникационную систему IMT-2000 - систему мобильной связи третьего поколения (3G), нацеленную на усовершенствованные беспроводные мультимедийные услуги, глобальный роуминг и услугу высокоскоростной передачи данных. Эта система мобильной связи третьего поколения специально разрабатывалась для передачи данных с высокой скоростью согласно быстрому возрастанию в объемах обслуживаемых данных. То есть система мобильной связи третьего поколения превратилась в систему связи с услугой пакетной передачи, и эта система связи с услугой пакетной передачи передает пакеты данных ко множеству мобильных станций и сконструирована для передачи массовых данных. Система связи с услугой пакетной передачи разрабатывается для услуги высокоскоростной пакетной передачи.

Система мобильной связи третьего поколения развивается в систему мобильной связи четвертого поколения (4G). Система мобильной связи четвертого поколения находится в процессе стандартизации для стандартизации взаимодействия и интеграции между сетью проводной связи и сетью беспроводной связи вне простой услуги беспроводной связи, которую предоставляли предыдущие системы мобильной связи. Для беспроводной сети связи должна разрабатываться технология для передачи больших объемов данных вплоть до уровня пропускной способности, доступного в сети проводной связи.

Т.к. требуется высокоскоростная и с высокой пропускной способностью система связи, способная обрабатывать и передавать такие данные как изображение и радиоданные, а также такие простые как данные услуги речевой связи, необходимо увеличить эффективность передачи системы с помощью подходящей схемы канального кодирования, чтобы улучшить рабочие характеристики системы. Система мобильной связи неизбежно проявляет ошибки вследствие шумов, интерференции и затухания в соответствии с канальными условиями в течение передачи данных. Появление ошибок вызывает потерю информационных данных.

Чтобы снизить потерю информационных данных из-за появления ошибок, можно улучшить надежность системы мобильной связи за счет использования различных методов обнаружения ошибок. Один метод, использующий исправляющий ошибки код, является наиболее популярным методом обнаружения ошибок. Ниже приводится описание турбокода и кода низкой плотности с проверкой на четность (НППЧ), которые являются типичными обнаруживающими ошибки кодами.

Турбокод

Турбокод представляет собой обнаруживающий ошибки код, используемый как в синхронной системе мобильной связи третьего поколения, так и в асинхронной системе мобильной связи третьего поколения. Общеизвестно, что при высокоскоростной передаче данных турбокод превосходит по выигрышу в рабочих характеристиках сверточный код, ранее использовавшийся в качестве основного исправляющего ошибки кода. Помимо этого, турбокод является выгодным в том, что он может эффективно исправлять ошибку, вызванную шумами, генерируемыми в канале связи, тем самым увеличивая надежность передачи данных.

Код НППЧ

Код НППЧ может быть декодирован с помощью алгоритма итеративного декодирования на основании алгоритма суммирования-перемножения графа коэффициентов. Вследствие того, что декодер кода НППЧ использует основанный на алгоритме суммирования-перемножения алгоритм итеративного декодирования, он является менее сложным, чем декодер для турбокода. Помимо этого декодер для кода НППЧ легко воплотить с помощью декодера параллельной обработки в сравнении с декодером для турбокода. Когда код НППЧ выражается через граф коэффициентов, на графе коэффициентов кода НППЧ имеются циклы. Общеизвестно, что итеративное декодирование на графе коэффициентов кода НППЧ, где имеются циклы, является менее чем оптимизированным (субоптимальным). Кроме того, экспериментально доказано, что код НППЧ имеет превосходные рабочие характеристики при итеративном декодировании. Однако, когда на графе коэффициентов кода НППЧ имеется много циклов короткой длины, код НППЧ страдает от ухудшения рабочих характеристик. Поэтому постоянно проводятся исследования для разработки метода конструирования такого кода НППЧ, чтобы на графе коэффициентов кода НППЧ не имелось циклов короткой длины.

Процесс кодирования кода НППЧ превращается в процесс кодирования, который использует матрицу проверки на четность, имеющую низкую плотность весов вследствие характеристики порождающей матрицы, обычно имеющей высокую плотность весов. «Вес» представляет элемент с ненулевым значением среди элементов, составляющих порождающую матрицу и матрицу проверки на четность. В частности, если частичная матрица, соответствующая проверке на четность в матрице проверки на четность, имеет регулярный формат, возможно более эффективное кодирование.

Поскольку код НППЧ включает в себя различные коды с ненулевым значением, очень важно разработать алгоритм эффективного кодирования и алгоритм эффективного декодирования для различных типов кодов НППЧ, чтобы ввести код НППЧ в практическое использование. Помимо этого, поскольку матрица проверки на четность кода НППЧ определяет рабочие характеристики кода НППЧ, очень важно сконструировать матрицу проверки на четность с превосходными рабочими характеристиками. То есть, эффективная матрица проверки на четность с превосходными рабочими характеристиками, алгоритм эффективного кодирования и алгоритм эффективного декодирования должны учитываться одновременно, чтобы выработать высокопроизводительный код НППЧ.

Один код НППЧ определяется матрицей проверки на четность, в которой главные элементы имеют значение 0, а минорные элементы за исключением элементов, имеющих значение 0, имеют значение 1. Например, код НППЧ (N, j, k) является линейным блоковым кодом, имеющим блоковую длину N, и определяется неплотной матрицей проверки на четность, в которой каждый столбец имеет j элементов со значением 1, каждая строка имеет k элементов со значением 1, и все элементы, за исключением элементов, имеющих значение 1, имеют значение 0.

Код НППЧ, в котором весовое значение каждого столбца в матрице проверки на четность фиксируется на «j», а весовое значение каждой строки в матрице проверки на четность фиксируется на «k», как изложено выше, называется «регулярным кодом НППЧ». Здесь весовое значение представляет число весов. В отличие от регулярного кода НППЧ, код НППЧ, в котором весовое значение каждого столбца в матрице проверки на четность и весовое значение каждой строки в матрице проверки на четность не фиксируются, называется «нерегулярным кодом НППЧ». Общеизвестно, что нерегулярный код НППЧ лучше по рабочим характеристикам, чем регулярный код НППЧ. Однако в случае нерегулярного кода НППЧ из-за того, что весовое значение каждого столбца и весовое значение каждой строки в матрице проверки на четность не фиксируются, т.е. являются нерегулярными, весовое значение каждого столбца в матрице проверки на четность и весовое значение каждой строки в матрице проверки на четность должны соответственно регулироваться, чтобы гарантировать превосходные рабочие характеристики.

Теперь, со ссылкой на фиг.1, будет описана матрица проверки на четность кода НППЧ (8, 2, 4) в качестве примера кода НППЧ (N, j, k).

Фиг.1 является схемой, иллюстрирующей матрицу проверки на четность обычного кода НППЧ (8, 2, 4). На фиг.1 матрица Н проверки на четность кода НППЧ (8, 2, 4) состоит из 8 столбцов и 4 строк, причем весовое значение каждого столбца фиксируется на 2, а весовое значение каждой строки фиксируется на 4. Из-за того, что весовое значение каждого столбца и весовое значение каждой строки в матрице проверки на четность являются регулярными, как изложено выше, код НППЧ (8, 2, 4), показанный на фиг.1, становится регулярным кодом НППЧ.

Граф коэффициентов кода НППЧ (8, 2, 4), описанного в связи с фиг.1, будет теперь описан ниже со ссылкой на фиг.2.

Фиг.2 представляет собой схему, иллюстрирующую граф коэффициентов кода НППЧ (8, 2, 4) по фиг.1. На фиг.2 граф коэффициентов кода НППЧ (8, 2, 4) состоит из 8 узлов переменных х₁ 211, х₂ 213, х₃ 215, х₄ 217, х₅ 219, х₆ 221, х₇ 223 и х₈ 225, и 4 проверочных узлов 227, 229, 231 и 233. Когда элемент с весом, т.е. со значением 1, существует в точке, где i-я строка и j-й столбец матрицы проверки на четность кода НППЧ (8, 2, 4) пересекаются друг с другом, образуется ветвь между узлом xj и i-м проверочным узлом.

Поскольку матрица проверки на четность кода НППЧ имеет малое весовое значение, как описывается выше, возможно выполнить декодирование посредством процесса итеративного декодирования, даже в блоковом коде с относительно большой длиной, который проявляет производительность, приближающуюся к пределу пропускной способности шенноновского канала, такую как турбокод, при непрерывном повышении блоковой длины блокового кода. Доказано, что процесс итеративного декодирования кода НППЧ с помощью метода переноса потока является почти полным приближением к процессу итеративного декодирования турбокода по производительности.

Чтобы генерировать высокопроизводительный код НППЧ, должны удовлетворяться следующие условия.

(1) Следует учитывать циклы на графе коэффициентов кода НППЧ

«Цикл» относится к петле, образованной гранями, соединяющими узлы переменных с проверочными узлами на графе коэффициентов кода НППЧ, а длина цикла определяется как число граней, составляющих петлю. Цикл, имеющий большую длину, означает, что число граней, соединяющих узлы переменных с проверочными узлами и составляющих петлю на графе коэффициентов кода НППЧ, велико. В противоположность этому, цикл, имеющий малую длину, означает, что число граней, соединяющих узлы переменных с проверочными узлами и составляющих петлю на графе коэффициентов кода НППЧ, мало.

По мере того, как циклы на графе коэффициентов кода НППЧ становятся длиннее, эффективность рабочих характеристик кода НППЧ возрастает по следующим причинам. То есть, когда на графе коэффициентов кода НППЧ генерируются длинные циклы, возможно предотвратить такое ухудшение рабочих характеристик как нижний предел ошибок, появляющийся, когда слишком много циклов малой длины существуют на графе коэффициентов кода НППЧ.

(2) Следует учитывать эффективное кодирование кода НППЧ

Трудно подвергать код НППЧ кодированию в реальном времени по сравнению со сверточным кодом или турбокодом из-за его высокой сложности кодирования. Чтобы снизить сложность кодирования кода НППЧ, предложен код с повторным накоплением (ПН) (RA). Код ПН также имеет ограничение в снижении сложности кодирования кода НППЧ. Поэтому следует учитывать эффективное кодирование кода НППЧ.

(3) Следует учитывать распределение рангов графа коэффициентов кода НППЧ

Обычно нерегулярный код НППЧ превосходит по рабочим характеристикам регулярный код НППЧ, потому что граф коэффициентов нерегулярного кода НППЧ имеет разные ранги. «Ранг» относится к числу граней, соединенных с узлами переменных и проверочными узлами в графе коэффициентов кода НППЧ. Далее, «распределение рангов» на графе коэффициентов кода НППЧ относится к отношению числа узлов, имеющих конкретный ранг, к общему числу узлов. Доказано, что код НППЧ, имеющий конкретное распределение рангов, является превосходным по рабочим характеристикам.

Фиг.3 представляет собой схему, иллюстрирующую матрицу проверки на четность обычного блокового кода НППЧ. Перед тем, как дать описание фиг.3, следует отметить, что блоковый код НППЧ является новым кодом НППЧ, для которого учитывались не только эффективное кодирование, но также эффективное хранение и улучшение рабочих характеристик матрицы проверки на четность, и что блоковый код НППЧ является кодом НППЧ, расширенным путем обобщения структуры регулярного кода НППЧ. На фиг.3 матрица проверки на четность блокового кода НППЧ разделена на множество частичных блоков, и матрица перестановок отображается в каждый из этих частичных блоков. На фиг.3 «Р» представляет матрицу перестановок размером N_S×N_S, а верхний индекс (или экспонента) a_ij матрицы перестановок Р равна либо 0≤a_ij≤N_S-1, либо a_ij=∞. На фиг.3 р представляет число строк частичных блоков, а q представляет число столбцов частичных блоков. «i» означает, что соответствующая матрица перестановок располагается в i-й строке частичных блоков матрицы проверки на четность, а «j» означает, что соответствующая матрица перестановок располагается в j-м столбце частичных блоков матрицы проверки на четность. То есть, есть матрица перестановок, расположенная в частичном блоке, пересекающемся i-й строкой и j-м столбцом.

Теперь со ссылкой на фиг.4 будет описана матрица перестановок.

Фиг.4 представляет собой схему, иллюстрирующую матрицу перестановок Р по фиг.3. Как показано на фиг.4, матрица перестановок Р является квадратной матрицей размером N_S×N_S, и каждый из N_S столбцов, составляющих матрицу перестановок Р, имеет вес 1, а каждая из N_S строк, составляющих матрицу перестановок Р, также имеет вес 1.

На фиг.3 матрица перестановок с верхним индексом a_ij=0, т.е. матрица Р⁰ перестановок представляет единичную матрицу , а матрица перестановок с верхним индексом a_ij=∞, т.е. матрица Р^∞, представляет нулевую матрицу.

В полной матрице проверки на четность блокового кода НППЧ, показанной на фиг.3, вследствие того, что общее число строк составляет N_S×p, а общее число столбцов составляет N_S×q (для p≤q), когда полная матрица проверки на четность кода НППЧ имеет полный ранг, скорость кодирования может быть выражена как уравнение (1) независимо от размера частичных блоков.

(1)

Если a_ij≠∞ для всех i и j, матрицы перестановок, соответствующие частичным блокам, не являются нулевыми матрицами, и частичные блоки составляют регулярный код НППЧ, в котором весовое значение каждого столбца и весовое значение каждой строки в каждой из матриц перестановок, соответствующих частичным блокам, равны p и q, соответственно. Здесь каждая из матриц перестановок, соответствующих частичным блокам, будет именоваться «частичными матрицами».

Из-за того, что в полной матрице проверки на четность имеется (р-1) зависимых строк, скорость кодирования выше, чем скорость кодирования, вычисленная с помощью уравнения (1). В случае блокового кода НППЧ, если находится весовая позиция первой строки каждой из частичных матриц, составляющих полную матрицу проверки на четность, находятся и весовые позиции остальных (N_S-1) строк. Поэтому требуемый размер памяти снижается до 1/N_S по сравнению со случаем, где веса выбираются нерегулярно, чтобы хранить информацию во всей полной матрице проверки на четность.

Фиг.5 является схемой, иллюстрирующей матрицу проверки на четность обычного регулярного блокового кода НППЧ. Показанная на фиг.5 матрица проверки на четность представляет собой матрицу проверки на четность кода массива (s, r), т.е. регулярного блокового кода НППЧ. Предложенный код массива (s, r) является типичным регулярным блоковым кодом НППЧ, и этот код массива (s, r) соответствует блоковому коду НППЧ для N_S=s и q=s и p=r на фиг.3. Здесь «s» является нечетным простым числом, а «r» всегда удовлетворяет условию r≤s.

Матрица проверки на четность кода массива (s, r) имеет s² столбцов и r×s строк, а ее ранг становится r×(s-1). Причина, по которой ранг матрицы проверки на четность кода массива (s, r) становится r×(s-1), состоит в том, что в случае, где r частичных матриц в направлении строк матрицы проверки на четность кода массива (s, r), если s строк в каждой из частичных матриц суммируются, генерируется матрица, в которой все элементы имеют значение 1. То есть, из-за того, что генерируются r строк, в которых все элементы имеют значение 1, можно понять, что имеется r зависимых строк. Поэтому скорость R_массив кодирования кода массива (s, r) можно выразить уравнением (2):

(2)

Как описано выше, можно отметить, что в случае кода массива (s, r) в графе коэффициентов не имеется цикла длиной 4 из-за его алгебраической характеристики, и можно также снизить емкость памяти, как изложено выше.

Однако, поскольку код массива (s, r) является регулярным кодом НППЧ, он стоит ниже нерегулярного кода НППЧ в ухудшении рабочих характеристик. Далее, блоковый код НППЧ не может гарантировать превосходных рабочих характеристик, потому что его случайность ниже. То есть, код массива (s, r), хотя учитывалось эффективное кодирование, все же имеет высокую сложность кодирования, и в коде массива (s, r), хотя имеется цикл длиной 4, имеется также цикл длиной 6. Далее, поскольку распределение рангов не учитывается, происходит ухудшение рабочих характеристик.

Фиг.6 является схемой, иллюстрирующей матрицу проверки на четность обычного блокового кода НППЧ. Перед тем, как дается описание фиг.6, следует отметить, что нерегулярный блоковый код НППЧ является блоковым кодом НППЧ, заданным путем модификации кода массива, описанного в связи с фиг.5, при учете эффективного кодирования. В матрице проверки на четность нерегулярного блокового кода НППЧ, показанного на фиг.6, «I» отмечает единичную матрицу размера s×s, а «0» отмечает нулевую матрицу размером s×s. Матрица проверки на четность нерегулярного блокового кода НППЧ, показанная на фиг.6, соответствует матрице проверки на четность блокового кода НППЧ для N_S=s, q=k и p=r на фиг.3.

Для эффективного кодирования кода НППЧ кодирование разрешается в линейном времени за счет формирования частичной матрицы, соответствующей проверке на четность полной матрицы проверки на четность как полной нижней треугольной матрицы, как показано на фиг.6. Структура полной матрицы проверки на четность, т.е. структура частичной матрицы, соответствующей информационному слову, и частичной матрицы, соответствующей проверке на четность, будут описаны здесь ниже. Когда частичная матрица, соответствующая проверке на четность, формируется таким путем как полная нижняя треугольная матрица, матрица проверки на четность всегда имеет полный ранг из-за своих структурных характеристик. Поэтому длина блока модифицированного кода массива, т.е. нерегулярного кода НППЧ, становится ks, а скорость R кодирования может быть выражена уравнением (3):

(3)

Однако нерегулярный код НППЧ по фиг.6, имеющий матрицу проверки на четность, в которой частичная матрица, соответствующая проверке на четность, имеет форму полной нижней треугольной матрицы, является более эффективным, нежели код массива, но не учитывался ранг распределения на графе коэффициентов, который должен учитываться во время генерирования кода НППЧ, и не учитывалось также удаление циклов короткой длины. Поэтому он имеет более низкую, чем нерегулярный код НППЧ, имеющий случайный характер, исправляющую способность. Соответственно, имеется необходимость в нерегулярном коде НППЧ, который максимизирует исправляющую способность.

Сущность изобретения

Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства и способа кодирования-декодирования кода НППЧ с максимизированной исправляющей способностью в системе мобильной связи.

Другая цель настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства и способа кодирования-декодирования кода НППЧ с максимизированной минимальной длиной цикла в системе мобильной связи.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства и способа кодирования-декодирования кода НППЧ с минимизированной сложностью кодирования в системе мобильной связи.

Первым объектом настоящего изобретения является способ генерирования матрицы проверки на четность блокового кода низкой плотности с проверкой на четность (НППЧ), чтобы улучшить исправляющую способность, причем матрица проверки на четность имеет информационную часть, соответствующую информационному слову, и первую проверочную часть, соответствующую проверке на четность, и вторую проверочную часть, соответствующую проверке на четность. Этот способ включает в себя шаги, в которых: находят размер матрицы проверки на четность на основании скорости кодирования, примененной при кодировании информационного слова блоковым кодом НППЧ, и длины кодового слова; разделяют матрицу проверки на четность, имеющую найденный размер, на заранее заданное число блоков; классифицируют блоки на блоки, соответствующие информационной части, блоки, соответствующие первой проверочной части, и блоки, соответствующие второй проверочной части; размещают матрицы перестановки в заранее заданных блоках среди блоков, классифицированных как первая проверочная часть, и размещают единичные матрицы в полной нижней треугольной форме в заранее заданных блоках среди блоков, классифицированных как вторая проверочная часть; и размещают матрицы перестановки в блоках, классифицированных как информационная часть, так что минимальная длина цикла максимизируется, а веса являются нерегулярными на графе коэффициентов блокового кода НППЧ.

Вторым объектом настоящего изобретения является способ кодирования блокового кода низкой плотности с проверкой на четность (НППЧ). Этот способ включает в себя следующие шаги: генерируют матрицу проверки на четность, состоящую из информационной части, соответствующей информационному слову, и первой проверочной части и второй проверочной части, каждая из которых соответствует проверке на четность, и определяют метод деперемежения и метод перемежения согласно матрице проверки на четность; находят значения вероятности приема сигнала; генерируют первый сигнал в текущем процессе декодирования путем вычитания сигнала, генерированного в предыдущем процессе декодирования, из значений вероятности принятого сигнала; деперемежают первый сигнал с помощью метода деперемежения; находят значения вероятности путем приема деперемеженного сигнала; генерируют второй сигнал путем вычитания деперемеженного сигнала из значений вероятности деперемеженного сигнала; и перемежают второй сигнал с помощью метода перемежения и итеративно декодируют перемеженный сигнал.

Третьим объектом настоящего изобретения является способ кодирования блокового кода низкой плотности с проверкой на четность (НППЧ). Этот способ включает в себя следующие шаги: генерируют первый сигнал путем перемножения информационного слова на первую частичную матрицу ранее генерированной матрицы проверки на четность, состоящей из информационной части, соответствующей информационному слову, и первой проверочной части и второй проверочной части, каждая из которых соответствует проверке на четность; генерируют второй сигнал путем перемножения информационного слова на вторую частичную матрицу матрицы проверки на четность; генерируют третий сигнал путем перемножения первого сигнала на матричное произведение третьей частичной матрицы и обратной матрицы от четвертой частичной матрицы из матрицы проверки на четность; генерируют четвертый сигнал путем сложения второго сигнала и третьего сигнала; генерируют пятый сигнал путем перемножения четвертого сигнала на пятую частичную матрицу матрицы проверки на четность; генерируют шестой сигнал путем сложения второго сигнала и пятого сигнала; генерируют седьмой сигнал путем перемножения шестого сигнала на матричное произведение третьей частичной матрицы и обратной матрицы от четвертой частичной матрицы из матрицы проверки на четность; и мультиплексируют информационное слово, четвертый сигнал в качестве первой проверочной части и седьмой сигнал в качестве второй проверочной части согласно формату блокового кода НППЧ.

Четвертым объектом настоящего изобретения является способ генерирования матрицы проверки на четность, чтобы улучшить исправляющую способность, причем эта матрица проверки на четность размещается в матрице строк и столбцов множества информационных частичных блоков и множества проверочных частичных блоков, матрица проверки на четность разделяется на информационную часть, состоящую из матриц информационных частичных блоков, и проверочную часть, состоящую из матриц проверочных частичных блоков, причем каждый из информационных частичных блоков состоит из матрицы, представляющей множество информационных битов, каждый из проверочных частичных блоков состоит из матрицы, представляющей множество битов проверки на четность, каждый из информационных частичных блоков и проверочных частичных блоков существуют во множестве строк в матрице проверки на четность, разделенной на первую информационную матрицу, первую проверочную матрицу и вторую проверочную матрицу, каждый из информационных частичных блоков и проверочных частичных блоков существуют во множестве остальных строк за исключением множества строк, разделенных на вторую информационную матрицу, третью проверочную матрицу и четвертую проверочную матрицу; и первая и вторая информационные матрицы, первая и третья проверочные матрицы, и вторая и четвертая проверочные матрицы размещены в одних и тех столбцах, соответственно. Способ включает в себя следующие шаги: суммируют третью проверочную матрицу и произведение четвертой проверочной матрицы, обратной матрицы от второй проверочной матрицы и первой проверочной матрицы так, что сумма является единичной матрицей; находят транспонированный вектор первого проверочного вектора, соответствующего первой проверочной матрице и третьей проверочной матрице, путем перемножения суммы второй информационной матрицы и произведения четвертой проверочной матрицы, обратной матрицы от второй проверочной матрицы и первой информационной матрицы на информационный вектор, соответствующий первой информационной матрице и второй информационной матрице; и находят транспонированный вектор второго проверочного вектора, соответствующего второй проверочной матрице и четвертой проверочной матрице, путем перемножения обратной матрицы от второй проверочной матрицы на сумму произведения первой информационной матрицы и транспонированного вектора информационного вектора и произведения первой проверочной матрицы и транспонированного вектора первого проверочного вектора.

Пятым объектом настоящего изобретения является способ генерирования матрицы проверки на четность блокового кода низкой плотности с проверкой на четность (НППЧ), чтобы улучшить исправляющую способность, при этом матрица проверки на четность размещена в матрице строк и столбцов из множества частичных блоков, а матрицы перестановки, генерированные путем сдвига единичной матрицы размером N_S×N_S на заранее заданную экспоненту согласно каждому из частичных блоков, размещены в каждом из частичных блоков. Способ включает в себя следующие шаги: находят блоковый цикл блокового кода НППЧ в качестве первого значения; и находят второе значение путем перемножения второго значения на значение, определенное вычитанием суммы экспонент матриц перестановки с нечетной экспонентой среди матриц перестановки, размещенных в каждом из частичных блоков, из суммы экспонент перестановок с четной экспонентой среди матриц перестановки, размещенных в каждом из частичных блоков; и выполняют контрольную операцию так, что каждый из частичных блоков имеет цикл, соответствующий произведению первого значения и второго значения.

Шестым объектом настоящего изобретения является устройство для декодирования блокового кода низкой плотности с проверкой на четность (НППЧ). Это устройство включает в себя декодер узлов переменных для соединения узлов переменных согласно весу каждого столбца, составляющего матрицу проверки на четность, состоящую из информационной части, соответствующей информационному слову, и первой проверочной части и второй проверочной части, каждая из которых соответствует проверке на четность согласно заранее заданному контрольному сигналу, и для нахождения значений вероятности принятого сигнала; первый сумматор для вычитания сигнала, генерированного в предыдущем процессе декодирования, из сигнала, выданного из декодера узлов переменных в текущем процессе декодирования; деперемежитель для деперемежения сигнала, выданного из первого сумматора, с помощью метода деперемежения, установленного согласно матрице проверки на четность; декодер узлов проверки для соединения узлов проверки согласно весу каждой строки, составляющей матрицу проверки на четность, и для нахождения значений вероятности сигнала, выданного из деперемежителя, согласно заранее заданному контрольному сигналу; второй сумматор для вычитания сигнала, выданного из деперемежителя, из сигнала, выданного из декодера узлов проверки; перемежитель для перемежения сигнала, выданного из второго сумматора, с помощью метода перемежения, установленного согласно матрице проверки на четность, и для выведения перемеженного сигнала на декодер узлов переменных и первый сумматор; и контроллер для генерирования матрицы проверки на четность и управления методом деперемежения и методом перемежения согласно матрице проверки на четность.

Седьмым объектом настоящего изобретения является устройство для кодирования блокового кода низкой плотности с проверкой на четность (НППЧ). Это устройство включает в себя первый матричный перемножитель для перемножения принятого информационного слова на первую частичную матрицу матрицы проверки на четность, состоящей из информационной части, соответствующей информационному слову, и первой проверочной части и второй проверочной части, каждая из которых соответствует проверке на четность; второй матричный перемножитель для перемножения информационного слова на вторую частичную матрицу матрицы проверки на четность; третий матричный перемножитель для перемножения сигнала, выданного из первого матричного перемножителя, на матричное произведение из третьей частичной матрицы и обратной матрицы от четвертой частичной матрицы из матрицы проверки на четность; первый сумматор для сложения сигнала, выданного из второго матричного перемножителя, и сигнала, выданного из третьего матричного перемножителя; четвертый матричный перемножитель для перемножения сигнала, выданного из первого сумматора, на пятую частичную матрицу матрицы проверки на четность; второй сумматор для сложения сигнала, выданного из второго матричного перемножителя, и сигнала, выданного из четвертого матричного перемножителя; пятый матричный перемножитель для перемножения сигнала, выданного из второго сумматора, на матричное произведение третьей частичной матрицы и обратной матрицы от четвертой частичной матрицы из матрицы проверки на четность; и переключатели для мультиплексирования информационного слова, выходного сигнала первого сумматора в качестве первой проверочной части и выходного сигнала пятого перемножителя в качестве второй проверочной части согласно формату блокового кода НППЧ.

Краткое описание чертежей

Вышеуказанные и иные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения станут яснее из нижеследующего подробного описания вместе с сопровождающими чертежами, на которых:

Фиг.1 является схемой, иллюстрирующей матрицу проверки на четность обычного кода НППЧ (8, 2, 4);

Фиг.2 является схемой, иллюстрирующей граф коэффициентов кода НППЧ (8, 2, 4) по фиг.1;

Фиг.3 является схемой, иллюстрирующей матрицу проверки на четность обычного блокового кода НППЧ;

Фиг.4 является схемой, иллюстрирующей матрицу Р перестановок по фиг.3;

Фиг.5 является схемой, иллюстрирующей матрицу проверки на четность обычного регулярного блокового кода НППЧ;

Фиг.6 является схемой, иллюстрирующей матрицу проверки на четность обычного нерегулярного блокового кода НППЧ;

Фиг.7 является схемой, иллюстрирующей структуру цикла блокового кода НППЧ, матрица проверки на четность которого состоит из 4 частичных матриц;

Фиг.8 является схемой, иллюстрирующей структуру цикла блокового кода НППЧ, матрица проверки на четность которого состоит из 6 частичных матриц;

Фиг.9 является схемой, иллюстрирующей структуру блокового цикла блокового кода НППЧ;

Фиг.10 является схемой, иллюстрирующей структуру блокового цикла блокового кода НППЧ, в котором дублируются 6 частичных матриц из матрицы проверки на четность;

Фиг.11 является схемой, иллюстрирующей структуру блокового цикла блокового кода НППЧ, в котором дублируются 7 частичных блоков из матрицы проверки на четность;

Фиг.12 является схемой, иллюстрирующей матрицу проверки на четность, имеющую форму полной нижней треугольной матрицы;

Фиг.13 является схемой, иллюстрирующей матрицу проверки на четность, имеющую форму, подобную форме полной нижней треугольной матрицы;

Фиг.14 является схемой, иллюстрирующей матрицу проверки на четность по фиг.13, которая разделяется на 6 частичных блоков;

Фиг.15 является схемой, иллюстрирующей транспонированную матрицу частичной матрицы В, показанной на фиг.14, частичной матрицы Е, частичной матрицы Т и обратной матрицы от частичной матрицы Т;

Фиг.16 является схемой, иллюстрирующей матрицу проверки на четность блокового кода НППЧ согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.17 является блок-схемой алгоритма, иллюстрирующей процедуру генерирования матрицы проверки на четность блокового кода НППЧ согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.18 является блок-схемой алгоритма, иллюстрирующей процедуру кодирования блокового кода НППЧ согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.19 является блок-схемой, иллюстрирующей внутреннее строение кодирующего устройства для блокового кода НППЧ согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.20 является блок-схемой, иллюстрирующей внутреннее строение декодирующего устройства для блокового кода НППЧ согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

Теперь будет подробно описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи. В нижеследующем описании подробное изложение известных функций и конфигураций, включенных сюда, опущено для краткости.

Настоящее изобретение предлагает схему для кодирования и декодирования высокопроизводительного нерегулярного кода низкой плотности с проверкой на четность (НППЧ). Настоящее изобретение предлагает схему для кодирования и декодирования нерегулярного кода НППЧ, в которой максимизируется минимальная длина цикла на графе коэффициентов, минимизируется сложность кодирования и оптимизируется распределение рангов на графе коэффициентов.

Термин «цикл», раз он связан с графом коэффициентов кода НППЧ, относится к петле, образованной гранями, соединяющими узлы переменных с узлами проверок в графе коэффициентов, а длина цикла определяется как число граней, составляющих эту петлю. Цикл, который имеет большую длину, означает, что число граней, соединяющих узлы переменных с узлами проверок, составляющих эту петлю в графе коэффициентов, велико. По мере тог