JP4437062B2 - 低密度パリティ検査符号化方法および符号化装置、ならびに復号化装置 - Google Patents
低密度パリティ検査符号化方法および符号化装置、ならびに復号化装置 Download PDFInfo
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Description
非特許文献2に開示された可変符号化率LDPC符号はランダム化パンクチャを行うレギュラーLDPC符号を用い、非特許文献3に開示された可変符号化率LDPC符号はランダム化パクチャを行うイレギュラーLDPC符号を用いている。いずれも、広い可変符号化率を達成するため、高い符号化率に基づくLDPC符号を元LDPC符号として設定している。すなわち、LDPC符号の符号化率より高い符号化率が必要な場合には、ランダム化パンクチャを行う。LDPC符号の符号化率より低い符号化率が必要な場合には、“拡張”という技術を用いて、元LDPC符号の検査行列より大きい検査行列を生成されることになる。
和田山正:低密度パリティ検査符号とその復号化法,トリケップス,2002 J.Li and K.Narayama,"Rate--Compatible Low Density Parity Check Codes for Capacity-Approaching ARQ Schema in Packet Data Ccommunications, "Proc.the Int.Conf.on Comm.,,Internet, and Info..Tech.(CiiT), Virgin Islands,US,pp..201-2006,,Nov.2002. M.R.Yazdanni and A.H.Banihashemi,"On Construction of Rate-Compatible Low-Density Parity-Check Codes," IEEE Comm. Letters, Vol.8, No.3, pp.159-161, March 2004 T.J.Richardson, A. Shokorollahi and R. Urbanke, "Design of Chapacity-Approaching Irregular Low-Dencity Parity-Check Codes," IEEE Trans. Inform. Theory, Vol.47,No.2,pp.638--656,Feb.2001 X-Y.Hu,E.Eleftheriou and D.M.Arnold, "Progressive Edge-Ggrowth Tanner Graphs, "Proc. GLOBECOM 2001,San.Anttonio,TX,pp.995-1001,Nnov.2001..
従って、既存パンクチャ技術をLDPC符号に適用してもターボ符号に比べて実用化が困難であり、十分な簡単化を得ることおよび復号特性の劣化量を改善することができなかった。
また、パンクチャ長に等しいデータ部分に補完情報を付加してデパンクチャを行うことで簡単に、かつ、復号特性の劣化を抑えることができる。
図1にイレギュラーLDPC符号の一例を示す。検査行列中の各列の重み(各列の1の個数)は“2”、“3”、“4”となっている。各行の重み(各行の1の個数)は“5”、“6”となっている。符号ブロック長は検査行列の列の数に等しい。ブロック中の各列重みを含むビットの個数の割合は「列重み分布」と定義される。また、検査行列の全ての行は符号のパリティ検査式である。パリティ検査式中の各行重みを含む行の個数割合は「行重み分布」と定義される。
しかしながら、有限ブロック長の場合、イレギュラーLDPC符号のブロック誤り特性は劣化する。復号特性の劣化を抑えるため、有限ブロック長検査行列の生成は、例えば、非特許文献5に紹介され、「漸進的な技増加(PEG:Progressive Edge Growth)」という検査行列の生成アルゴリズムを用いて、有限ブロック長の場合に特性を改善するための検査行列を生成する。ここでは、PEGアルゴリズムから構成した検査行列を用いて説明を行う。
図2において、まず、送信メッセージは情報記号としてLDPC符号化器11に入力される。ここで符号化された符号ブロックはパンクチャ12によってパンクチャ処理が行なわれる。続いて、パンクチャ処理が行なわれたブロックは通信路3に転送され、受信側でデパンクチャが行なわれる。デパンクチャは、ゼロパディング22を経て、受信ブロックにパンクチャの長さに等しいゼロシークエンスが付加され、LDPC復号器21に入力される。ここでLDPC復号を行った後に情報記号が出力される。
イレギュラーLDPC符号の場合、複数の列重みがある。本発明を用いた検査行列の構成によれば、まず、検査行列の一番左側から列重みが最小の列が設定され、次は二番目に小さい列重みを有する列が設定される。このように、列重みが増える順番に従って、最大列重みまで検査行列の生成を引き続き行う。例えば、図1には、まず、5個の列重み“2”における列が検査行列の左から右に配列され、次は5個の列重み“3”における列が配列され、最後に2個の列重み“4”における列が配列される。行重みにおける行の配列はランダムなままでよい。
ブロックの構成は、開始の6ビットはパリティ記号(X1…X6)で、後の6ビットは情報記号(X7…X12)である。ここでは、パリティ検査ビットだけにパンクチャを行う。さらに、ブロックの一番左側のビットから順番に従いパンクチャを行う。ここでは、ブロックの左側からビット順に従い既知の位置のビットにパンクチャを行うため、ランダム化パンクチャであるパンクチャ・パターンを保存する必要がない。例えば、図3において、符号ブロックはX1,X2,…,X12を含む。このブロックの左に位置するビット順、X1からX4までのパリティ検査記号にパンクチャを行う。送信したブロックはX5…X12である。
例えば、図4に示されるように、ゼロパディングを用いてブロックの開始位置に4個のゼロを付加し、ここで付加されたゼロシークエンス「0,0,0,0」を受信したブロック「Y5,…Y12」と共に「0,0,0,0,Y5,…Y12」とするブロックを生成し、LDPC復号器21に入力する。
すなわち、パリティ検査ビットは1024になる。検査行列を含む最小列重みは2で、最大列重みは20である。<表1>は、このLDPC符号における符号ブロック中、列重みにおけるビット数を示す。例えば、列重み“2”における列重み分布は45.7%であるため、符号ブロック中、列重み“2”に対応するビット数はブロックの一番左位置から938ビットである。ここで、パリティ検査ビットは、列重み“2”に対応するビット(938ビット)、および列重み“3”に対応する部分的なビット(86ビット)である。他の1024ビットは情報記号である。
図5は、本発明のLDPC符号化方法を適用したパンクチャ方式(DET PNCを表示している)と従来のランダム化パンクチャ方式(RAN PNCを表示している)のブロック誤り特性を退避して示した図である。図5によれば、本発明のLDPC符号化方法を適用したパンクチャ方式が従来のランダム化パンクチャ方式に比べて特性が改善されていることが分かる。
一方、図6は、本発明のLDPC符号化方法を適用したパンクチャ方式の誤り特性と、上記した非特許文献2、3に開示された方式の誤り特性とを比較して示した図である。図6によれば、非特許文献2に開示された特性よりも本発明が適用されたパンクチャ方式の特性は、0.4dB程度優れていることが分かる。また、非特許文献3に開示された特性よりも本発明が適用されたパンクチャ方式の特性は、0.2dB程度優れていることが分かる。
このことにより、例えば、通信システムに適用した場合、従来技術である「ランダム化パンクチャ」に比較して特性劣化を抑えることができ、低誤り率で信頼性の高い通信を行うことが可能になる。また、従来、必要であったパンクチャ・パターンを保存する必要がなくなるため、通信システムの簡素化にも有用である。
Claims (6)
- 個々のパリティビットに対応する、パリティ検査行列の各行列の重みが不定の低密度パリティ検査符号化方法であって、
前記検査行列に含まれる有意のビットの数に従い前記重みを求める第1のステップと、
前記求められた重みの小さい列から前記パリティ符号を削除して符号化率を可変にする第2のステップと、
を具備することを特徴とする低密度パリティ検査符号化方法。 - 前記第2のステップは、
前記求められた重みの小さい順に前記検査行列を生成するサブステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の低密度パリティ検査符号化方法。 - 前記第2のステップは、
低密度パリティ検査符号語に含まれるパリティ符号を、列に対応するビット番号順に一括削除して符号化率を可変にする請求項1または2に記載の低密度パリティ検査符号化方法。 - 前記削除されたパリティビットのレングス長に等しいデータ部分に補完情報を付加して復号する第3のステップと、
を具備することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の低密度パリティ検査符号化方法。 - 個々のパリティビットに対応する、パリティ検査行列の各行列の重みが不定の低密度パリティ検査符号化装置であって、
前記検査行列に含まれる有意のビットの数に従い前記重みを求める手段と、
前記求められた重みの小さい列から前記パリティ符号を削除して符号化率を可変にする手段と、
を具備することを特徴とする低密度パリティ検査符号化装置。 - 個々のパリティビットに対応する、パリティ検査行列の列重みが小さい順に前記パリティビットを削除して符号化された情報を復号化する低密度パリティ検査復号化装置であって、
前記削除されたパリティビットのレングス長に等しいデータ部分に補完情報を付加して復号する手段、
を具備することを特徴とする低密度パリティ検査復号化装置。
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