KR100678521B1 - Apparatus and method for coding of irregular low density parity check code - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 부호화 처리 지연 시간을 줄이기 위해 각 행렬의 원소가 순환 행렬로 정의되는 비이진 값을 가지며, 하위 삼각형 행렬을 포함하는 6개의 부분 행렬로 구성되는 패리티 검사 행렬을 사용하는 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for encoding a non-uniform low density parity check code. Specifically, in order to reduce encoding processing delay time, an element of each matrix has a non-binary value defined as a cyclic matrix, and includes a lower triangular matrix. An apparatus and method for encoding a non-uniform low density parity check code using a parity check matrix composed of six partial matrices.
본 발명에 따른 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법에 따르면, 패리티 검사 행렬을 각 행렬의 원소가 순환 행렬로 정의되는 비이진 값을 가지는 복수의 부분 행렬로 구성하고 정보 비트들을 벡터 단위로 병렬화하여 입력 벡터를 생성한다. 그런 다음에 상기 복수의 부분 행렬에 기초하여 생성된 복수의 중간 벡터로부터 첫 번째 패리티 벡터를 생성하고 생성된 첫 번째 패리티 벡터와 상기 생성된 복수의 중간 벡터에 기초하여 두 번째 패리티 벡터를 생성하여 부호화한다. 이 때, 시분할 공유 구조에 의해 입력 값에 따라 상기 첫 번째 패리티 벡터를 얻기 위한 중간 벡터 중 어느 하나가 생성되거나 두 번째 패리티 벡터가 생성된다.According to the method of encoding a non-uniform low density parity check code according to the present invention, a parity check matrix is composed of a plurality of partial matrices having non-binary values in which elements of each matrix are defined as cyclic matrices, and the information bits are parallelized in vector units. Create an input vector. Then, a first parity vector is generated from a plurality of intermediate vectors generated based on the plurality of partial matrices, and a second parity vector is generated based on the generated first parity vector and the generated plurality of intermediate vectors. do. At this time, one of the intermediate vectors for obtaining the first parity vector or the second parity vector is generated according to the input value by the time division sharing structure.
오류정정부호, LDPC, 비균일, 비이진, 벡터, 순환행렬, 패리티검사행렬Error Correction Code, LDPC, Non-Uniform, Non-Binary, Vector, Recursive Matrix, Parity Check Matrix
Description
도 1은 본 발명이 적용되는 패리티 검사 행렬의 근사 하위 삼각형 행렬을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an approximate lower triangular matrix of a parity check matrix to which the present invention is applied.
도 2는 4×4 단위 부분 행렬로 구성한 비이진 저밀도 패리티 검사 행렬 H를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a non-binary low density parity check matrix H formed of a 4x4 unit partial matrix.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비균일 저밀도 패리티 부호의 부호화 장치의 구성을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a configuration of an encoding apparatus of a non-uniform low density parity code according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 비균일 저밀도 패리티 부호의 부호화 장치의 패리티 검사 행렬 메모리 구성을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a parity check matrix memory configuration of an encoding apparatus of a non-uniform low density parity code according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비균일 저밀도 패리티 부호의 부호화 장치의 동작 타이밍을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating an operation timing of an encoding apparatus of a non-uniform low density parity code according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 저밀도 패리티 검사 부호(Low Density Parity Check Codes, 이하 ‘LDPC’라 함)의 부호화 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 각 행과 열이 ‘0’이 아닌 원소의 개수가 일정하지 않은 비균일 LDPC 부호화 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for encoding low density parity check codes (hereinafter referred to as 'LDPC'). In particular, each row and column has a non-uniform number in which the number of elements other than '0' is not constant. LDPC encoding apparatus and method.
최근 무선 통신 시스템에서 광대역 멀티미디어 서비스 등에 대한 요구가 증대되면서, 고 효율의 고속 데이터의 전송 기술에 대한 연구 및 개발이 매우 활발하게 진행되고 있다. Recently, as the demand for broadband multimedia services is increased in a wireless communication system, research and development on high-efficiency high-speed data transmission technology have been actively conducted.
LDPC 부호화 방식은 고속의 광대역 데이터가 무선 채널을 통과하여 전송될 때 발생되는 신호의 왜곡에 따른 전송 데이터 오류를 효과적으로 정정하여, 데이터 전송 효율을 높이는 기술로서, 4세대 이동통신 시스템 및 위성통신 시스템, 고속 무선 LAN 등에서 연구 및 개발되고 있다.The LDPC coding method is a technique for improving data transmission efficiency by effectively correcting transmission data error caused by signal distortion generated when high-speed broadband data is transmitted through a wireless channel. The fourth generation mobile communication system and satellite communication system, It is being researched and developed in high speed wireless LAN.
LDPC 부호화 방식은 정보 비트들을 전송하기 전에 부호화를 위한 행렬을 사용하여 부호화하는 블록 부호화의 일종으로, 패리티 검사행렬의 원소들의 대부분이 0인 선형블록부호로서, 블록 부호화를 수행할 때 사용되는 행렬에 “1”의 원소가 매우 작은 즉, 대부분의 원소가 “0”의 값을 가지는 부호화 행렬을 사용하는 방식이다. The LDPC coding scheme is a block coding scheme that encodes using a matrix for encoding before transmitting information bits. The LDPC coding scheme is a linear block code in which most elements of a parity check matrix are zero. The element of "1" is very small, that is, most of the elements use a coding matrix having a value of "0".
이러한 LDPC 부호의 패리티 검사행렬은 1의 개수가 매우 적기 때문에 매우 큰 블록크기에서도 합곱 알고리즘(Sum-Product Algorithm)을 이용한 반복 복호가 가능하며 블록크기가 매우 커지면 터보 부호처럼 Shannon의 채널용량 한계에 근접하는 성능을 보인다. 특히 비균일 LDPC부호가 Shannon 한계에 가장 근접한 성능을 보인다. 현재 길이 107에서 Shannon 한계에 0.0045dB 이내로 접근하는 비균일 LDPC 부호가 존재한다. LDPC 부호는 터보 부호와 비교하여 큰 크기의 블록에서 성능이 우수하고, 오류마루(Error Floor)가 없으며, 복호 복잡도가 낮으며 병렬처리로 고속 복호가 가능하다.Since the parity check matrix of LDPC codes is very small, it is possible to iterative decoding using sum-product algorithm even in very large block sizes. If the block size is very large, it is close to Shannon's channel capacity limit like turbo code. To show performance. In particular, the non-uniform LDPC code shows the closest performance to Shannon limit. There is a non-uniform LDPC code presently approaching the Shannon limit within 0.0045 dB of length 107. The LDPC code has better performance in a larger block than the turbo code, no error floor, low decoding complexity, and high speed decoding by parallel processing.
이와 같이 LDPC 부호화 방식은 아주 적은(sparse) 양의 “1”의 값을 가지는 행(row)과 열(column)로 구성되고 행렬의 크기가 매우 큰 비-희소 행렬로 구성된 패리티 검사 행렬 H를 사용한다.In this way, the LDPC coding scheme uses a parity check matrix, H, which is composed of rows and columns with a very small amount of “1” and a very sparse matrix. do.
이와 같은 LDPC의 기본 개념은 D.J. MacKay, “Good error-correction codes based on very sparse matrices,” IEEE Trans. On Information Theory, vol.45, no 2, pp. 399-431, 1999에 개시되어 있으며 부호화 방법에 대한 기술은 T. Richardson, R. Urbanke, “Efficient encoding of low density parity check codes,” IEEE Trans. On Information theory, vol 47, no.2, pp. 638-656, 2001에 개시되어 있다.The basic concept of such LDPC is D.J. MacKay, “Good error-correction codes based on very sparse matrices,” IEEE Trans. On Information Theory, vol. 45,
한편, 무선 통신 시스템에서 사용되는 오류 정정 부호의 경우, 무선 채널 환경에 따라 다양한 데이터 전송 속도를 지원할 수 있도록 여러 가지 부호화율을 지원한다. 저밀도 패리티 검사 부호의 경우, 여러 가지 부호화율을 지원하는 방법으로 펑쳐링(puncturing)을 사용하는 방법과 부호화율 별로 서로 다른 패리티 검사 행렬을 사용하는 방법이 있다. Meanwhile, in the case of an error correction code used in a wireless communication system, various coding rates are supported to support various data rates according to a wireless channel environment. In the case of the low density parity check code, there are a method of using puncturing as a method of supporting various code rates and a method of using different parity check matrices for each code rate.
부호화율 별로 성능이 최적화된 서로 다른 패리티 검사 행렬을 사용하는 경우, 특히 각 행과 열 별로 ‘0’이 아닌 원소의 개수가 균일하지 않은 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 경우 부호화 처리 지연 시간이 많이 소요되며 부호기의 제작 또한 어려운 문제점이 있다.If you use different parity check matrices with optimized performance for each code rate, especially for non-uniform low density parity check codes where the number of non-zero elements in each row and column is not uniform, the encoding processing delay time is high. The production of the encoder also has a difficult problem.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하드웨어 효율을 높이고 부호화 처리 지연 시간을 줄이면서 여러 종류의 부호화율을 지원하는 비균일 저밀도 패리티 부호의 부호화 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for encoding a non-uniform low density parity code that supports various types of coding rates while improving hardware efficiency and reducing encoding processing delay time.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치 및 방법에 제공된다.In order to solve this problem, the present invention is provided to an apparatus and method for encoding a non-uniform low density parity check code.
본 발명의 한 특징에 따른 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치는, Non-uniform low density parity check code encoding apparatus according to an aspect of the present invention,
패리티 검사 행렬―여기서, 패리티 검사 행렬은 원소 중에 1의 개수가 적고 행과 열에 들어가는 일의 개수가 일정하지 않은 행렬로 복수의 부분 행렬로 구성됨―을 이용하여 정보 비트를 부호화하는 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치로서,Non-uniform low-density parity check that encodes information bits using a parity check matrix, where the parity check matrix consists of a plurality of submatrices with a small number of 1s in the element and a non-uniform number of entries into the rows and columns. A code encoding device,
입력되는 정보 비트를 병렬화하여 입력 벡터를 생성하는 입력비트 병렬화기;An input bit parallelizer for generating an input vector by parallelizing the input information bits;
상기 복수의 부분 행렬에 기초하여 생성된 복수의 중간 벡터로부터 첫 번째 패리티 벡터를 생성하는 p1 벡터 연산기; 상기 생성된 첫 번째 패리티 벡터와 복수의 중간 벡터에 기초하여 두 번째 패리티 벡터를 생성하되, 시분할 공유 구조에 의해 상기 복수의 중간 벡터 중 제1 중간 벡터 또는 상기 두 번째 패리티 벡터를 생성하는 t 벡터 연산기; 및 상기 생성된 첫 번째 및 두 번째 패리티 벡터에 기초하 여 상기 입력 벡터들을 부호화하는 제1 선택기를 포함한다.A p 1 vector operator for generating a first parity vector from the plurality of intermediate vectors generated based on the plurality of partial matrices; A t vector operator that generates a second parity vector based on the generated first parity vector and a plurality of intermediate vectors, and generates a first intermediate vector or the second parity vector among the plurality of intermediate vectors by a time division shared structure. ; And a first selector for encoding the input vectors based on the generated first and second parity vectors.
이 때, 상기 복수의 부분행렬은, 행 또는 열의 크기가 1이 아닌 A 및 T 행렬―여기서, T 행렬은 하위 삼각형 행렬임―, 행 또는 열의 크기가 1인 B, C, D 및 E 행렬을 포함하며, 순환 행렬로 정의되는 비이진 값으로부터 각 행렬의 원소가 이루어지며,In this case, the plurality of submatrices are A and T matrices in which the row or column size is not 1, where the T matrix is a lower triangular matrix, and the B, C, D and E matrices having a row or column size of 1 are obtained. Element of each matrix from non-binary values defined by the circulant matrix,
상기 복수의 중간 벡터는 상기 A, T, B, C, D, E 행렬에 기초하여 각각 생성된 a, t, b, c, d, e 벡터를 포함하며, 상기 제1 중간 벡터는 t 벡터이다.The plurality of intermediate vectors include a, t, b, c, d, and e vectors, each generated based on the A, T, B, C, D, and E matrices, and the first intermediate vector is a t vector. .
그리고 상기 t 벡터 연산기는, 상기 a 벡터가 입력되면 상기 t 벡터를 생성하고, 상기 a 벡터와 b 벡터의 합이 입력되면 상기 두 번째 패리티 벡터를 생성하는 시분할 공유 구조를 가진다.The t vector operator has a time division sharing structure that generates the t vector when the a vector is input and generates the second parity vector when the sum of the a vector and the b vector is input.
본 발명의 다른 특징에 따른 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법은,Non-uniform low density parity check code encoding method according to another aspect of the present invention,
패리티 검사 행렬―여기서, 패리티 검사 행렬은 원소 중에 1의 개수가 적고 행과 열에 들어가는 일의 개수가 일정하지 않은 행렬임―을 이용하여 정보 비트를 부호화하는 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법으로서,A method of encoding a non-uniform low density parity check code using a parity check matrix, wherein the parity check matrix is a matrix having a small number of 1's in an element and a non-uniform number of things entering a row and a column.
a) 상기 패리티 검사 행렬을 각 행렬의 원소가 순환 행렬로 정의되는 비이진 값을 가지는 복수의 부분 행렬로 구성하는 단계; b) 상기 정보 비트들을 벡터 단위로 병렬화하여 입력 벡터를 생성하는 단계; c) 상기 복수의 부분 행렬에 기초하여 생성된 복수의 중간 벡터로부터 첫 번째 패리티 벡터를 생성하는 단계; d) 상기 생성된 첫 번째 패리티 벡터와 상기 생성된 복수의 중간 벡터에 기초하여 두 번째 패 리티 벡터를 생성하는 단계; 및 e) 생성된 첫 번째 및 두 번째 패리티 벡터로 부호어 비트를 출력하는 단계를 포함한다. a) constructing the parity check matrix into a plurality of partial matrices in which elements of each matrix have non-binary values defined as cyclic matrices; b) parallelizing the information bits in vector units to generate an input vector; c) generating a first parity vector from a plurality of intermediate vectors generated based on the plurality of partial matrices; d) generating a second parity vector based on the generated first parity vector and the generated plurality of intermediate vectors; And e) outputting codeword bits to the generated first and second parity vectors.
이 때, 상기 복수의 부분 행렬은 행 또는 열의 크기가 1이 아닌 A 및 T 행렬―여기서, T 행렬은 하위 삼각형 행렬임―, 행 또는 열의 크기가 1인 B, C, D 및 E 행렬을 포함하며,Wherein the plurality of partial matrices comprise A and T matrices in which the row or column size is not one, where the T matrix is a lower triangular matrix, wherein the B, C, D, and E matrices have a row or column size of one. ,
상기 복수의 중간 벡터는 A, T, B, C, D 및 E 행렬에 기초하여 각각 생성된 a, t, b, c, d 및 e 벡터를 포함한다.The plurality of intermediate vectors include a, t, b, c, d and e vectors, respectively generated based on the A, T, B, C, D and E matrices.
그리고 상기 c)단계는, 상기 A 행렬과 상기 입력 벡터로부터 a 벡터를 생성하는 단계; 상기 생성된 a 벡터와 상기 T 행렬로부터 t 벡터를 생성하는 단계; 상기 생성된 t 벡터와 상기 E 행렬로부터 e 벡터를 생성하는 단계; 상기 입력 벡터와 상기 C 행렬로부터 c 벡터를 생성하는 단계; 및 상기 e 벡터와 c 벡터의 합과 상기 순환 행렬의 역행렬과의 곱으로부터 첫 번째 패리티 벡터를 생성하는 단계를 포함하며, 시분할 공유 구조에 의해 입력되는 벡터 값에 따라 상기 t 벡터 또는 두 번째 패리티 벡터가 생성된다. 또한 상기 a 벡터와 t 벡터는 소정의 시작 지연을 갖고 동시에 처리된다.And c) comprises: generating a vector from the A matrix and the input vector; Generating a t vector from the generated a vector and the T matrix; Generating an e vector from the generated t vector and the E matrix; Generating a c vector from the input vector and the C matrix; And generating a first parity vector from a product of the sum of the e vector and the c vector and the inverse of the circulant matrix, the t vector or the second parity vector according to a vector value input by a time division shared structure. Is generated. The a and t vectors are also processed simultaneously with a predetermined start delay.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 비균일 저밀도 패리티 부호의 부호화 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.An apparatus and method for encoding a non-uniform low density parity code according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명에서 적용하는 패리티 검사 행렬에 대해서 도 1 및 도 2를 참고로 하여 상세하게 설명한다.First, the parity check matrix applied in the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1은 저밀도 패리티 검사 행렬의 근사 하위 삼각형 행렬을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating an approximate lower triangular matrix of a low density parity check matrix.
도 1에 나타낸 바와 같이, 저밀도 패리티 검사 행렬 H에 대해 행, 열의 치환과 가우시안 소거법(Gaussian elimination)을 사용하여 상위 삼각형 영역이 ‘0’인 하위 삼각형 행렬을 얻을 수 있으며, 이 행렬을 포함한 6개의 부분 행렬(A, B, C, D, E, T)로 패리티 검사 행렬을 표현하고, 보다 효율적인 방법으로 아래에 기술한 수학식 1 내지 수학식 9의 연산 과정에 따라 패리티 부호어를 이들 부분 행렬로부터 얻는다.As shown in Fig. 1, for the low-density parity check matrix H, a lower triangular matrix having an upper triangular region of '0' can be obtained by using row and column substitution and Gaussian elimination. Parity check matrices are represented by partial matrices (A, B, C, D, E, T), and the parity codewords are converted into parity codewords according to the operations of
도 2는 4×4 단위 부분 행렬로 구성한 비이진 저밀도 패리티 검사 행렬 H를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a non-binary low density parity check matrix H formed of a 4x4 unit partial matrix.
도 2에 나타낸 바와 같이, 패리티 검사 행렬 H의 각 원소가 예를 들어 4×4 순환 행렬을 원소로 갖는 비 이진의 경우, 순환 행렬을 단위 부분 행렬로 정의하여 패리티 검사 행렬을 표현할 때 각 원소의 값은 단위 부분 행렬의 순환 값이다.As shown in Fig. 2, each element of the parity check matrix H is, for example, a 4x4 circular matrix. In the case of non-binary having as element, when the parity check matrix is defined by defining the circulant matrix as the unit submatrix, the value of each element is the cyclic value of the unit submatrix.
그리고 이 순환 행렬을 단위 행렬로 사용하여 저밀도 패리티 검사 행렬 H를 표현할 때 부호화 장치의 경우, 행렬-벡터 간 연산이 간단한 쉬프트 레지스터 형태로 구현될 수 있으며, 단위 행렬의 크기 단위로 부호화 과정이 처리될 수 있으므로 실시간 처리에 보다 유리하다. When the low density parity check matrix H is expressed using the circulant matrix as the unit matrix, the matrix-vector operation may be implemented in the form of a simple shift register, and the encoding process may be processed in units of the size of the unit matrix. It is more advantageous for real time processing.
또한 복호화 장치의 경우에도 메시지 전달 복호 방법을 사용할 때 각 비트, 체크 노드 메시지를 단위 행렬 크기로 병렬화가 간단해지므로 고속 처리에 유리하다.Also, even in the decoding apparatus, when the message transfer decoding method is used, parallelization of each bit and check node message to a unit matrix size is simplified, which is advantageous for high-speed processing.
본 발명에서는 아래에 기술한 수학식 1 내지 수학식 9의 패리티 부호 연산 과정에 따라 각각의 부분 행렬로 구성되고, 단위 부분 순환 행렬의 크기를 32×32 행렬로 정의하여 사용한다.In the present invention, each partial matrix is formed according to the parity code arithmetic process of
다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 비균일 저밀도 패리티 부호의 부호화 장치에 대해 도 3을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Next, a non-uniform low density parity code encoding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비균일 저밀도 패리티 부호의 부호화 장치의 구성을 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a configuration of an encoding apparatus of a non-uniform low density parity code according to an embodiment of the present invention.
도 3에 나타낸 바와 같이, 비균일 저밀도 패리티 부호의 부호화 장치는 입력비트 병렬화기(301), 입력 벡터 버퍼(302), a 벡터 연산기(303), a 벡터 버퍼(304), a 행렬 메모리(305), t 벡터 연산기(306), t/p2 벡터 버퍼(307), T 행렬 메모리(308), e 벡터 연산기(309), c 벡터 연산기(310), p1 벡터 연산기(311) 및 b 벡터 연산기(312)를 포함한다.As shown in Fig. 3, a non-uniform low density parity code encoding device includes an
입력비트 병렬화기(301)는 부호화 장치로 입력되는 정보 비트열을 1×32 부 분 벡터 단위로 병렬화하여 입력 벡터를 생성한다. 이하 모든 행렬, 즉 벡터는 32비트 단위로 처리된다.The
a 벡터 연산부(302)는 A 행렬의 행 단위로 각 행의 ‘0’이 아닌 원소의 위치에 해당하는 입력 벡터들을 원소 값만큼 순화 누적시켜 a 벡터를 생성한다. 이 때, a 벡터의 길이는 A 행렬의 행 길이이다. 즉, a 벡터 연산 과정은 수학식 1과 같다.The a
t 벡터 연산기(306)는 a 벡터와 비슷한 방식으로 t 벡터를 생성하며, t 벡터의 길이는 T 행렬의 행 길이이다. 이 때, a 벡터 연산기(302)와 다른 점은 하위 삼각형 행렬인 T 행렬의 형태에 따라 첫 번째 t 벡터 t0 값을 a0 의 역순환 값으로부터 얻은 이후에 역치환(backword substitution) 방법을 사용하여 T 행렬의 대각 원소 값만큼 a 벡터를 역 순환시킨 값과 이전 t 벡터를 대각 원소 아래에 있는 T 행렬의 원소 값만큼 순환 이동시킨 값을 누적하여 얻는다는 점이다. 즉, t 벡터 연산 과정은 수학식 2와 같다.
e 벡터 연산기(309)는 수학식 3에 따라 t 벡터 연산기(306)로부터 얻어진 t 벡터를 E 행렬의 원소 값만큼 순환 누적하여 e 벡터를 생성한다. 즉, e 벡터 연산 과정은 수학식 3과 같다.The
c 벡터 연산기(310)는 입력 벡터들을 C 행렬의 원소 값만큼 순환 누적시켜 c 벡터를 생성한다. 즉, c 벡터 연산 과정은 수학식 4와 같다.The
p1 벡터 연산기(311)는 두 개의 1×32 벡터(e 벡터와 c 벡터)의 합과 32×32 크기의 역행렬 의 곱으로 첫 번째 패리티 부분 벡터 p1을 생성한다. 즉, p1 벡터 연산 과정은 수학식 5를 통해 수학식 6과 같이 나타난다.p 1 vector operator 311 is the sum of two 1 × 32 vectors (e and c vectors) and an inverse of size 32 × 32 Create the first parity partial vector p 1 with the product of. That is, the p 1 vector operation process is represented by Equation 6 through Equation 5.
여기서, d는 d 벡터를 나타내며, d 벡터는 e 벡터와 c 벡터의 합으로써 생성된다.Here, d represents the d vector, and the d vector is generated as the sum of the e vector and the c vector.
b 벡터 연산기(312)는 첫 번째 패리티 부분 벡터 p1으로부터 B 행렬의 ‘0’이 아닌 원소의 위치에서 p1을 원소 값만큼 순환 이동시켜 b 벡터를 생성한다. 즉, b 벡터의 연산은 수학식 7과 같다.The
한편, b 벡터와 a 벡터의 합을 두 번째 패리티 벡터 p2를 얻기 위한 입력으로 사용하며, 두 번째 패리티 벡터 p2는 t 벡터 연산기(306)를 통해 얻어진다. 이는 수학식 8 및 수학식 9와 같이 나타난다.Meanwhile, the sum of the b vector and the a vector is used as an input for obtaining the second parity vector p 2 , and the second parity vector p 2 is obtained through the
이 때, 수학식 2와 수학식 9의 유사성을 이용하여 t 벡터를 얻을 때는 a 벡터를 사용하고, p2 벡터를 얻을 때는 a 벡터와 b 벡터의 합이 입력되도록 함으로써 t 벡터 연산기(306), t 벡터 버퍼(307), T 벡터 메모리(308) 및 선택기(314)를 포함하는 부분(점선으로 표시된 부분)은 시분할 공유 구조를 갖는다.At this time, when the obtained t vectors using the equations (2) and the similarity of the equation (9) using a vector and, if obtained p 2 vector by making the sum of a vector and the b vector type t
그리고 본 발명의 실시 예에 따른 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치는 3가지 종류의 내부 메모리 즉, 입력 벡터 버퍼(302), a 벡터 버퍼(304) 및 t/p2 벡터 버퍼(307)를 포함하고 있다.In addition, an apparatus for encoding a non-uniform low density parity check code according to an embodiment of the present invention may include three types of internal memories, namely, an
입력 벡터 버퍼(302)는 입력 비트 병렬화부로부터 병렬화된 입력 벡터를 32 비트 부분 벡터 단위로 저장한다. 이 때, 입력 벡터 버퍼(302)는 a 벡터를 계산할 때 사용되는 A 행렬의 각 행에 ‘0’이 아닌 원소의 위치가 임의의 순서로 존재할 수 있으므로 입력 비트 시퀀스를 32비트 단위로 병렬화하여 저장한다.The
a 벡터 버퍼(304)는 a 벡터를 저장한다. 이 때, a 벡터 버퍼(304)는 t 벡터와 p2 벡터를 얻을 때 입력되는 값으로 이 두 벡터가 시간 간격을 두고 연산되어 얻어지므로 a 벡터를 저장해야 하기 때문에 필요하다.a
t/P2 벡터 버퍼(307)는 t 벡터와 패리티 벡터 p2를 저장한다. 이 때, t/p2 벡터 버퍼(307)는 아래 삼각형 형태의 T 행렬 구조에 따라 n 번째 t(또는 P2) 벡터 원소를 얻기 위해 n-1 이하의 t(또는 p2) 벡터 원소를 입력으로 사용하므로 t 벡터의 연산기(307)의 출력을 저장하고 있어야 하기 때문에 필요하다.The t / P 2 vector buffer 307 stores the t vector and the parity vector p 2 . At this time, the t / p 2 vector buffer 307 inputs a t (or p 2 ) vector element equal to or less than n−1 to obtain an n th t (or P 2 ) vector element according to the T matrix structure in the form of a triangle below. This is necessary because the output of the
또한 본 발명의 실시 예에 따른 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치는 덧셈기(313, 315) 및 선택기(314, 316)를 더 포함한다.In addition, the apparatus for encoding a non-uniform low density parity check code according to an embodiment of the present invention further includes
덧셈기(313)는 t 벡터 연산기(306)로 a 벡터와 b 벡터의 합을 입력시켜 p2 벡터를 얻기 위해 a 벡터와 b 벡터를 합하여 출력한다.The
선택기(314)는 t 벡터 또는 p2 벡터를 얻을 것인지에 따라 t 벡터 연산기(306)로 a 벡터를 입력시킬 것인지 또는 a 벡터와 b 벡터의 합을 입력시킬 것인지를 선택하여 t 벡터 연산기(306)로 출력한다.The
덧셈기(315)는 e 벡터와 c 벡터를 합하여 p1 벡터 연산기(311)로 출력한다.The
선택기(316)는 p1 벡터 연산기(311)로부터 출력되는 p1 벡터, t 벡터 연산기(306)로부터 출력되는 p2 벡터 및 입력비트 병렬화기(301)로부터 출력되는 입력 벡터에서 해당 벡터를 선택하여 부호어를 출력한다.The
또한 본 발명의 실시 예에 따른 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치는 A 행렬 메모리(305) 및 T 행렬 메모리(308)를 더 포함한다.In addition, the encoding apparatus of the non-uniform low density parity check code according to the embodiment of the present invention further includes an
A 행렬 메모리(305)는 A 행렬을 저장하고 있다.The
T 행렬 메모리(308)는 T 행렬을 저장하고 있다.
이러한 A 행렬 메모리(305) 및 T 행렬 메모리(308)에 대해서는 도 4를 참고로 하여 상세하게 설명한다.The
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 비균일 저밀도 패리티 부호의 부호화 장치의 패리티 검사 행렬 메모리 구성을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a parity check matrix memory configuration of an encoding apparatus of a non-uniform low density parity code according to an embodiment of the present invention.
도 4에 나타낸 바와 같이, 우선, 패리티 검사 행렬을 6개의 부분 행렬로 나누어 저장할 때, 패리티 검사 행렬의 원소 값을 저장하거나 또는 연산(정해진 위치에서의 순환과 누적) 방식을 정의하여 사용할 수 있다.As shown in Fig. 4, first, when storing the parity check matrix by dividing it into six partial matrices, element values of the parity check matrix can be stored or a calculation (cyclic and cumulative accumulation at a predetermined position) can be used.
본 발명의 실시 예에서는 앞서 설명한 것처럼, A 행렬 및 T 행렬은 각각 A 행렬 메모리(305) 및 T 행렬 메모리(308)에 저장되고, A 행렬과 T 행렬을 제외한 B, C, D, E 행렬은 행 또는 열의 크기가 1이므로, 메모리 방식을 사용하지 않고 연산을 정의하는 방법을 사용하여 각각의 부호화율에 따른 연산기를 별도로 구성하는 방식을 사용한다.In the embodiment of the present invention, as described above, the A matrix and the T matrix are respectively stored in the
한편, 균일 저밀도 패리티 부호의 경우에는 각 행의 무게가 일정하므로, 행 단위의 열 위치와 순환 값을 일정한 무게만큼의 회수로 읽어 벡터의 원소를 얻지만, 본 발명의 실시 예처럼 비균일 저밀도 패리티 부호의 경우에는 행 단위의 무게가 일정하지 않다. 따라서 A 행렬과 T 행렬의 경우, a 벡터 연산기(303)나 t 벡터 연산기(306)가 모두 행 단위로 동작하므로 A 행렬 메모리(305) 및 T 행렬 메모리(308)는 각각 행 단위의 ‘0’이 아닌 원소의 수(행의 무게 값)를 저장하고 있는 메모리와 행 단위의 ‘0’이 아닌 원소의 열의 위치와 순환 값을 저장하고 있는 메모리로 나누어 각각 구성한다. On the other hand, in the case of the uniform low density parity code, since the weight of each row is constant, the elements of the vector are obtained by reading the column position and the cyclic value of the row unit by a certain number of weights, but the nonuniform low density parity as in the embodiment of the present invention. In the case of the sign, the weight of the row unit is not constant. Therefore, in the case of the A matrix and the T matrix, since both the a
따라서 각 행에 대해 a와 t 또는 p2 벡터의 원소를 얻기 위해 ‘0’이 아닌 원소 수를 저장하고 있는 메모리로부터 원하는 행의 무게 값을 읽고 열의 위치와 순환 값을 저장하고 있는 메모리에서 이 무게 값 만큼의 회수만큼 열의 위치와 순환 값을 읽어 원하는 벡터의 원소를 얻는다.Therefore, to obtain the elements of the a and t or p 2 vectors for each row, the desired row weight is read from the memory that stores the non-zero number of elements, and the weight is stored in the memory that stores the column positions and cycles. Read the position and the cyclic value of the column by the number of times to get the element of the desired vector.
그리고 여러 종류의 부호화 율을 지원하기 위해 각 부호화 율에 대해 A 행렬과 T 행렬의 구성을 이어서 저장하고 부호화율 별 시작 주소를 별도의 ROM 테이블에 저장하여 사용하는 방식으로 간단히 확장하고 B, C, D, E 행렬은 부호화율 별로 정의된 연산기의 출력을 선택하여 사용한다.In order to support various code rates, the structure of A and T matrices is continuously stored for each code rate, and the start address of each code rate is stored and stored in a separate ROM table, and the B, C, The D and E matrices select and use the output of the operator defined for each coding rate.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비균일 저밀도 패리티 부호의 부호화 장치의 동작 타이밍을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating an operation timing of an encoding apparatus of a non-uniform low density parity code according to an embodiment of the present invention.
도 5에 나타낸 바와 같이, 부호화 장치의 하드웨어 효율을 높이면서 부호화 처리 지연 시간을 최소화하기 위해 병렬 처리가 불가능한 t 벡터와 p2 벡터를 얻는 부분은 제외하고 나머지 벡터 연산기들이 최소 동작 지연을 갖도록 한다.As shown in FIG. 5, the rest of the vector operators have a minimum operation delay except for obtaining a t vector and a p 2 vector which are not parallelized in order to minimize encoding processing delay time while increasing hardware efficiency of the encoding apparatus.
t 벡터와 p2 벡터는 아래 삼각 행렬 T를 이용하는 유사성을 이용하여 하드웨어 크기를 줄이기 위해 시분할 공유 구조를 갖는다. The t vector and the p 2 vector have a time-sharing shared structure to reduce hardware size by using similarity using the triangular matrix T below.
a 벡터 연산기(303)와 t 벡터 연산기(306)의 경우, t 벡터가 a 벡터를 통해 얻어지지만, T 행렬이 하위 삼각형 행렬이므로 n 번째 원소 tn을 얻기 위해 필요한 입력이 an과 tm(m<n)이다. 따라서 도 5에서와 같이 a 벡터 연산기(303)의 동작 시점으로부터 일정 지연 시간 후에 t 벡터 연산(306)를 동작시킬 수 있다.For the a
만일, T 행렬이 아래 삼각형 행렬 특성을 갖지 않는다면 T 행렬의 각 행의 ‘0’이 아닌 원소의 위치가 랜덤하게 정의될 수 있어 a 벡터 연산이 끝난 후에 t 벡터를 계산할 수 있다.If the T matrix does not have the triangular matrix characteristic below, the positions of the elements other than '0' of each row of the T matrix may be randomly defined, and thus the t vector may be calculated after the a vector operation is completed.
a 벡터 연산기(303)와 t 벡터 연산기(306)의 동작 시작 시점의 차이는 두 연산기(303, 306)의 동작 속도와 관련이 있다.The difference between the start point of operation of the a
t 벡터 연산기(306)는 n 번째 원소 tn을 얻기 위해 an 입력이 필요하므로 임의의 시점에서도 t 벡터 연산기(306)가 a 벡터 연산기(303)의 동작 속도보다 앞설 수 없으나, A 행렬과 T 행렬의 ‘0’이 아닌 원소의 수와 분포에 따라 두 연산기(303, 306)가 같은 시점에서 시작하거나 충분한 지연 시간 없이 t 벡터 연산기(306)가 시작될 경우, n 번째 원소 tn을 얻기 위해 요구되는 an 입력이 도착하지 못 하는 경우가 발생한다. 따라서 비균일 저밀도 패리티 부호의 경우, 부호화율 별로 요구되는 a 벡터 연산기(303)와 t 벡터 연산기(306) 사이의 시작 지연 시간이 다르므로 이에 따른 제어가 필요하다.t vector computing unit 306 n it requires a n inputs to obtain a second element t n, but is in a particular time t
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 비이진 저밀도 패리티 검사 행렬은 부호화 처리 지연 시간을 줄이기 위해 하위 삼각형 행렬을 포함하는 6개의 부분 행렬로 구성하고 각 행렬의 원소는 순환 행렬로 정의되는 비이진 값을 가지며, 여러 종류의 부호화율에 따른 패리티 검사 행렬을 지원하면서 하드웨어 효율을 높일 수 있게 된다.As described above, according to an embodiment of the present invention, the non-binary low density parity check matrix is composed of six partial matrices including lower triangular matrices in order to reduce encoding processing delay time, and the elements of each matrix are defined as cyclic matrices. It has a non-binary value and supports hardware parity check matrix according to various code rates.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
본 발명에 의하면, 비균일 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치의 구현에 있어 t 벡터와 p2 벡터의 시분할 구조를 통해 하드웨어 효율을 높이면서 a 벡터와 t 벡터를 거의 동시에 동작시킴으로써 부호화 처리 시간을 최소화할 수 있다. 또한 여러 종류의 패리티 검사 행렬을 정의하여 사용함으로써 다중 부호화율을 지원할 수 있게 된다.According to the present invention, encoding time of a nonuniform low density parity check code can be minimized by operating a vector and t vector almost simultaneously while improving hardware efficiency through a time division structure of a t vector and a p 2 vector. Can be. In addition, by defining and using several types of parity check matrices, multiple coding rates can be supported.
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