DE102013109351A1

DE102013109351A1 - Paritätsprüfungscode niedriger Dichte für terrestrischen Cloud-Rundfunk

Info

Publication number: DE102013109351A1
Application number: DE102013109351.5A
Authority: DE
Inventors: Sung Ik Park; Heung Mook Kim; Nam Ho Hur
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: DE102013109351B4; CN107888199B; CN104168029A; CN107888199A; CN104168029B

Abstract

Es wird ein LDPC-Code (Paritätsprüfungscode niedriger Dichte) für terrestrischen Cloud-Rundfunk geschaffen. Ein Verfahren zum Codieren eingegebener Informationen auf der Grundlage einer LDPC (Paritätsprüfung niedriger Dichte) enthält das Empfangen von Information und das Codieren der eingegebenen Informationen mit einem LDPC-Codewort unter Verwendung einer Paritätsprüfungsmatrix, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine Struktur aufweisen kann, die durch Kombinieren einer ersten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer höheren Coderate als ein Referenzwert mit einer zweiten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer niedrigeren Coderate als der Referenzwert erhalten wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldungen Nr. 10-2012-0059089 , eingereicht am 1. Juni 2012, und Nr. 10-2013-0055762 , eingereicht am 16. Mai 2013, deren Inhalte hier in ihrer Gesamtheit durch Literaturhinweis eingefügt sind.
TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf LDPC-Codes (Paritätsprüfungscodes niedriger Dichte) für terrestrische Cloud-Rundfunksignale zum Korrigieren von Fehlern, die in einem Funkkanal in einem terrestrischen Cloud-Rundfunksystem, das in einem Gleichwellennetz arbeitet, auftreten, gerichtet.
DISKUSSION DES STANDES DER TECHNIK
Der aktuelle terrestrische TV-Rundfunk veranlasst eine Gleichkanalstörung, die das Dreifache der geographischen Abdeckung beträgt, so dass in einem Bereich, der innerhalb des Dreifachen der geographischen Abdeckung liegt, dieselbe Frequenz nicht wiederverwendet werden kann. Somit wird der Bereich, in dem die Frequenz nicht wiederverwendet werden kann, als Leerraum bezeichnet. Das Auftreten eines Leerraums verschlechtert die Spektrumeffizienz stark. Diese Situation führte zum Bedarf an einer Übertragungstechnologie, die die Wiederverwendung einer Frequenz und die Entfernung des Leerraums ermöglicht, die sich auf die Robustheit beim Empfang sowie auf eine Erhöhung der Übertragungskapazität, um die Spektrumeffizienz zu verbessern, konzentriert.
Eine terrestrische Cloud-Rundfunktechnologie, die die leichte Wiederverwendung ermöglicht, das Auftreten eines Leerraums verhindert und ermöglicht, dass ein Gleichwellennetz leicht aufgebaut und betrieben wird, ist kürzlich in dem Dokument mit dem Titel "Cloud Transmission: A New Spectrum-Reuse Friendly Digital Terrestrial Broadcasting Transmission System", veröffentlicht in IEEE Transactions an Broadcasting, Bd. 58, Nr. 3, veröffentlicht worden.
Eine Verwendung einer solchen terrestrischen Cloud-Rundfunktechnologie ermöglicht, dass ein Programmanbieter Rundfunkinhalt, der nationsweit derselbe oder pro lokalem Bereich verschieden ist, über einen einzelnen Rundfunkkanal überträgt. Um dieses Ziel zu erreichen, sollte der Empfänger allerdings eines oder mehrere terrestrische Cloud-Rundfunksignale in einem Bereich, in dem sich Signale von verschiedenen Sendern überschneiden, d. h. in einem Überschneidungsbereich, empfangen können und sollte er die empfangenen terrestrischen Cloud-Rundfunksignale voneinander unterscheiden können und die unterschiedenen Signale demodulieren können.
Mit anderen Worten, in der Situation, in der es eine Gleichkanalstörung gibt und die Zeiteinstellung und die Frequenzsynchronisation für jedes gesendete Signal nicht sichergestellt sind, sollten eines oder mehrere Cloud-Rundfunksignale demoduliert werden.
Dafür muss das terrestrische Cloud-Rundfunksystem in einer Umgebung, in der die Rauschleistung höher als die Leistung des Rundfunksignals ist, d. h. in einer Umgebung mit negativem SNR (Signal/Rausch-Verhältnis), funktionieren. Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem Fehlerkorrekturcode, der selbst in einer solchen Umgebung mit negativer SNR für den terrestrischen Cloud-Rundfunk funktioniert.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines LDPC-Codierers und eines LDPC-Codierungsverfahrens zum Codieren eingegebener Informationen auf der Grundlage einer LDPC (Paritätsprüfung niedriger Dichte).
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines LDPC-Codes (Paritätsprüfungscodes niedriger Dichte), der selbst in einer Umgebung mit negativem SNR (Signal/Rausch-Verhältnis) für terrestrischen Cloud-Rundfunk funktioniert.
Eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines LDPC-Codes mit besserer Leistung und niedriger Komplexität als der vorhandene LDPC-Code.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zum Codieren eingegebener Informationen auf der Grundlage einer LDPC (Paritätsprüfung niedriger Dichte) das Empfangen von Information und das Codieren der eingegebenen Informationen mit einem LDPC-Codewort unter Verwendung einer Paritätsprüfungsmatrix, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine Struktur aufweist, die durch Kombinieren einer ersten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer höheren Coderate als ein Referenzwert mit einer zweiten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer niedrigeren Coderate als der Referenzwert erhalten wird.
In einer Ausführungsform kann die Paritätsprüfungsmatrix eine Nullmatrix, eine Einheitsmatrix und eine Doppeldiagonalmatrix enthalten.
In einer weiteren Ausführungsform kann das codierte LDPC-Codewort einen systematischen Teil, der den eingegebenen Informationen entspricht, einen ersten Paritätsteil, der der Doppeldiagonalmatrix entspricht, und einen zweiten Paritätsteil, der der Einheitsmatrix entspricht, enthalten.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Codieren das Berechnen des ersten Paritätsteils unter Verwendung der ersten Paritätsprüfungsmatrix und der eingegebenen Informationen und das Berechnen des zweiten Paritätsteils unter Verwendung der zweiten Paritätsprüfungsmatrix auf der Grundlage der eingegebenen Informationen und des berechneten ersten Paritätsteils umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Elementmatrix der Doppeldiagonalmatrix eine doppelte Diagonale bilden und ist sie eine Einheitsmatrix und kann eine verbleibende Elementmatrix der Doppeldiagonalmatrix eine Nullmatrix sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Elementmatrix der Doppeldiagonalmatrix, die eine doppelte Diagonale bildet, mit einer Elementmatrix, die eine Diagonale der Einheitsmatrix bildet, zusammenhängend sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren vor dem Codieren ferner das Bestimmen einer Coderate des LDPC-Codes und das Bestimmen einer Größe der Doppeldiagonalmatrix in Übereinstimmung mit der bestimmten Coderate umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Paritätsprüfungsmatrix eine Nullmatrix und eine zirkulante Permutationsmatrix enthalten.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein LDPC-Codierer eine Eingabeeinheit, die Informationen empfängt, und eine Codierungseinheit, die die eingegebenen Informationen unter Verwendung einer Paritätsprüfungsmatrix mit einem LDPC-Codewort codiert, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine durch Kombinieren einer ersten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer höheren Coderate als ein Referenzwert mit einer zweiten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer niedrigeren Coderate als der Referenzwert erhaltene Struktur aufweisen kann.
In Übereinstimmung mit einem nochmals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Decodieren eines LDPC-Codes durch einen LDPC-Decodierer (einen Decodierer für eine Paritätsprüfung niedriger Dichte) das Empfangen eines durch eine Paritätsprüfungsmatrix codierten LDPC-Codeworts und das Decodieren des empfangenen LDPC-Codeworts unter Verwendung der Paritätsprüfungsmatrix, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine durch Kombinieren einer ersten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer höheren Coderate als ein Referenzwert mit einer zweiten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer niedrigeren Coderate als der Referenzwert erhaltene Struktur aufweisen kann.
In Übereinstimmung mit einem abermals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein LDPC-Decodierer eine Empfangseinheit, die ein durch eine Paritätsprüfungsmatrix codiertes LDPC-Codewort (ein Codewort für eine Paritätsprüfung niedriger Dichte) empfängt, und eine Decodierungseinheit, die das empfangene LDPC-Codewort unter Verwendung der Paritätsprüfungsmatrix decodiert, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine durch Kombinieren einer ersten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer höheren Coderate als ein Referenzwert mit einer zweiten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer niedrigeren Coderate als der Referenzwert erhaltene Struktur aufweisen kann.
In einem terrestrischen Cloud-Rundfunksystem kann eine LDPC (Paritätsprüfung niedriger Dichte) bereitgestellt werden, die in einer Umgebung mit negativem SNR (Signal/Rausch-Verhältnis) funktioniert.
Dieser Code stellt eine bessere Leistung und eine niedrigere Komplexität bereit als jene, die durch den LDPC-Code bereitgestellt werden, der in dem DVB-T2-System (Digital Video Broadcasting System – terrestrisch, Version 2) und in dem DVB-S2-System (Digital Video Broadcasting System – Satellit – zweite Generation) verwendet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gehen leicht durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor, in denen:
1 eine Ansicht ist, die eine PCM-Struktur (Paritätsprüfungsmatrixstruktur) eines QC-LDPC-Codes (quasizyklischen Paritätsprüfungscodes niedriger Dichte) darstellt, der in einem DVB-System (Digital Video Broadcasting System) verwendet wird.
2 ein Ablaufplan ist, der ein Verfahren zum Codieren eingegebener Informationen mit einem LDPC-Code, das in einer Umgebung mit negativem SNR (Signal/Rausch-Verhältnis) funktioniert, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 eine Ansicht ist, die eine PCM-Struktur eines LDPC-Codes in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 eine Ansicht ist, die die PCM-Struktur eines QC-LDPC-Codes für terrestrischen Cloud-Rundfunk darstellt, wobei die Länge des Codeworts 8192 ist;
5 eine erweiterte Ansicht der in 4 gezeigten PCM-Struktur ist;
6 eine Ansicht ist, die die PCM-Struktur eines QC-LDPC-Codes für terrestrischen Cloud-Rundfunk darstellt, wobei die Länge des Codeworts 16384 beträgt;
7 eine Ansicht ist, die die PCM-Struktur eines QC-LDPC-Codes für terrestrischen Cloud-Rundfunk darstellt, wobei die Länge des Codeworts 32768 ist;
8 eine Ansicht ist, die die PCM-Struktur eines QC-LDPC-Codes für terrestrischen Cloud-Rundfunk darstellt, wobei die Länge des Codeworts 65536 ist.
9 ein Beispiel der PCM-Struktur eines LDPC-Codes in Übereinstimmung mit Coderaten in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
10 ein Graph ist, der die Leistung von LDPC-Codes in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
11 ein Ablaufplan ist, der ein Verfahren zum Decodieren eines LDPC-Codeworts in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
12 ein Blockschaltplan ist, der einen LDPC-Codierer und einen LDPC-Decodierer in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden ausführlich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, auf deren Grundlage der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet arbeiten kann. Allerdings kann die vorliegende Erfindung auf verschiedene Arten verkörpert werden und ist darauf nicht beschränkt. Was für die vorliegende Erfindung irrelevant ist, ist in den Zeichnungen weggelassen worden, wobei ähnlichen Komponenten überall in der Patentschrift ähnliche Bezeichnungen zugewiesen wurden.
Wenn ein Element ein anderes Element ”enthält” oder ”umfasst”, kann das Element, wie es hier verwendet ist, sofern nicht etwas anderes ausgesagt ist, das andere Element ferner enthalten oder umfassen, das andere Element aber nicht ausschließen. Der Begriff ”Einheit” oder ”Teil”, wie er hier verwendet ist, bedeutet ferner eine Grundlage für die Verarbeitung wenigstens einer Funktion oder Operation, die in Hardware oder Software oder in einer Kombination aus Software und Hardware implementiert werden kann.
1 ist eine Ansicht, die eine PCM-Struktur (Paritätsprüfungsmatrixstruktur) eines in einem DVB-System (Digital Video Broadcasting System) verwendeten QC-LDPC-Codes (quasizyklischen Paritätsprüfungscodes niedriger Dichte) darstellt.
Allgemein ist der LDPC-Code als ein Fehlerkorrekturcode bekannt, der dem Shannon-Grenzwert in einem AWGN-Kanal (Kanal mit additivem weißen gaußschen Rauschen) am nächsten ist und der asymptotisch eine bessere Leistung bereitstellt, als sie von dem Turbo-Code bereitgestellt wird, während er ein parallelisierbares Decodieren ermöglicht.
Ein solcher LDPC-Code ist durch eine PCM (Paritätsprüfungsmatrix) niedriger Dichte, die zufällig erzeugt wird, definiert. Allerdings benötigt der zufällig erzeugte LDPC-Code viel Speicher, um die PCM zu speichern, und eine lange Zeit, um auf den Speicher zuzugreifen.
Um ein solches Problem innerhalb des Speichers zu behandeln, ist der QC-LDPC-Code (quasizyklische LDPC-Code) vorgeschlagen worden, wobei der aus Nullmatrizen oder CPMs (zirkulanten Permutationsmatrizen) gebildete QC-LDPC-Code durch eine wie in Gleichung 1 gezeigte PCM(H) definiert ist:
P ist hier eine CPM mit einer Größe von L × L und ist wie in Gleichung 2 definiert:
Ferner ist Pⁱ eine Matrix, die durch i-faches (0 ≤ i < L) Rechtsverschieben einer Einheitsmatrix I (≜ P⁰) mit einer Größe von L × L erhalten wird, und ist P^∞ die Nullmatrix mit einer Größe von L × L. Dementsprechend kann im Fall des QC-LDPC-Codes nur der Exponent i gespeichert werden, um Pⁱ zu speichern, so dass der zum Speichern der PCM erforderliche Speicher auf 1/L verringert ist.
Als ein Beispiel ist der in dem DVB-System verwendete QC-LDPC-Code wie in 1 gezeigt aus I-Matrizen und P-Matrizen gebildet. Die I-Matrix ist eine Matrix mit einer Größe von (N – K) × K und die Matrix P ist eine Doppeldiagonalmatrix mit einer Größe von (N – K) × (N – K). N ist hier die Länge eines Codeworts und K die Länge der eingegebenen Informationen.
2 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Codieren eingegebener Informationen mit einem LDPC-Code, das in einer Umgebung mit negativem SNR (Signal/Rausch-Verhältnis) funktioniert, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und 3 ist eine Ansicht, die eine PCM-Struktur eines LDPC-Codes in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Zunächst anhand von 2 bestimmt der LDPC-Codierer in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, falls zu codierende Informationen eingegeben werden (210) und eine Coderate bestimmt wird (220), die Größe einer Doppeldiagonalmatrix, die in der Paritätsprüfungsmatrix variabel enthalten ist, in Übereinstimmung mit der bestimmten Coderate (230). Obwohl die Coderate in 2 bestimmt wird, nachdem die zu codierenden Informationen eingegeben worden sind, kann die Coderate nach Bedarf zu dieser Zeit zuvor bestimmt werden, bevor die Informationen eingegeben werden, oder kann sie bestimmt werden, wenn die Informationen eingegeben werden.
Anschließend kann der LDPC-Codierer, wie in 3 gezeigt ist, die eingegebenen Informationen mit einem LDPC-Codewort unter Verwendung einer bestimmten Paritätsprüfungsmatrix codieren. Die Paritätsprüfungsmatrix kann hier eine Struktur aufweisen, in der eine erste Paritätsprüfungsmatrix (PCM[A B]) für einen LDPC-Code mit einer höheren Coderate als ein Referenzwert (z. B. 0,5) und eine zweite Paritätsprüfungsmatrix (PCM[C D]) für einen LDPC-Code mit einer niedrigeren Coderate als der Referenzwert miteinander kombiniert werden.
Als ein Beispiel kann die Paritätsprüfungsmatrix in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung anhand von 3 eine Doppeldiagonalmatrix B, eine Einheitsmatrix D und eine Nullmatrix enthalten. In der Doppeldiagonalmatrix B kann hier eine Elementmatrix, die die doppelte Diagonale bildet, eine Einheitsmatrix sein und können die verbleibenden Elementmatrizen Nullmatrizen sein. Die Elementmatrix, die die doppelte Diagonale der Doppeldiagonalmatrix B bildet, kann zusammenhängend mit der Elementmatrix, die die Diagonale der Einheitsmatrix D bildet, sein.
In 3 ist N die Länge des Codeworts, ist K die Länge der Informationen und ist g ein Wert, der in Abhängigkeit von der Coderate variiert. Die Matrix A und die Matrix C haben die Größen g × K bzw. (N – K – g) × (K + g) und können aus zirkulanten Permutationsmatrizen und aus Nullmatrizen mit einer Größe von L × L gebildet sein. Ferner ist die Matrix Z eine Nullmatrix mit einer Größe von g × (N – K – g) und ist die Matrix B eine Doppeldiagonalmatrix mit einer Größe von g × g. Die Matrix B kann wie in Gleichung 3 ausgedrückt werden:
Hier ist I_L×L eine Elementmatrix und eine Einheitsmatrix mit einer Größe von L × L.
Das LDPC-Codewort, das durch die wie in 3 gezeigte Paritätsprüfungsmatrix codiert wird, kann den systematischen Teil von (N – K) × K enthalten, der den eingegebenen Informationen entspricht, wobei ein erster Paritätsteil der Doppeldiagonalmatrix B entspricht und ein zweiter Paritätsteil der Einheitsmatrix D entspricht.
Der LDPC-Codierer in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann den ersten Paritätsteil unter Verwendung der eingegebenen Informationen und der ersten Paritätsprüfungsmatrix (PCM[A B]) berechnen und kann den zweiten Paritätsteil unter Verwendung der zweiten Paritätsprüfungsmatrix (PCM[C D]) auf der Grundlage der eingegebenen Informationen und des berechneten ersten Paritätsteils berechnen.
Genauer kann der LDPC-Codierer die eingegebenen Informationen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Gleichung 4 wie folgt codieren: Hc^T = 0. (4)
H ist hier die Paritätsprüfungsmatrix und c ist hier das LDPC-Codewort.
Währenddessen kann Gleichung 4 wie in Gleichung 5 gezeigt zerlegt werden: As^T + Bp T / 1 = 0 C(s, p₁)^T + Dp T / 2 = 0. (5)
Hier ist s der systematische Teil, P₁ der erste Paritätsteil und P₂ der zweite Paritätsteil.
Da B eine Doppeldiagonalmatrix ist, kann der Codierungsprozess zum Berechnen des ersten Paritätsteils Pi durch einen Akkumulator von einem Blocktyp ausgeführt werden. Da D eine Einheitsmatrix ist, kann ferner der zweite Paritätsteil P₂ einfach durch p T / 2 = C(s, p₁)^T berechnet werden. Somit weist der LDPC-Codierer in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen effizienten linearen Zeitcodierungsalgorithmus auf, so dass seine Komplexität verringert ist.
Als ein Beispiel sind N, K und g von LDPC-Codes mit einer Coderate von 0,25, die jeweils Codewortlängen von 8192, 16384, 32768 und 65536 aufweisen, wie in Tabelle 1 gegeben: [Tabelle 1]

N K g

8192 2048 160

16384 4096 320

32768 8192 640

65536 16384 1280
Es wird nun ein beispielhaftes Verfahren zum Ausdrücken der PCM des wie in Tabelle 1 entworfenen QC-LDPC-Codes beschrieben.
Es wird angenommen, dass ein QC-LDPC-Code mit einer Coderate von 4/, N = 28 und K = 16 und der aus einer 4 × 4-CPM gebildet ist, eine wie in Gleichung 6 gezeigte PCM aufweist:

Die PCM kann wie folgt dargestellt werden:

7 3	– Matrixgröße (Anz. der Spalten = 7, Anz. der Zeilen = 3)
2 3 1 1 1 1 1	– Spaltengewichtungsverteilung Gewichtung der 0. Spalte = 2, Gewichtung der 1. Spalte = 3, Gewichtung der 2. Spalte = 1, Gewichtung der 3. Spalte = 1, Gewichtung der 4. Spalte = 1, Gewichtung der 5. Spalte = 1, Gewichtung der 6. Spalte = 1.
3 3 4	– Zeilengewichtungsverteilung Gewichtung der 0. Zeile = 3, Gewichtung der 1. Zeile = 3, Gewichtung der 2. Zeile = 4. – Ort der von null verschiedenen Matrix in jeder Zeile
0 1 4	Ort der von null verschiedenen Matrix der 0. Zeile, Zeilengewichtung = 3
1 3 5	Ort der von null verschiedenen Matrix der 1. Zeile, Zeilengewichtung = 3
0 1 2 6	Ort der von null verschiedenen Matrix der 2. Zeile, Zeilengewichtung = 4. – Exponentenwert der von null verschiedenen Matrix in jeder Zeile
2 3 0	Exponentenwert der von null verschiedenen Matrix der 0. Zeile
1 2 0	Exponentenwert der von null verschiedenen Matrix der 1. Zeile
2 3 0 0	Exponentenwert der von null verschiedenen Matrix der 2. Zeile

Die PCM des QC-LDPC-Codes mit einer Coderate von 0,25, die in einer Umgebung mit negativem SNR für ein terrestrisches Cloud-Rundfunksystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung funktioniert, kann auf diese Weise dargestellt werden, was zu den folgenden Ausführungsformen führt: [Ausführungsform 1]

[Ausführungsform 2]

[Ausführungsform 3]

[Ausführungsform 4]
Die 4 bis 8 zeigen Beispiele der PCM-Struktur des LDPC-Codes in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Als ein Beispiel veranschaulicht 4 die PCM-Struktur eines QC-LDPC-Codes für terrestrischen Cloud-Rundfunk, wobei die Länge des Codeworts 8192 ist, und 5 ist eine erweiterte Ansicht der in 4 gezeigten PCM-Struktur.
Währenddessen veranschaulicht 6 die PCM-Struktur eines QC-LDPC-Codes für terrestrischen Cloud-Rundfunk, wobei die Länge des Codeworts 16384 ist, veranschaulicht 7 die PCM-Struktur eines QC-LDPC-Codes für terrestrischen Cloud-Rundfunk, wobei die Länge des Codeworts 32768 ist, und veranschaulicht 8 die PCM-Struktur eines QC-LDPC-Codes für terrestrischen Cloud-Rundfunk, wobei die Länge des Codeworts 65536 ist.
9 veranschaulicht ein Beispiel der PCM-Struktur eines LDPC-Codes in Übereinstimmung mit Coderaten in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die PCM des LDPC-Codes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung besteht aus mehreren einzelnen Paritätsprüfungscodes und kann somit für jede der verschiedenen Coderaten wie in 9 gezeigt abgeschnitten werden. Zum Beispiel können die LDPC-Codes mit Coderaten von 1/2 und 1/3 leicht durch Abschneiden der PCM um 50 und 83,3% erzeugt werden. Das heißt, dass durch den LDPC-Code in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nur ein Teil des Gesamtcodeworts in einem Gebiet mit hohem SNR decodiert werden kann. Dementsprechend kann der LDPC-Decodierer Leistungsverbrauch sparen und die Wartezeit verringern.
10 ist ein Graph, der die Leistung von LDPC-Codes in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Als ein Beispiel ist in 10 die Leistung des QC-LDPC-Codes mit einer Coderate von 0,25 im Vergleich zu dem SNR gezeigt. Für ein Rechenexperiment sind ein LLR-basierter (Log-Likelihood-Verhältnis-basierter) Summe-Produkt-Algorithmus, der eine QPSK-Modulation (Quadraturphasenumtastungs-Modulation) ausführt, und 50 Zählwerte wiederholter Decodierung angenommen worden.
Um die ausgezeichnete Leistung der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung neu entworfenen LDPC-Codes zu zeigen, veranschaulicht 10 währenddessen die LDPC-Codes, die in dem DVB-T2/S2-System verwendet werden, die eine Coderate von 0,25 und eine Codewortlänge von 64800 aufweisen. Ferner zeigt die folgende Tabelle 2 den Leistungsabstand, der von dem Shannon-Grenzwert des für terrestrischen Cloud-Rundfunk entworfenen LDPC-Codes bei der BER (Bitfehlerwahrscheinlichkeit) = 2 × 10^–6 stammt, und zeigt Tabelle 3 die Komplexität des LDPC-Codes, die proportional zu der Anzahl der 1en in der PCM ist. [Tabelle 2]

Länge (N) Shannon-Grenzwert [SNR, dB] Abstand vom Grenzwert [dB]

8192 –3,804 1,29

16384 –3,804 0,99

32768 –3,804 0,79

65536 –3,804 0,6

DVB (64800) –3,804 1,29

[Tabelle 3]

Länge (N) Anzahl der Einsen in der PCM

8192 36.352

16384 72.736

32768 145.504

65536 291.040

DVB (64800) 194.399
Anhand von 10 und der Tabellen 2 und 3 weist unter den in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung neu entworfenen LDPC-Codes der LDPC-Code mit einer Codewortlänge von 65536 eine um etwa 0,69 dB bessere Leistung, aber eine um etwa 50% höhere Komplexität als der LDPC-Code des DVB-T2/S2-Systems mit einer Codewortlänge von 64800 auf. Allerdings weisen die LDPC-Codes mit den Codewortlängen von 16384 und 32768 jeweils eine um etwa 0,3 dB und um 0,5 dB hervorragendere Leistung und eine um etwa 63% und etwa 25% niedrigere Komplexität als der LDPC-Code des DVB-T2/S2-Systems mit einer Codewortlänge von 64800 auf. Ferner sind die neu entworfenen LDPC-Codes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wenn ihre Codewortlängen 8192, 16384, 32768 und 65536 sind, bei einer BER = 2 × 10^–6 um etwa 1,29 dB, um etwa 0,99 dB, um etwa 0,79 dB und um etwa 0,6 dB von dem Shannon-Grenzwert beabstandet.
11 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Decodieren eines LDPC-Codeworts in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wenn der LDPC-Decodierer in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung anhand von 11 ein LDPC-Codewort empfängt (1110), decodiert er das empfangene LDPC-Codewort unter Verwendung einer durch Kombinieren einer ersten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer höheren Coderate als einem Referenzwert (z. B. 0,5) mit einer zweiten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einem niedrigeren Codewort als der Referenzwert (1120) erhaltenen Paritätsprüfungsmatrix. Zu dieser Zeit kann die Paritätsprüfungsmatrix wie in 3 gezeigt die Nullmatrix Z, die Einheitsmatrix D und die Doppeldiagonalmatrix B enthalten. In der Doppeldiagonalmatrix B ist die Elementmatrix, die die doppelte Diagonale bildet, eine Einheitsmatrix und können die verbleibenden Elementmatrizen Nullmatrizen sein. Die Elementmatrix, die die doppelte Diagonale der Diagonalmatrix B bildet, kann zusammenhängend mit der Elementmatrix, die die doppelte Diagonale der Einheitsmatrix D bildet, sein.
12 ist ein Blockschaltplan, der einen LDPC-Codierer und einen LDPC-Decodierer in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Anhand von 12 kann der LDPC-Codierer 1210 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung als ein Beispiel eine Eingabeeinheit 1212, eine Bestimmungseinheit 1214 und eine Codierungseinheit 1216 enthalten. Der LDPC-Decodierer 1220 kann eine Empfangseinheit 1222 und eine Decodierungseinheit 1224 enthalten.
Die Eingabeeinheit 1212 empfängt zu codierende Informationen.
Die Bestimmungseinheit 1214 bestimmt eine Coderate des LDPC-Codes und bestimmt in Abhängigkeit von der bestimmten Coderate die Größe einer Doppeldiagonalmatrix.
Die Codierungseinheit 1216 codiert die über die Eingabeeinheit 1212 eingegebenen Informationen unter Verwendung der Paritätsprüfungsmatrix mit der durch die Bestimmungseinheit 1214 bestimmten Coderate mit dem LDPC-Codewort. Die Paritätsprüfungsmatrix kann hier aus Nullmatrizen und aus zirkulanten Permutationsmatrizen bestehen.
Währenddessen kann die Paritätsprüfungsmatrix als ein Beispiel die Struktur aufweisen, in der die erste Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code eine höhere Coderate als einen Referenzwert aufweist und eine zweite Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code eine niedrigere Coderate als den Referenzwert aufweist. Der Referenzwert kann hier z. B. 0,5 sein. Er kann eine Nullmatrix, eine Einheitsmatrix und eine Doppeldiagonalmatrix enthalten. Genauer kann die Paritätsprüfungsmatrix eine wie in 3 gezeigte Struktur aufweisen, wobei die erste Paritätsprüfungsmatrix in diesem Fall die Doppeldiagonalmatrix B enthalten kann und die zweite Paritätsprüfungsmatrix die Einheitsmatrix D enthalten kann. In der Doppeldiagonalmatrix B kann die Elementmatrix, die die doppelte Diagonale bildet, eine Einheitsmatrix sein, während die verbleibenden Elementmatrizen Nullmatrizen sein können. Die Elementmatrix, die die doppelte Diagonale bildet, kann zusammenhängend mit der Elementmatrix, die die Diagonale der Einheitsmatrix D bildet, sein.
Als ein Beispiel kann die Codierungseinheit 1216 die eingegebenen Informationen durch Berechnen des ersten Paritätsteils unter Verwendung der über die Eingabeeinheit 1212 eingegebenen Informationen und der ersten Paritätsprüfungsmatrix und durch Berechnen des zweiten Paritätsteils unter Verwendung der zweiten Paritätsprüfungsmatrix auf der Grundlage der eingegebenen Informationen und des berechneten ersten Paritätsteils mit dem LDPC-Codewort codieren.
Das durch die Codierungseinheit 1216 codierte LDPC-Codewort kann den systematischen Teil, der den über die Eingabeeinheit 1212 eingegebenen Informationen entspricht, den ersten Paritätsteil, der der Doppeldiagonalmatrix entspricht, und den zweiten Paritätsteil, der der Einheitsmatrix entspricht, enthalten.
Währenddessen empfängt die Empfangseinheit 1222 des Decodierers 1220 das durch die Paritätsprüfungsmatrix codierte LDPC-Codewort. Das durch die Empfangseinheit 1222 empfangene LDPC-Codewort kann den systematischen Teil, den ersten Paritätsteil und den zweiten Paritätsteil enthalten.
Die wie in 3 gezeigte Decodierungseinheit 1224 decodiert das durch die Empfangseinheit 1222 empfangene LDPC-Codewort unter Verwendung der wie in 3 gezeigten Paritätsprüfungsmatrix.
Obwohl beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, wobei daran verschiedene Abwandlungen oder Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind nicht zur Beschränkung der vorliegenden Erfindung, sondern zur Beschreibung der Erfindung gegeben, wobei die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt ist. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist im Rahmen der beigefügten Ansprüche zu interpretieren und der Erfindungsgedanke ist im Rahmen der Entsprechungen der Erfindung als im Schutzumfang der Erfindung enthalten zu verstehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2012-0059089 [0001]
KR 10-2013-0055762 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Cloud Transmission: A New Spectrum-Reuse Friendly Digital Terrestrial Broadcasting Transmission System”, veröffentlicht in IEEE Transactions an Broadcasting, Bd. 58, Nr. 3 [0004]

Claims

Verfahren zum Codieren eingegebener Informationen auf der Grundlage einer LDPC (Paritätsprüfung niedriger Dichte), wobei das Verfahren umfasst: Empfangen von Information; und Codieren der eingegebenen Informationen mit einem LDPC-Codewort unter Verwendung einer Paritätsprüfungsmatrix, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine Struktur aufweist, die durch Kombinieren einer ersten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer höheren Coderate als ein Referenzwert mit einer zweiten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer niedrigeren Coderate als der Referenzwert erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine Nullmatrix, eine Einheitsmatrix und eine Doppeldiagonalmatrix enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das codierte LDPC-Codewort einen systematischen Teil, der den eingegebenen Informationen entspricht, einen ersten Paritätsteil, der der Doppeldiagonalmatrix entspricht, und einen zweiten Paritätsteil, der der Einheitsmatrix entspricht, enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Codieren umfasst: Berechnen des ersten Paritätsteils unter Verwendung der ersten Paritätsprüfungsmatrix und der eingegebenen Informationen; und Berechnen des zweiten Paritätsteils unter Verwendung der zweiten Paritätsprüfungsmatrix auf der Grundlage der eingegebenen Informationen und des berechneten ersten Paritätsteils.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Elementmatrix der Doppeldiagonalmatrix eine doppelte Diagonale bildet und eine Einheitsmatrix ist und eine verbleibende Elementmatrix der Doppeldiagonalmatrix eine Nullmatrix ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Elementmatrix der Doppeldiagonalmatrix, die eine doppelte Diagonale bildet, mit einer Elementmatrix, die eine Diagonale der Einheitsmatrix bildet, zusammenhängend ist.
Verfahren nach Anspruch 2, das vor dem Codieren ferner umfasst: Bestimmen einer Coderate des LDPC-Codes; und Bestimmen einer Größe der Doppeldiagonalmatrix in Übereinstimmung mit der bestimmten Coderate.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine Nullmatrix und eine zirkulante Permutationsmatrix enthält.
LDPC-Codierer, der umfasst: eine Eingabeeinheit, die Informationen empfängt; und eine Codierungseinheit, die die eingegebenen Informationen unter Verwendung einer Paritätsprüfungsmatrix mit einem LDPC-Codewort codiert, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine durch Kombinieren einer ersten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer höheren Coderate als ein Referenzwert mit einer zweiten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer niedrigeren Coderate als der Referenzwert erhaltene Struktur aufweist.
LDPC-Codierer nach Anspruch 9, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine Nullmatrix, eine Einheitsmatrix und eine Doppeldiagonalmatrix enthält.
LDPC-Codierer nach Anspruch 10, wobei das codierte LDPC-Codewort einen systematischen Teil, der den eingegebenen Informationen entspricht, einen ersten Paritätsteil, der der Doppeldiagonalmatrix entspricht, und einen zweiten Paritätsteil, der der Einheitsmatrix entspricht, enthält.
LDPC-Codierer nach Anspruch 11, wobei die Codierungseinheit die eingegebenen Informationen durch Berechnen des ersten Paritätsteils unter Verwendung der ersten Paritätsprüfungsmatrix und der eingegebenen Informationen codiert; und den zweiten Paritätsteil unter Verwendung der zweiten Paritätsprüfungsmatrix auf der Grundlage der eingegebenen Informationen und des berechneten ersten Paritätsteils berechnet.
LDPC-Codierer nach Anspruch 10, wobei eine Elementmatrix der Doppeldiagonalmatrix eine doppelte Diagonale bildet und eine Einheitsmatrix ist und eine verbleibende Elementmatrix der Doppeldiagonalmatrix eine Nullmatrix ist.
LDPC-Codierer nach Anspruch 10, wobei eine Elementmatrix der Doppeldiagonalmatrix, die eine doppelte Diagonale bildet, mit einer Elementmatrix, die eine Diagonale der Einheitsmatrix bildet, zusammenhängend ist.
LDPC-Codierer nach Anspruch 10, der ferner eine Bestimmungseinheit umfasst, die eine Coderate des LDPC-Codes bestimmt; und die eine Größe der Doppeldiagonalmatrix in Übereinstimmung mit der bestimmten Coderate bestimmt.
LDPC-Codierer nach Anspruch 9, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine Nullmatrix und eine zirkulante Permutationsmatrix enthält.
Verfahren zum Decodieren eines LDPC-Codes durch einen LDPC-Decodierer (einen Decodierer für eine Paritätsprüfung niedriger Dichte), wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines durch eine Paritätsprüfungsmatrix codierten LDPC-Codeworts; und Decodieren des empfangenen LDPC-Codeworts unter Verwendung der Paritätsprüfungsmatrix, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine durch Kombinieren einer ersten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer höheren Coderate als ein Referenzwert mit einer zweiten Paritätsprüfungsmatrix für einen LDPC-Code mit einer niedrigeren Coderate als der Referenzwert erhaltene Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine Nullmatrix, eine Einheitsmatrix und eine Doppeldiagonalmatrix enthält.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das codierte LDPC-Codewort einen systematischen Teil, der den eingegebenen Informationen entspricht, einen ersten Paritätsteil, der der Doppeldiagonalmatrix entspricht, und einen zweiten Paritätsteil, der der Einheitsmatrix entspricht, enthält.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Paritätsprüfungsmatrix eine Nullmatrix und eine zirkulante Permutationsmatrix enthält.