JP5506099B2 - 低密度パリティ検査符号を使用する通信システムにおけるチャネル符号化方法及びその装置 - Google Patents
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Description
本発明は、低密度パリティ検査(Low−Density Parity−Check
:以下、“LDPC”と称する。)符号を使用する通信システムに関し、特に、特定の形
態のLDPC符号を生成するチャネル符号化方法及びその装置に関する。
図1を参照すると、列の個数が8であるために、パリティ検査行列H1は、長さ8の符号語を生成するLDPC符号を意味し、この列は、符号化された8ビットにマッピングされる。
図2を参照すると、LDPC符号のタナーグラフは、8個の変数ノードx1(202)、x2(204)、x3(206)、x4(208)、x5(210)、x6(212)、x7(214)、及びx8(216)と4個の検査ノード218、220、222、及び224とを含む。ここで、LDPC符号のパリティ検査行列H1のi番目の列及びj番目の行は、変数ノードxi及びj番目の検査ノードにマッピングされる。また、LDPC符号のパリティ検査行列H1のi番目の列及びj番目の行が相互に交差する地点での1の値、すなわち、0でない値は、図2に示すタナーグラフ上で変数ノードxiとj番目の検査ノード間にエッジが存在することを意味する。
例えば、図1及び図2に対応するLDPC符号の場合には、f2=4/8、f3=3/8、f4=1/8、i≠2、3、4に対してfi=0であり、g5=3/4、g6=1/4であり、j≠5、6に対してgj=0である。
図3において、N1はLDPC符号語の長さを示し、K1は情報語の長さを提供し、(N1−K1)はパリティ長さを提供する。また、整数M1及びqは、q=(N1−K1/M1)を満足するように決定される。好ましくは、K1/M1は、整数でなければならない。説明の便宜上、図3のパリティ検査行列は、第1のパリティ検査行列H1と呼ばれる。
〔規則1〕 パリティ検査行列で情報語に対応するK1個の列をM1個の列で構成された複数のグループにグループ化することにより、トータルK1/M1個の列グループを生成する。各列グループに属している列を形成する方法は、下記の規則2に従う。
具体的な例として、N1=30、K1=15、M1=5、及びq=3の場合に、3個の列グループ内の0番目の列に対する‘1’を有する行の位置に関する情報の3つのシーケンスは、次のように表現することができる。ここで、これらのシーケンスは、“加重値−1位置シーケンス(weight−1 position sequences)”と称する。
0 1 2
0 11 13
0 10 14
言い換えれば、このi番目のラインでのi番目の“加重値−1位置シーケンス”は、i番目の列グループに対する行の位置に関する情報を順次に示す。
規則1及び規則2に従って設計されたDVB−S2 LDPC符号が構造形状を用いて効率的に符号化することができることが知られている。パリティ検査行列に基づくDVB−S2を用いてLDPC符号化を実行する工程での各ステップについては、次のような例を挙げて説明する。
P0=P1=…=PN1−K1−1=0
0 2084 1613 1548 1286 1460 3196 4297 2481 3369 3451 4620 2622
例えば、m=1、すなわち、i1に対して、LDPC符号化器は、下記の数式(5)で定義されるように、パリティビット
LDPC符号化器は、i360の後の次の359個の情報語ビットi361,i362,...,i719に数式(4)を同様に適用することにより、
上述したように、DVB−S2は、ステップ1からステップ6までの過程を介して符号化を行う。
また、本発明の他の目的は、LDPC符号を使用する通信システムにおいてDVB−S2アーキテクチャーを考慮して最適な性能を保証するチャネル符号化及び復号化方法並びにその装置を提供することにある。
LDPC)符号を使用するシステムにおけるチャネル符号化方法であって、パンクチャー
リングするパリティビットの個数を決定するステップと、前記パンクチャーリングするパ
リティビットの個数に基づいてパンクチャーリングするパリティビットグループの個数を
決定するステップと、前記決定されたパンクチャーリングするパリティビットグループの
個数及びあらかじめ決定されたパンクチャーリングするパリティビットグループの順序に
基づいてパリティビットをパンクチャーリングするステップとを有し、前記パリティビッ
トグループは、1個のパリティビットグループ内の複数のパリティビットが所定の間隔を
有するように構成され、前記パリティビットグループは以下に示す数式1により決定され、前記所定の間隔は、前記数式1の式中qにより決定されることを特徴とする。
また、本発明は、パンクチャーリングを適用することによりDVB−S2 LDPC符号の性能を最適化することができる。
図5を参照すると、メッセージuは、受信器530に送信される前に送信器510内のLDPC符号化器511に入力される。LDPC符号化器511は、入力されたメッセージuを符号化し、符号化された信号cを変調器513に出力する。変調器513は、この符号化された信号cを変調した後に、この変調された信号sを無線チャネル520を介して受信器530に送信する。受信器530内の復調器531は、この受信した信号rを復調した後に、この復調された信号xをLDPC復号化器533に出力する。LDPC復号化器533は、無線チャネル520を介して受信されたデータに基づいてメッセージの推定値
図3に示すDVB−S2 LDPC符号のパリティ検査行列は、全長がN1であり、先頭部分は、長さがK1である情報語ビット(i0,i1,…iK1−1)に対応し、後方部分は、長さが(N1−K1)であるパリティビット(P0,P1,…PN1−K1−1)に対応する。
図4のDVB−S2 LDPC符号がN1=30、K1=15、M1=5、及びq=3であり、3個の列グループ内の0番目の列に対する“加重値−1位置シーケンス”が次のように表されることに留意する。
0 1 2
0 11 13
0 10 14
i番目の列のi番目の“加重値−1位置シーケンス”は、i番目の列グループで1を有する行の位置に関する情報を順次に示す。
図6において、パンクチャーリングされたパリティビットが復号化器で消失処理を受けるために、消失されない他のビットに比べて、パンクチャーリングされたパリティビットは、LDPC復号化工程で性能改善効果が大きくなく、これにより、信頼度が低下する。
その結果、信頼度が低下したこのパンクチャーリングされたパリティビットに直接に接続された他のビットも復号化工程で性能改善効果が低下する悪影響を受ける。性能改善効果の低下は、タナーグラフ上でパンクチャーリングされたビットに直接に接続されたエッジの個数が多いほど大きくなる。
すなわち、特定の形態の比較的規則的なパンクチャーリングパターンを図7に示す例に適用する。
本発明の実施形態では、DVB−S2 LDPC符号の構造特性を用いて復号化工程で情報語ビットの信頼度の不均一性を最大に抑制することにより安定した復号化性能を提供するパンクチャーリングパターンを提案する。
図8の例において、構成変数の中の1つである値qが3であるため、パンクチャーリングされたパリティビット間の間隔を3に一定に保持させたパンクチャーリングパターンは、図4に示したパリティ検査行列に適用される。図8を見て分かるように、すべての情報語ビットのそれぞれは、2個のパンクチャーリングされたビットに同一に接続されている。
図3を説明すると、パリティ部分は、対角部分のすべてに1が存在する下三角行列(lower triangular matrix)の構成を有し、該構成において、i番目のパリティビットは、i番目の行に位置した‘1’に対応する。
DVB−S2 LDPC符号の構造特性により特定のパリティビットがパンクチャーリングされると仮定すると、パリティパンクチャーリングがqの間隔で正確に反復される場合に、特定の列グループ内でパンクチャーリングされたパリティビットに接続される情報語ビットのエッジの個数は、最大に均一となる。
その結果、この情報語ビットは、パンクチャーリングされた(i+kq)番目のビットに接続される。
もっと正確に言えば、図9は、本発明の実施形態による格納されているLDPC符号のパリティ検査行列から異なる符号語長さを有するLDPC符号を生成する方法を示すフローチャートである。
ここで使用されるDVB−S2 LDPC符号は、N1=16200、K1=3240、M1=360、及びq=36を有する符号である。
パンクチャーリングステップ2の例:送信装置は、パンクチャーリングを実行する長さNPを決定し、
0≦x<36に対して、ixの値は、このパンクチャーリングされたパリティビットと情報語ビット間の接続関係及び密度進化分析方法を用いて漸近的(asymptotic)性能が優秀な場合を考慮して次のように選択される。
27,13,29,32,5,0,11,21,33,20,25,28,18,35,8,3,9,31,22,24,7,14,17,4,2,26,16,34,19,10,12,23,1,6,30,15
上記シーケンスにおいて、x番目の“加重値−1位置シーケンス”は、0≦x<36に対してixの値に対応する。
パンクチャーリングステップ5の例:送信装置は、0≦k<NP−360・Aに対してパリティビット PiA+36k を付加的にパンクチャーリングする。
N1−N2=NΔであり、K1−K2=KΔである場合に、LDPC符号のパリティ検査行列からKΔビットだけの短縮を行い、NP(=NΔ−KΔ)ビットだけのパンクチャーリングを行うことにより、符号語の長さN2及び情報語の長さK2であるLDPC符号を生成することができる。このように生成されたLDPC符号に対して、NΔ>0又はKΔ>0である時、その符号率が
図10を参照すると、受信装置は、ステップ1001で受信した信号からパンクチャーリング/短縮パターンを判定(又は推定)する。
この後に、受信装置は、ステップ1003で、パンクチャーリングされたか又は短縮されたビットが存在するかを判断する。
しかし、短縮されたか又はパンクチャーリングされたビットが存在する場合、受信装置は、ステップ1005で、パンクチャーリング/短縮パターンをLDPC符号化器1160に送信する。
すなわち、図11は、本発明の実施形態によるパンクチャーリング及び短縮を適用したLDPC符号を使用する送信装置の構成を示すブロック図である。
LDPC符号パリティ検査行列は、メモリから抽出することもでき、送信装置から与えられることもでき、又は送信装置で生成することもできる。
この短縮パターンを決定する方法は、メモリに格納されている短縮パターンを使用するか、シーケンス生成器(図示せず)を用いて短縮パターンを生成するか、又はパリティ検査行列及び与えられた情報語の長さに対して密度進化分析アルゴリズムなどを使用することにより取得できる。
さらに具体的には、図12に示す受信装置は、パンクチャーリング又は短縮がなされたDVB−S2 LDPC符号を使用する通信システムから送信された信号を受信し、この受信した信号からユーザが所望するデータを復元する。
短縮/パンクチャーリングパターン判定/推定部1220でのパンクチャーリング/短縮パターンの判定又は推定を行う方法は、メモリに格納されているパンクチャーリング/短縮パターンを使用するか、あらかじめ実行された生成方法を用いてパンクチャーリング/短縮パターンを生成するか、又はパリティ検査行列及び与えられた情報語長さに対して密度進化分析アルゴリズムなどを使用することにより得られる。LDPC復号化器1240は、このパンクチャーリングされたビットの消失処理を行い、復号化を実行する。
511 LDPC符号化器
513 変調器
520 無線チャネル
530 受信器
531 復調器
533 LDPC復号化器
1110 制御部
1120 短縮パターン適用部
1140 LDPC符号パリティ検査行列抽出部
1160 LDPC符号化器
1180 パンクチャーリングパターン適用部
1210 制御部
1220 短縮/パンクチャーリングパターン判定/推定部
1230 復調器
1240 LDPC復号化器
Claims (14)
- 低密度パリティ検査(LDPC)符号を使用するシステムにおけるチャネル符号化方法であって、
パンクチャーリングするパリティビットの個数を決定するステップと、
前記パンクチャーリングするパリティビットの個数に基づいてパンクチャーリングするパリティビットグループの個数を決定するステップと、
前記決定されたパンクチャーリングするパリティビットグループの個数及びあらかじめ決定されたパンクチャーリングするパリティビットグループの順序に基づいてパリティビットをパンクチャーリングするステップとを有し、
前記パリティビットグループは、1個のパリティビットグループ内の複数のパリティビットが所定の間隔を有するように構成され、
前記パリティビットグループは以下に示す数式1により決定され、
前記所定の間隔は、前記数式1の式中qにより決定されることを特徴とする低密度パリティ検査符号を使用するシステムにおけるチャネル符号化方法。
- 前記あらかじめ決定されたパンクチャーリングするパリティビットグループの順序に基づく前記パンクチャーリングするパリティビットグループの位置は、符号語長さが16200である時、6,4,18,9,13,8,15,20,5,17,2,24,10,22,12,3,16,23,1,14,0,21,19,7,11である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を使用するシステムにおけるチャネル符号化方法。
- 前記あらかじめ決定されたパンクチャーリングするパリティビットグループの順序に基づく前記パンクチャーリングするパリティビットグループの位置は、符号語長さが16200である時、27,13,29,32,5,0,11,21,33,20,25,28,18,35,8,3,9,31,22,24,7,14,17,4,2,26,16,34,19,10,12,23,1,6,30,15である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を使用するシステムにおけるチャネル符号化方法。
- 前記パンクチャーリングするパリティビットの個数が1個のパリティビットグループの長さの倍数でない場合に、前記パリティビットを付加的にパンクチャーリングするステップをさらに有する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を使用するシステムにおけるチャネル符号化方法。
- 前記パンクチャーリングされたビットを除外した残りのビットを送信するステップをさらに有する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を使用するシステムにおけるチャネル符号化方法。
- A個のパリティビットグループPp(0),Pp(1),...,Pp(A−1)内のすべてのパリティビットがパンクチャーリングされ、
Pp(A)パリティビットグループ内のパリティビットの中、(Np−360 A)個のパリティビットが付加的にパンクチャーリングされる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を使用するシステムにおけるチャネル符号化方法。 - 低密度パリティ検査(LDPC)符号を使用するシステムにおけるチャネル符号化装置であって、
パンクチャーリングするパリティビットの個数を決定し、前記パンクチャーリングするパリティビットの個数に基づいてパンクチャーリングするパリティビットグループの個数を決定し、前記決定されたパンクチャーリングするパリティビットグループの個数及びあらかじめ決定されたパンクチャーリングするパリティビットグループの順序に基づいてパリティビットをパンクチャーリングするパンクチャーリングパターン適用部を有し、
前記パリティビットグループは、1個のパリティビットグループ内の複数のパリティビットが所定の間隔を有するように構成され、
前記パリティビットグループの個数は以下に示す数式3により決定され、
前記所定の間隔は、前記数式3の式中qにより決定されることを特徴とする低密度パリティ検査符号を使用するシステムにおけるチャネル符号化装置。
- 前記あらかじめ決定されたパンクチャーリングするパリティビットグループの順序に基づく前記パンクチャーリングするパリティビットグループの位置は、符号語長さが16200である時、6,4,18,9,13,8,15,20,5,17,2,24,10,22,12,3,16,23,1,14,0,21,19,7,11であることを特徴とする請求項8に記載の低密度パリティ検査符号を使用するシステムにおけるチャネル符号化装置。
- 前記あらかじめ決定されたパンクチャーリングするパリティビットグループの順序に基づく前記パンクチャーリングするパリティビットグループの位置は、符号語長さが16200である時、27,13,29,32,5,0,11,21,33,20,25,28,18,35,8,3,9,31,22,24,7,14,17,4,2,26,16,34,19,10,12,23,1,6,30,15であることを特徴とする請求項8に記載の低密度パリティ検査符号を使用するシステムにおけるチャネル符号化装置。
- 前記パンクチャーリングするパリティビットの個数が1個のパリティビットグループの長さの倍数でない場合に、前記パンクチャーリングパターン適用部は、前記パリティビットを付加的にパンクチャーリングするようにさらに構成されることを特徴とする請求項8に記載の低密度パリティ検査符号を使用するシステムにおけるチャネル符号化装置。
- 前記パンクチャーリングされたビットを除外した残りのビットを送信する送信部をさらに有することを特徴とする請求項8に記載の低密度パリティ検査符号を使用するシステムにおけるチャネル符号化装置。
- A個のパリティビットグループPp(0),Pp(1),...,Pp(A−1)内のすべてのパリティビットがパンクチャーリングされ、
Pp(A)パリティビットグループ内のパリティビットの中、(Np−360 A)個のパリティビットが付加的にパンクチャーリングされることを特徴とする請求項8に記載の低密度パリティ検査符号を使用するシステムにおけるチャネル符号化装置。
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