JP2003198383A - Ldpc符号用検査行列生成方法 - Google Patents

Ldpc符号用検査行列生成方法

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JP2003198383A JP2001397922A JP2001397922A JP2003198383A JP 2003198383 A JP2003198383 A JP 2003198383A JP 2001397922 A JP2001397922 A JP 2001397922A JP 2001397922 A JP2001397922 A JP 2001397922A JP 2003198383 A JP2003198383 A JP 2003198383A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 確定的でかつ特性が安定したLDPC符号用
の検査行列を、短時間で容易に探索可能なLDPC符号
用検査行列生成方法を得ること。 【解決手段】 本発明のLDPC符号用検査行列生成方
法は、復号器における入出力データの対数尤度比がガウ
ス分布に近似できると仮定してLDPC符号の「Sum
−Productアルゴリズム」を解析し、符号化レー
トを固定した状態で、かつガウスノイズが最大になるよ
うに、行の重みと列の重みの最適なアンサンブルを1回
の線形計画法で探索し、当該アンサンブルにしたがって
LDPC符号用の検査行列を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誤り訂正符号とし
てLDPC(Low-Density Parity-Check)符号を採用し
た符号化器におけるLDPC符号用検査行列生成方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図13は、LDPC符号化/復号システ
ムを示す図である。図13において、101は符号化器
であり、102は変調器であり、103は通信路であ
り、104は復調器であり、105は復号器である。こ
こでは、従来のLDPC符号用検査行列生成方法を説明
する前に、LDPC符号を使用した場合の符号化,復号
の流れについて説明する。
【0003】まず、送信側の符号化器101では、後述
する所定の方法で検査行列Hを生成する。そして、以下
の条件に基づいて生成行列Gを求める。 G:k×n行列(k:情報長,n:符号語長) GHT=0(Tは転置行列)
【0004】その後、符号化器101では、情報長kの
メッセージ(m12…mk)を受け取り、上記生成行列
Gを用いて符号語Cを生成する。 C=(m12…mk)G =(c12…cn) (ただし、H(c12…cnT
=0)
【0005】そして、変調器102では、生成した符号
語Cに対して、BPSK,QPSK,多値QAMなどの
デジタル変調を行い、送信する。
【0006】一方、受信側では、復調器104が、通信
路103を介して受け取った変調信号に対して、BPS
K,QPSK,多値QAMなどのデジタル復調を行い、
さらに、復号器105が、LDPC符号化された復調結
果に対して、「sum−productアルゴリズム」
によるくり返し復号を実施し、推定結果(もとのm12
…mkに対応)を出力する。
【0007】以下、従来のLDPC符号用検査行列生成
方法について説明する。LDPC符号用の検査行列とし
ては、たとえば、LDPCの発案者Gallagerに
より以下のような行列が提案されている(図14参
照)。
【0008】図14に示す行列は、「1」と「0」の2
値の行列で、「1」の部分を塗りつぶしている。他の部
分は全て「0」である。この行列は、1行の「1」の数
(これを行の重みと表現する)が4で、1列の「1」の
数(これを列の重みと表現する)が3であり、全ての列
と行の重みが均一なため、これを一般に「Regula
r−LDPC符号」と呼んでいる。また、Gallag
erの符号では、たとえば、図14に示すように、行列
を3ブロックに分け、2ブロック目と3ブロック目に対
してランダム置換を行っている。
【0009】しかしながら、このランダム置換には、所
定のルールが無いため、より特性の良好な符号を見つけ
るためには、計算機による時間のかかる探索を行わなけ
ればならなかった。
【0010】そこで、たとえば、計算機探索によらなく
ても確定的に行列を生成でき、比較的安定した良好な特
性を示すLDPC符号として、ユークリット幾何符号を
用いる方法が、Y.Kou等(Y. Kou, S. Lin, and M.
P. C. Fossorier, "Low Density Parity Check Codes
Based on Finite Geometries: A Rediscovery," ISIT20
00, pp. 200, Sorrento, Itary, June 25-30, 2000.)
によって提案された。この方法では、規則的なense
mble(アンサンブル)で構成された「Regula
r−LDPC符号」について説明されている。
【0011】ここでは、有限幾何符号の一種であるユー
クリッド幾何符号EG(2,26)を用いてLDPC符
号の検査行列を生成する方法について提案され、誤り率
10 -4点において、シャノン限界から1.45dBに接
近した特性を得ている。図15は、たとえば、ユークリ
ッド幾何符号EG(2,22)の構成を示す図であり、
行,列のそれぞれの重みが4,4の「Regular−
LDPC符号」構造をしている。
【0012】したがって、ユークリッド幾何符号EG
(m,2s)の場合、その特性は、以下のように規定さ
れる。 符号長: n=22s−1 冗長ビット長: n−k=3s−1 情報長: k=22s−3s 最小距離: dmin=2s+1 密度: r=2s/(22s−1)
【0013】図15を見ても分かるように、ユークリッ
ド幾何符号は、各行の「1」の配置が行毎に巡回シフト
した構造になっており、符号が容易にかつ確定的に構成
できる特長がある。
【0014】Y.Kouらによる検査行列の生成方法で
は、さらに、上記ユークリット幾何符号に基づいて行と
列の重みを変更し、行,列を必要に応じて拡張してい
る。たとえば、EG(2,22)の列の重みを1/2に
分離する場合、Y.Kouらの論文では、1列内に4つ
ある重みを1つ置きに2個づつ分離する。図16は、列
の重みを4から2に規則的に分離した例を示す図であ
る。
【0015】一方、上記「Regular−LDPC符
号」の特性よりも「Irregular−LDPC符
号」の特性の方が良好であることが、Ludy等(M.
G. Luby, M. Mitzenmacher, M. A. Shokrollahi, and
D. A. Spielman, "Improved Low-Density Parity-Check
Codes Using Irregular Graphs and Belief Propagati
on," Proceedings of 1998 IEEE International Sympos
ium on Information Theory, pp. 171, Cambridge, Mas
s., August 16-21, 1998.)により報告された。なお、
上記「Irregular−LDPC符号」は、列と行
の重みがそれぞれあるいはどちらか一方が均一でないL
DPC符号を表す。
【0016】そして、それは、Richardson等
(T. J. Richardson and R. Urbanke, "The capacity o
f low-density parity-check codes under message-pas
singdecoding," IEEE Trans. Inform. Theory, vol.47,
No.2, pp.599-618, Feb. 2001.)、あるいはChun
g等(S.-Y. Chung, T. J. Richardson, and R. Urbank
e, "Analysis of Sum-Product Decoding of Low-Densit
y Parity-Check CodesUsing a Gaussian Approximatio
n," IEEE Trans. Inform. Theory, vol.47,No.2, pp.6
57-670, Feb. 2001.)によって理論的に解析された。
【0017】特に、Chung等は、繰り返し復号器に
おける入力と出力の対数尤度比(LLR)がガウス分布
に近似できると仮定してLDPC符号の「Sum−Pr
oductアルゴリズム」を解析し、良好な行と列の重
みのアンサンブルを求めている。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
ば、上記Chung等による従来のLDPC符号用検査
行列生成方法は、行内の「1」の点の数(後述するバリ
アブルノードの次数配分に相当)と、列内の「1」の点
の数(後述するチェックノードの次数配分に相当)と、
の両方を変数として、下記の(1)式(rate:符号
化率)が最大となるバリアブルノードの次数配分および
チェックノードの次数配分を求めている。すなわち、S
NR(Signal to Noise Ratio)が最小となるアンサン
ブルを線形計画法により探索している。
【0019】
【数1】
【0020】そのため、上記「rate」の最大値によ
り得られる検査行列が流動的になり、特性が安定しな
い、という問題があった。また、従来のLDPC符号用
検査行列生成方法は、バリアブルノードの次数配分の導
出とチェックノードの次数配分の導出とを所定回数にわ
たって繰り返し行っているため、探索処理にある程度の
時間を要する、という問題もあった。
【0021】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、確定的でかつ特性が安定したLDPC符号用の検
査行列を、短時間で容易に探索可能なLDPC符号用検
査行列生成方法を得ることを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明にかかるLDPC符号用
検査行列生成方法にあっては、復号器における入出力デ
ータの対数尤度比がガウス分布に近似できると仮定して
LDPC符号の「Sum−Productアルゴリズ
ム」を解析することによって、誤りが0となるSNRの
限界(threshold)を求めることとし、さらに、符号化
レートを固定した状態で、かつガウスノイズが最大にな
るように、行の重みと列の重みの最適なアンサンブル
(thresholdが最小となるアンサンブル)を1回の線形
計画法で探索し、当該アンサンブルにしたがってLDP
C符号用の検査行列を生成することを特徴とする。
【0023】つぎの発明にかかるLDPC符号用検査行
列生成方法にあっては、前記アンサンブルを探索後、当
該探索結果に基づいてユークリット幾何符号の各行また
は各列からランダムに「1」を抽出し、各行または各列
を分割することによって、Irregular−LDP
C符号の検査行列を生成することを特徴とする。
【0024】つぎの発明にかかるLDPC符号用検査行
列生成方法にあっては、前記アンサンブルの重み配分
を、重み単位の重み総数が整数で、かつ重み単位の重み
総数の総和とユークリット幾何符号の「1」の総数とが
等しくなるように調整し、調整後のアンサンブルに基づ
いて分割処理を行うことを特徴とする。
【0025】つぎの発明にかかるLDPC符号用検査行
列生成方法にあっては、基本のランダム系列のラテン方
陣を作成し、ユークリッド幾何符号の第m列目をn分割
する場合、上記ラテン方陣の第m行目のランダム系列を
n分割し、当該n分割後の各ランダム系列を用いてユー
クリッド幾何符号の第m列目の「1」を抽出することを
特徴とする。
【0026】つぎの発明にかかるLDPC符号用検査行
列生成方法にあっては、基本のランダム系列のラテン方
陣を作成し、ユークリッド幾何符号の第m行目をn分割
する場合、上記ラテン方陣の第m行目のランダム系列を
n分割し、当該n分割後の各ランダム系列を用いてユー
クリッド幾何符号の第m行目の「1」を抽出することを
特徴とする。
【0027】つぎの発明にかかるLDPC符号用検査行
列生成方法にあっては、基本のランダム系列のラテン方
陣を複数個作成し、列方向に連結したラテン方陣群行列
を用いて、ユークリッド幾何符号の第m列目をn分割す
る場合、上記ラテン方陣群行列の第m列目のランダム系
列をn分割し、当該n分割後の各ランダム系列を用いて
ユークリッド幾何符号の第m列目の「1」を抽出するこ
とを特徴とする。
【0028】つぎの発明にかかるLDPC符号用検査行
列生成方法にあっては、基本のランダム系列のラテン方
陣を複数個作成し、列方向に連結したラテン方陣群行列
を用いて、ユークリッド幾何符号の第m行目をn分割す
る場合、上記ラテン方陣群行列の第m列目のランダム系
列をn分割し、当該n分割後の各ランダム系列を用いて
ユークリッド幾何符号の第m行目の「1」を抽出するこ
とを特徴とする。
【0029】
【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかるLDPC
符号用検査行列生成方法の実施の形態を図面に基づいて
詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明
が限定されるものではない。
【0030】実施の形態1.本実施の形態のLDPC符
号用検査行列生成方法を説明する前に、本実施の形態の
LDPC符号用検査行列生成方法を実現可能な符号化器
の位置付け、および「Irregular−LDPC符
号」用の従来の検査行列生成方法について説明する。な
お、LDPC符号化/復号システムの構成については、
先に説明した図13と同様である。
【0031】送信側の符号化器101では、後述する本
実施の形態のLDPC符号用検査行列生成方法で検査行
列Hを生成する。そして、以下の条件に基づいて生成行
列Gを求める。 G:k×n行列(k:情報長,n:符号語長) GHT=0(Tは転置行列)
【0032】その後、符号化器101では、情報長kの
メッセージ(m12…mk)を受け取り、上記生成行列
Gを用いて符号語Cを生成する。 C=(m12…mk)G =(c12…cn) (ただし、H(c12…cnT
=0)
【0033】そして、変調器102では、生成した符号
語Cに対して、BPSK,QPSK,多値QAMなどの
デジタル変調を行い、送信する。
【0034】一方、受信側では、復調器104が、通信
路103を介して受け取った変調信号に対して、BPS
K,QPSK,多値QAMなどのデジタル復調を行い、
さらに、復号器105が、LDPC符号化された復調結
果に対して、「sum−productアルゴリズム」
による繰り返し復号を実施し、推定結果(もとのm12
…mkに対応)を出力する。
【0035】つぎに、Chung等(S.-Y. Chung, T.
J. Richardson, and R. Urbanke, "Analysis of Sum-Pr
oduct Decoding of Low-Density Parity-Check Codes U
singa Gaussian Approximation," IEEE Trans. Inform.
Theory, vol.47,No.2, pp.657-670, Feb. 2001.)に
よって理論的に解析された、「Irregular−L
DPC符号」用の従来の検査行列生成方法について詳細
に説明する。ここでは、繰り返し復号器における入力と
出力の対数尤度比(LLR)がガウス分布に近似できる
と仮定してLDPC符号の「Sum−Productア
ルゴリズム」を解析し、良好な行と列の重みのアンサン
ブルを求めている。
【0036】なお、上記論文に記述されたLDPC符号
用検査行列生成方法であるガウス近似法(Gaussian App
roximation)では、前提として、検査行列における行内
の「1」の点をバリアブルノードと定義し、列内の
「1」の点をチェックノードと定義する。
【0037】まず、チェックノードからバリアブルノー
ドへのLLRメッセージ伝搬を解析する。0<s<∞と
0≦t<∞という条件において、以下の関数(2)式を
定義する。なお、s=mu0はu0の平均値であり、u0
は分散値σn 2のガウスノイズを含む伝送路を経由して受
信した信号の対数尤度比(LLR)であり、tは所定の
繰り返しの時点におけるチェックノードのLLR出力値
のアンサンブル平均である。
【0038】
【数2】
【0039】なお、上記λ(x)およびρ(x)は、そ
れぞれバリアブルノードおよびチェックノードの次数配
分(バリアブルノードとチェックノードの各1行,各1
列内の「1」の数を次数と表現する)の生成関数を表
し、(3)式および(4)式のように表すことができ
る。また、λiとρiは、それぞれ次数iのバリアブルノ
ードとチェックノードに属するエッジの比率を表す。ま
た、dlは最大バリアブルノードの次数であり、drは最
大チェックノードの次数である。
【0040】
【数3】
【0041】
【数4】
【0042】ただし、φ(x)は下記(5)式のように
定義する。
【0043】
【数5】
【0044】そして、(2)式は、等価的に下記(6)
式と表すことができる。
【0045】
【数6】
【0046】なお、tlはl番目の繰り返し時点におけ
るチェックノードのLLR出力値のアンサンブル平均で
ある。
【0047】ここで、誤りが0となりうるSNRの限界
(threshold)を求めるための条件は、l→∞のときに
l(s)→∞(R+と表現する)となることであり、こ
の条件を満たすためには、以下の条件(7)式を満たす
必要がある。
【0048】
【数7】
【0049】つぎに、バリアブルノードからチェックノ
ードへのLLRメッセージ伝搬を解析する。0<s<∞
と0<r≦1という条件において、以下の関数(8)式
を定義する。なお、rの初期値r0はφ(s)である。
【0050】
【数8】
【0051】そして、(8)式は、等価的に下記(9)
式と表すことができる。
【0052】
【数9】
【0053】ここで、誤りが0となりうるSNRの限界
(threshold)を求めるための条件は、rl(s)→0と
なることであり、この条件を満たすためには、以下の条
件(10)式を満たす必要がある。
【0054】
【数10】
【0055】さらに、上記Chung等の論文では、上
記式を用いて以下の手順でバリアブルノードとチェック
ノードの最適な次数を探索している。 (1)生成関数λ(x)とガウスノイズσnが与えられ
ていると仮定し、生成関数ρ(x)を変数として、前述
した(1)式が最大となる点を探索する。なお、この探
索における拘束条件は、ρ(1)=1と正規化すること
と、上記(7)式を満たすことである。 (2)生成関数ρ(x)とガウスノイズσnが与えられ
ていると仮定し(たとえば、(1)の結果より得られる
値)、生成関数λ(x)を変数として、(1)式が最大
となる点を探索する。なお、この探索における拘束条件
は、λ(1)=1と正規化することと、上記(10)式
を満たすことである。 (3)最大「rate」を求めるために、上記(1)と
上記(2)を繰り返し実行し、生成関数λ(x)と生成
関数ρ(x)のより良好なアンサンブルを線形計画法で
探索する。 (4)最後に、ガウスノイズσnより信号電力を1と正
規化して、SNRの限界(threshold)を求める。
【0056】
【数11】
【0057】しかしながら、上記Chung等の論文で
は、「rate(符号化率)」の最大値により得られる
検査行列が流動的になり、設計において仕様として固定
されるrateが変動してしまうため、実設計にむかな
い、という問題があった。また、上記ガウス近似法で
は、バリアブルノードの次数配分の導出とチェックノー
ドの次数配分の導出とを所定回数にわたって繰り返し行
っているため、探索処理にある程度の時間を要する、と
いう問題もあった。
【0058】そこで、本実施の形態においては、確定的
でかつ特性が安定した「Irregular−LDPC
符号」用の検査行列を、短時間で容易に探索する。図1
は、実施の形態1のLDPC符号用検査行列生成方法を
示すフローチャートである。 (1)「rate」が与えられているものと仮定する。
すなわち、要求「rate」を固定する。実際の設計で
は、目標「rate」が予め指定されている場合が多い
ためである。 (2)生成関数λ(x)と生成関数ρ(x)を同時に変
数として扱い、ガウスノイズσnが最大になるように、
線形計画法で最適な生成関数λ(x)と生成関数ρ
(x)を探索する。この探索における拘束条件は、λ
(1)=1,ρ(1)=1と正規化し、さらに上記(1
0)式を満たすことである。
【0059】このように、本実施の形態では、上記
(9)式と上記(10)式を満たす生成関数λ(x)と
生成関数ρ(x)を1回の線形計画法で求めることとし
たため、上記論文のように、生成関数λ(x)の導出と
生成関数ρ(x)の導出を繰り返し実行し、双方の最適
値を求める方法よりも、容易かつ短時間に、確定的でか
つ特性が安定したLDPC符号用の検査行列を生成する
ことができる。
【0060】実施の形態2.実施の形態2では、前述の
実施の形態1においてユークリッド幾何符号を採用し、
1行あるいは1列の「1」の配置を分割することによっ
て、「Irregular−LDPC符号」の検査行列
を生成する。
【0061】まず、実施の形態1におけるLDPC符号
用検査行列生成方法により、生成関数λ(x)と生成関
数ρ(x)のアンサンブルを導出する。図2は、rat
e=0.5とした場合の生成関数λ(x)と生成関数ρ
(x)のアンサンブルを示す図である。なお、σGAはガ
ウス近似法により導出した「threshold」時のノイズ分
散値を表し、SNRnorm(GA)はガウス近似法により
導出した「threshold」のSNRとシャノン限界のSN
Rとの差分を表し、xは重みを表し、λxおよびρxはそ
れぞれバリアブルノードとチェックノードの重み配分を
表す。
【0062】また、基準になるユークリッド幾何符号
は、EG(2,25)を想定し、dl=32とした。ま
た、重み配分λxのxの値および重み配分ρxのxの値
は、組み合わせで32(dl)を構成できる値とする。
【0063】図3は、EG(2,25)を想定し、dl
32とした場合の、分割テーブルを示す図である。図3
に示すとおり、図2のxは、組み合わせにより必ず32
となる。たとえば、図示の7x4と2x2の組み合わせ
は、重みが32の1列を、重みが7の4列と重みが2の
2列に分割可能なことを表している。このように、EG
(2,25)の符号を基本として、図3のように重みが
32の各行列を適切に分割すると、「Irregula
r−LDPC符号」の検査行列を構成することができ
る。
【0064】ここで、分割処理を行う前に、図2に示す
生成関数λ(x)と生成関数ρ(x)のアンサンブルの
重み配分を以下の手順で調整する。図4は、重み配分調
整用テーブルを示す図である。なお、EG(2,25
のユークリッド幾何符号は、1023行×1023列で
構成される。
【0065】(1)ガウス近似法で求めた生成関数λ
(x)と生成関数ρ(x)のアンサンブル(表1参照)
をテーブルの2列目と3列目に設定する。 (2)重み配分λxおよびρx(3列目)と、EG(2,
5)における全行列の「1」の総数TP=32736
と、を乗算し、重み単位の重み総数を求め、さらに、当
該重み単位の重み総数とその総和を4列目に設定する。 (3)重み単位の重み総数(4列目)を対応する重みx
で割り、重み単位の総列数を求め、それを5列目に設定
する。 (4)重み単位の総列数が小数点以下を含む場合、丸め
処理(四捨五入,切上げ,切捨て等)を行い、その結果
を6列目に設定する。 (5)丸め処理後の重み単位の総列数(6列目)と対応
する重みxとを乗算し、丸め処理後の重み単位の重み総
数を求め、それを7列目に設定する。そして、各重み総
数の総和(7列目の合計の行)が行列内の「1」の総数
(TP=32736)と等しいかどうかを確認する。 (6)行列内の「1」の総数に等しくない場合、丸め処
理後の重み単位の重み総数(7列目)を整数単位で調整
し、その結果を8列目に設定する。この場合、8列目の
総和が、行列内の「1」の総数(TP=32736)に
等しくなるように調整する。 (7)調整後の重み単位の重み総数(8列目)を対応す
る重みxで割り、調整後の重み単位の総列数を求め、そ
れを9列目に設定する。調整後の各重みの配分(11列
目)は、可能な限りガウス近似法で求めた値(3列目)
に近い値にする。
【0066】図5は、重み配分後の生成関数λ(x)と
生成関数ρ(x)のアンサンブルを示す図である。
【0067】つぎに、ユークリッド幾何符号における1
行あるいは1列の分割手順について説明する。
【0068】たとえば、分割手順に関して、Y.Kou
等の論文では、規則的に分割する方法を提示している。
図6は、上記論文における分割手順を示す図である。ま
ず、図6に示すように行列のナンバリングを行う。ここ
では、列番号を左端から順に1,2,3,…とし、行番
号を上から順に1,2,3,…とする。そして、たとえ
ば、32点×1列を8点×4列に分割する場合、下記
(12)式にしたがって規則的に分割する。
【0069】
【数12】
【0070】なお、m=1,2,3,4とし、n=0,
1,2,3,4,5,6,7とし、lはEG(2,
5)の列番号を表す。また、Bl(x)はEG(2,2
5)のl列目の「1」の位置を表し、Sm(n)は分割後
の行列のm列目の「1」の位置を表す。
【0071】具体的にいうと、EG(2,25)におけ
る1列中の「1」の位置を示す行番号は、 Bl(x)={1 32 114 136 149 223 260 382 402 438
467 507 574 579 588 622 634 637 638 676 717 728 79
0 851 861 879 947 954 971 977 979 998} となり、その結果、分割後の行列における1〜4列目の
「1」の位置を示す行番号は、Bl(x)から「1」の
番号が規則的に抽出され、 S1(n)={1 149 402 574 634 717 861 971} S2(n)={32 223 438 579 637 728 879 977} S3(n)={114 260 467 588 638 790 947 979} S4(n)={136 382 507 622 676 851 954 998} となる。すなわち、32点×1列が8点×4列に分割さ
れる。
【0072】一方、本実施の形態におけるユークリッド
幾何符号の分割処理は、上記のように規則的に分割する
のではなく、Bl(x)から「1」の番号をランダムに
抽出する。なお、この抽出処理は、ランダム性が保持さ
れるのであればどのような方法を用いてもよい。
【0073】したがって、分割後の行列のm列目の
「1」の位置の一例をRm(n)とした場合、Rm(n)
は、 R1(n)={1 114 574 637 851 879 977 979} R2(n)={32 136 402 467 588 728 861 971} R3(n)={149 260 382 438 579 638 717 998} R4(n)={223 507 622 634 676 790 947 954} となる。
【0074】上記のような本実施の形態の分割手順をグ
ラフ上で表現すると、以下のように表現することができ
る。図7は、分割前のEG(2,25)のグラフを示す
図である。なお、両ノードを結ぶ線はエッジと表現す
る。図7では、分割前の1023行×1023列(各行
列の重みがそれぞれ32)のユークリット幾何符号を表
現している。また、図8は、EG(2,25)のエッジ
をランダムに選択した、分割後のグラフを示す図であ
る。
【0075】ここで、上記で説明したLDPC符号の特
性を比較する。図9は、Eb/No(情報1ビットあた
りの信号電力対ノイズ電力比)と誤り率特性(BER)
との関係を示す図である。なお、繰り返し回数は50回
で、復号法は「Sum−Productアルゴリズム」
である。
【0076】なお、図中"Simple regular extended EG
(2,25)"は、Y.Kou等の発案によるEG(2,25
の規則的な列の分割を実施した場合の、rate=0.
5の「Regular−LDPC符号」であり、"Rando
m regular extended EG(2,25)"は、本実施の形態によ
るEG(2,25)のランダムな列の分割を実施した場
合の、rate=0.5の「Regular−LDPC
符号」である。図10は、これらの「Regular−
LDPC符号」のアンサンブルを示す図である。
【0077】また、図中"Simple irregular extended
EG(2,25)"は、実施の形態1の方法によって特定された
アンサンブルに対して、Y.Kou等の発案によるEG
(2,25)の規則的な列の分割を実施した場合の、r
ate=0.5の「Irregular−LDPC符
号」であり、"Random irregular extended EG(2,25)"
は、実施の形態1の方法によって特定されたアンサンブ
ルに対して、本実施の形態によるEG(2,25)のラ
ンダムな列の分割を実施した場合の、rate=0.5
の「Irregular−LDPC符号」である。図1
1は、これらの「Irregular−LDPC符号」
のアンサンブルを示す図である。
【0078】図9からわかるように、同一レートでは、
「Regular−LDPC符号」より「Irregu
lar−LDPC符号」のほうが性能がよい。また、
Y.Kou等の論文のような規則的な分割では、「Ir
regular−LDPC符号」であっても大幅な改善
は見込めないが、本実施の形態のランダムな分割を実施
すると性能が画期的に改善される。
【0079】つぎに、上記ランダム分割の一例を詳細に
説明する。ここでは、ランダム分割を行う場合のランダ
ム系列を容易かつ確定的に生成する。この方法による利
点は、送信側と受信側が同じランダム系列を生成できる
ことにある。これは、現実のシステムではきわめて重要
となる。また、符号特性の条件が正確に規定できる、と
いう利点もある。
【0080】(1)基本のランダム系列を作成する。以
下に、ランダム系列作成の一例を記述する。ここでは、
説明の便宜上、ユークリッド幾何符号EG(2,24
を用いる。ユークリッド幾何符号EG(2,24)の場
合、1行に存在する「1」の数は24個である。
【0081】PをP≧2sを満たす最小の素数とした場
合、たとえば、24のときはP=17となる。ここで、
系列長P−1=16の基本のランダム系列C(i)を
(13)式にしたがって作成する。 C(1)=1 C(i+1)=G0×C(i) mod P …(13) ただし、i=1,…,P−1とし、G0はガロア体GF
(P)の原始元である。その結果、C(i)は、 C(i)={1 3 9 10 13 5 15 11 16 14 8
7 4 12 2 6} となる。なお、24の場合は、Pが24+1となり、ラン
ダム系列長が16になるので問題ないが、25の場合等
は、Pが25+1以上になりランダム系列長が25を超え
てしまう。そのような場合は、25を超える数値をラン
ダム系列から削除することで対応する。
【0082】そして、ランダム系列C(i)を巡回シフ
トして、ランダム系列のラテン方陣を生成する。図12
は、ランダム系列のラテン方陣を示す図である。
【0083】(2)ランダム系列のラテン方陣を用い
て、ユークリッド幾何符号EG(2,2 4)の1列目の
「1」の位置を示す行番号の配列Bl(x)から、
「1」の番号をランダムに抽出し、ユークリッド幾何符
号の第1列目を分割する。なお、上記配列Bl(x)
は、 Bl(x)={1 14 16 19 45 49 55 107 115 126 127 1
82 210 224 231 247} である。
【0084】たとえば、ユークリッド幾何符号の第1列
目を4分割する場合(各列の重みが4となる)、上記ラ
ンダム系列のラテン方陣の1行目から、4つのランダム
系列L1(n)〜L4(n)を抽出する。 L1(n)={1,3,9,10} L2(n)={13,5,15,11} L3(n)={16,14,8,7} L4(n)={4,12,2,6}
【0085】そして、4つのランダム系列L1(n)〜
4(n)を用いて、配列Bl(x)から、「1」の番号
をランダムに抽出する。その結果、R(L1(n))〜
R(L4(n))は、 R(L1(n))={1,16,115,126} R(L2(n))={210,45,231,127} R(L3(n))={247,224,107,55} R(L4(n))={19,182,14,49} となる。
【0086】(3)同様に、ランダム系列のラテン方陣
を用いて、ユークリッド幾何符号EG(2,24)の2
列目の「1」の位置を示す行番号の配列B2(x)か
ら、「1」の番号をランダムに抽出し、ユークリッド幾
何符号の第2列目を分割する。なお、上記配列B
2(x)は、 B2(x)={2 15 17 20 46 50 56 108 116 127 128 1
83 211 225 232 248} である。
【0087】たとえば、ユークリッド幾何符号の第2列
目を4分割する場合(各列の重みが4となる)、上記ラ
ンダム系列のラテン方陣の2行目から、4つのランダム
系列L1(n)〜L4(n)を抽出する。 L5(n)={3,9,10,13} L6(n)={5,15,11,16} L7(n)={14,8,7,4} L8(n)={12,2,6,1}
【0088】そして、4つのランダム系列L5(n)〜
8(n)を用いて、配列B2(x)から、「1」の番号
をランダムに抽出する。その結果、R(L5(n))〜
R(L8(n))は、 R(L5(n))={17,116,127,211} R(L6(n))={46,232,128,248} R(L7(n))={225,108,56,20} R(L8(n))={183,15,50,2} となる。以降、同様の手順でユークリッド幾何符号の全
ての列を分割する。
【0089】(4)なお、上記ランダム系列のラテン方
陣でランダム系列が不足するような場合は、(13)式
の基本のランダム系列のG0に原始元より大きくかつ2s
以下の素数を代入して再度基本のランダム系列を作り、
同様の手順で分割する。
【0090】つぎに、もう一つのランダム系列のラテン
方陣の作成法について説明する。ここでは、説明の便宜
上、ユークリッド幾何符号EG(2,25)を用いる。
ユークリッド幾何符号EG(2,25)の場合、1行に
存在する「1」の数は25個である。
【0091】上記例では、EG(2,24)のため16
(行数)×16(列数)のラテン方陣を作成したが、こ
れでは不足する場合がある。ここでは、EG(2,
5)を例にとり、32(行数)×960(列数)まで
拡張する。行列のサイズは、32(行数)×32(列
数)のラテン方陣の組を30組列方向に並べたことによ
り決められる。
【0092】また、上記の例では、PをP≧2sを満た
す最小の素数としたが、ここでは、PをP≧2sを満た
す最大の素数とする。たとえば、25のときはP=31
となる。
【0093】ここで、系列長P=31の基本のランダム
系列C(i)を(14)式に従って作成する。 C(1)=0 C(i+1)=Go×C(i) mod P …(14) ただし、i=1,…,P−1とし、Goはガロア体GF
(P)の原始元である。その結果、C(i)は、 C(i)={0,1,3,9,27,19,26,17,20,29,25,13,8,24,1
0,30,28,22,4,12,5,15,14,11,2,6,18,23,7,21} となる。
【0094】つぎに以下の操作をする。 C(i)=C(i)+1, C(32)=32 その結果、C(i)は、 C(i)={1,2,4,10,28,20,27,17,18,21,30,26,14,9,
25,11,31,29,23,5,13,6,16,15,12,3,7,19,24,8,22,32} となる。これを図17の左側の太枠内に示し、基本のラ
ンダム系列とする。
【0095】つぎに、C(i)のランダム系列をある間
隔S(j),j=1,2,…,P−1で読む方法につい
て説明する。この間隔は、P−1個生成可能である。こ
こではP−1=30である。 S(j)={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,1
6,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30}
【0096】ランダム系列を一定の間隔で飛ばし読みす
る系列をLBj(i)とすると、 LBj(i)=((S(j)*i) mod P)+1 ただし、j=1,2,…,P−1であり、i=1,…,
P−1である。
【0097】たとえば j=1の場合、 LB1(1)={2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,1
6,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31} となる。
【0098】ここで、ランダム系列の系列数32に対
し、1とPから2sまでの整数が不足している。この場
合は1,32が不足している。 LBj(j)=32,LBj(32−j)=1 を挿入する。
【0099】この結果、 LB1(i)={32,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,1
5,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,1,3
1} となる。
【0100】同様にj=2の場合、 LB2(i)={3,32,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23,25,
27,29,31,2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24,26,1,28,3
0}
【0101】ここからラテン方陣を作成する。L
jq(i)はj番目のラテン方陣のq列目の系列である。
jq(i)=LBj(i)とすると、たとえば、 L11(i)=C(LB1(i))={32,2,4,10,28,20,2
7,17,18,21,30,26,14,9,25,11,31,29,23,5,13,6,16,15,
12,3,7,19,24,8,1,22} となる。これは、図18の1列目がL11(i)に相当す
る。
【0102】このランダム系列L11(i)を巡回シフト
してL1q(i)の32(行数)×32(列数)のラテン
方陣を作成する。同様の手順で、ラテン方陣をL
2q(i),L3q(i),…,L30q(i)まで作成し、
32(行数)×(32×30)(列数)のラテン方陣の
組み合わせを作成する。
【0103】ここで、具体例を説明する。ユークリッド
幾何符号EG(2,25)の1列目の「1」の位置を示
す行番号の配列B1(x)から「1」の番号をランダム
に抽出し、ユークリッド幾何符号の第1列目を分解す
る。なお、上記配列B1(x)は、 B1(x)={1 32 114 136 149 223 260 382 402 438
467 507 574 579 588622 634 637 638 676 717 728 790
851 861 879 947 954 971 977 979 998} である。
【0104】たとえば、ユークリッド幾何符号の第1列
目を4分割する場合(各列の重みが8となる)、上記ラ
ンダム系列のラテン方の陣組み合わせLjq(i)の1番
目のラテン方陣の1列目から4つのランダム系列L
1(n)〜L4(n)を抽出する。 L1(n)={32,2,4,10,28,20,27,17} L2(n)={18,21,30,26,14,9,25,11} L3(n)={31,29,23,5,13,6,16,15,} L4(n)={12,3,7,19,24,8,1,22}
【0105】そして、4つのランダム系列L1(n)〜
4(n)を用いて、配列B1(x)から「1」の番号を
ランダムに抽出する。その結果R(L1(n))〜R
(L4(n))は、 R(L1(n))={998,32,136,438,954,676,947,634} R(L2(n))={637,717,977,879,579,402,861,467} R(L3(n))={979,971,790,149,574,223,622,588} R(L4(n))={507,114,260,638,851,382,1,728} となる。以降、同様の手順でユークリッド幾何符号の全
ての列を分割する。
【0106】
【発明の効果】以上、説明したとおり、本発明によれ
ば、生成関数λ(x)と生成関数ρ(x)を1回の線形
計画法で求めることとしたため、上記論文のように、生
成関数λ(x)の導出と生成関数ρ(x)の導出を繰り
返し実行し、双方の最適値を求める方法よりも、容易か
つ短時間に、確定的でかつ特性が安定したLDPC符号
用の検査行列を生成することができる、という効果を奏
する。
【0107】つぎの発明によれば、同一レートでは「R
egular−LDPC符号」よりも良好な特性を得る
ことができる、という効果を奏する。また、規則的な分
割では、「Irregular−LDPC符号」であっ
ても大幅に特性を改善することはできないが、ランダム
な分割を実施すると、特性を画期的に改善することがで
きる、という効果を奏する。
【0108】つぎの発明によれば、重み配分を、重み単
位の重み総数が整数で、かつ重み単位の重み総数の総和
とユークリット幾何符号の「1」の総数とが等しくなる
ように調整することによって、より高精度な分割処理を
実現できる、という効果を奏する。
【0109】つぎの発明によれば、送信側と受信側が同
じランダム系列を生成することができる、という効果を
奏する。また、ランダム系列のラテン方陣を作成するこ
とによって、符号特性の条件を正確に規定できる、とい
う効果を奏する。
【0110】つぎの発明によれば、送信側と受信側が同
じランダム系列を生成することができる、という効果を
奏する。また、ランダム系列のラテン方陣を作成するこ
とによって、符号特性の条件を正確に規定できる、とい
う効果を奏する。
【0111】つぎの発明によれば、送信側と受信側が同
じランダム系列を生成することができる、という効果を
奏する。また、ランダム系列のラテン方陣を複数個作成
することによって、符号特性の条件を正確に規定でき
る、という効果を奏する。
【0112】つぎの発明によれば、送信側と受信側が同
じランダム系列を生成することができる、という効果を
奏する。また、ランダム系列のラテン方陣を複数個作成
することによって、符号特性の条件を正確に規定でき
る、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1のLDPC符号用検査行列生成
方法を示すフローチャートである。
【図2】 rate=0.5とした場合の生成関数λ
(x)と生成関数ρ(x)のアンサンブルを示す図であ
る。
【図3】 EG(2,25)を想定し、dl=32とした
場合の、分割テーブルを示す図である。
【図4】 重み配分調整用テーブルを示す図である。
【図5】 重み配分後の生成関数λ(x)と生成関数ρ
(x)のアンサンブルを示す図である。
【図6】 従来の分割手順を示す図である。
【図7】 分割前のEG(2,25)のグラフを示す図
である。
【図8】 分割後のEG(2,25)のグラフを示す図
である。
【図9】 Eb/Noと誤り率特性との関係を示す図で
ある。
【図10】 「Regular−LDPC符号」のアン
サンブルを示す図である。
【図11】 「Irregular−LDPC符号」の
アンサンブルを示す図である。
【図12】 ランダム系列のラテン方陣を示す図であ
る。
【図13】 LDPC符号化/復号システムを示す図で
ある。
【図14】 従来のLDPC符号用の検査行列を示す図
である。
【図15】 ユークリッド幾何符号EG(2,22)の
構成を示す図である。
【図16】 列の重みを4から2に規則的に分離した例
を示す図である。
【図17】 ランダム系列のラテン方陣を示す図であ
る。
【図18】 ランダム系列のラテン方陣を示す図であ
る。
【符号の説明】
101 符号化器、102 変調器、103 通信路、
104 復調器、105 復号器。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 復号器における入出力データの対数尤度
    比がガウス分布に近似できると仮定してLDPC(Low-
    Density Parity-Check)符号の「Sum−Produc
    tアルゴリズム」を解析することによって、誤りが0と
    なるSNRの限界(threshold)を求めるLDPC符号
    用検査行列生成方法において、 符号化レートを固定した状態で、かつガウスノイズが最
    大になるように、行の重みと列の重みの最適なアンサン
    ブル(thresholdが最小となるアンサンブル)を1回の
    線形計画法で探索し、当該アンサンブルにしたがってL
    DPC符号用の検査行列を生成することを特徴とするL
    DPC符号用検査行列生成方法。
  2. 【請求項2】 前記アンサンブルを探索後、当該探索結
    果に基づいてユークリット幾何符号の各行または各列か
    らランダムに「1」を抽出し、各行または各列を分割す
    ることによって、Irregular−LDPC符号の
    検査行列を生成することを特徴とする請求項1に記載の
    LDPC符号用検査行列生成方法。
  3. 【請求項3】 前記アンサンブルの重み配分を、重み単
    位の重み総数が整数で、かつ重み単位の重み総数の総和
    とユークリット幾何符号の「1」の総数とが等しくなる
    ように調整し、調整後のアンサンブルに基づいて分割処
    理を行うことを特徴とする請求項2に記載のLDPC符
    号用検査行列生成方法。
  4. 【請求項4】 基本のランダム系列のラテン方陣を作成
    し、 ユークリッド幾何符号の第m列目をn分割する場合、上
    記ラテン方陣の第m行目のランダム系列をn分割し、当
    該n分割後の各ランダム系列を用いてユークリッド幾何
    符号の第m列目の「1」を抽出することを特徴とする請
    求項2または3に記載のLDPC符号用検査行列生成方
    法。
  5. 【請求項5】 基本のランダム系列のラテン方陣を作成
    し、 ユークリッド幾何符号の第m行目をn分割する場合、上
    記ラテン方陣の第m行目のランダム系列をn分割し、当
    該n分割後の各ランダム系列を用いてユークリッド幾何
    符号の第m行目の「1」を抽出することを特徴とする請
    求項2または3に記載のLDPC符号用検査行列生成方
    法。
  6. 【請求項6】 基本のランダム系列のラテン方陣を複数
    個作成し、 列方向に連結したラテン方陣群行列を用いて、ユークリ
    ッド幾何符号の第m列目をn分割する場合、上記ラテン
    方陣群行列の第m列目のランダム系列をn分割し、当該
    n分割後の各ランダム系列を用いてユークリッド幾何符
    号の第m列目の「1」を抽出することを特徴とする請求
    項2または3に記載のLDPC符号用検査行列生成方
    法。
  7. 【請求項7】 基本のランダム系列のラテン方陣を複数
    個作成し、 列方向に連結したラテン方陣群行列を用いて、ユークリ
    ッド幾何符号の第m行目をn分割する場合、上記ラテン
    方陣群行列の第m列目のランダム系列をn分割し、当該
    n分割後の各ランダム系列を用いてユークリッド幾何符
    号の第m行目の「1」を抽出することを特徴とする請求
    項2または3に記載のLDPC符号用検査行列生成方
    法。
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