JP5644011B2 - 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の方法並びにその装置 - Google Patents
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Description
図1は、4個の行及び8個の列で構成されたLDPC符号のパリティ検査行列H1の例を示す。
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、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の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、j≠5、6に対してgj=0である。
図3は、ヨーロッパデジタルブロードキャスト標準の中の1つであるDVB−S2(Digital Video Broadcasting−Satellite Transmission 2nd generation)で標準技術として採択されたLDPC符号を示す図である。
〔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ピングすることにより、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。
上述した規則に従ってパリティ検査行列に関する情報を格納しているDVB−S2 LDPC符号の構成を容易に理解するために、次のような具体的な例について説明する。
0 1 2
0 11 13
0 10 14
言い換えれば、このi番目のラインでこの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
{x+(m mod M1)×q} mod (N1−K1)
M1=360、m=1,2,...,359 ・・・数式(4)
上述した数式(4)において、xは、
例えば、m=1の場合、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
〔ステップ6〕LDPC符号化器は、最終的に数式(6)を用いてパリティビットを決定する。
上述したように、DVB−S2は、ステップ1からステップ6までの工程を介して符号化を行う。
LDPC符号を使用するシステムにおいて高次変調を考慮して決定された短縮又はパンク
チャーリングを用いて与えられたLDPC符号から異なる符号語の長さを有するLDPC
符号を生成するチャネル符号化の方法並びにその装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、LDPC符号を使用するシステムにおいてDVB−S2構
成を考慮して最適の性能を保証するチャネル符号化の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
個数及び予め定めら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つ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一定の間隔を有する
ように構成されることを特徴とする。
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予め定めら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つ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一定の間隔を有するように構成されることを特徴とする。
るチャネル復号化方法であって、送信器から送信された信号を復調するステップと、予め
定められたパンクチャーリングされたパリティビットグループの順序に関する情報及びパ
リティビットグループの個数に関する情報を推定してパンクチャーリングされたパリティ
ビットの位置情報を決定するステップと、前記パンクチャーリングされたパリティビット
の位置情報を用いてデータを復号するステップと、を有し、前記パンクチャーリングされ
たパリティビットの位置情報を決定するステップは、パンクチャーリングされたパリティ
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されたパリティビットの個
数に基づいてパンクチャーリングされたパリティビットグループの個数を決定するステッ
プと、前記予め定められたパンクチャーリングされたパリティビットグループの順序を獲
得するステップと、を有することを特徴とする。
けるチャネル復号化装置であって、送信器から送信された信号を復調する復調器と、予め
定められたパンクチャーリングされたパリティビットグループの順序に関する情報及びパ
リティビットグループの個数に関する情報を推定してパンクチャーリングされたパリティ
ビットの位置情報を決定するパンクチャーリングパターン推定器と、前記パンクチャーリ
ングされたパリティビットの位置情報を用いてデータを復号する復号器と、を有し、前記
パンクチャーリングされたパリティビットの位置情報は、パンクチャーリングされたパリ
ティビットの個数を決定し、前記パンクチャーリングされたパリティビットの個数に基づ
いてパンクチャーリングされたパリティビットグループの個数を決定し、前記予め定めら
れたパンクチャーリングされたパリティビットグループの順序を獲得することにより決定
されることを特徴とする。
復号化の各方法並びにその装置は、高次変調及びLDPC符号を使用する通信システムに
おいて所定のパリティ検査行列に関する情報を用いて符号化/復号化性能を最適化するこ
とにより異なる符号語の長さを有する個別のLDPC符号を生成することができるという
長所がある。
添付の図面を参照した下記の説明は、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものの範囲内で定められるような本発明の実施形態の包括的な理解を助けるために提供される。
高次変調方式が2位相偏移変調(BPSK)又は4位相偏移変調(QPSK)だけを使用する通信システムに適用される場合とは異なり、高次変調方式が様々な符号語の長さを有するLDPC符号を要求する通信システムで使用される場合に、高次変調シンボルに含まれたビットの信頼度が異なることに留意すべきである。
QAMで変調されたシンボルは、実数部及び虚数部を含み、様々な変調シンボルは、各実数部及び虚数部の大きさ及び符号を異ならせることにより生成することができる。QAMは、QAM特性の詳細をより明確に提供するためにQPSK変調方式とともに説明する。
図5の(a)を参照すると、y0は実数部の符号を決定し、y1は虚数部の符号を決定する。
すなわち、y0=0の場合、実数部の符号は正(+)であり、y0=1の場合、実数部の符号は負(−)である。また、y1=0の場合、虚数部の符号は正(+)であり、y1=1の場合、虚数部の符号は負(−)である。
図5の(b)を参照すると、1つの変調信号のビットに対応する(y0、y1、y2、y3)の意味は、次の通りである。
ビットy0及びy2は、それぞれ実数部の符号及び大きさを決定し、ビットy1及びy3は、それぞれ虚数部の符号及び大きさを決定する。言い換えれば、y0及びy1は、この変調信号の実数部及び虚数部の符号を決定し、y2及びy3は、この変調信号の実数部及び虚数部の大きさを決定する。
1つの変調信号のビットに対応する(y0、y1、y2、y3、y4、y5)の中で、ビットy0、y2、及びy4は、実数部の大きさ及び符号を決定し、y1、y3、及びy5は、虚数部の大きさ及び符号を決定する。この時、y0及びy1は、それぞれ実数部及び虚数部の符号を決定し、y2とy4との組合せ及びy3とy5との組合せは、それぞれ実数部及び虚数部の大きさを決定する。
特に、本発明は、与えられたLDPC符号のパリティ検査行列を用いて与えられたLDPC符号より小さいLDPC符号を生成する方法及びその装置を提案する。
図6を参照すると、メッセージuは、受信器630に送信される前に送信器610内のLDPC符号化器611に入力される。LDPC符号化器611は、入力されたメッセージuを符号化し、この符号化した信号cを変調器613に出力する。変調器613は、この符号化した信号cを変調した後に、この変調した信号sを無線チャネル620を通じて受信器630に送信する。受信器630内の復調器631は、受信した信号rを復調した後に、この復調した信号xをLDPC復号化器633に出力する。LDPC復号化器633は、復調信号xを復号化することにより無線チャネル620を介して受信したデータに基づいてメッセージの推定値
図3に示したDVB−S2 LDPC符号のパリティ検査行列について、その全長がN1であり、このパリティ検査行列の先頭部分のK1個の列は、情報語ビット(i0,i1,…,iK1−1)に対応し、残りの後方部分の列は、長さ(N1−K1)であるパリティビット(P0,P1,…,PN1−K1−1)に対応する。
このパンクチャーリング法と短縮法は、符号の符号語の長さを短くするという共通点はあるけれども、パンクチャーリング法は、上述した短縮法とは異なり、特定のビットの値を制限しない。このパンクチャーリング法は、特定の情報語ビット又は生成されたパリティビットの中の特定の部分をただ送信しないことにより、受信器が対応するビットの消失処理を行うことができる。
このパンクチャーリング技術において、送信器が実際に送信する符号語の長さがN1−Npであり、情報語の長さが一定にK1であるので、符号率は、K1/(N1−Np)となり、これは、最初に与えられた符号率K1/N1より常に大きくなる。
上述したように、DVB−S2 LDPC符号は、特定の構成を有するLDPC符号の一種である。したがって、一般的なLDPC符号に比べて、DVB−S2 LDPC符号は、より効率的な短縮及びパンクチャーリングを受けることができる。
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7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、消失し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。
言い換えれば、ある情報語ビットは、必要以上に高い復号化性能を得る一方、他の情報語ビットは、深刻な性能劣化を受けることがある。このように不規則なパンクチャーリングパターンは、復号化工程で情報語ビットの深刻な信頼度の不均一性を引き起こす可能性がある。
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8に示す例に適用する。
このようにDVB−S2 LDPC符号のように特定の構成を有するパリティ検査行列を有するLDPC符号の場合には、このパンクチャーリングパターンに従って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状態が大きく変わる可能性がある。
図9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9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、このパンクチャーリングされたビットに同様に2回接続されている。
ここで、N1は、LDPC符号語の長さを示し、K1は、情報語の長さを示す。さらに具体的に言えば、特定の列グループ内で連続的な2つの列に1が位置した行のインデックスは、モジュロ(N1−K1)に対して正確にqだけ相互に異なる。
図3を参照すると、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。
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。
しかしながら、短縮/パンクチャーリングパターンを探す既知の方法がBPSK又はQPSKだけを考慮して最適化工程を実行するので、最適化された短縮/パンクチャーリングパターンが与えられたLDPC符号に対して1つだけしか存在しない可能性がある。
図10において、N1=40、K1=10、M1=5、及びq=6であり、情報語の2個の列グループの0番目の列に対する“加重値−1位置シーケンス”は、次の通りである。
7 15 26
i番目の列のi番目の“加重値−1位置シーケンス”は、i番目の列グループ内の1を有する行の位置に関する情報を順次に示す。
図11において、y0及びy1は、BPSKの各シンボルを示すか、あるいは、QPSKの1つのシンボルを構成する2つのビットを示す。したがって、y0及びy1は、信号コンステレーション上の信頼度の観点で同様である。
例えば、図12に示すように、図10のパリティ検査行列を有するLDPC符号に16−QAM変調方式を適用することができる。
図12において、y0及びy1は、それぞれ16−QAMシンボルで実数部及び虚数部の符号を決定する信頼度が高いビットを意味する。すなわち、ビット間の信頼度関係は、y0=y1>y2=y3である。
この場合、次数が5である列が復号化工程でより高い性能改善効果を有すると断定することはできない。その理由は、次の通りである。
上述したように、高次変調方式を適用するLDPC符号では、高い次数の列に対応するビットが常に優秀な性能を有すると保証することができない。
図13において、y0及びy1は、それぞれ64−QAMシンボルで実数部及び虚数部の符号を決定する信頼度が高いビットを意味する。すなわち、ビット間の信頼度関係は、y0=y1>y2=y3>y4=y5である。
図12において、16−QAMの場合、パンクチャーリングされたパリティビットの中の3個のビットが信頼度が最も低いy2及びy3に接続されるが、次数5又は次数3である列に対応する情報語ビットがよい性能を有するために性能劣化が発生しないことがある。
しかしながら、図13において、64−QAMが適用される場合、あまり多くのパリティビットが非常に低い信頼度を有するy4及びy5に接続される時に性能劣化が発生する可能性がある。したがって、このパリティビットに対応する信頼度やはり十分に考慮しなければならない。
例えば、図12及び図13において、LDPC符号に対して信号コンステレーションに対応するビットの順序(y3、y1、y0、y2、y1、y3、y2、y0)及び(y5、y1、y3、y4、y0、y2、y3、y5、y1、y2、y4、y0)は保持されるが、各信号コンステレーションに対応するビットの比率は、LDPC符号語の長さに比例して減少する。
送信装置は、ステップ1301で、短縮されるか又は短縮されない既存のDVB−S2 LDPC符号語を生成する。
送信装置は、ステップ1303で、パンクチャーリングを実行する長さNpを決定し、ステップ1305で、
送信装置は、ステップ1307で、送信変調方式に従って、0≦x<A及び0≦ix<qに対してパンクチャーリングされるパリティビット
Pi0,Pi1,・・・,PiA−1
を決定する。0≦x<qに対して、ixの値は、この送信変調方式を考慮して密度進化方法を用いて予め決定されていると仮定する(ここで、A≦qの関係があることに留意する。)。
送信装置は、ステップ1307で、0≦x<A及び0≦k<M1に対してすべてのパリティビット
Pix+kqB
にパンクチャーリングを適用する。ここで、定数Bは、プリセットの0でない整数である。
送信装置は、ステップ1307で、0≦k<Np−AM1に対してパリティビット
PiA+kqB
を付加的にパンクチャーリングする。この後に、ステップ1309で、送信装置は、このパンクチャーリングされたビットを除くビットを送信する。
このパンクチャーリングを受けた後に送信されたDVB−S2 LDPC符号語は、図15の復号化工程を介して受信装置で受信した信号から元来の信号に復元される。
図15を参照すると、受信装置は、ステップ1401で受信した信号から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。
この後に、受信装置は、ステップ1403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否かを判断する。
本発明と従来技術間の最も著しい相違点は、パンクチャーリングステップ3でパンクチャーリングされるパリティビットを決定する時送信変調方式の信頼度を考慮することにある。
次の選択手順は、他のLDPC符号に適用する場合に変わり得る。
可能であれば、情報語ビットに少なく接続されたビットを優先して決定する。
選択工程2
変調方式及び次数分布の両方を考慮した密度進化分析方法を用いて選択工程1で決定したパリティビットから漸近的(asymptotic)性能を最もよく示すパンクチャーリングするパリティビットを決定する。
選択工程2で決定したパンクチャーリングするパリティビットに基づいて、すでに選択されたパンクチャーリングするビットを除外したビットに対して選択工程1及び選択工程2を反復する。
図16を参照すると、送信装置は、制御部1510、短縮パターン適用部1520、LDPC符号パリティ検査行列抽出部1540、LDPC符号化器1560、及びパンクチャーリングパターン適用部1580を含む。
LDPC符号化器1560は、制御部1510及び短縮パターン適用部1520により短縮されたLDPC符号に基づいて符号化を実行する。
LDPC復号化器1640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。
しかしながら、図17に示す受信装置において、LDPC復号化器1640は、復号化を可能にするためにパンクチャーリング及び短縮の両方に関する情報を有しなければならない。
611、1560 LDPC符号化器
613 変調器
620 無線チャネル
630 受信器
631、1630 復調器
633、1640 LDPC復号化器
1510、1610 制御部
1520 短縮パターン適用部
1540 LDPC符号パリティ検査行列抽出部
1580 パンクチャーリングパターン適用部
1620 短縮/パンクチャーリングパターン判定/推定部
Claims (10)
- 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予め定めら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つ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一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、前記一定の間隔は数式1のqにより決定され、
符号語の長さが16200であり、情報ビットの長さが7200である場合に、前記予め定めら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た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順序は、6、4、13、9、18、8、15、20、5、17、2、22、24、7、12、1、16、23、14、0、21、10、19、11、及び3であ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。
- 前記パンクチャーリングするパリティビットの個数が1つのパリティビットグループの長さの倍数でない場合に、付加的にパリティビットをパンクチャーリングするステップをさらに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いた残りのビットを送信するステップをさらに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予め定めら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つ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一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3により決定され、前記一定の間隔は数式3のqにより決定され、
符号語の長さが16200であり、情報ビットの長さが7200である場合に、前記予め定めら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た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順序は、6、4、13、9、18、8、15、20、5、17、2、22、24、7、12、1、16、23、14、0、21、10、19、11、及び3であ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。
- 前記パンクチャーリングするパリティビットの個数が1つ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、付加的にパリティビットをパンクチャーリングするように構成されることを特徴とする請求項6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いた残りのビットを送信する送信部をさらに含むことを特徴とする請求項6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6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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