KR101043558B1 - Flexible Code Rate Fast LDPC Encoder based on Jacket Pattern - Google Patents

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KR101043558B1 KR1020060120264A KR20060120264A KR101043558B1 KR 101043558 B1 KR101043558 B1 KR 101043558B1 KR 1020060120264 A KR1020060120264 A KR 1020060120264A KR 20060120264 A KR20060120264 A KR 20060120264A KR 101043558 B1 KR101043558 B1 KR 101043558B1
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이문호
유현석
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Abstract

본 발명은 다양한 부호율을 갖는 재킷 패턴 기반의 고속 엘디피씨 부호기에 관한 것으로, The present invention relates to a fast LDC coder based on a jacket pattern having a variety of code rates,

재킷 패턴 기반의 리차드슨 LDPC(low density parity check) 부호기에 의해 얻어진 부호어에 대해 추가의 패리티 비트들을 생성하도록 구성하고 이를 이용하는 방법으로 다양한 부호율을 지원하는 고속 부호기를 구성하는 것을 특징으로 한다. It is configured to generate additional parity bits for the codeword obtained by the Richardson Low Density Parity Check (LDPC) coder based on the jacket pattern, and to configure a fast coder supporting various code rates by using the same.

본 발명에 따르면, 부호화의 복잡도 측면에서 우수한 특성을 갖는 재킷 패턴 기반의 리차드슨 유형 LDPC 부호기에서 다양한 부호율을 지원하지 못하는 문제점을 해결함으로써 다양한 부호율을 지원하는 고속 부호화기의 구현이 간단한 하드웨어를 이용하여 용이하게 실현될 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, it is possible to solve the problem of not supporting various code rates in a Richardson type LDPC coder based on a jacket pattern having excellent characteristics in terms of coding complexity. There is an advantage that can be easily realized.

또한 본 발명에 의한 고속 부호기는 정규, 비정규 LDPC 부호 두 가지 모두를 위한 다양한 부호율의 고속 부호화가 가능할 뿐만 아니라 매우 간단한 하드웨어 구조를 갖는다. In addition, the fast encoder according to the present invention is capable of fast encoding of various code rates for both normal and irregular LDPC codes, and has a very simple hardware structure.

엘디피씨, 재킷 패턴, 하삼각 행렬, RA 부호, IRA 부호.  LFPC, jacket pattern, lower triangular matrix, RA code, IRA code.

Description

다양한 부호율을 갖는 재킷 패턴 기반의 고속 엘디피씨 부호기 {Flexible Code Rate Fast LDPC Encoder based on Jacket Pattern}Flexible Code Rate Fast LDPC Encoder based on Jacket Pattern}

도 1은 리차드슨 유형 LDPC 부호기의 구조도, 1 is a structural diagram of a Richardson type LDPC encoder,

도 2는 본 발명에 따른 확장된 재킷 LDPC 부호기 (유형 1)에 대한 Tanner 그래프,2 is a Tanner graph for an extended jacket LDPC encoder (type 1) according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 확장된 재킷 패턴의 LDPC 부호기의 구조도,3 is a structural diagram of an LDPC encoder of an extended jacket pattern according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 확장된 재킷 LDPC 부호기 (유형 2)에 대한 Tanner 그래프,4 is a Tanner graph for an extended jacket LDPC encoder (type 2) according to the present invention;

도 5는 확장된 재킷 패턴 H 행렬 (유형 1),5 shows an expanded jacket pattern H matrix (type 1),

도 6은 확장된 재킷 패턴 H 행렬 (유형 2),6 shows an expanded jacket pattern H matrix (type 2),

도 7은 본 발명에 따른 확장된 재킷 패턴 LDPC 부호의 BER 성능을 나타낸 그래프.7 is a graph showing the BER performance of the extended jacket pattern LDPC code according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 확장된 재킷 패턴 LDPC 부호의 BER 성능을 나타낸 그 래프.8 is a graph showing the BER performance of an extended jacket pattern LDPC code according to the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 확장된 재킷 패턴 LDPC 부호의 BER 성능을 나타낸 그래프.9 is a graph showing the BER performance of the extended jacket pattern LDPC code according to the present invention.

도 10은 본 발명에 따른 확장된 재킷 패턴 LDPC 부호의 BER 성능을 나타낸 그래프.10 is a graph showing the BER performance of the extended jacket pattern LDPC code according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art

200 : LDPC 부호기의 부호어 출력부 230 : 가산부200: codeword output unit of LDPC encoder 230: adder

210 : LDPC 부호기의 부호어 240 : 지연부210: codeword of LDPC encoder 240: delay unit

220 : 데이터 선택부 250 : 추가 패리티220: data selector 250: additional parity

본 발명은 다양한 부호율을 갖는 재킷 패턴 기반의 고속 엘디피씨 부호기에 관한 것이다. The present invention relates to a fast LCD encoder based on a jacket pattern having various code rates.

채널부호화 기술은 그 채널의 성격에 따라 여러 가지 형태로 변형될 수 있으나, 기본적인 방법으로는 오류 정정 부호(error-correcting code)가 사용된다. 오류 정정 부호의 궁극적인 목표는 신뢰할 수 없는 채널 상에서 신뢰할 수 있는 통신을 달성하는 방법을 제시하는 것이다. 다시 말해서 채널 상에서 전송하기 전에 채 널부호를 사용하여 부호화한 후 수신단에서 채널 출력으로부터 원 정보와 같은 정보를 추출하는 것이다. 이러한 시스템의 기본적인 특성은, 정보에 대한 적절한 부호화가 이루어지는 경우 잡음이 있는 채널에 의해 발생하는 오류를 정보 전송율의 손실 없이 최대한으로 줄일 수 있는 한계가 존재한다는 샤논(Shannon)의 채널부호화 이론에 근거한다. 이러한 부호들을 체계적으로 연구하는 부호 이론은 지난 수 십년간 눈부신 발전을 거듭해왔다.The channel encoding technique can be modified in various forms according to the characteristics of the channel, but an error-correcting code is used as a basic method. The ultimate goal of error correction code is to present a way to achieve reliable communication on an unreliable channel. In other words, the encoder extracts information such as original information from the channel output after encoding using channel codes before transmitting on the channel. The basic characteristic of such a system is based on Shannon's channel coding theory that there is a limit in reducing the error caused by a noisy channel as much as possible without proper loss of information rate when proper encoding of information is performed. . Sign theory, which systematically studies these codes, has undergone remarkable developments over the last few decades.

이러한 부호들 중에서 1993년에 발표된 터보 부호는 RSC(recursive systematic convolutional) 부호를 병렬로 연접하여 부호화하며 준 최적 복호 방법인 반복 복호(iterative decoding)를 통하여 복호 동작을 수행하게 된다. 또한, 터보 부호는 인터리버의 크기가 크고 반복복호가 충분히 수행되었을 때 BER(bit error rate)의 관점에서 샤논의 한계에 근접하는 우수한 성능을 보인다. Among these codes, the turbo code released in 1993 concatenates and encodes a recursive systematic convolutional (RSC) code in parallel, and performs a decoding operation through iterative decoding, which is a quasi-optimal decoding method. In addition, the turbo code shows an excellent performance approaching the limit of Shannon in terms of bit error rate (BER) when the interleaver is large in size and repeated decoding is sufficiently performed.

그러나 이러한 터보 부호를 사용하는 경우 많은 연산량에 따른 복잡성의 증가, 인터리버와 반복 복호수에 따른 지연, 및 실시간 처리의 어려움이라는 문제점을 안고 있다.However, when using the turbo code, there are problems such as increased complexity due to a large amount of computation, delay due to interleaver and iterative decoding, and difficulty in real time processing.

이에 대한 대안으로 기존의 터보 부호보다 복잡도나 성능 면에서 우수한 부호 특성을 보여주는 LDPC(low density parity check) 부호가 많은 관심을 불러일으키고 있다. 이 LDPC 부호는 1962년 Gallager에 의해 처음 제안되었으며, 패리티 검사행렬 H의 원소들의 대부분이 '0'인 선형 블록 부호(linear block code)로서 당시의 기술력으로 구현이 불가능한 복호의 복잡도로 인해 오랫동안 잊혀져 왔다. 그러나 Mackay와 Neal은 이를 재발견하였고, Gallager의 간단한 확률 적(probabilistic) 복호법을 이용하여 성능이 매우 우수함을 보였다. As an alternative, low density parity check (LDPC) codes, which show better code characteristics in terms of complexity and performance than conventional turbo codes, have attracted much attention. This LDPC code was first proposed by Gallager in 1962, and has been forgotten for a long time because of the complexity of decoding, which is a linear block code in which most of the elements of the parity check matrix H are zero. . Mackay and Neal, however, have rediscovered this and have shown very good performance using Gallager's simple probabilistic decoding method.

LDPC 부호는 행렬안의 1의 개수가 적은(sparse) 패리티 검사 행렬에 의해 정의되며, 패리티 검사 행렬의 패턴에 따라 랜덤 LDPC 부호와 결정적 LDPC 부호 등으로 세분된다. The LDPC code is defined by a sparse parity check matrix of 1 in the matrix, and is divided into a random LDPC code, a deterministic LDPC code, and the like according to a pattern of the parity check matrix.

랜덤 LDPC 부호가 결정적 LDPC 부호에 비해 약간 우수한 특성을 가지고 있지만 구현이 복잡하므로 비교적 우수한 특성과 구현이 용이한 결정적 LDPC 부호가 최근 관심을 모으고 있다. LDPC 부호는 복잡도와 성능 면에서 터보 부호와 비교했을 때 상당한 경쟁자로 여겨지고 둘 다는 제한된 랜덤 부호의 모임들과 반복 복호 알고리즘이라는 유사한 철학에 근거한다. 특히 LDPC 부호는 터보 부호보다 점진적으로 더 낳은 성능을 보인다. 그리고 성능과 복호 복잡도 간에 광범위한 trade-off를 인정한다. LDPC 부호와 관련된 주된 문제점은 그것들의 명백히 높은 부호화 복잡도이다. 최근에 Richardson은 LDPC 부호의 대략적인 하 삼각분해에 근거한 일반적인 효율적인 부호화 알고리즘을 소개했다[참조문헌: T.J. Richardson and R.L. Urbanke: "Efficient Encoding of Low Density Parity Check Codes," IEEE Trans. IT, vol.47, pp.638-856, Feb. 2001.]. 그러나 Richardson 형태의 계산은 여러 서브 행렬 연산에 근거한다. 따라서 패리티 체크 행렬 H의 선택이 적절하게 되지 않으면 변환과 행렬 처리과정의 복잡도는 더 높아진다. Although the random LDPC code has a slightly superior characteristic compared to the deterministic LDPC code, the implementation of the complex LDPC code has attracted attention in recent years because of its complicated implementation. LDPC codes are considered significant competitors in comparison to turbo codes in terms of complexity and performance, and both are based on a similar philosophy of limited random code collections and iterative decoding algorithms. In particular, the LDPC code shows progressively better performance than the turbo code. And it accepts a wide trade-off between performance and decoding complexity. The main problem associated with LDPC codes is their apparently high coding complexity. Recently Richardson introduced a general efficient coding algorithm based on the approximate lower triangulation of LDPC codes [T.J. Richardson and R.L. Urbanke: "Efficient Encoding of Low Density Parity Check Codes," IEEE Trans. IT, vol. 47, pp. 638-856, Feb. 2001.]. However, the Richardson type of calculation is based on several submatrix operations. Therefore, if the parity check matrix H is not selected properly, the complexity of the transformation and matrix processing becomes higher.

따라서 cycle-4를 쉽게 피하고 유동적인 부호율과 부호 길이로 접근할 수 있게 하는 재킷 패턴과 CPM으로부터 간단한 H 패리티 검사 행렬이 제안되었다. 그러나 재킷 패턴의 특성상 부호율의 선택이 자유롭지 못한 결과를 초래하게 된다. Therefore, a simple H parity check matrix has been proposed from the jacket pattern and CPM, which easily avoids cycle-4 and provides access to flexible code rates and code lengths. However, due to the nature of the jacket pattern, the selection of the code rate is not free.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 부호화의 복잡도 측면에서 우수한 특성을 갖는 재킷 패턴 기반의 리차드슨 LDPC(low density parity check) 부호기에 의해 얻어진 부호어에 대해 추가의 패리티 비트들을 생성하도록 구성하고 이를 이용하는 방법으로 다양한 부호율을 지원하는 고속 부호기를 구성하도록 한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to add additional parity bits to a codeword obtained by a Richardson low density parity check (LDPC) encoder based on a jacket pattern having excellent characteristics in terms of coding complexity. It is configured to generate and use a high speed coder that supports a variety of code rates.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다양한 부호율을 갖는 재킷 패턴 기반의 고속 엘디피씨 부호기는,Jacket pattern-based high speed LDPC coder having various code rates according to the present invention for achieving the above object,

재킷 패턴 기반의 리차드슨 LDPC(low density parity check) 부호기에 의해 얻어진 부호어에 대해 추가의 패리티 비트들을 생성하도록 구성하고 이를 이용하는 방법으로 다양한 부호율을 지원하는 고속 부호기를 구성하는 것을 특징으로 한다. It is configured to generate additional parity bits for the codeword obtained by the Richardson Low Density Parity Check (LDPC) coder based on the jacket pattern, and to configure a fast coder supporting various code rates by using the same.

이하, 본 발명에 따른 다양한 부호율을 갖는 재킷 패턴 기반의 엘디피씨 부호기에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an LDP encoder based on a jacket pattern having various code rates according to the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 리차드슨 유형 LDPC 부호기의 일반적인 구성도이다. 1 is a general configuration diagram of a Richardson type LDPC coder.

Richardson과 Urbanke가 제안한 효율적인 부호화 기법은 생성 행렬 없이 패리티 검사 행렬의 재구성을 통하여 패리티 검사 행렬만을 이용하여 부호화가 가능 하도록 하는 기법이다[참조문헌: T.J. Richardson and R.L. Urbanke: "Efficient Encoding of Low Density Parity Check Codes," IEEE Trans. IT, vol.47, pp.638-856, Feb. 2001.]. 일반적으로

Figure 112006089258327-pat00001
패리티 검사 행렬 H에 의하여 정의된 LDPC 부호의 부호어 x는 다음을 만족한다. The efficient coding technique proposed by Richardson and Urbanke is a technique that enables encoding using only the parity check matrix by reconstructing the parity check matrix without generating a matrix [TJ Richardson and RL Urbanke: "Efficient Encoding of Low Density Parity Check". Codes, "IEEE Trans. IT, vol. 47, pp. 638-856, Feb. 2001.]. Generally
Figure 112006089258327-pat00001
The codeword x of the LDPC code defined by the parity check matrix H satisfies the following.

Figure 112006089258327-pat00002
Figure 112006089258327-pat00002

이러한 성질을 이용하여 부호어를 생성하기 위하여 가우스 소거법을 이용하여 다음과 같이 하삼각 (lower triangular) 행렬 구조로 만들 수 있다. In order to generate codewords using this property, Gaussian elimination can be used to form a lower triangular matrix structure as follows.

Figure 112006089258327-pat00003
Figure 112006089258327-pat00003

이러한 구조를 이용하여 부호기를 구성할 경우 부호어를

Figure 112006089258327-pat00004
라 할 때
Figure 112006089258327-pat00005
길이의 정보 비트
Figure 112006089258327-pat00006
를 패리티 검사 행렬의 앞부분에 곱하고 나머지 패리티 비트
Figure 112006089258327-pat00007
은 아래의 식을 이용하여 순차적으로 구할 수 있다.When constructing an encoder using this structure,
Figure 112006089258327-pat00004
When
Figure 112006089258327-pat00005
Information bits of length
Figure 112006089258327-pat00006
Multiply by the beginning of the parity check matrix and the remaining parity bits
Figure 112006089258327-pat00007
Can be obtained sequentially using the following equation.

Figure 112006089258327-pat00008
Figure 112006089258327-pat00008

이렇게 부호기를 구성하는 경우 가우스 소거법에 의하여 행렬 H의 1이 적은 성질이 사라지게 되므로 복잡도는

Figure 112006089258327-pat00009
이 된다. 부호기의 복잡도를 줄이기 위하여 Richardson은 가우스 소거법을 사용하는 대신 행렬 H의 행과 열을 치환하는 것만을 허용하여 1이 적은 성질이 그대로 유지되도록 하였다. 치환만을 이용하여 행렬 H를 재구성하는 경우 완벽한 하삼각 구조가 아닌 근사 하삼각(ALT; approximate lower triangular) 행렬 구조를 가지게 된다. 이러한 구조를 가진 행렬 H를 부호화를 위하여 다음과 같은 6개의 부분으로 나눌 수 있다.In this case, the complexity of the matrix H is reduced by Gaussian elimination.
Figure 112006089258327-pat00009
Becomes To reduce the complexity of the encoder, Richardson allowed only replacing rows and columns of the matrix H, instead of using Gaussian elimination, so that the property of one less than one would remain. When reconstructing the matrix H using only substitution, it has an approximate lower triangular (ALT) matrix structure, not a perfect lower triangular structure. Matrix H having such a structure can be divided into six parts as follows.

Figure 112006089258327-pat00010
Figure 112006089258327-pat00010

이 행렬의 E 부분을 0으로 만들기 위하여 다음과 같은 행렬을 곱하여 새로운 행렬을 얻을 수 있다. To make the E part of this matrix zero, we can multiply the matrix by

Figure 112006089258327-pat00011
Figure 112006089258327-pat00011

새로운 행렬에 대하여 부호어를

Figure 112006089258327-pat00012
라 할 때 부호어는 다음의 두 식을 만족한다.Codeword for the new matrix
Figure 112006089258327-pat00012
In this case, the codeword satisfies the following two expressions.

Figure 112006089258327-pat00013
Figure 112006089258327-pat00013

Figure 112006089258327-pat00014
Figure 112006089258327-pat00014

여기서

Figure 112006089258327-pat00015
라고 정의하면 다음의 수식을 이용하여 패리티 비트를 얻을 수 있다. here
Figure 112006089258327-pat00015
In this case, the parity bit can be obtained using the following equation.

Figure 112006089258327-pat00016
Figure 112006089258327-pat00016

Figure 112006089258327-pat00017
Figure 112006089258327-pat00017

이러한 부호화 방식을 사용하는 경우 복잡도는

Figure 112006089258327-pat00018
이 되어
Figure 112006089258327-pat00019
의 크기를 최대한 작게 할 경우 거의
Figure 112006089258327-pat00020
에 가까운 복잡도를 얻을 수 있다.If you use this coding scheme, the complexity
Figure 112006089258327-pat00018
This
Figure 112006089258327-pat00019
If you try to make the size as small as possible
Figure 112006089258327-pat00020
You can get the complexity closer to.

도 1의 각 블록은 각각의 부행렬 연산과 관련된다. Each block of Figure 1 is associated with a respective submatrix operation.

먼저 부행렬 연산 블록 A (100)와 부행렬 연산 블록 C (110)은 각각 입력 정보 데이터 벡터

Figure 112006089258327-pat00021
와 부행렬 A 및 C 간의 이진 곱셈을 수행한다. 부행렬 연산 블록 A (100)의 계산 결과는 부행렬 연산 블록 ET-1 (120)에서 부행렬 ET- 1와 이진 곱셈된 후 부행렬 연산 블록 C (110)의 결과와 EXOR 게이트 (130)에 의해 이진 가산된다. 이는 다시 부행렬 연산 블록
Figure 112006089258327-pat00022
(140)에서 부행렬
Figure 112006089258327-pat00023
과 이진 곱셈된 후 첫 번째 패리티 벡터인
Figure 112006089258327-pat00024
를 출력한다. 첫 번째 패리티 벡터인
Figure 112006089258327-pat00025
은 부행렬 연산 블록 B (150)에서 부행렬 B와 이진 곱셈된 후 EXOR 게이트 (160)에 의해 부행렬 연산 블록 A (100)의 계산 결과와 이진 가산된다. 이는 다시 부행렬 연산 블록
Figure 112006089258327-pat00026
에서 부행렬 B와 이진 곱셈된 후 두 번째 패리티 벡터인
Figure 112006089258327-pat00027
를 출력한다.First, the submatrix operation block A 100 and the submatrix operation block C 110 are input information data vectors, respectively.
Figure 112006089258327-pat00021
Performs binary multiplication between and submatrices A and C. The calculation result of the submatrix operation block A (100) is binary multiplied by the submatrix ET - 1 in the submatrix operation block ET- 1 (120), and then the result of the submatrix operation block C (110) and the EXOR gate 130. By binary addition. This is again a submatrix operation block
Figure 112006089258327-pat00022
Sub-matrix at 140
Figure 112006089258327-pat00023
And binary multiplication then the first parity vector
Figure 112006089258327-pat00024
. The first parity vector
Figure 112006089258327-pat00025
Is binary multiplied with sub-matrix B in sub-matrix block B 150 and then binaryly added to the result of calculation of sub-matrix block A 100 by EXOR gate 160. This is again a submatrix operation block
Figure 112006089258327-pat00026
Is the second parity vector after binary multiplication with B
Figure 112006089258327-pat00027
.

도 2는 본 발명에 따른 확장된 재킷 LDPC 부호기(유형 1)에 대한 Tanner 그래프이다.2 is a Tanner graph for an extended jacket LDPC encoder (Type 1) according to the present invention.

일반적으로 Sylvester Hadamard 행렬이 원소는 +1 또는 1로 구성된다. 따라서 이러한 행렬의 계산은 단지 가산과 감산만으로 수행된다. 최근에는 중앙 가중치 아다마르 행렬을 일반화한 재킷(Jacket) 행렬이 소개되었다[참조문헌: M.H. Lee, "A New Reverse Jacket Transform and Its Fast Algorithm," IEEE, Trans. on Circuit and System, vol.47. no.1, pp.39-47, Jan. 2000.]. In general, the Sylvester Hadamard matrix consists of +1 or 1 elements. Therefore, the calculation of these matrices is performed only by addition and subtraction. Recently, a jacket matrix has been introduced that generalizes the median weighted Hadamard matrix [M.H. Lee, "A New Reverse Jacket Transform and Its Fast Algorithm," IEEE, Trans. on Circuit and System, vol. 47. no. 1, pp. 39-47, Jan. 2000.].

재킷 행렬이라는 명칭은 뒤집어 입는 재킷(reversible jacket)의 기하 구조(geometric structure)에서 유래한다. 이는 기존의 일반적인 아다마르 행렬을 포함하지만 [95-96], 가중치 ω를 가지며, ω는 j 또는

Figure 112006089258327-pat00028
이다. 여기서 k는 정수, j는 허수 단위(imagination unit),
Figure 112006089258327-pat00029
, 아다마르 행렬의 중앙부에 위치한다. 또한,
Figure 112006089258327-pat00030
,
Figure 112006089258327-pat00031
인 재킷 행렬
Figure 112006089258327-pat00032
은 대칭적(symmetric)이다[참조문헌: M. H. Lee, B.S. Rajan, and J. Y. Park, "A Generalized Reverse Jacket Transform," IEEE Trans. Circuits Syst. II, vol.48, no.7, pp.684-690, July 2001.]. The name jacket matrix derives from the geometric structure of the reversible jacket. This includes the conventional general Hadamard matrix [95-96] but with a weight ω, where ω is j or
Figure 112006089258327-pat00028
to be. Where k is an integer, j is an imagination unit,
Figure 112006089258327-pat00029
, Located in the center of the Adama matrix. Also,
Figure 112006089258327-pat00030
,
Figure 112006089258327-pat00031
Jacket jacket
Figure 112006089258327-pat00032
Is symmetric [MH Lee, BS Rajan, and JY Park, "A Generalized Reverse Jacket Transform," IEEE Trans. Circuits Syst. II, vol. 48, no. 7, pp. 684-690, July 2001.].

전방(forward) 행렬의 가중치 원소의 위치는 이의 역 행렬의 비가중치 원소에 의해 대체될 수 있지만 이들의 부호(signs)는 전방 행렬과 역 행렬에서 변하지 않는다.   The position of the weighted elements of the forward matrix can be replaced by the non-weighted elements of its inverse, but their signs do not change in the forward and inverse matrices.

이는 매우 흥미로운 상보 행렬 관계를 의미하며, 재킷 행렬은 다음과 같이 정의된다[참조문헌: H. Lee, "A simple element inverse Jacket transform coding", IEEE ITW 2005.]. This means a very interesting complementary matrix relationship, the jacket matrix being defined as follows (H. Lee, "A simple element inverse Jacket transform coding", IEEE ITW 2005.).

<정의 1><Definition 1>

비영(零) 원소로 이루어진 다음과 같은 크기

Figure 112006089258327-pat00033
의 행렬
Figure 112006089258327-pat00034
에 대해The size of non-zero elements
Figure 112006089258327-pat00033
Matrix
Figure 112006089258327-pat00034
About

Figure 112006089258327-pat00035
Figure 112006089258327-pat00035

이의 역 행렬은Its inverse is

Figure 112006089258327-pat00036
Figure 112006089258327-pat00036

와 같은 경우 이를 재킷 행렬이라 한다. This is called the jacket matrix.

일반 정의에서 정방 행렬

Figure 112006089258327-pat00037
과 이의 역 행렬은 행렬의 원소 단위의 역으로 정의되며,
Figure 112006089258327-pat00038
,
Figure 112006089258327-pat00039
을 엘레멘트 인버스(element inverse)라 한다. Square matrix in general definition
Figure 112006089258327-pat00037
And its inverse matrix are defined as the inverse of the element units of the matrix,
Figure 112006089258327-pat00038
,
Figure 112006089258327-pat00039
Is called element inverse.

정방행렬

Figure 112006089258327-pat00040
에 대해 이의 역행렬은 단지 각 성분들의 역, 즉
Figure 112006089258327-pat00041
이 성립하는 경우에 이를 재킷(Jacket)이라 부르기로 한다. 흥미로운 행렬들, Hadamard 행렬, DFT(discrete Fourier transform) 행렬 등의 대다수의 유용한 행렬 역시 재킷 계열에 포함된다[참조문헌: Jia Hou, M.H. Lee, and J.Y. Park, "New Polynomial Construction of Jacket Transform," IEICE Trans. Fund. vol.E86A, no.3, pp.652-660, March 2003.]. 본 발명에서는 복소수 필드 상에서 재킷 행렬의 부류를 이용한다.
Figure 112006089258327-pat00042
를 홀수 소수(odd prime), 원시 원소를
Figure 112006089258327-pat00043
라 하자. 따라서
Figure 112006089258327-pat00044
이고
Figure 112006089258327-pat00045
연산을 하는
Figure 112006089258327-pat00046
는 유한체이고 여기서Square matrix
Figure 112006089258327-pat00040
Its inverse is for only the inverse of each component,
Figure 112006089258327-pat00041
In this case, it will be called a jacket. Many useful matrices, such as interesting matrices, Hadamard matrices, and discrete Fourier transform (DFT) matrices, are also included in the jacket series [Jia Hou, MH Lee, and JY Park, "New Polynomial Construction of Jacket Transform," IEICE. Trans. Fund. vol. E86A, no. 3, pp. 652-660, March 2003.]. The present invention utilizes a class of jacket matrices on complex fields.
Figure 112006089258327-pat00042
For odd prime, for primitive elements
Figure 112006089258327-pat00043
Let's do it. therefore
Figure 112006089258327-pat00044
ego
Figure 112006089258327-pat00045
Arithmetic
Figure 112006089258327-pat00046
Is a finite field where

Figure 112006089258327-pat00047
.
Figure 112006089258327-pat00047
.

Figure 112006089258327-pat00048
라고 하고, 다음과 같은 함수를 정의하면
Figure 112006089258327-pat00048
If you define a function like

Figure 112006089258327-pat00049
Figure 112006089258327-pat00049

Figure 112006089258327-pat00050
는 벡터이고 여기서
Figure 112006089258327-pat00051
이다.
Figure 112006089258327-pat00050
Is a vector where
Figure 112006089258327-pat00051
to be.

이제 다음의 벡터를 정의한다.Now define the following vector:

Figure 112006089258327-pat00052
.
Figure 112006089258327-pat00052
.

따라서

Figure 112006089258327-pat00053
재킷 행렬은 [참조문헌: M.H. Lee, "A New Reverse Jacket Transform and Its Fast Algorithm," IEEE, Trans. on Circuit and System, vol.47. no.1, pp.39-47, Jan. 2000.]에 의해 구해질 수 있다.therefore
Figure 112006089258327-pat00053
Jacket matrices are described in MH Lee, "A New Reverse Jacket Transform and Its Fast Algorithm," IEEE, Trans. on Circuit and System, vol. 47. no. 1, pp. 39-47, Jan. 2000.].

Figure 112006089258327-pat00054
Figure 112006089258327-pat00054

예를 들어

Figure 112006089258327-pat00055
라 하면 E.g
Figure 112006089258327-pat00055
If

Figure 112006089258327-pat00056
,
Figure 112006089258327-pat00056
,

그리고 And

Figure 112006089258327-pat00057
,
Figure 112006089258327-pat00057
,

Figure 112006089258327-pat00058
.
Figure 112006089258327-pat00058
.

이는 재킷 패턴에 근거한 이진 저밀도 행렬의 한 형태를 나타낸다.This represents a form of binary low density matrix based on jacket pattern.

Figure 112006089258327-pat00059
재킷 행렬이 주어진 경우 LDPC 부호의 부호 길이 N은
Figure 112006089258327-pat00060
으로 주어지며, 여기서 p는 CPM의 크기를 결정하는 소수(prime number)이다.
Figure 112006089258327-pat00059
Given a jacket matrix, the code length N of the LDPC code is
Figure 112006089258327-pat00060
Where p is the prime number that determines the size of the CPM.

LDPC 부호의 부호율(rate) R은

Figure 112006089258327-pat00061
과 같으며, 여기서 M은 정보 데이터 벡터의 길이를 나타낸다. 또한, 행 무게(row weight) j는
Figure 112006089258327-pat00062
를 만족하도록 결정된다.The rate R of the LDPC code is
Figure 112006089258327-pat00061
Where M represents the length of the information data vector. Also, the row weight j is
Figure 112006089258327-pat00062
Is determined to satisfy.

재킷 패턴 상의 저밀도 행렬에 대한 CPM 삽입은 다음의 정의에 따르며, 이러한 방법으로 CPM으로부터 확장되는 LDPC 부호를 얻게 된다.The CPM insertion for the low density matrix on the jacket pattern is according to the following definition, and in this way an LDPC code that extends from the CPM is obtained.

<정의 2><Definition 2>

Figure 112006089258327-pat00063
을 갖는 재킷 행렬을
Figure 112006089258327-pat00064
라고 하고 각 성분
Figure 112006089258327-pat00065
를 순환 치환 행렬(CPM)
Figure 112006089258327-pat00066
로 바꾸면 결과 행렬은 재킷 패턴의 저밀도 행렬의 한 형태이다.
Figure 112006089258327-pat00063
Having a jacket matrix
Figure 112006089258327-pat00064
Each ingredient
Figure 112006089258327-pat00065
Is a cyclic substitution matrix (CPM)
Figure 112006089258327-pat00066
In this case, the resulting matrix is a form of low density matrix of jacket patterns.

Figure 112006089258327-pat00067
는 소수이며,
Figure 112006089258327-pat00067
Is a prime number,

Figure 112006089258327-pat00068
,
Figure 112006089258327-pat00068
,

라 하자. 여기서Let's do it. here

Figure 112006089258327-pat00069
,
Figure 112006089258327-pat00069
,

Figure 112006089258327-pat00070
,
Figure 112006089258327-pat00071
를 나타낸다.
Figure 112006089258327-pat00070
,
Figure 112006089258327-pat00071
Indicates.

행렬

Figure 112006089258327-pat00072
,
Figure 112006089258327-pat00073
는 CPM으로서 참조된다.
Figure 112006089258327-pat00074
가 기존의 행렬 곱과
Figure 112006089258327-pat00075
를 갖는 아벨 군(Abelian group)을 형성한다는 것을 알 수 있다. 또한 CPM의 전치(transpose)는 이의 역이 된다. procession
Figure 112006089258327-pat00072
,
Figure 112006089258327-pat00073
Is referred to as the CPM.
Figure 112006089258327-pat00074
Is equal to the conventional matrix product
Figure 112006089258327-pat00075
It can be seen that it forms an Abelian group with. Also, the transpose of CPM is the inverse of it.

이하에서는 재킷 패턴 상의 저밀도 행렬의 정의를 사용해서 CPM으로부터 확장되는 LDPC 부호의 부호화 형태를 제시한다. The following describes the coding form of the LDPC code extended from the CPM using the definition of the low density matrix on the jacket pattern.

재킷 행렬을

Figure 112006089258327-pat00076
라 하고
Figure 112006089258327-pat00077
를 크기
Figure 112006089258327-pat00078
의 CPM
Figure 112006089258327-pat00079
로 교체하면 저밀도 재킷 행렬을 얻을 수 있다. 예를 들어 행렬
Figure 112006089258327-pat00080
는 다음과 같이 바꿀 수 있다. Jacket procession
Figure 112006089258327-pat00076
And
Figure 112006089258327-pat00077
Size
Figure 112006089258327-pat00078
CPM of
Figure 112006089258327-pat00079
Replace with to get a low density jacket matrix. E.g. matrix
Figure 112006089258327-pat00080
Can be changed to

Figure 112006089258327-pat00081
Figure 112006089258327-pat00081

[수학식 20]에 의한 저밀도 재킷 행렬 계열에서 cycle-4는 [참조문헌: Y. Kou, S. Lin, and M. Fossorier, "Low density parity check codes based on finite geometries: A rediscovery," Proc. of ISIT 2000, Sorrento, Italy, June 22-30, 2000.]에서와 같이 쉽게 피할 수 있다. 그러나 그것은 정방행렬이다. 행과 열의 소거(canceling)에 의해 쉽게 비정방 패리티 검사 행렬 H를 얻을 수 있다. 예를 들어 크기

Figure 112006089258327-pat00082
Figure 112006089258327-pat00083
균일 LDPC 부호는
Figure 112006089258327-pat00084
패턴의 저밀도 행렬에 의해 설계되어지고
Figure 112006089258327-pat00085
이면 다음과 같이 나타낼 수 있다. Cycle-4 in the low density jacket matrix series by Equation 20 is described in Y. Kou, S. Lin, and M. Fossorier, "Low density parity check codes based on finite geometries: A rediscovery," Proc. of ISIT 2000, Sorrento, Italy, June 22-30, 2000.]. But it is a square matrix. The nonsquare parity check matrix H can be easily obtained by the rowing of the columns and rows. Example size
Figure 112006089258327-pat00082
sign
Figure 112006089258327-pat00083
Uniform LDPC code is
Figure 112006089258327-pat00084
Is designed by a low density matrix of patterns
Figure 112006089258327-pat00085
Can be expressed as follows.

Figure 112006089258327-pat00086
Figure 112006089258327-pat00086

또한 더 좋은 부호를 얻기 위해서 다음과 같이 zero 패딩(padding) 방법을 적용할 수 있다.  Also, to get a better sign, the zero padding method can be applied as follows.

Figure 112006089258327-pat00087
Figure 112006089258327-pat00087

분명히 이 재킷 패턴에 의한 LDPC 부호 계열은 다음과 같은 Richardson형 부호를 쉽게 생성할 수 있다.Clearly, the LDPC code sequence based on this jacket pattern can easily generate the following Richardson type codes.

Figure 112006089258327-pat00088
,
Figure 112006089258327-pat00088
,

여기서 패리티 검사 행렬은

Figure 112006089258327-pat00089
이며,
Figure 112006089258327-pat00090
는 하삼각 분해가 되어야 한다. 특히, 재킷 패턴
Figure 112006089258327-pat00091
H 행렬은 도 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서
Figure 112006089258327-pat00092
Figure 112006089258327-pat00093
단위행렬(identity matrix)이고, 나머지
Figure 112006089258327-pat00094
는 좀 더 간단한 연산의 여러 CPM에 의해서 구해진다. Where the parity check matrix is
Figure 112006089258327-pat00089
Is,
Figure 112006089258327-pat00090
Should be the lower triangular decomposition. Especially, jacket pattern
Figure 112006089258327-pat00091
The H matrix may be represented as shown in FIG. 5. here
Figure 112006089258327-pat00092
Is
Figure 112006089258327-pat00093
Identity matrix, the rest
Figure 112006089258327-pat00094
Is obtained by several CPMs of simpler operations.

예를 들어 Richardson의 ALT LDPC 부호는 [수학식 20]의 역순 형태(reversing form)로부터 다음과 같은 방법으로 구해진다. For example, Richardson's ALT LDPC code is obtained from the reversing form of Equation 20 in the following manner.

Figure 112006089258327-pat00095
Figure 112006089258327-pat00095

이 경우에

Figure 112006089258327-pat00096
그리고
Figure 112006089258327-pat00097
라는 것을 쉽게 알 수 있다. In this case
Figure 112006089258327-pat00096
And
Figure 112006089258327-pat00097
It is easy to see that.

패리티 검사 비트들은

Figure 112006089258327-pat00098
와 체계적인 부분인
Figure 112006089258327-pat00099
에 의해 얻어지고, 그 함수들은 다음과 같이 계산되어 진다. Parity check bits
Figure 112006089258327-pat00098
And the systematic part
Figure 112006089258327-pat00099
Is obtained by, and the functions are computed as

Figure 112006089258327-pat00100
Figure 112006089258327-pat00100

Figure 112006089258327-pat00101
Figure 112006089258327-pat00101

여기서

Figure 112006089258327-pat00102
이고 재킷 패턴의 저밀도 부호들이 사용될 경우 이는 분명히 non-singular이다. 재킷 패턴에 의해 구성된 Richardson의 ALT LDPC 부호의 경우 [수학식 22]에서 보여진 것처럼 역순 형태를 사용해서
Figure 112006089258327-pat00103
이 되도록 할 수 있으며, 크기
Figure 112006089258327-pat00104
Figure 112006089258327-pat00105
를 얻을 수 있다. 결국 [수학식 23], [수학식 24]는 다음과 같이 단순화된다. here
Figure 112006089258327-pat00102
And if low density codes in the jacket pattern are used, this is clearly non-singular. For Richardson's ALT LDPC code constructed by a jacket pattern, we use the reverse form as shown in Equation 22.
Figure 112006089258327-pat00103
Can be as large as
Figure 112006089258327-pat00104
of
Figure 112006089258327-pat00105
Can be obtained. As a result, Equation 23 and Equation 24 are simplified as follows.

Figure 112006089258327-pat00106
Figure 112006089258327-pat00106

Figure 112006089258327-pat00107
Figure 112006089258327-pat00107

여기서

Figure 112006089258327-pat00108
,
Figure 112006089258327-pat00109
이며,
Figure 112006089258327-pat00110
Figure 112006089258327-pat00111
순환 행렬이다
Figure 112006089258327-pat00112
. here
Figure 112006089258327-pat00108
,
Figure 112006089258327-pat00109
Is,
Figure 112006089258327-pat00110
Is
Figure 112006089258327-pat00111
Is a circular matrix
Figure 112006089258327-pat00112
.

Richardson의 ALT LDPC 부호와 유사한 행렬 구조를 갖는 재킷 패턴을 이용한 근사 하삼각 LDPC 부호는 CPM과 이들의 곱셈을 사용함으로써 간단히 부호화 되어질 수 있다는 것은 분명하다. 이러한 계열의 LDPC 부호에 대한 계산 복잡도는 매우 낮아지게 되어 고속 부호화를 실현할 수 있다.It is clear that the approximate lower triangular LDPC code using a jacket pattern with a matrix structure similar to Richardson's ALT LDPC code can be simply encoded by using CPM and their multiplication. The computational complexity of such a series of LDPC codes is very low, and high speed encoding can be realized.

재킷 패턴 부호화 방법으로 간단하게 H 행렬로부터 부호화를 가능하게 할 수 있었다. 하지만 H행렬 특성 상 부호율이 크게 자유롭지는 않다. 부호화 하는 과정에서 T와 E의 형태가 p1과 p2를 계산하는데, 중요하게 작용하게 되는데, T와 E의 형태가

Figure 112006089258327-pat00113
의 형태로 구성된다. 물론 열의 무게를 증가시키도록 E의 형태가
Figure 112006089258327-pat00114
(여기서 α은 자연수)로 만들 수도 있다. 이러한 경우에는 영행렬을 삽입하여
Figure 112006089258327-pat00115
의 연산을 쉽게 할 수 있다. 어떠한 경우라도 n-k의 경우가 p의 배수이어야 함은 분명하다. 이러한 점에서 재킷 패턴 LDPC 부호의 부호율은 자유롭지 못하다.By the jacket pattern coding method, it was possible to easily code from an H matrix. However, the code rate is not very free due to the characteristics of the H matrix. In the process of encoding, T and E form are important for calculating p1 and p2.
Figure 112006089258327-pat00113
It is configured in the form of Of course, the shape of E increases the weight of the heat.
Figure 112006089258327-pat00114
(Where α is a natural number). In this case, you can insert a zero matrix
Figure 112006089258327-pat00115
The operation of can be made easy. In any case, it is clear that the case of nk must be a multiple of p. In this respect, the code rate of the jacket pattern LDPC code is not free.

이하에서는 재킷 패턴 LDPC를 확장시키는 방법에 대해 살펴본다.Hereinafter, a method of expanding the jacket pattern LDPC will be described.

H 행렬의 기본 구조는 다음과 같다.The basic structure of an H matrix is

Figure 112006089258327-pat00116
Figure 112006089258327-pat00116

여기서 n은 부호 길이를 의미하고, k는 정보길이를 의미한다. 또한 p는 H행렬을 구성하는 기본행렬의 크기이고 또한 소수이다.

Figure 112006089258327-pat00117
는 임의의 자연수를 의미하고 최대 열의 무게를 결정하는 요인이다. 임의의 k 가 정보 길이로 볼 수 있는지 알아보기 위해 다음 행렬 크기로서 전개해 볼 수 있다. 앞에서 보인 바와 같이 패리티 비트는 다음과 같이 구해진다.Where n means code length and k means information length. P is the size of the base matrix constituting the H matrix and is also a prime number.
Figure 112006089258327-pat00117
Means any natural number and is the factor that determines the maximum heat weight. To see if any k can be seen as the length of the information, we can expand it as the next matrix size. As shown above, the parity bit is obtained as follows.

Figure 112006089258327-pat00118
Figure 112006089258327-pat00118

여기서 T=I이고 모듈로 2 연산을 하기 때문에 다음과 같이 간단하게 표현할 수 있다.Since T = I and modulo 2 operation, it can be expressed as follows.

Figure 112006089258327-pat00119
Figure 112006089258327-pat00119

이를 바탕으로 임의의 k로 부호화가 이루어지는지 알아보기 위해 행렬의 크기만을 고려해보면 다음과 같다.Based on this, considering only the size of the matrix to see if the coding is performed by arbitrary k, the following is considered.

Figure 112006089258327-pat00120
Figure 112006089258327-pat00120

이므로 다음이 성립한다.Therefore, the following holds true.

Figure 112006089258327-pat00121
Figure 112006089258327-pat00121

따라서 임의의 k에도 부호화가 가능함을 알 수 있다. 이때,

Figure 112006089258327-pat00122
이 성립해야 한다. 따라서 영행렬을 삽입하지 않았을 경우
Figure 112006089258327-pat00123
이어야 하므로
Figure 112006089258327-pat00124
이어야하고, 영행렬을 삽입하였을 경우
Figure 112006089258327-pat00125
이므로
Figure 112006089258327-pat00126
이어야 한다. Therefore, it can be seen that coding can be performed on any k. At this time,
Figure 112006089258327-pat00122
This must hold. So if you don't insert zero matrix
Figure 112006089258327-pat00123
Should be
Figure 112006089258327-pat00124
Should be inserted and zero matrix is inserted
Figure 112006089258327-pat00125
Because of
Figure 112006089258327-pat00126
Should be

임의의 k가 주어졌다고 가정할 경우, 부호율은

Figure 112006089258327-pat00127
이다. 여기서 n을 줄이면 앞의 행렬 계산은 더 이상 성립하지 않게 되므로 부호화가 불가능하게 된다. 하지만 [수학식31]과 같이 만들 수 있다면 부호율의 변경이 가능하다고 할 수 있 다. Assuming that k is given, the code rate is
Figure 112006089258327-pat00127
to be. In this case, if n is reduced, the previous matrix calculation is no longer true, so coding is impossible. However, if it can be made as shown in [Equation 31], it can be said that the code rate can be changed.

Figure 112006089258327-pat00128
Figure 112006089258327-pat00128

이전의 부호화로 얻어진 부호어는

Figure 112011029800173-pat00129
이다. 여기서 s는 정보 비트이고 p1과 p2는 부호화로 얻어진 패리티 비트이다. 이를 바탕으로 새로운 패리티 비트 p3 및 패리티 비트 p3이 포함된 부호어를 간단한 RA(repeat accumulate) 부호기로 생성할 수 있다. The codeword obtained from the previous encoding is
Figure 112011029800173-pat00129
to be. Where s is information bits and p1 and p2 are parity bits obtained by encoding. Based on this, a codeword including the new parity bit p3 and parity bit p3 can be generated by a simple repeat accumulate (RA) coder.

이전 부호어에서 ε개의 bit를 직접 균일한 간격으로 추출한다고 가정하면, 추출한 비트간의 간격은

Figure 112006089258327-pat00130
이 될 것이다. 이때의 새로운 부호어는 다음과 같이 구성된다.Suppose that ε bits are extracted directly from the previous codeword at uniform intervals.
Figure 112006089258327-pat00130
Will be The new codeword at this time is composed as follows.

Figure 112006089258327-pat00131
Figure 112006089258327-pat00131

이러한 경우 재귀 공식은 [수학식 33]과 같이 나타낼 수 있다.In this case, the recursive formula can be expressed as Equation 33.

Figure 112006089258327-pat00132
Figure 112006089258327-pat00132

이전 부호어의 샘플의 위치를

Figure 112006089258327-pat00133
로 정의할 때, 다음이 성립한다.The position of the sample of the previous codeword
Figure 112006089258327-pat00133
When defined as, the following holds true.

Figure 112006089258327-pat00134
Figure 112006089258327-pat00134

여기서 α는

Figure 112006089258327-pat00135
의 범위에 존재한다. Where α is
Figure 112006089258327-pat00135
Exists in the range of.

그리고

Figure 112006089258327-pat00136
Figure 112006089258327-pat00137
의 위치에 존재하는 샘플의 값이라고 정의한다면, 다음 식이 성립한다. And
Figure 112006089258327-pat00136
To
Figure 112006089258327-pat00137
If we define it as the value of the sample at the position of, then

Figure 112006089258327-pat00138
Figure 112006089258327-pat00139
Figure 112006089258327-pat00138
Figure 112006089258327-pat00139
only

도 3은 본 발명에 따른 확장된 재킷 패턴 LDPC 부호기의 구성도이며, 3 is a block diagram of an extended jacket pattern LDPC encoder according to the present invention,

LDPC 부호기의 부호어 출력부(200), LDPC 부호기의 부호어(210), 데이터 선택부(220), 가산부(230), 지연부(240), 추가 패리티(250)로 구성된다.A codeword output unit 200 of the LDPC coder, a codeword 210 of the LDPC coder, a data selector 220, an adder 230, a delayer 240, and an additional parity 250 are included.

상기 LDPC 부호기의 부호어 출력부(200)는 기존 재킷 패턴 LDPC 부호기로 부터 출력되는 부호어(210)를 나타내며 리차드슨 유형 LDPC 부호기와 마찬가지로 하나의 부호어(210)는 (s,p1,p2)의 구조를 갖는다. The codeword output unit 200 of the LDPC coder represents a codeword 210 output from an existing jacket pattern LDPC coder. Like the Richardson type LDPC coder, one codeword 210 is represented by (s, p1, p2). Has a structure.

데이터 선택부(220)는 부호어(210) 중 1 비트 순차적으로 선택하여 출력한다.The data selector 220 sequentially selects and outputs 1 bit of the codeword 210.

가산부(230)는 데이터 선택부(220)의 출력 비트와 지연부(240)에 의해 피드백되는 비트를 이진 가산하여 추가 패리티(250) p3을 생성한다. The adder 230 binaryly adds an output bit of the data selector 220 and a bit fed back by the delay unit 240 to generate an additional parity 250 p3.

도 4는 확장된 재킷 LDPC 부호기 (유형 2)에 대한 Tanner 그래프를 나타낸 도면이다.4 shows a Tanner graph for an extended jacket LDPC encoder (Type 2).

이전 부호어로부터

Figure 112006089258327-pat00140
개의 샘플을 추출하는 대신 모든 부호어를 전부 표본으로 이용하는 방법으로 IRA(iterative RA) 부호를 생각해볼 수 있다.From previous codeword
Figure 112006089258327-pat00140
Instead of extracting two samples, it is possible to think of an IRA (iterative RA) code by using all codewords as samples.

Tanner 그래프는

Figure 112006089258327-pat00141
인 부호어와
Figure 112006089258327-pat00142
개의 패리티 비트를 보여주고 있다. 그리고 세 번째의 패리티 비트는
Figure 112006089258327-pat00143
가 될 것이다. 패리티 비트의 값은 모듈로 2 연산에 의해 결정된다. 이러한 경우 다음과 같은 순환 공식이 성립하게 된다.Tanner graph
Figure 112006089258327-pat00141
Codeword and
Figure 112006089258327-pat00142
Parity bits. And the third parity bit
Figure 112006089258327-pat00143
Will be. The value of the parity bit is determined by modulo 2 operation. In this case, the following circular formula is established.

Figure 112006089258327-pat00144
Figure 112006089258327-pat00144

도 5와 도 6은 각각 확장된 재킷 패턴 H 행렬 (유형 1)과 확장된 재킷 패턴 H 행렬 (유형 2)을 나타낸 도면이다.5 and 6 show the expanded jacket pattern H matrix (type 1) and the expanded jacket pattern H matrix (type 2), respectively.

유형 1을 분석해보면,

Figure 112006089258327-pat00145
개의 비트를 부호어로부터 추출할 때, 재킷 패턴 행렬의 하단은 [수학식 37]과 같이 구성되어진다. 이러한 형태는 인터리버를 무시하고, 패리티 검사 비트 사이의 간격을 동일하게 했을 경우의 형태이다.If you analyze Type 1,
Figure 112006089258327-pat00145
When two bits are extracted from the codeword, the lower end of the jacket pattern matrix is configured as shown in [Equation 37]. This type is a case where the interleaver is ignored and the intervals between parity check bits are equalized.

Figure 112006089258327-pat00146
Figure 112006089258327-pat00146

유형 2를 대상으로 했을 때,

Figure 112006089258327-pat00147
은 [수학식 38]과 같이 구성되어진다.When targeting type 2,
Figure 112006089258327-pat00147
Is constructed as shown in Equation 38.

Figure 112006089258327-pat00148
Figure 112006089258327-pat00148

여기서

Figure 112006089258327-pat00149
의 행렬 크기는
Figure 112006089258327-pat00150
이다. 재킷 패턴 행렬의 오른쪽 부분은 영행렬로 구성된다. 행렬 크기는
Figure 112006089258327-pat00151
가 된다. H 행렬을 살펴보면,
Figure 112006089258327-pat00152
관계식을 쉽게 얻을 수 있고, H 행렬의 열의 길이는
Figure 112006089258327-pat00153
이다. 여기서 k는 정보어의 길이이다. 일반적으로 열의 길이와 행의 길이의 차이가 정보어의 길이이다. 따라서 확장된 재킷 행렬의 정보어의 길이를 구하면
Figure 112006089258327-pat00154
으로 정보어의 길이가 확장 전과 동일함을 알 수 있다. here
Figure 112006089258327-pat00149
The matrix size of
Figure 112006089258327-pat00150
to be. The right part of the jacket pattern matrix consists of zero matrices. Matrix size
Figure 112006089258327-pat00151
Becomes Looking at the H matrix,
Figure 112006089258327-pat00152
You can easily get a relation, and the length of the columns of the H matrix
Figure 112006089258327-pat00153
to be. Where k is the length of the information word. In general, the difference between the length of a column and the length of a row is the length of the information word. Therefore, if you find the length of the information word of the expanded jacket matrix
Figure 112006089258327-pat00154
It can be seen that the length of the information word is the same as before expansion.

도 6 및 도 7에서 우측 하단의 대각선 표시된 부분은 [수학식 39]와 같은 이중 대각행렬(dual diagonal matrix)로 구성된다.In FIG. 6 and FIG. 7, the diagonally marked portion at the bottom right is composed of a dual diagonal matrix as shown in [Equation 39].

Figure 112006089258327-pat00155
Figure 112006089258327-pat00155

도 7에서 도 10은 본 발명에 따른 리차드슨 유형 재킷 LDPC 부호의 BER 성능을 나타낸 도면이다. 7 to 10 is a view showing the BER performance of the Richardson type jacket LDPC code according to the present invention.

랜덤 설계 LDPC를 R-LDPC로 하고, 이것이 (3,k) 균일 LDPC 부호라고 한다. 재킷 패턴 LDPC를 J-LDPC로 한다. 같은 방법으로 확장된 재킷 LDPC를 EJ-LDPC로 한다. 모든 실험은 5000 프레임으로 얻어진 결과이다. 또한 다양한 부호율 R=2/3,5/6,1/2,3/4에 대해 시도하였다. 순수 J-LDPC로는 원하는 부호율을 완성할 수 없기에 EJ-LDPC를 사용하였다. The random design LDPC is referred to as R-LDPC, which is called a (3, k) uniform LDPC code. Let jacket pattern LDPC be J-LDPC. In the same way, the expanded jacket LDPC is referred to as EJ-LDPC. All experiments resulted in 5000 frames. Also tried for various code rates R = 2 / 3,5 / 6,1 / 2,3 / 4. EJ-LDPC was used because pure J-LDPC could not complete the desired code rate.

도 7은 본 발명에 따른 리차드슨 유형 재킷 LDPC 부호의 BER 성능을 나타낸 도면이며, 행렬 크기가 (288*864), (192*576)이고 부호율이 2/3인 경우 대략 0.1∼0.2dB의 성능 향상을 보인다.7 is a diagram showing the BER performance of the Richardson type jacket LDPC code according to the present invention, the performance of approximately 0.1 ~ 0.2dB when the matrix size (288 * 864), (192 * 576) and the code rate is 2/3 Seems to improve.

도 8은 본 발명에 따른 리차드슨 유형 재킷 LDPC 부호의 BER 성능을 나타낸 도면이다. 행렬 크기가 (192*1152), (240*1440)이고 부호율이 5/6인 경우 BER=10-5에서 0.25dB 정도의 성능 향상을 보인다.8 is a diagram showing the BER performance of the Richardson type jacket LDPC code according to the present invention. If the matrix sizes are (192 * 1152) and (240 * 1440) and the code rate is 5/6, the performance improvement is about 0.25dB at BER = 10-5.

도 9는 본 발명에 따른 리차드슨 유형 재킷 LDPC 부호의 BER 성능을 나타낸 도면이다. 행렬 크기가 (528*1056), (672*1344)이고 부호율이 1/2인 경우 10-3에서 0.3dB정도의 성능 열화를 보인다.9 is a diagram showing the BER performance of the Richardson type jacket LDPC code according to the present invention. If the matrix sizes are (528 * 1056), (672 * 1344) and the code rate is 1/2, the performance degradation is about 0.3dB at 10-3.

도 10은 본 발명에 따른 리차드슨 유형 재킷 LDPC 부호의 BER 성능을 나타낸 도면이다. 행렬 크기가 (432*1728), (504*2016)이고 부호율이 3/4인 경우에는 흥미로운 결과를 보인다. BER이 10-5에서 전자는 0.5dB 성능 향상을 보이고 후자는 0.3dB정도의 성능 열화를 보인다. 10 is a diagram showing the BER performance of the Richardson type jacket LDPC code according to the present invention. An interesting result is obtained when the matrix sizes are (432 * 1728), (504 * 2016) and the code rate is 3/4. At BER 10-5, the former shows a 0.5dB performance improvement and the latter shows a 0.3dB performance degradation.

이상에서 설명한 본 발명에 의한 다양한 부호율을 갖는 재킷 패턴 기반의 엘디피씨 부호기에 따르면, According to the jacket pattern-based LDPC encoder having various code rates according to the present invention described above,

패리티 검사 행렬의 각 부행렬은 Null 행렬, 항등행렬, 그리고 항등행렬

Figure 112006089258327-pat00156
의 모든 열을 순환 시프트시킨 구조만으로 구성되므로 부행렬과 정보 벡터간의 연산은 단지 순환 시프트 과정만으로 처리될 수 있으며, 재킷 패턴을 이용한 Richardson 유형 LDPC 부호는 CPM과 이들의 곱셈을 사용함으로써 간단히 부호화 되어질 수 있다. 이러한 계열의 LDPC 부호에 대한 계산 복잡도는 매우 낮아지게 되어 보다 간단한 하드웨어로 부호기를 구성할 수 있는 장점이 있지만 다양한 부호율을 지원하지 못하는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 재킷 패턴 기반의 리차드슨 LDPC(low density parity check) 부호기에 의해 얻어진 부호어에 대해 추가의 패리티 비트들을 생성하도록 구성하고 이를 이용하는 방법으로 다양한 부호율을 지원하는 고속 부호기의 구성이 가능하다. 부호화의 복잡도 측면에서 우수한 특성을 갖는 재킷 패턴 기반의 리차드슨 유형 LDPC 부호기에서 다양한 부호율을 지원하지 못하는 문제점을 RA 또는 IRA 부호화 방법을 적용하여 해결함으로써 다양한 부호율을 지원하는 고속 부호화기의 구현이 간단한 하드웨어를 이용하여 용이하게 실 현될 수 있는 이점이 있다.Each submatrix of the parity check matrix is a null matrix, an identity matrix, and an identity matrix.
Figure 112006089258327-pat00156
Since only the structure of cyclic shift of all columns of is composed, the operation between submatrix and information vector can be processed by cyclic shift only. Richardson type LDPC code using jacket pattern can be simply encoded by using CPM and their multiplication. have. The computational complexity of this series of LDPC codes is very low, which makes it possible to configure an encoder with simpler hardware. However, it does not support various code rates. In order to solve this problem, a scheme for generating additional parity bits for a codeword obtained by a Richardson LDPC (Low Density Parity Check) coder based on a jacket pattern is used. It is possible. Simple hardware implementation of fast coder that supports various code rates by applying RA or IRA coding method to solve the problem that various code rates are not supported in Richardson type LDPC coder based on jacket pattern having excellent characteristics in coding complexity. There is an advantage that can be easily implemented using.

Claims (5)

재킷 패턴 기반의 리차드슨 유형 엘디피씨(LDPC, Low Density Parity Check) 부호기에 의하여 부호어를 출력하는 부호어출력부;A codeword output unit configured to output a codeword by a Richardson type LDPC (Low Density Parity Check) encoder based on a jacket pattern; 상기 부호어 중 1 비트를 순차적으로 선택하여 출력하는 데이터선택부; 및A data selector for sequentially selecting and outputting 1 bit of the codeword; And 상기 데이터선택부에 의해 출력되는 비트와 지연부에 의해 피드백되는 비트를 이진 가산하여 추가 패리티를 생성하는 가산부;를 포함하고,And an adder configured to binaryly add the bits output by the data selector and the bits fed back by the delay unit to generate additional parity. 상기 가산부는,The addition unit, 하기 수학식을 사용하여 상기 추가 패리티(
Figure 112011029800173-pat00167
)를 생성하는 다양한 부호율을 지원하는 재킷 패턴 기반의 고속 엘디피씨 부호기.
The additional parity (
Figure 112011029800173-pat00167
A fast, fast LD codec encoder based on a jacket pattern that supports various code rates.
Figure 112011029800173-pat00168
Figure 112011029800173-pat00169
Figure 112011029800173-pat00168
only
Figure 112011029800173-pat00169
Figure 112011029800173-pat00170
는 이전 부호어의 샘플값임
Figure 112011029800173-pat00170
Is a sample of previous codeword
청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 가산부는,The addition unit, 알에이(RA, Reapeat accumulate) 부호기에 의해 상기 추가 패리티를 생성하는 다양한 부호율을 지원하는 재킷 패턴 기반의 고속 엘디피씨 부호기.A jacket pattern based fast LFPC encoder supporting various code rates for generating the additional parity by a Reapeat accumulate (RA) encoder. 삭제delete 재킷 패턴 기반의 리차드슨 유형 엘디피씨(LDPC, Low Density Parity Check) 부호기에 의하여 부호어를 출력하는 부호어출력부; 및A codeword output unit configured to output a codeword by a Richardson type LDPC (Low Density Parity Check) encoder based on a jacket pattern; And 상기 출력된 부호어를 표본으로 아이엘에이(IRA, Interative Reapeat accumulate) 부호기에 의해 추가 패리티를 생성하는 가산부;를 포함하고,And an adder configured to generate additional parity by using an IRA (Interative Reapeat accumulate) coder as a sample of the output codeword. 상기 가산부는,The addition unit, 하기 수학식을 사용하여 상기 추가 패리티(
Figure 112011029800173-pat00171
)를 생성하는 다양한 부호율을 지원하는 재킷 패턴 기반의 고속 엘디피씨 부호기.
The additional parity (
Figure 112011029800173-pat00171
A fast, fast LD codec encoder based on a jacket pattern that supports various code rates.
Figure 112011029800173-pat00172
Figure 112011029800173-pat00173
Figure 112011029800173-pat00172
only
Figure 112011029800173-pat00173
Figure 112011029800173-pat00174
는 이전 부호어의 샘플값임
Figure 112011029800173-pat00174
Is a sample of previous codeword
삭제delete
KR1020060120264A 2006-11-30 2006-11-30 Flexible Code Rate Fast LDPC Encoder based on Jacket Pattern KR101043558B1 (en)

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