WO2013069887A1 - Method for generating channel link quality-adaptive parity check matrix, and method and apparatus for encoding low-density parity check code using same - Google Patents

Method for generating channel link quality-adaptive parity check matrix, and method and apparatus for encoding low-density parity check code using same Download PDF

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WO2013069887A1
WO2013069887A1 PCT/KR2012/007732 KR2012007732W WO2013069887A1 WO 2013069887 A1 WO2013069887 A1 WO 2013069887A1 KR 2012007732 W KR2012007732 W KR 2012007732W WO 2013069887 A1 WO2013069887 A1 WO 2013069887A1
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parity check
channel link
link quality
quality
criterion
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PCT/KR2012/007732
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김상효
장민
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성균관대학교 산학협력단
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    • HELECTRICITY
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    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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    • H03M13/03Error detection or forward error correction by redundancy in data representation, i.e. code words containing more digits than the source words
    • H03M13/05Error detection or forward error correction by redundancy in data representation, i.e. code words containing more digits than the source words using block codes, i.e. a predetermined number of check bits joined to a predetermined number of information bits
    • H03M13/11Error detection or forward error correction by redundancy in data representation, i.e. code words containing more digits than the source words using block codes, i.e. a predetermined number of check bits joined to a predetermined number of information bits using multiple parity bits
    • H03M13/1102Codes on graphs and decoding on graphs, e.g. low-density parity check [LDPC] codes
    • HELECTRICITY
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Definitions

  • the present invention relates to a low-density parity-check (LDPC) code, and more particularly, to design a suitable LDPC code according to the characteristics of the technology to which the LDPC code is applied and the link state
  • the present invention relates to a method of performing error correction encoding and an apparatus for performing the same.
  • Low-density parity-check (LDPC) codes have good performance close to Shannon channel capacity, which is a theoretical communication limit. Due to the excellent performance, various standard technologies such as IEEE 802.16m mobile WiMAX and IEEE 802.11 Wi-Fi adopt LDPC codes as error correction codes.
  • Each LDPC code is defined by a parity-check matrix, and the parity check matrix may be represented by a bipartite graph called a Tanner graph for visual and intuitive understanding.
  • the bipartite graph includes a variable node set, a check node set, and a set of edges connecting elements of the variable node set and the check node set to each other.
  • the variable node corresponds one-to-one with bits of a codeword that is a coded result
  • the check node corresponds to a parity-check equation indicating an algebraic relationship between the bits of the codeword.
  • 1 is an example of a parity check matrix of a binary LDPC code consisting of four rows and eight columns. Referring to FIG. 1, since the parity check matrix of the LDPC code has eight columns, a codeword having a length of eight is generated.
  • FIG. 2 is a Tanner graph corresponding to the parity check matrix of the LDPC code of FIG. 1.
  • the Tanner graph of FIG. 2 shows eight variable nodes v1 201, v2 202, v3 203, v4 204, v5 205, v6 206, v7 207, and v8 ( 208 and four test nodes c1 211, c2 212, c3 213, c4 214 and connecting lines connecting them.
  • the connection line of the Tanner graph is connected according to the parity check matrix of FIG. 1. If the value of the element h ij of the i th row and the j th column of the parity check matrix is not 0, the j th variable node and the i th check node are It is connected by connecting line.
  • the parity check matrix and Tanner graph of an LDPC code as shown in FIGS. 1 and 2 are characterized by basic elements including the length and code rate of a codeword.
  • the length N of the codeword is the number of columns of the parity check matrix, and the number of variable nodes in a Tanner graph.
  • the code rate R represents the ratio of the number of columns and the number of rows in the parity check matrix, and the ratio of the number N of variable nodes and the number M of check nodes in a Tanner graph.
  • the code rate is calculated by the following equation.
  • the degree of a variable node and an inspection node represents the number of connection lines connected to each node.
  • the order of the variable node is the number of nonzero elements present in the corresponding column array in the parity check matrix
  • the order of the check node is the number of nonzero elements present in the corresponding row array in the parity check matrix.
  • the orders of) are 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, and 4 in order
  • the order of test nodes c1 211, c2 212, c3 213, and c4 214 is 6 in order. , 5, 5 and 5.
  • the node perspective degree distribution of each of the variable node and the check node of the LDPC code is an index indicating a probabilistic distribution of orders of nodes in the LDPC code.
  • ⁇ i represents the ratio of the number of variable nodes of order i to the number N of all variable nodes
  • ⁇ j represents the ratio of the number of inspection nodes of degree j and the number M of all inspection nodes.
  • the order distribution of the LDPC code does not represent all the features of the LDPC code. That is, even if they have the same order distribution, different LDPC codes may be generated according to the actual connection configuration. However, LDPC codes with the same order distribution have the same asymptotic performance.
  • the asymptotic performance of the LDPC code is the error correction capability of the LDPC code under the assumption that there is no cycle in the corresponding Tanner graph, that is, the length of the codeword is infinite. As described above, a process of calculating asymptotic performance using the order distribution of the LDPC code is called density evolution.
  • a general optimization process of LDPC codes is to find an order distribution with good asymptotic performance at a given code rate.
  • the order distribution is obtained by changing the order distribution to obtain asymptotic performance through density evolution, and among these, select an order distribution having excellent asymptotic performance.
  • this optimization process is performed under the assumption of asymptotic performance, i.e., the length of codeword is infinite, the performance tendency is similar in LDPC code with finite length of codeword. That is, an LDPC code of finite length with an order distribution of good asymptotic performance is generally superior to an LDPC code of equal length with an order distribution of poor asymptotic performance.
  • the asymptotic performance of LDPC codes with the same order distribution is all the same.
  • the actual performance of LDPC codes having the same order distribution may vary. That is, in the case of the LDPC code having a finite length, even if they have the same order distribution, the performance may vary depending on the actual connection configuration. Therefore, it is important to design an LDPC code having excellent performance that is suitable for the characteristics and requirements of a system which intends to use the LDPC code even among LDPC codes having the same order distribution in the actual LDPC code design.
  • a first object of the present invention for overcoming the above disadvantages is to provide a method of designing a parity check matrix of an LDPC code having optimal performance according to the characteristics of a communication system in which an LDPC code is to be used and the quality of a channel link. .
  • a method of generating a parity check matrix of a Low Density Parity Check (LDPC) code according to an embodiment of the present invention for achieving the first object of the present invention is that of the communication system using the LDPC code
  • the connection order set condition may be set so that the number of different connection order sets of the check nodes is greater than a preset connection order set number criteria when the channel link quality is worse than a preset quality criterion.
  • the number of different connection order sets of the check nodes may be set to be smaller than a preset connection order set number criterion.
  • the connectivity condition may be set so that the distribution value of the connectivity of the check nodes is greater than a preset connectivity dispersion value criterion when the channel link quality is worse than a preset quality criterion.
  • the dispersion value of the connectivity of the check nodes may be set to be smaller than the preset connectivity dispersion value criterion.
  • the channel link quality may be determined based on a bit energy to noise ratio (Eb / No).
  • the quality criterion of the LDPC code is that the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region when the channel link quality is poorer than the quality criterion, and the channel link quality is superior to the quality criterion.
  • the frame error rate curve may be characterized as belonging to an error-floor region.
  • a method of receiving information data and a set of connection orders of inspection nodes (generating a parity check matrix of a predetermined number of LDPC codes having different connected-degree set conditions, or connectivity conditions, selecting one parity check matrix from the generated predetermined number of parity check matrices; And encoding the information data based on the selected parity check matrix to generate a codeword.
  • the selecting of the parity check matrix may include measuring channel link quality of a communication system in which the LDPC code is used and having an error correction capability of the predetermined number of parity check matrices based on the channel link quality. And selecting an excellent parity check matrix.
  • the measuring of the channel link quality may include estimating the channel link quality based on a stochastic characteristic of the channel link quality, which may include a signal-to-noise ratio (SNR). Can be.
  • the selecting of the parity check matrix may include selecting a number of sets of different connection order sets among the predetermined number of parity check matrices when the channel link quality is worse than a preset quality criterion.
  • a parity check matrix may be selected that is larger than a set number criterion, and when the channel link quality is superior to a preset quality criterion, the number of different connection order sets of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is preset.
  • the selecting of the parity check matrix may include: when the channel link quality is worse than a preset quality criterion, a variance value of the connectivity set by the variance value of the connectivity of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices.
  • a parity check matrix larger than a reference may be selected, and if the channel link quality is superior to a preset quality criterion, the variance value of the connectivity of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is preset.
  • the parity check matrix smaller than the reference may be selected.
  • the quality criterion is that the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region when the channel link quality is poorer than the quality criterion, and the frame error rate of the LDPC code when the channel link quality is superior to the quality criterion.
  • the curve may be characterized as belonging to an error-floor region.
  • a low density parity check (LDPC) encoding apparatus for achieving the third object of the present invention includes an input unit for receiving information data and a set of connection order of check nodes.
  • a parity check matrix generator for generating a parity check matrix of a predetermined number of LDPC codes having at least one of a connected-degree set condition and a connectivity condition, and a parity of one of the generated number of parity check matrices;
  • a control unit for selecting a parity check matrix, and an encoding unit for generating a codeword by encoding the information data based on the selected parity check matrix.
  • the encoding apparatus may further include a measuring unit measuring a channel link quality of a communication system in which the LDPC code is used, wherein the controller is configured to correct an error in a predetermined number of parity check matrices based on the channel link quality.
  • the best parity check matrix may be selected.
  • the measurement unit may estimate the channel link quality based on a stochastic characteristic of the channel link quality, which may include a signal-to-noise ratio (SNR).
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the controller may be further configured to determine that the number of different connection order sets of the check nodes is greater than the predetermined number of connection order sets based on the predetermined number of parity check matrices when the channel link quality is worse than a preset quality criterion.
  • a check matrix can be selected, and if the channel link quality is superior to a predetermined quality criterion, the number of different connection order sets of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is greater than the preset connection order set number criteria. You can choose a smaller parity check matrix.
  • the control unit may further include a parity check matrix having a variance value of the connectivity of the check nodes greater than a preset variance criterion of the predetermined number of parity check matrices when the channel link quality is worse than a preset quality criterion.
  • the parity check matrix of the generated number of parity check matrix is smaller than the dispersion value of the connectivity of the preset connection node of the predetermined number of parity check matrix Can be selected.
  • the quality criterion is that the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region when the channel link quality is poorer than the quality criterion, and the frame error rate of the LDPC code when the channel link quality is superior to the quality criterion.
  • the curve may be characterized as belonging to an error-floor region.
  • a connected order set means a set of orders of a variable node connected to a check node.
  • a parity check matrix can be generated in accordance with the characteristics of a communication system using an LDPC code in consideration of the diversity and distribution of connectivity, meaning -degree set) and order sum. Further, in performing error correction encoding in a communication and compression system using an LDPC code, a parity check matrix may be selected according to the quality of a channel link through which information encoded with an LDPC code is transmitted.
  • the fall / error-floor conflict can be adjusted in the error correction coding using the LDPC code.
  • using a single LDPC code solves the problem of having relatively poor error correction ability as the channel link quality changes, and uses error correction coding that always has an optimal error correction capability regardless of the channel link quality. Can be done.
  • 1 is an exemplary diagram of a parity check matrix of an LDPC code having a length of a codeword of 8 and a code rate of 1/2.
  • FIG. 2 is an exemplary diagram of a Tanner graph corresponding to the example of the parity check matrix of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an illustration of a circular ring in a Tanner graph of an LDPC code.
  • FIG. 4 is an exemplary diagram of a Tanner graph of an LDPC code under design and an extended tree rooted at an arbitrary variable node corresponding to the Tanner graph.
  • 5 is a frame error rate curve graph of an LDPC code having different downpour / error-floor conflict performance.
  • FIG. 6 is an exemplary diagram of a set of connection orders of test nodes in a Tanner graph.
  • FIG. 7 is an exemplary diagram of connectivity of test nodes in a Tanner graph.
  • FIG. 8 is a connectivity distribution diagram of a first LDPC code having 129 different sets of connection orders.
  • FIG. 9 is a connectivity distribution diagram of a second LDPC code having 2021 sets of different link orders.
  • 10 is a connectivity distribution diagram of a third LDPC code having 2446 different order sets.
  • FIG. 11 is a frame error rate curve graph of the first LDPC code, the second LDPC code, and the third LDPC code of FIGS. 8, 9, and 10.
  • FIG. 12 is a frame error rate curve graph of a channel quality adaptive LDPC encoding / decoding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart of a method of generating a parity check matrix of an LDPC code according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a flowchart of a method of encoding an LDPC code according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a block diagram of an apparatus for encoding an LDPC code, according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • the design of the LDPC code is based on design factors.
  • the length N and code rate R of the codeword are determined according to the characteristics of the communication system in which the LDPC code is to be used, and a degree distribution having excellent asymptotic performance at the determined code rate is selected. Based on these design elements, an important point in designing a practically usable LDPC code, that is, a finite length LDPC code, is to generate a short cycle of minimum length.
  • a circular ring is a set of connecting lines that start from one node and then through other nodes to its own node.
  • FIG. 2 is an exemplary diagram of a Tanner graph corresponding to the example of the parity check matrix of FIG. 1
  • FIG. 3 is an exemplary diagram of a circular ring in the Tanner graph of FIG. 2.
  • a connection line connected from the variable node v1 301 to the variable node v1 301 through the test node c1 311, the variable node v5 305, and the test node c2 312 is again connected to a circular loop ( 320).
  • the length of the purified ring is the number of connecting lines constituting the circulation ring, and the length of the circulation ring 320 of FIG. 3 is four.
  • the LDPC code has an error correction capability that is exponentially improved as the quality of the channel link is improved.
  • the error-floor phenomenon is a phenomenon in which the error correction capability is not significantly improved compared to the degree of improvement in the quality of the channel link. . Stopping sets and trapping sets, which are extended concepts of circular loops, also affect the error-floor behavior of LDPC codes.
  • stop sets and trap sets including circular loops, are necessarily generated. Therefore, it is important to reduce the size of the stop set and trap set including the circular loop in the designed LDPC code in designing the LDPC code based on the given design elements such as code length, code rate and order distribution.
  • PEG progressive-edge-growth
  • variable node v1 411, v2 412, v3 413, and v4 414 connect connection lines of a predetermined order to the test node. It is a state.
  • the variable node v5 415 connects one connection line to the inspection node c1 421, and it is time to determine which inspection node to connect the second connection line to.
  • the goal of the design is to maximize the length of the loop that is created by placing new connections.
  • variable node v5 415 constructs a spreading tree for looking at the distance of each variable node and the check node from itself.
  • the test node farthest from the variable node v5 415 is c3 423. Therefore, if the new connection line is connected between the variable nodes v5 415 and c3 423, the size of the circular ring formed by the new connection line is maximized. This process is inevitably performed in the design process of the LDPC code.
  • FIG. 5 is a frame error rate curve graph of an LDPC code having different downpour / error-floor conflict performance. That is, a diagram showing a frame error rate (FER) curve graph indicating the performance of two LDPC codes having the same order distribution but different connection configurations.
  • FER frame error rate
  • the horizontal axis 501 is a bit energy-to-noise ratio indicating the quality of the channel link. The larger the value, the better the quality of the channel link, and the smaller the value, the worse the quality of the channel link.
  • the vertical axis 502 represents the average probability of restoration failure when the LDPC code is used in the quality of each channel link. The smaller the value, the better the performance of the LDPC code. The higher the quality of the channel link, the lower the average probability of restoration failure when the LDPC code is used. The worse the quality of the channel link, the higher the average probability of restoration failure when the LDPC code is used.
  • the performance graph of the LDPC code is largely divided into a waterfall region 510 and an error-floor region 520.
  • the downpour area 510 is an area where the slope of the error rate curve increases rapidly as the quality of the channel link improves in a range where the quality of the channel link is relatively poor.
  • the error-floor area 520 is an area where the slope of the error rate curve is drastically lower than that of the downfall area in a range where the quality of the channel link is relatively good.
  • Drop / error-floor conflicts between finite length LDPC codes with different order distributions can be controlled by varying the ratio of order-2 variable nodes. However, the factors causing the fall / error-floor conflict between LDPC codes having the same order distribution have not yet been identified.
  • the LDPC code can be designed according to the characteristics of the communication system using the LDPC code and the quality of the channel link.
  • the order distribution of LDPC codes is optimized through asymptotic performance analysis using density evolution under a given code rate of LDPC codes, and then suitable drop / error-according to the characteristics and requirements of the communication system and the quality of the channel link. Designing LDPC codes with floor conflict features can improve the overall performance of the system.
  • the average reliability of the link can be improved by using an LDPC code having better performance in the downfall region 510.
  • the channel link quality between the transmitter and the receiver is generally good, the average reliability of the link can be improved by using an LDPC code having excellent performance in the error-floor region 520.
  • the method of designing an LDPC code provides a method of designing an LDPC code when a length, a code rate, and an order distribution of a codeword are given.
  • the LDPC code design method according to an embodiment of the present invention provides a design method of the LDPC code having a suitable performance according to the characteristics of the communication system even if the same codeword length, code rate, and order distribution.
  • FIG. 6 is an exemplary diagram of a set of connection orders of test nodes in a Tanner graph. That is, a diagram showing an example of a connected-degree set in an extension tree drawn with one test node as a root in an arbitrary Tanner graph.
  • a connection order set of one test node is a set of orders of variable nodes connected to the test node and one connection line.
  • the number of variable nodes connected to the test node c1 601 as one connection line is v1 611, v2 612, v3 613, and v4 614.
  • the order of this variable node is v1 611 is 2, v2 612 is 3, v3 613 is 3 and v4 614 is 4, respectively.
  • the connection order set of the check node c1 601 is ⁇ 2, 3, 3, 4 ⁇ .
  • FIG. 7 is an exemplary diagram of connectivity of test nodes in a Tanner graph. That is, an example of connectivity is shown in an extension tree drawn with one test node as a root in a Tanner graph as shown in FIG. 6.
  • the connectivity of a test node in a Tanner graph of an LDPC code is a sum of subtracting 1 from orders of variable nodes connected to the test node and one connection line.
  • four variable nodes are connected to the test node c1 701 with one connection line, that is, v1 711, v2 712, v3 713, and v4 714.
  • connectivity is the number of test nodes 703 located at depth 2 when drawing an extension tree rooted at test node c1 701 under the premise that there are no circular rings of length 4.
  • LDPC code design method in designing an LDPC code when a length, a code rate, and an order distribution of a codeword are given, the connection order set and connectivity of a check node, which have not been previously considered, are considered. .
  • LDPC code according to an embodiment of the present invention even if the same codeword length, the same code rate and the same or similar order distribution according to the fall / error-floor conflict according to the diversity of the connection order set of the test node and the variance of the connectivity This has an adjusted performance.
  • connection order set of each test node constituting the Tanner graph of the LDPC code is uniform or the variance of the connectivity is small, the performance in the error-floor region is excellent, but the performance in the falling water region is poor.
  • the connection order set of check nodes constituting the Tanner graph of the LDPC code is ⁇ 2, 3, 3, 4 ⁇ and the connectivity is all equal to 12, or ii) the connection order of some check nodes.
  • the set is ⁇ 2, 3, 3, 4 ⁇ , the connectivity is 12, and the connection order set of the test nodes other than some of the check nodes is ⁇ 2, 2, 3, 4 ⁇ , and the connectivity is 11 per check node.
  • the connection order set and connectivity are somewhat different, but generally similar, they have good performance in the error-floor domain.
  • connection order set of each check node constituting the Tanner graph of the LDPC code is varied or the dispersion of connectivity is large, the performance in the error-floor region is poor, but the performance is excellent in the downpour region.
  • a check order set of some check nodes is ⁇ 2, 2, 2, 2 ⁇ , and has a connectivity of 8, and other check nodes other than the check nodes. If the connection order set of these is ⁇ 4, 4, 4, 4 ⁇ , and the connectivity is 16, if the connection order set is varied for each test node constituting the Tanner graph and the distribution of connectivity is large, it has excellent performance in the falling water region. .
  • FIG. 8 is a connectivity distribution diagram of a first LDPC code having 129 different connection order sets
  • FIG. 9 is a connectivity distribution diagram of a second LDPC code having 2021 different connection order sets
  • FIG. 10 is a 2446 different connection order set.
  • the first to third LDPC codes have the same length of the codeword, the same code rate, the same variable node order distribution, and the same check node order distribution.
  • the connection order set and the connectivity distribution of the check nodes of the first to third LDPC codes are different from each other. Table 1 below shows the number of different connection order sets appearing in the first to third LDPC codes.
  • the connectivity is widely spread in the order of the first LDPC code, the second LDPC code, and the third LDPC code.
  • 11 is a diagram illustrating a frame error rate curve of each of the first to third LDPC codes.
  • the third LDPC code has the best performance in the falling water region, and the second LDPC code shows the best performance, and the first LDPC code shows the poor performance. That is, the LDPC code having various connection order sets of check nodes, that is, a large number of different connection order sets, has a better performance in a falling water region.
  • the first LDPC code has the best performance
  • the second LDPC code has the best performance
  • the third LDPC code has the worst performance. That is, the LDPC code having a relatively uniform connection order set of the check node, that is, a small number of different connection order sets, has better performance in the error-floor region.
  • a fall / error-floor conflict is adjusted in consideration of the connection order set and the connectivity of the test node.
  • FIG. 12 is a frame error rate curve graph of a channel quality adaptive LDPC encoding / decoding method according to an embodiment of the present invention. That is, it is a graph illustrating a frame error rate curve of a communication device that selects an LDPC code having an optimal fall / error-floor conflict performance based on a stochastic characteristic on channel link quality.
  • the encoder of the LDPC code selects and encodes an LDPC code having excellent fall / error-floor conflict performance in the channel link quality in a situation where the quality of the channel link is known.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the LDPC coder according to the present invention has the same or similar codeword length, code rate, and order distribution, and has a different number of connected order set distributions and connectivity distributions, thereby showing different drop / error-floor conflict performance.
  • An LDPC code to be used for encoding is selected within the LDPC code group based on a stochastic characteristic on the quality of channel link using the group.
  • an encoder of a communication device using an LDPC code has three LDPC code groups having different falling / error-floor conflict performances.
  • the LDPC code group may include first to third LDPC codes of FIGS. 8 to 10.
  • error correction such as a frame error rate curve 1201 Have the ability.
  • overall performance improvement can be expected in data transmission throughput and final error rate of the communication system. That is, by adaptively selecting the LDPC code without being affected by the change in channel link quality, it always has an optimal error correction capability.
  • FIG. 13 is a flowchart of a parity check matrix generation method of an LDPC code according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a detailed flowchart of a condition determination step of FIG. 13.
  • a method of generating a parity check matrix of a low density parity check (LDPC) code is based on a channel link quality of a communication system using the LDPC code.
  • a condition setting step (S1310) of determining at least one of a connected-degree set condition and a connectivity condition of the check nodes based on the parity based on at least one of the determined connection order set condition and the connectivity condition A check matrix may be generated (S1320).
  • connection of check nodes to generate a parity check matrix of the LDPC code having the best error correction capability in the communication system Use order aggregation conditions, or connectivity conditions.
  • the condition setting step (S1310) includes determining a communication system to which the LDPC code is applied (S1410), and the average quality of the channel link of the determined communication system is higher than a predetermined quality criterion. Determining whether it is excellent (S1420), if the quality of the channel link is superior to a predetermined quality standard, as a result of the determination, minimizing the number of different connection order sets by uniformizing the connection order sets (S1430), Minimizing the variance of connectivity when the quality of the channel link is better than the preset quality criterion (S1440); when the quality of the channel link is worse than the predetermined quality criterion, varying the connection order set to diversify the different connection order Maximizing the number of sets (S1450); and maximizing the connectivity variance value if the quality of the channel links is worse than the preset quality criteria. It may include (S1450).
  • the communication system is determined and the average channel link quality of the determined communication system is determined. For example, it is determined whether the quality of the channel link between the transmitter and the receiver included in the communication system is generally low, or whether the quality of the channel link between the transmitter and the receiver is generally good.
  • the average quality of the determined channel link is compared with a predetermined quality criterion, and a connection order set or condition of connectivity is determined based on the comparison result.
  • the error rate curve of the LDPC code is divided into the downfall area 510 and the error-floor area 520 by the quality of the channel link, and the dispersion of the connectivity of the test nodes is large or the connection order set is high.
  • the channel link quality may be determined based on a bit energy-to-noise ratio (Eb / No), and is represented on the horizontal axis 501 of the graph of FIG. 5.
  • the preset quality criterion 540 includes a frame error rate curve of the LDPC code belonging to a waterfall region 510, and the quality criterion 540.
  • the frame error rate curve of the LDPC code may belong to an error-floor region 520.
  • the quality criterion 540 is compared with the quality of the channel link to determine whether the quality of the channel link is superior to the quality criterion 540 (S1420).
  • the connection order set condition is that if the channel link quality is worse than a preset quality criterion 540, the number of connection order sets of the test nodes is set to be larger than a preset connection order set criterion. If the channel link quality is superior to a preset quality criterion 540, the number of different connection order sets of the check nodes is less than the preset number of different connection order sets. It is possible to set the connection order set to be uniform (S1430). The preset different sets of connection order sets may be used to find and use different sets of connection order sets having similar error correction capability in the falling water region or the error-floor region through simulation.
  • the connectivity condition may be set such that when the channel link quality is worse than a preset quality criterion 540, the variance value of the connectivity of the test nodes is greater than a preset connectivity variance criterion (S1460). If the link quality is superior to the preset quality criterion 540, the distribution value of the connectivity of the check nodes may be set to be smaller than the preset connectivity dispersion value criterion (S1440).
  • the predetermined connectivity variance criterion may be used to find and use different connection order sets having similar error correction capability in the falling water region or the error-floor region through simulation.
  • the quality of the channel link can vary depending on the situation, so that using the parity check matrix of the first LDPC code has excellent error correction capability in the error-floor region when the quality of the channel link is good.
  • it has poor error correction capability in the falling down region, and using the parity check matrix of the second LDPC code has poor error correction capability in the error-floor region when the quality of the channel link is excellent.
  • a situation with excellent error correction capability may occur in the downpour area when the channel link quality is poor. Accordingly, there is a need for an LDPC code encoding method that selects a parity check matrix of an LDPC code adaptively to the quality of a channel link and always has an optimal error correction capability.
  • 15 is a flowchart of a method of encoding an LDPC code according to an embodiment of the present invention.
  • a method of encoding a low density parity check (LDPC) code includes inputting information data (S1501) and connecting order sets of check nodes. generating a parity check matrix of a predetermined number of LDPC codes different from at least one of a degree set condition and a connectivity condition (S1502), and selecting one parity check matrix from the generated number of parity check matrices And a step S1505 of generating a codeword by encoding the information data based on the selected parity check matrix.
  • S1501 information data
  • S1502 degree set condition and a connectivity condition
  • the step of selecting the parity check matrix may include measuring channel link quality of a communication system in which the LDPC code is used (S1503), and generating the predetermined number of parity check matrices based on the channel link quality.
  • the method may include selecting one parity check matrix having the best error correction capability (S1504).
  • Information data including information to be transmitted through a channel link of the communication system is input (S1501), and a predetermined number of parity check matrices are generated to encode the information data (S1502).
  • the parity check matrix of the LDPC code may generate a predetermined number of parity check matrices having different connection order aggregation conditions or connectivity conditions for adaptively selecting the quality of the channel link.
  • a parity check matrix of three LDPC codes is generated, and as described through Table 1, the parity check matrix of the first LDPC code has the number of 129 different connection order sets, and the parity of the second LDPC code.
  • the parity check matrix may have the number of 2021 different connection order sets, and the parity check matrix of the third LDPC code may have the number of 2445 different connection order sets.
  • the connectivity variance of the parity check matrices of the LDPC code is the smallest when the parity check matrix of the first LDPC code is used, and the parity check matrix of the second LDPC code and the third LDPC code.
  • the parity check matrix grows in order.
  • measuring the channel link quality may include estimating the channel link quality based on a stochastic characteristic of the channel link quality, which may include a signal-to-noise ratio (SNR). It can be characterized.
  • one of the generated parity check matrices having the best error correction capability is selected (S1504).
  • a frame error rate curve can be obtained for encoding using a parity matrix of each LDPC code through simulation.
  • the parity check matrix having the best error correction capability may be selected with reference to the frame error rate curve based on the measured or estimated channel link quality. For example, referring to FIG. 11, when the quality of the measured or estimated channel link is 1.0, the smallest frame error rate is shown when the parity check matrix of the second LDPC code is used (1120). The parity check matrix can be selected.
  • the selection criterion of the parity check matrix may use any criterion including not only the quality of the channel link described above but also the characteristics, state and type of the channel link.
  • a quality criterion may be set in advance, and one of the generated predetermined number of parity check matrices may be selected based on a result of comparing the quality criterion with the quality of the measured or estimated channel link.
  • the number of different connection order sets of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is larger than the preset connection order set number criterion.
  • a parity check matrix is selected, and if the measured or estimated channel link quality is superior to a preset quality criterion, the number of sets of different connection order sets of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is preset A parity check matrix may be selected that is smaller than the set number criterion.
  • the parity check of the generated variance of the connectivity of the test nodes is greater than the predetermined variance criterion of the connectivity among the predetermined number of parity check matrices.
  • the variance value of the connectivity of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is greater than the preset variance criterion of the connectivity. You can select a small parity check matrix.
  • the quality criterion of the LDPC code is that the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region when the channel link quality is poorer than the quality criterion, and the channel link quality is superior to the quality criterion.
  • the frame error rate curve may be characterized as belonging to an error-floor region.
  • the quality criterion 1140 may be set, and the number of different connection order sets may be set to 1000. Therefore, when the quality of the channel link exceeds 1.05, the parity check matrix of the first LDPC code having the number of 129 different connection order sets less than 1000, which is based on the preset number of connection order sets, is selected, and the quality of the channel link is selected. If less than 1.05, it is possible to select a parity check matrix of the third LDPC code having the number of 2446 different connection order sets greater than 1000, which is a preset number of connection order sets.
  • a plurality of quality standards may be set like the first quality standard and the second quality standard, and the interval may be set using the plurality of quality criteria to select a parity check matrix corresponding to each quality interval.
  • a codeword may be generated by encoding the information data based on the selected parity check matrix (S1505).
  • the codeword generation method may use a conventional LDPC code encoding method.
  • a frame error rate curve 1201 having an optimal error correction capability can be obtained. That is, by selecting the parity check matrix adaptively to the quality of the channel link, it is possible to solve the fall / error-floor conflict and obtain the encoding result of the LDPC code having the optimal error correction capability.
  • 16 is a block diagram of an apparatus for encoding an LDPC code, according to an embodiment of the present invention.
  • the LDPC code encoding apparatus includes an input unit 1610 for inputting information data, a connected-degree set condition of test nodes, or connectivity.
  • Parity check matrix generator 1620 for generating a parity check matrix of a predetermined number of LDPC codes having different conditions; a measurer 1630 for measuring channel link quality of a communication system in which the LDPC code is used;
  • a controller 1640 for selecting one parity check matrix having the best error correction capability among the generated predetermined number of parity check matrices based on quality, and encoding the information data based on the selected parity check matrix.
  • the encoder 1650 to generate and the communicator 1660 to transmit the generated codeword to the decoding apparatus through a channel link.
  • the measurement unit 1630 may estimate the channel link quality based on a stochastic characteristic of the channel link quality, which may include a signal-to-noise ratio (SNR).
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the controller 1640 may have a larger number of sets of different connection order sets of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices. If a parity check matrix is selected and the channel link quality is superior to a preset quality criterion, the number of different connection order sets of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is greater than the preset connection order set number criterion. You can choose a smaller parity check matrix.
  • the controller 1640 may have a variance value of the connectivity of the check nodes greater than a predetermined variance criterion of the connectivity among the predetermined number of parity check matrices.
  • a parity check matrix is selected, and if the channel link quality is superior to a preset quality criterion, the variance value of the connectivity of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is smaller than the preset variance criterion of connectivity. You can select a check matrix.
  • the quality criterion is that the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region when the channel link quality is poorer than the quality criterion, and the frame error rate of the LDPC code when the channel link quality is superior to the quality criterion.
  • the curve may be characterized as belonging to an error-floor region.
  • a detailed operation method of the encoding apparatus of the LDPC code according to the embodiment of the present invention is the same as the description of the encoding method of the LDPC code according to the embodiment of the present invention described above.
  • controller 1650 encoder

Abstract

The present invention relates to a design of a low-density parity-check (LDPC) code, which is used in various communication environments including data transmission and data compression, and relates to a method and an apparatus for designing an appropriate LDPC code in accordance with characteristics and requirements of an applied technology using the LDPC code and the quality of a channel link, and using same for error correction encoding/decoding. The method for designing the LDPC code, according to the present invention, is characterized by considering a connected-degree set, diversity of connectivity, and distribution of variable nodes that are connected to a check node on a Tanner graph, which visually displays a parity-check matrix of the LDPC code.

Description

채널 링크 품질 적응적 패리티 검사 행렬의 생성 방법, 이를 이용한 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법 및 부호화 장치Generation method of channel link quality adaptive parity check matrix, encoding method and encoding device of low density parity check code using the same
본 발명은 저밀도 패리티 검사(low-density parity-check, 이하 LDPC) 부호에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 LDPC 부호가 적용되는 기술의 특징 및 링크의 상태에 따라 적합한 LDPC 부호를 설계하고 이를 이용하여 오류 정정 부호화를 하는 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a low-density parity-check (LDPC) code, and more particularly, to design a suitable LDPC code according to the characteristics of the technology to which the LDPC code is applied and the link state The present invention relates to a method of performing error correction encoding and an apparatus for performing the same.
통신 시스템에서는 채널의 잡음(noise), 다중 경로에 따른 페이딩(fading) 및 간섭(interference)등으로 인해 송신기(transmitter)와 수신기(receiver)사이의 링크의 상태가 크게 나빠진다. 따라서 오늘날 고속의 데이터 처리량과 신뢰도를 요구하는 차세대 이동통신 및 멀티미디어 전송 시스템을 구현하기 위해서는 잡음, 페이딩 및 간섭 등을 극복하기 위한 기술이 반드시 수반되어야 한다. 이에 정보 이론이라는 수학적 기반 하에 정보의 왜곡을 효율적으로 복원하여 통신의 신뢰성을 높이는 오류 정정 부호(error-correcting codes)에 대한 연구가 현재까지 활발하게 진행되어 왔다.In a communication system, the state of a link between a transmitter and a receiver is greatly degraded due to channel noise, fading and interference along multiple paths. Therefore, in order to implement a next generation mobile communication and multimedia transmission system requiring high data throughput and reliability, a technique for overcoming noise, fading, and interference must be accompanied. To this end, researches on error-correcting codes that efficiently restore distortion of information under the mathematical basis of information theory to improve communication reliability have been actively conducted.
저밀도 패리티 검사(low-density parity-check, 이하 LDPC) 부호는 이론적인 통신 한계인 Shannon 채널 용량(channel capacity)에 근접하는 우수한 성능을 갖는다. 상기 우수한 성능으로 인해 IEEE 802.16m 모바일 와이맥스(mobile WiMAX) 및 IEEE 802.11 와이파이(Wi-Fi) 등 다양한 표준 기술들이 LDPC 부호를 오류 정정 부호로 채택하여 사용하고 있다.Low-density parity-check (LDPC) codes have good performance close to Shannon channel capacity, which is a theoretical communication limit. Due to the excellent performance, various standard technologies such as IEEE 802.16m mobile WiMAX and IEEE 802.11 Wi-Fi adopt LDPC codes as error correction codes.
각각의 LDPC 부호는 패리티 검사 행렬(parity-check matrix)로 정의되며, 이러한 패리티 검사 행렬은 시각적, 직관적인 이해를 위해 태너(Tanner) 그래프라는 이분(bipartite) 그래프로 표현될 수 있다. 상기 이분 그래프는 변수 노드(variable node) 집합, 검사 노드(check node) 집합 및 상기 변수 노드 집합과 검사 노드 집합의 원소들을 서로 연결하는 연결선(edge) 집합으로 구성된다. 상기 변수 노드는 부호화된 결과인 부호어(codeword)의 비트와 일대일로 대응되며, 상기 검사 노드는 부호어의 비트들의 대수적인 관계를 나타내는 패리티 검사 방정식(parity-check equation)에 대응된다. Each LDPC code is defined by a parity-check matrix, and the parity check matrix may be represented by a bipartite graph called a Tanner graph for visual and intuitive understanding. The bipartite graph includes a variable node set, a check node set, and a set of edges connecting elements of the variable node set and the check node set to each other. The variable node corresponds one-to-one with bits of a codeword that is a coded result, and the check node corresponds to a parity-check equation indicating an algebraic relationship between the bits of the codeword.
도 1은 4개의 행(row)과 8개의 열(column)로 이루어진 이진(binary) LDPC 부호의 패리티 검사 행렬의 예이다. 도 1을 참조하면 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬은 8개의 열을 가지고 있기 때문에 길이가 8인 부호어를 생성한다.1 is an example of a parity check matrix of a binary LDPC code consisting of four rows and eight columns. Referring to FIG. 1, since the parity check matrix of the LDPC code has eight columns, a codeword having a length of eight is generated.
도 2는 상기 도 1의 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬에 대응하는 태너(Tanner) 그래프이다. FIG. 2 is a Tanner graph corresponding to the parity check matrix of the LDPC code of FIG. 1.
도 2의 태너(Tanner) 그래프는 8개의 변수 노드 v1(201), v2(202), v3(203), v4(204), v5(205), v6(206), v7(207), v8(208)과 4개의 검사 노드 c1(211), c2(212), c3(213), c4(214) 및 이들을 연결하는 연결선들로 구성된다. 상기 태너(Tanner) 그래프의 연결선은 도 1의 패리티 검사 행렬에 따라 연결되는데, 패리티 검사 행렬의 i번째 행, j번째 열의 원소 hij의 값이 0이 아니면 j번째 변수 노드와 i번째 검사 노드가 연결선에 의해 연결된다.The Tanner graph of FIG. 2 shows eight variable nodes v1 201, v2 202, v3 203, v4 204, v5 205, v6 206, v7 207, and v8 ( 208 and four test nodes c1 211, c2 212, c3 213, c4 214 and connecting lines connecting them. The connection line of the Tanner graph is connected according to the parity check matrix of FIG. 1. If the value of the element h ij of the i th row and the j th column of the parity check matrix is not 0, the j th variable node and the i th check node are It is connected by connecting line.
상기 도 1 및 도 2와 같은 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬과 태너(Tanner) 그래프는 부호어의 길이 및 부호율(code rate)을 포함하는 기본적인 요소로 특징지어진다. 부호어의 길이 N은 패리티 검사 행렬의 열의 수이며, 태너(Tanner) 그래프에서는 변수 노드의 개수이다. 부호율 R은 패리티 검사 행렬에서 열의 수와 행의 수의 비율을 나타내며, 태너(Tanner) 그래프에서는 변수 노드의 개수 N과 검사 노드의 개수 M의 비율을 의미한다. 부호율은 하기의 수학식 1에 의해 계산된다.The parity check matrix and Tanner graph of an LDPC code as shown in FIGS. 1 and 2 are characterized by basic elements including the length and code rate of a codeword. The length N of the codeword is the number of columns of the parity check matrix, and the number of variable nodes in a Tanner graph. The code rate R represents the ratio of the number of columns and the number of rows in the parity check matrix, and the ratio of the number N of variable nodes and the number M of check nodes in a Tanner graph. The code rate is calculated by the following equation.
[규칙 제26조에 의한 보정 17.10.2012] 
수학식 1
Figure WO-DOC-MATHS-1
[Revision 17.10.2012 under Rule 26]
Equation 1
Figure WO-DOC-MATHS-1
상기 태너(Tanner) 그래프에서 변수 노드와 검사 노드의 차수(degree)는 각 노드에 연결되어 있는 연결선의 개수를 나타낸다. 변수 노드의 차수는 상기 패리티 검사 행렬에서 대응하는 열 배열에 존재하는 0이 아닌 원소의 개수이며, 검사 노드의 차수는 상기 패리티 검사 행렬에서 대응하는 행 배열에 존재하는 0이 아닌 원소의 개수이다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 변수 노드 v1(201), v2(202), v3(203), v4(204), v5(205), v6(206), v7(207) 및 v8(208)의 차수는 순서대로 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3 및 4이며, 검사 노드 c1(211), c2(212), c3(213) 및 c4(214)의 차수는 순서대로 6, 5, 5 및 5 이다. In the Tanner graph, the degree of a variable node and an inspection node represents the number of connection lines connected to each node. The order of the variable node is the number of nonzero elements present in the corresponding column array in the parity check matrix, and the order of the check node is the number of nonzero elements present in the corresponding row array in the parity check matrix. For example, referring to FIG. 2, variable nodes v1 201, v2 202, v3 203, v4 204, v5 205, v6 206, v7 207 and v8 208. The orders of) are 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, and 4 in order, and the order of test nodes c1 211, c2 212, c3 213, and c4 214 is 6 in order. , 5, 5 and 5.
LDPC 부호의 변수 노드 및 검사 노드 각각의 노드 관점(node perspective) 차수 분포(degree distribution)는 LDPC 부호에서 노드들이 갖는 차수의 확률적인 분포를 나타내는 지표이다. 여기서 λi는 차수가 i인 변수 노드의 개수와 전체 변수 노드의 개수 N의 비율을 나타내며, ρj는 차수가 j인 검사 노드의 개수와 전체 검사 노드의 개수 M의 비율을 나타낸다. 예를 들어, 상기 도 1과 도 2에 해당하는 LDPC 부호의 경우 변수 노드의 총 개수는 8이고, 차수가 각각 2, 3 및 4인 변수 노드의 개수는 4, 3 및 1이기 때문에 λ2=4/8, λ3=3/8, λ4=1/8 이 된다. 또한 검사 노드의 총 개수는 4이고, 차수가 각각 5, 6인 검사 노드의 개수는 3, 1 이기 때문에 ρ5=3/4, ρ6=1/4 이 된다. The node perspective degree distribution of each of the variable node and the check node of the LDPC code is an index indicating a probabilistic distribution of orders of nodes in the LDPC code. Where λ i represents the ratio of the number of variable nodes of order i to the number N of all variable nodes, and ρ j represents the ratio of the number of inspection nodes of degree j and the number M of all inspection nodes. For example, in the LDPC codes corresponding to FIGS. 1 and 2, since the total number of variable nodes is 8 and the number of variable nodes having orders 2, 3, and 4 is 4, 3, and 1, λ 2 = 4/8, λ 3 = 3/8, λ 4 = 1/8. In addition, since the total number of inspection nodes is 4, and the number of inspection nodes having orders 5 and 6 is 3 and 1, ρ 5 = 3/4 and ρ 6 = 1/4.
LDPC 부호의 차수 분포가 LDPC 부호의 모든 특징을 표현하지는 않는다. 즉, 동일한 차수 분포를 가지더라도 실제 연결 구성에 따라서 서로 다른 LDPC 부호가 만들어질 수 있다. 하지만 동일한 차수 분포를 갖는 LDPC 부호들은 동일한 점근적인 성능(asymptotic performance)을 갖는다. LDPC 부호의 점근적인 성능은 상응하는 태너(Tanner) 그래프에 순환고리(cycle)가 없다는 가정 아래, 즉 부호어의 길이가 무한대라는 가정 아래 LDPC 부호가 갖는 오류 정정 능력이다. 이와 같이 LDPC 부호의 차수 분포를 이용하여 점근적인 성능을 계산하는 과정을 밀도 진화(density evolution)이라고 한다.The order distribution of the LDPC code does not represent all the features of the LDPC code. That is, even if they have the same order distribution, different LDPC codes may be generated according to the actual connection configuration. However, LDPC codes with the same order distribution have the same asymptotic performance. The asymptotic performance of the LDPC code is the error correction capability of the LDPC code under the assumption that there is no cycle in the corresponding Tanner graph, that is, the length of the codeword is infinite. As described above, a process of calculating asymptotic performance using the order distribution of the LDPC code is called density evolution.
LDPC 부호의 일반적인 최적화 과정은 주어진 부호율에서 점근적인 성능이 우수한 차수 분포를 찾는 과정이다. 즉, 차수 분포를 변화시켜가며 밀도 진화로 점근적인 성능을 얻고, 이들 중 점근적인 성능이 우수한 차수 분포를 선택하는 것이다. 비록 이러한 최적화 과정이 점근적인 성능, 즉 부호어의 길이가 무한대라는 가정 아래 이루어지지만 성능의 경향은 부호어의 길이가 유한한 LDPC 부호에서도 비슷하게 나타난다. 즉, 우수한 점근적 성능의 차수 분포를 갖는 유한한 길이의 LDPC 부호는 열악한 점근적 성능의 차수 분포를 갖는 동일한 길이의 LDPC 부호에 비해서 일반적으로 성능이 우수하다.A general optimization process of LDPC codes is to find an order distribution with good asymptotic performance at a given code rate. In other words, the order distribution is obtained by changing the order distribution to obtain asymptotic performance through density evolution, and among these, select an order distribution having excellent asymptotic performance. Although this optimization process is performed under the assumption of asymptotic performance, i.e., the length of codeword is infinite, the performance tendency is similar in LDPC code with finite length of codeword. That is, an LDPC code of finite length with an order distribution of good asymptotic performance is generally superior to an LDPC code of equal length with an order distribution of poor asymptotic performance.
동일한 차수 분포를 갖는 LDPC 부호의 점근적인 성능은 모두 동일하다. 하지만 동일한 차수 분포를 갖는 LDPC 부호의 실질적인 성능은 달라질 수 있다. 즉, 유한한 길이를 갖는 LDPC 부호의 경우, 동일한 차수 분포를 갖더라도 실질적인 연결 구성에 따라서 성능의 편차가 발생할 수 있다. 따라서 실질적인 LDPC 부호의 설계에 있어서 동일 차수 분포를 갖는 LDPC 부호들 사이에서도 LDPC 부호를 사용하고자 하는 시스템의 특징 및 요구사항에 적합하고 우수한 성능을 갖는 LDPC 부호를 설계하는 것이 중요하다.The asymptotic performance of LDPC codes with the same order distribution is all the same. However, the actual performance of LDPC codes having the same order distribution may vary. That is, in the case of the LDPC code having a finite length, even if they have the same order distribution, the performance may vary depending on the actual connection configuration. Therefore, it is important to design an LDPC code having excellent performance that is suitable for the characteristics and requirements of a system which intends to use the LDPC code even among LDPC codes having the same order distribution in the actual LDPC code design.
상기 최적화된 LDPC 부호를 결정하기 위해 다양한 LDPC 부호의 설계 방법이 제시되었으나, 종래의 LDPC 부호를 이용한 부호화/복호화 기술의 경우 채널의 품질이 변화함에 따라 최적의 LDPC 부호가 변화하는 문제점이 있다. 즉, 채널 링크의 품질이 상대적으로 나쁜 범위로서, 채널 링크의 품질이 좋아짐에 따라 오류율 커브의 기울기가 급격하게 커지는 낙수 영역에서 우수한 성능을 보이는 LDPC 부호가 채널 링크의 품질이 상대적으로 좋은 범위로서, 오류율 커브의 기울기가 낙수 영역에 비해 급격하게 낮아지는 오류-마루 영역에서는 열악한 품질을 보이는 낙수/오류-마루 상충이 관찰된다. 그런데, 동일한 차수 분포를 갖는 LDPC 부호들 사이의 낙수/오류-마루 상충을 유발하는 요소는 아직까지 밝혀진 바 없다. In order to determine the optimized LDPC code, various LDPC codes have been proposed. However, in the conventional LDPC code encoding / decoding technique, there is a problem in that the optimal LDPC code changes as the channel quality changes. In other words, the quality of the channel link is relatively poor, and the LDPC code that shows excellent performance in the falling water region in which the slope of the error rate curve increases rapidly as the quality of the channel link improves is a range in which the quality of the channel link is relatively good. In the error-floor area, where the slope of the error rate curve is drastically lowered compared to the fall-off area, a poor quality fall / error-floor conflict is observed. However, the factors causing the fall / error-floor conflict between LDPC codes having the same order distribution have not been identified.
따라서, 낙수/ 오류-마루 상충을 유발하는 요소를 밝혀내고, 채널의 품질에 적응적으로 LDPC 부호를 선택함으로써 채널 링크의 품질과 무관하게 항상 우수한 오류 정정 능력을 갖는 LDPC 부호를 이용한 부호화/복호화 방법에 대한 연구가 필요하다. Therefore, the method of encoding / decoding using the LDPC code which has the excellent error correction capability regardless of the quality of the channel link by identifying the factors causing the fall / error-floor conflict and selecting the LDPC code adaptively to the quality of the channel. There is a need for research.
상기한 바와 같은 단점을 극복하기 위한 본 발명의 제 1 목적은 LDPC 부호가 사용될 통신 시스템의 특징 및 채널 링크의 품질에 따라 최적의 성능을 갖는 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 설계하는 방법을 제공하는 것이다. A first object of the present invention for overcoming the above disadvantages is to provide a method of designing a parity check matrix of an LDPC code having optimal performance according to the characteristics of a communication system in which an LDPC code is to be used and the quality of a channel link. .
또한, 본 발명의 제 2 목적은 부호화된 부호어가 전송되는 채널 링크의 품질에 적응적으로 패리티 검사 행렬을 선택하여 최적의 오류 정정 능력을 갖는 LDPC 부호의 부호화 방법을 제공하는 것이다. It is also a second object of the present invention to provide an LDPC code encoding method having an optimal error correction capability by selecting a parity check matrix adaptively to the quality of a channel link on which an encoded codeword is transmitted.
또한, 본 발명의 제 3 목적은 부호화된 부호어가 전송되는 채널 링크의 품질에 적응적으로 패리티 검사 행렬을 선택하여 최적의 오류 정정 능력을 갖는 LDPC 부호의 부호화 장치를 제공하는 것이다. It is also a third object of the present invention to provide an LDPC code encoding apparatus having an optimal error correction capability by selecting a parity check matrix adaptively to the quality of a channel link on which an encoded codeword is transmitted.
상술한 본 발명의 제 1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 저밀도 패리티 검사(LDPC, Low Density Parity Check) 부호의 패리티 검사 행렬을 생성하는 방법은 상기 LDPC 부호가 사용되는 통신 시스템의 채널 링크 품질을 기반으로 검사 노드들의 연결 차수 집합(connected-degree set) 조건 및 연결성(connectivity) 조건 중 적어도 하나를 결정하는 조건 설정 단계 및 상기 결정한 연결 차수 집합 조건 및 연결성 조건 중 적어도 하나를 기반으로 패리티 검사 행렬을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 연결 차수 집합 조건은 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 많도록 설정하는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 적도록 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 연결성 조건은 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값을 미리 설정한 연결성 분산값 기준보다 크도록 설정하는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값을 미리 설정한 연결성 분산값 기준보다 작도록 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 채널 링크 품질은 비트 에너지 대 잡음 비율(Eb/No)을 기반으로 판단하도록 할 수 있다. 여기서, 상기 품질 기준은 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 열악한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 낙수 영역(waterfall region)에 속하고, 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 우수한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 오류-마루 영역(error-floor region)에 속하는 것을 특징으로 할 수 있다. A method of generating a parity check matrix of a Low Density Parity Check (LDPC) code according to an embodiment of the present invention for achieving the first object of the present invention is that of the communication system using the LDPC code A condition setting step of determining at least one of a connected-degree set condition and a connectivity condition of the inspection nodes based on the channel link quality and based on at least one of the determined connection order set condition and the connectivity condition Generating a parity check matrix. Here, the connection order set condition may be set so that the number of different connection order sets of the check nodes is greater than a preset connection order set number criteria when the channel link quality is worse than a preset quality criterion. If the channel link quality is superior to a preset quality criterion, the number of different connection order sets of the check nodes may be set to be smaller than a preset connection order set number criterion. The connectivity condition may be set so that the distribution value of the connectivity of the check nodes is greater than a preset connectivity dispersion value criterion when the channel link quality is worse than a preset quality criterion. When the quality is superior to a preset quality criterion, the dispersion value of the connectivity of the check nodes may be set to be smaller than the preset connectivity dispersion value criterion. The channel link quality may be determined based on a bit energy to noise ratio (Eb / No). The quality criterion of the LDPC code is that the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region when the channel link quality is poorer than the quality criterion, and the channel link quality is superior to the quality criterion. The frame error rate curve may be characterized as belonging to an error-floor region.
상술한 본 발명의 제 2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 저밀도 패리티 검사(LDPC, Low Density Parity Check) 부호의 부호화 방법은 정보 데이터를 입력받는 단계, 검사 노드들의 연결 차수 집합(connected-degree set) 조건, 또는 연결성 (connectivity) 조건이 서로 다른 소정 개수의 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 생성하는 단계, 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 하나의 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계 및 상기 선택된 패리티 검사 행렬을 기반으로 상기 정보 데이터를 부호화하여 부호어를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 상기 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계는 상기 LDPC 부호가 사용되는 통신 시스템의 채널 링크 품질을 측정하는 단계 및 상기 채널 링크 품질을 기반으로 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 오류 정정 능력이 가장 우수한 하나의 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 상기 채널 링크 품질을 측정하는 단계는 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)를 포함할 수 있는 채널 링크 품질의 확률적 특성을 기반으로 상기 채널 링크 품질을 추정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 상기 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계는 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 많은 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있고, 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 적은 패리티 검사 행렬을 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계는 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값이 미리 설정한 연결성의 분산값 기준보다 큰 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있고, 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값이 미리 설정한 연결성의 분산값 기준보다 작은 패리티 검사 행렬을 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 품질 기준은 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 열악한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 낙수 영역(waterfall region)에 속하고, 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 우수한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 오류-마루 영역(error-floor region)에 속하는 것을 특징으로 할 수 있다. According to an embodiment of the present invention for encoding a low density parity check (LDPC) code according to an embodiment of the present invention, a method of receiving information data and a set of connection orders of inspection nodes ( generating a parity check matrix of a predetermined number of LDPC codes having different connected-degree set conditions, or connectivity conditions, selecting one parity check matrix from the generated predetermined number of parity check matrices; And encoding the information data based on the selected parity check matrix to generate a codeword. The selecting of the parity check matrix may include measuring channel link quality of a communication system in which the LDPC code is used and having an error correction capability of the predetermined number of parity check matrices based on the channel link quality. And selecting an excellent parity check matrix. The measuring of the channel link quality may include estimating the channel link quality based on a stochastic characteristic of the channel link quality, which may include a signal-to-noise ratio (SNR). Can be. The selecting of the parity check matrix may include selecting a number of sets of different connection order sets among the predetermined number of parity check matrices when the channel link quality is worse than a preset quality criterion. A parity check matrix may be selected that is larger than a set number criterion, and when the channel link quality is superior to a preset quality criterion, the number of different connection order sets of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is preset. It may be characterized by selecting a parity check matrix less than the connection order set number criterion. The selecting of the parity check matrix may include: when the channel link quality is worse than a preset quality criterion, a variance value of the connectivity set by the variance value of the connectivity of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices. A parity check matrix larger than a reference may be selected, and if the channel link quality is superior to a preset quality criterion, the variance value of the connectivity of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is preset. The parity check matrix smaller than the reference may be selected. The quality criterion is that the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region when the channel link quality is poorer than the quality criterion, and the frame error rate of the LDPC code when the channel link quality is superior to the quality criterion. The curve may be characterized as belonging to an error-floor region.
상술한 본 발명의 제 3 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 저밀도 패리티 검사(LDPC, Low Density Parity Check) 부호의 부호화 장치는, 정보 데이터를 입력받는 입력부, 검사 노드들의 연결 차수 집합(connected-degree set) 조건 및 연결성 (connectivity) 조건 중 적어도 하나가 서로 다른 소정 개수의 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 생성하는 패리티 검사 행렬 생성부, 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 하나의 패리티 검사 행렬을 선택하는 제어부 및 상기 선택된 패리티 검사 행렬을 기반으로 상기 정보 데이터를 부호화하여 부호어를 생성하는 부호화부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 부호화 장치는 상기 LDPC 부호가 사용되는 통신 시스템의 채널 링크 품질을 측정하는 측정부를 더 포함하되,상기 제어부는 상기 채널 링크 품질을 기반으로 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 오류 정정 능력이 가장 우수한 하나의 패리티 검사 행렬을 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 측정부는 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)를 포함할 수 있는 채널 링크 품질의 확률적 특성을 기반으로 상기 채널 링크 품질을 추정할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 많은 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있고, 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 적은 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값이 미리 설정한 연결성의 분산값 기준보다 큰 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있고, 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값이 미리 설정한 연결성의 분산값 기준보다 작은 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있다. 상기 품질 기준은 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 열악한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 낙수 영역(waterfall region)에 속하고, 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 우수한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 오류-마루 영역(error-floor region)에 속하는 것을 특징으로 할 수 있다.A low density parity check (LDPC) encoding apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the third object of the present invention includes an input unit for receiving information data and a set of connection order of check nodes. a parity check matrix generator for generating a parity check matrix of a predetermined number of LDPC codes having at least one of a connected-degree set condition and a connectivity condition, and a parity of one of the generated number of parity check matrices; And a control unit for selecting a parity check matrix, and an encoding unit for generating a codeword by encoding the information data based on the selected parity check matrix. The encoding apparatus may further include a measuring unit measuring a channel link quality of a communication system in which the LDPC code is used, wherein the controller is configured to correct an error in a predetermined number of parity check matrices based on the channel link quality. The best parity check matrix may be selected. The measurement unit may estimate the channel link quality based on a stochastic characteristic of the channel link quality, which may include a signal-to-noise ratio (SNR). The controller may be further configured to determine that the number of different connection order sets of the check nodes is greater than the predetermined number of connection order sets based on the predetermined number of parity check matrices when the channel link quality is worse than a preset quality criterion. A check matrix can be selected, and if the channel link quality is superior to a predetermined quality criterion, the number of different connection order sets of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is greater than the preset connection order set number criteria. You can choose a smaller parity check matrix. The control unit may further include a parity check matrix having a variance value of the connectivity of the check nodes greater than a preset variance criterion of the predetermined number of parity check matrices when the channel link quality is worse than a preset quality criterion. When the channel link quality is better than the predetermined quality criterion, the parity check matrix of the generated number of parity check matrix is smaller than the dispersion value of the connectivity of the preset connection node of the predetermined number of parity check matrix Can be selected. The quality criterion is that the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region when the channel link quality is poorer than the quality criterion, and the frame error rate of the LDPC code when the channel link quality is superior to the quality criterion. The curve may be characterized as belonging to an error-floor region.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬의 생성 방법, 이를 이용한 LDPC 부호의 부호화 방법 및 장치에 따르면, 검사 노드에 연결되는 변수 노드의 차수 집합을 의미하는 연결 차수 집합과(connected-degree set)과 차수 합을 의미하는 연결성(connectivity)의 다양성 및 분포도를 고려하여 LDPC 부호가 사용되는 통신 시스템의 특성에 맞는 패리티 검사 행렬을 생성할 수 있다. 또한, LDPC 부호를 사용하는 통신 및 압축 시스템에서 오류 정정 부호화를 수행하는데 있어서, LDPC 부호로 부호화된 정보가 전송되는 채널 링크의 품질에 따라 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있다. According to the method of generating a parity check matrix of an LDPC code according to an embodiment of the present invention, and a method and apparatus for encoding an LDPC code using the same, a connected order set means a set of orders of a variable node connected to a check node. A parity check matrix can be generated in accordance with the characteristics of a communication system using an LDPC code in consideration of the diversity and distribution of connectivity, meaning -degree set) and order sum. Further, in performing error correction encoding in a communication and compression system using an LDPC code, a parity check matrix may be selected according to the quality of a channel link through which information encoded with an LDPC code is transmitted.
따라서, LDPC 부호를 이용한 오류 정정 부호화에 있어서 낙수/오류-마루 상충을 조절할 수 있다. 즉, 단일한 LDPC 부호를 사용할 경우 채널 링크의 품질이 변화함에 따라 상대적으로 열악한 오류 정정 능력을 갖게 되는 문제를 해결하고, 채널 링크의 품질에 무관하게 항상 최적의 오류 정정 능력을 갖는 오류 정정 부호화를 수행할 수 있다. Therefore, the fall / error-floor conflict can be adjusted in the error correction coding using the LDPC code. In other words, using a single LDPC code solves the problem of having relatively poor error correction ability as the channel link quality changes, and uses error correction coding that always has an optimal error correction capability regardless of the channel link quality. Can be done.
도 1은 부호어의 길이 8, 부호율 1/2의 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬의 예시도이다. 1 is an exemplary diagram of a parity check matrix of an LDPC code having a length of a codeword of 8 and a code rate of 1/2.
도 2는 도 1의 패리티 검사 행렬의 예에 상응하는 태너(Tanner) 그래프의 예시도이다. FIG. 2 is an exemplary diagram of a Tanner graph corresponding to the example of the parity check matrix of FIG. 1.
도 3은 LDPC 부호의 태너(Tanner) 그래프에서의 순환 고리의 예시도이다.3 is an illustration of a circular ring in a Tanner graph of an LDPC code.
도 4는 설계 중에 있는 LDPC 부호의 태너(Tanner) 그래프 및 상기 태너 그래프에 상응하여 임의의 변수 노드를 뿌리로 하는 확장 트리의 예시도이다. 4 is an exemplary diagram of a Tanner graph of an LDPC code under design and an extended tree rooted at an arbitrary variable node corresponding to the Tanner graph.
도 5는 서로 다른 낙수/오류-마루 상충 성능을 갖는 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브 그래프이다. 5 is a frame error rate curve graph of an LDPC code having different downpour / error-floor conflict performance.
도 6은 태너 그래프에서 검사 노드의 연결 차수 집합의 예시도이다. 6 is an exemplary diagram of a set of connection orders of test nodes in a Tanner graph.
도 7은 태너 그래프에서 검사 노드의 연결성의 예시도이다. 7 is an exemplary diagram of connectivity of test nodes in a Tanner graph.
도 8은 서로 다른 연결 차수 집합이 129개인 제 1 LDPC 부호의 연결성 분포도이다. 8 is a connectivity distribution diagram of a first LDPC code having 129 different sets of connection orders.
도 9는 서로 다른 연결 차수 집합이 2021개인 제 2 LDPC 부호의 연결성 분포도이다. 9 is a connectivity distribution diagram of a second LDPC code having 2021 sets of different link orders.
도 10은 서로 다른 연결 차수 집합이 2446개인 제 3 LDPC 부호의 연결성 분포도이다. 10 is a connectivity distribution diagram of a third LDPC code having 2446 different order sets.
도 11은 도 8, 도 9 및 도 10의 제 1 LDPC 부호, 제 2 LDPC 부호 및 제 3 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브 그래프이다. 11 is a frame error rate curve graph of the first LDPC code, the second LDPC code, and the third LDPC code of FIGS. 8, 9, and 10.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 품질 적응적 LDPC 부호화/복호화 방법의 프레임 오류율 커브 그래프이다. 12 is a frame error rate curve graph of a channel quality adaptive LDPC encoding / decoding method according to an embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬 생성 방법의 흐름도이다. 13 is a flowchart of a method of generating a parity check matrix of an LDPC code according to an embodiment of the present invention.
도 14는 도 13의 조건 결정 단계의 상세 흐름도이다. 14 is a detailed flowchart of the condition determination step of FIG. 13.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 부호화 방법의 흐름도이다. 15 is a flowchart of a method of encoding an LDPC code according to an embodiment of the present invention.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 부호화 장치의 블록도이다. 16 is a block diagram of an apparatus for encoding an LDPC code, according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that another component may be present in the middle. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present disclosure does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. In the following description of the present invention, the same reference numerals are used for the same elements in the drawings and redundant descriptions of the same elements will be omitted.
LDPC 부호의 설계는 설계 요소(design factors)를 바탕으로 이루어진다. LDPC 부호가 사용될 통신 시스템의 특징에 따라 부호어의 길이 N과 부호율 R이 결정되며, 결정된 부호율에서 우수한 점근적 성능을 갖는 차수 분포(degree distribution)가 선택된다. 이러한 설계 요소를 바탕으로 실제 사용 가능한 LDPC 부호, 즉 유한한 길이의 LDPC 부호를 설계하는데 있어서 중요한 점은 짧은 길이의 순환 고리(cycle)를 최소한으로 생성하는 것이다. 순환 고리는 하나의 노드로부터 시작하여 다른 노드들을 거쳐 다시 자신의 노드로 연결되는 연결선의 집합이다. The design of the LDPC code is based on design factors. The length N and code rate R of the codeword are determined according to the characteristics of the communication system in which the LDPC code is to be used, and a degree distribution having excellent asymptotic performance at the determined code rate is selected. Based on these design elements, an important point in designing a practically usable LDPC code, that is, a finite length LDPC code, is to generate a short cycle of minimum length. A circular ring is a set of connecting lines that start from one node and then through other nodes to its own node.
도 2는 도 1의 패리티 검사 행렬의 예에 상응하는 태너(Tanner) 그래프의 예시도이고, 도 3은 도 2의 태너 그래프에서의 순환 고리의 예시도이다.FIG. 2 is an exemplary diagram of a Tanner graph corresponding to the example of the parity check matrix of FIG. 1, and FIG. 3 is an exemplary diagram of a circular ring in the Tanner graph of FIG. 2.
도 3을 참조하면, 변수 노드 v1(301)로부터 검사 노드 c1(311), 변수 노드 v5(305), 검사 노드 c2(312)를 거쳐 다시 변수 노드 v1(301)으로 연결되는 연결선은 순환 고리(320)를 구성한다. 순화 고리의 길이는 순환 고리를 구성하는 연결선의 개수로, 도 3의 순환 고리(320)의 길이는 4이다. LDPC 부호의 태너 그래프(Tanner graph)에 순환 고리가 많을수록, 그리고 순환 고리의 길이가 짧을수록 오류-마루(error-floor)라고 불리는 현상이 발생할 확률이 커진다. LDPC 부호는 채널 링크의 품질이 좋아짐에 따라 지수적으로(exponentially) 향상되는 오류 정정 능력을 갖는데, 오류-마루 현상은 채널 링크의 품질이 좋아지는 정도에 비해 오류 정정 능력이 크게 향상되지 않는 현상을 말한다. 순환 고리의 확장된 개념인 정지 집합(stopping set) 및 트랩 집합(trapping set) 또한 LDPC 부호의 오류-마루 현상에 영향을 미친다. Referring to FIG. 3, a connection line connected from the variable node v1 301 to the variable node v1 301 through the test node c1 311, the variable node v5 305, and the test node c2 312 is again connected to a circular loop ( 320). The length of the purified ring is the number of connecting lines constituting the circulation ring, and the length of the circulation ring 320 of FIG. 3 is four. The more loops in the Tanner graph of the LDPC code, and the shorter the length of the loops, the greater the probability of occurrence of a phenomenon called error-floor. The LDPC code has an error correction capability that is exponentially improved as the quality of the channel link is improved. The error-floor phenomenon is a phenomenon in which the error correction capability is not significantly improved compared to the degree of improvement in the quality of the channel link. . Stopping sets and trapping sets, which are extended concepts of circular loops, also affect the error-floor behavior of LDPC codes.
유한한 부호어의 길이를 갖는 LDPC 부호를 설계하는 있어서 순환 고리를 비롯한 정지 집합 및 트랩 집합은 필연적으로 생성된다. 따라서 부호어의 길이, 부호율 및 차수 분포 등 주어진 설계 요소를 바탕으로 LDPC 부호를 설계하는데 있어서 설계된 LDPC 부호 내의 순환 고리를 비롯한 정지 집합 및 트랩 집합의 크기를 줄이는 것이 중요하게 여겨진다. In designing LDPC codes with finite codeword lengths, stop sets and trap sets, including circular loops, are necessarily generated. Therefore, it is important to reduce the size of the stop set and trap set including the circular loop in the designed LDPC code in designing the LDPC code based on the given design elements such as code length, code rate and order distribution.
도 4는 LDPC 부호를 설계하는 데 있어서 순환 고리의 크기를 키우는 방법 중 하나인 점진적 연결 구성(progressive-edge-growth, PEG)의 예를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of progressive-edge-growth (PEG), which is one of methods for increasing the size of a circular ring in designing an LDPC code.
도 4를 참조하면, 설계 요소로써 주어진 차수 분포에 따라 변수 노드의 차수를 미리 정한 뒤, 각 변수 노드마다 순차적으로 정해진 차수만큼의 연결선을 검사 노드에 연결한다. 상기 도 4의 태너(Tanner) 그래프(401)의 상태를 참조하면, 변수 노드 v1(411), v2(412), v3(413) 및 v4(414)는 정해진 차수만큼의 연결선을 검사 노드에 연결한 상태이다. 변수 노드 v5(415)는 검사 노드 c1(421)에 하나의 연결선을 연결하였으며, 두 번째 연결선을 어떤 검사 노드에 연결할지 정해야 하는 차례이다. 설계의 목표는 새로운 연결선을 놓음으로써 만들어지는 순환 고리의 길이를 최대로 하는 것이다. 따라서 변수 노드 v5(415)는 자신으로부터 각 변수 노드 및 검사 노드의 거리를 살펴보기 위한 확장 트리(spreading tree)를 구성한다. 도 4의 확장 트리(402)를 참조하면, 변수 노드 v5(415)로부터 가장 멀리 떨어진 검사 노드는 c3(423)이다. 따라서 새 연결선을 변수 노드 v5(415)와 c3(423)사이에 연결한다면, 새로운 연결선으로 인해 구성되는 순환 고리의 크기가 최대화된다. 이러한 과정은 LDPC 부호의 설계 과정에 있어서 필연적으로 수행되는 동작이다. Referring to FIG. 4, the order of a variable node is determined according to a degree distribution given as a design element, and then a connection line corresponding to a predetermined order for each variable node is sequentially connected to the inspection node. Referring to the state of the Tanner graph 401 of FIG. 4, the variable nodes v1 411, v2 412, v3 413, and v4 414 connect connection lines of a predetermined order to the test node. It is a state. The variable node v5 415 connects one connection line to the inspection node c1 421, and it is time to determine which inspection node to connect the second connection line to. The goal of the design is to maximize the length of the loop that is created by placing new connections. Accordingly, the variable node v5 415 constructs a spreading tree for looking at the distance of each variable node and the check node from itself. Referring to the extension tree 402 of FIG. 4, the test node farthest from the variable node v5 415 is c3 423. Therefore, if the new connection line is connected between the variable nodes v5 415 and c3 423, the size of the circular ring formed by the new connection line is maximized. This process is inevitably performed in the design process of the LDPC code.
도 5는 서로 다른 낙수/오류-마루 상충 성능을 갖는 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브 그래프이다. 즉, 동일한 차수 분포를 갖지만 연결 구성은 다른 두 LDPC 부호의 성능을 나타내는 프레임 오류율(frame error rate, FER)커브 그래프를 도시한 도면이다.5 is a frame error rate curve graph of an LDPC code having different downpour / error-floor conflict performance. That is, a diagram showing a frame error rate (FER) curve graph indicating the performance of two LDPC codes having the same order distribution but different connection configurations.
도 5의 그래프를 참조하면, 가로축(501)은 채널 링크의 품질을 나타내는 비트 에너지 대 잡음 비율이며 값이 클수록 채널 링크의 품질이 좋고, 값이 작을수록 채널 링크의 품질이 나쁘다. 또한 세로축(502)은 각 채널 링크의 품질에서 LDPC 부호를 사용했을 때 복원이 실패할 평균적인 확률을 나타내며 값이 작을수록 LDPC 부호의 성능이 우수하다. 채널 링크의 품질이 좋을수록 LDPC 부호를 사용했을 때 복원이 실패할 평균적인 확률이 낮아지며, 채널 링크의 품질이 나쁠수록 LDPC 부호를 사용했을 때 복원이 실패할 평균적인 확률이 높아진다. Referring to the graph of FIG. 5, the horizontal axis 501 is a bit energy-to-noise ratio indicating the quality of the channel link. The larger the value, the better the quality of the channel link, and the smaller the value, the worse the quality of the channel link. In addition, the vertical axis 502 represents the average probability of restoration failure when the LDPC code is used in the quality of each channel link. The smaller the value, the better the performance of the LDPC code. The higher the quality of the channel link, the lower the average probability of restoration failure when the LDPC code is used. The worse the quality of the channel link, the higher the average probability of restoration failure when the LDPC code is used.
도 5의 그래프를 참조하면, LDPC 부호의 성능 그래프는 크게 낙수 영역(waterfall region, 510)과 오류-마루 영역(error-floor region, 520)으로 나뉜다. 낙수 영역(510)은 채널 링크의 품질이 상대적으로 나쁜 범위에서 채널 링크의 품질이 좋아짐에 따라 오류율 커브의 기울기가 급격하게 커지는 영역이다. 오류-마루 영역(520)은 채널 링크의 품질이 상대적으로 좋은 범위에서 오류율 커브의 기울기가 낙수 영역에 비해 급격하게 낮아지는 영역이다.Referring to the graph of FIG. 5, the performance graph of the LDPC code is largely divided into a waterfall region 510 and an error-floor region 520. The downpour area 510 is an area where the slope of the error rate curve increases rapidly as the quality of the channel link improves in a range where the quality of the channel link is relatively poor. The error-floor area 520 is an area where the slope of the error rate curve is drastically lower than that of the downfall area in a range where the quality of the channel link is relatively good.
도 5의 그래프를 참조하면, 서로 다른 LDPC 부호가 동일한 부호어의 길이와 동일한 차수 분포를 갖더라도 실질적인 태너(Tanner) 그래프의 연결 구성에 따라 다른 오류 성능을 갖는다. 특히 낙수 영역(510)에서의 성능이 우수하면 오류-마루 영역(520)에서 성능이 열악하고, 오류-마루 영역(520)에서의 성능이 우수하면 낙수 영역(510)에서의 성능이 열악한 낙수/오류-마루 상충(tradeoff between waterfall and error-floor)이 관찰된다. 즉, LDPC 부호 1을 나타내는 그래프(531) 및 LDPC 부호 2를 나타내는 그래프(532)를 관찰하면, 낙수 영역(510)에서는 LDPC 부호 2를 이용할 경우 더 우수한 성능을 보이며, 오류-마루 영역(520)에서는 LDPC 부호 1을 이용할 경우 더 우수한 성능을 보인다. Referring to the graph of FIG. 5, even though different LDPC codes have the same length of the same codeword and the same order distribution, different LDPC codes have different error performances according to the concatenated configuration of the Tanner graph. In particular, when the performance in the downpour area 510 is excellent, the performance is poor in the error-floor area 520, and when the performance in the error-floor area 520 is excellent, the performance in the downpour area 510 is poor. A tradeoff between waterfall and error-floor is observed. That is, when the graph 531 representing the LDPC code 1 and the graph 532 representing the LDPC code 2 are observed, the falling water region 510 shows better performance when the LDPC code 2 is used, and the error-floor area 520 is used. In the case of using LDPC code 1, it shows better performance.
서로 다른 차수 분포를 갖는 유한한 길이의 LDPC 부호들 사이의 낙수/오류-마루 상충은 차수-2 변수 노드의 비율을 변화시켜 조절할 수 있다. 하지만 동일한 차수 분포를 갖는 LDPC 부호들 사이의 낙수/오류-마루 상충을 유발하는 요소는 아직 밝혀진 바 없다. Drop / error-floor conflicts between finite length LDPC codes with different order distributions can be controlled by varying the ratio of order-2 variable nodes. However, the factors causing the fall / error-floor conflict between LDPC codes having the same order distribution have not yet been identified.
동일한 차수 분포를 갖는 유한한 길이의 LDPC 부호에서 낙수/오류-마루 상충을 조절할 수 있다면 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템의 특징과 채널 링크의 품질에 따라 적합한 LDPC 부호를 설계할 수 있다. 즉, LDPC 부호의 부호율이 주어진 상태에서 밀도 진화를 이용한 점근적인 성능 분석을 통해 LDPC 부호의 차수 분포를 최적화한 뒤, 통신 시스템의 특징과 요구 사항 및 채널 링크의 품질에 따라 적합한 낙수/오류-마루 상충 특성을 갖는 LDPC 부호를 설계하면 시스템의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있다. If it is possible to control the fall / error-floor conflict in the finite length LDPC code with the same order distribution, the LDPC code can be designed according to the characteristics of the communication system using the LDPC code and the quality of the channel link. In other words, the order distribution of LDPC codes is optimized through asymptotic performance analysis using density evolution under a given code rate of LDPC codes, and then suitable drop / error-according to the characteristics and requirements of the communication system and the quality of the channel link. Designing LDPC codes with floor conflict features can improve the overall performance of the system.
예를 들어, 송신기와 수신기 사이의 채널 링크의 품질이 대체적으로 낮다면 낙수 영역(510)에서 보다 우수한 성능을 갖는 LDPC 부호를 사용하여 링크의 평균적인 신뢰성 향상을 꾀할 수 있다. 반면에 송신기와 수신기 사이의 채널 링크 품질이 대체적으로 좋다면 오류-마루 영역(520)에서 우수한 성능을 갖는 LDPC 부호를 사용하여 링크의 평균적인 신뢰성 향상을 꾀할 수 있다. For example, if the quality of the channel link between the transmitter and the receiver is generally low, the average reliability of the link can be improved by using an LDPC code having better performance in the downfall region 510. On the other hand, if the channel link quality between the transmitter and the receiver is generally good, the average reliability of the link can be improved by using an LDPC code having excellent performance in the error-floor region 520.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 설계 방법은 부호어의 길이, 부호율 및 차수 분포가 주어졌을 때 LDPC 부호의 설계 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 설계 방법은 동일한 부호어의 길이, 부호율 및 차수 분포를 갖더라도 통신 시스템의 특징에 따라 적합한 성능을 갖는 LDPC 부호의 설계 방법을 제공한다.Accordingly, the method of designing an LDPC code according to an embodiment of the present invention provides a method of designing an LDPC code when a length, a code rate, and an order distribution of a codeword are given. In addition, the LDPC code design method according to an embodiment of the present invention provides a design method of the LDPC code having a suitable performance according to the characteristics of the communication system even if the same codeword length, code rate, and order distribution.
본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서 본 발명이 이용하는 개념으로서, 연결 차수 집합(connected-degree set)과 연결성(connectivity)을 이하에서 설명한다. Prior to describing an embodiment of the present invention, a connected-degree set and connectivity will be described below as a concept used by the present invention.
도 6은 태너 그래프에서 검사 노드의 연결 차수 집합의 예시도이다. 즉, 임의의 태너 그래프에서 하나의 검사 노드를 뿌리(root)로 하여 그려진 확장 트리에서 연결 차수 집합(connected-degree set)의 예를 표시한 도면이다.6 is an exemplary diagram of a set of connection orders of test nodes in a Tanner graph. That is, a diagram showing an example of a connected-degree set in an extension tree drawn with one test node as a root in an arbitrary Tanner graph.
도 6을 참조하면, LDPC 부호의 태너 그래프에서 한 검사 노드의 연결 차수 집합은 해당 검사 노드와 하나의 연결선으로 이어진 변수 노드들의 차수들의 집합이다. 예를 들어, 상기 도 6에서 검사 노드 c1(601)에 연결선 하나로 연결된 변수 노드는 v1(611), v2(612), v3(613) 및 v4(614)로 총 4개이다. 이 변수 노드의 차수는 각각 v1(611)이 2, v2(612)가 3, v3(613)이 3, v4(614)가 4이다. 따라서 검사 노드 c1(601)의 연결 차수 집합은 {2, 3, 3, 4} 이다.Referring to FIG. 6, in the Tanner graph of an LDPC code, a connection order set of one test node is a set of orders of variable nodes connected to the test node and one connection line. For example, in FIG. 6, the number of variable nodes connected to the test node c1 601 as one connection line is v1 611, v2 612, v3 613, and v4 614. The order of this variable node is v1 611 is 2, v2 612 is 3, v3 613 is 3 and v4 614 is 4, respectively. Accordingly, the connection order set of the check node c1 601 is {2, 3, 3, 4}.
도 7은 태너 그래프에서 검사 노드의 연결성의 예시도이다. 즉, 상기 도 6과 같은 태너(Tanner) 그래프에서 하나의 검사 노드를 뿌리로 하여 그려진 확장 트리에서 연결성(connectivity)의 예를 표시한 도면이다.7 is an exemplary diagram of connectivity of test nodes in a Tanner graph. That is, an example of connectivity is shown in an extension tree drawn with one test node as a root in a Tanner graph as shown in FIG. 6.
도 7을 참조하면, LDPC 부호의 태너(Tanner) 그래프에서 한 검사 노드의 연결성은 해당 검사 노드와 하나의 연결선으로 이어진 변수 노드들의 차수들에서 1을 뺀 값의 총합이다. 예를 들어, 상기 도 7에서 검사 노드 c1(701)에 연결선 하나로 연결된 변수 노드는 v1(711), v2(712), v3(713) 및 v4(714)로 총 4개이다. 이 변수 노드의 차수는 각각 v1(711)이 2, v2(712)가 3, v3(713)이 3, v4(714)가 4이다. 따라서 검사 노드 c1(701)의 연결성은 (2-1), (3-1), (3-1) 및 (4-1)의 값을 더한 1+2+2+3=8 이다. 또한, 연결성은 길이 4의 순환 고리가 없다는 전제 하에 검사 노드 c1(701)을 뿌리로 확장 트리를 그렸을 때 깊이 2에 위치한 검사 노드(703)의 수이다. Referring to FIG. 7, the connectivity of a test node in a Tanner graph of an LDPC code is a sum of subtracting 1 from orders of variable nodes connected to the test node and one connection line. For example, in FIG. 7, four variable nodes are connected to the test node c1 701 with one connection line, that is, v1 711, v2 712, v3 713, and v4 714. The order of this variable node is v1 711 is 2, v2 712 is 3, v3 713 is 3 and v4 714 is 4, respectively. Therefore, the connectivity of the check node c1 701 is 1 + 2 + 2 + 3 = 8 plus the values of (2-1), (3-1), (3-1) and (4-1). Also, connectivity is the number of test nodes 703 located at depth 2 when drawing an extension tree rooted at test node c1 701 under the premise that there are no circular rings of length 4.
본 발명의 실시 예에 따른 LDPC 부호의 설계 방법은 부호어의 길이, 부호율 및 차수 분포가 주어졌을 때 LDPC 부호를 설계하는데 있어서, 기존에는 고려하지 않았던 검사 노드의 상기 연결 차수 집합과 연결성을 고려한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호는 동일한 부호어의 길이, 동일한 부호율 및 동일 또는 유사한 차수 분포를 갖더라도 검사 노드의 연결 차수 집합의 다양성 및 연결성의 분산값에 따라 낙수/오류-마루 상충이 조절된 성능을 갖는다. In the LDPC code design method according to an embodiment of the present invention, in designing an LDPC code when a length, a code rate, and an order distribution of a codeword are given, the connection order set and connectivity of a check node, which have not been previously considered, are considered. . LDPC code according to an embodiment of the present invention, even if the same codeword length, the same code rate and the same or similar order distribution according to the fall / error-floor conflict according to the diversity of the connection order set of the test node and the variance of the connectivity This has an adjusted performance.
LDPC 부호의 태너(Tanner) 그래프를 구성하는 각각의 검사 노드의 연결 차수 집합의 형태가 균일하거나 연결성의 분산이 작다면 오류-마루 영역에서의 성능은 우수하지만 낙수 영역에서는 성능이 열악하다. 예를 들어, i) LDPC 부호의 태너(Tanner) 그래프를 구성하는 검사 노드들의 연결 차수 집합이 {2, 3, 3, 4} 이고 연결성은 12로 모두 동일한 경우 또는 ii) 일부 검사 노드들의 연결 차수 집합은 {2, 3, 3, 4}, 연결성은 12이고 상기 일부 검사 노드 이외의 다른 검사 노드들의 연결 차수 집합은 {2, 2, 3, 4}, 연결성은 11인 경우와 같이 검사 노드마다 연결 차수 집합와 연결성은 다소 다르지만 대체로 비슷한 경우 오류-마루 영역에서 우수한 성능을 갖는다. If the form of the connection order set of each test node constituting the Tanner graph of the LDPC code is uniform or the variance of the connectivity is small, the performance in the error-floor region is excellent, but the performance in the falling water region is poor. For example, i) the connection order set of check nodes constituting the Tanner graph of the LDPC code is {2, 3, 3, 4} and the connectivity is all equal to 12, or ii) the connection order of some check nodes. The set is {2, 3, 3, 4}, the connectivity is 12, and the connection order set of the test nodes other than some of the check nodes is {2, 2, 3, 4}, and the connectivity is 11 per check node. The connection order set and connectivity are somewhat different, but generally similar, they have good performance in the error-floor domain.
반면, LDPC 부호의 태너(Tanner) 그래프를 구성하는 각 검사 노드의 연결 차수 집합의 형태가 다양하거나 연결성의 분산이 크다면 오류-마루영역에서의 성능은 열악하지만 낙수 영역에서는 성능이 우수하다. 예를 들어, LDPC 부호의 태너(Tanner) 그래프를 구성하는 검사 노드들 중 일부 검사 노드들의 연결 차수 집합이 {2, 2, 2, 2}, 연결성이 8이고 상기 일부 검사 노드 이외의 다른 검사 노드들의 연결 차수 집합은 {4, 4, 4, 4}, 연결성은 16인 경우와 같이 상기 태너 그래프를 구성하는 검사 노드마다 연결 차수 집합이 다양하고 연결성의 분산이 크다면 낙수 영역에서 우수한 성능을 갖는다.On the other hand, if the form of the connection order set of each check node constituting the Tanner graph of the LDPC code is varied or the dispersion of connectivity is large, the performance in the error-floor region is poor, but the performance is excellent in the downpour region. For example, among the check nodes constituting the Tanner graph of the LDPC code, a check order set of some check nodes is {2, 2, 2, 2}, and has a connectivity of 8, and other check nodes other than the check nodes. If the connection order set of these is {4, 4, 4, 4}, and the connectivity is 16, if the connection order set is varied for each test node constituting the Tanner graph and the distribution of connectivity is large, it has excellent performance in the falling water region. .
도 8은 서로 다른 연결 차수 집합이 129개인 제 1 LDPC 부호의 연결성 분포도이고, 도 9는 서로 다른 연결 차수 집합이 2021개인 제 2 LDPC 부호의 연결성 분포도이며, 도 10은 서로 다른 연결 차수 집합이 2446개인 제 3 LDPC 부호의 연결성 분포도이다. FIG. 8 is a connectivity distribution diagram of a first LDPC code having 129 different connection order sets, FIG. 9 is a connectivity distribution diagram of a second LDPC code having 2021 different connection order sets, and FIG. 10 is a 2446 different connection order set. A connectivity distribution diagram of individual third LDPC codes.
도 8 내지 도 10에 도시된 제 1 내지 제 3 LDPC 부호를 예를 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 설계 방법을 설명한다. 상기 제 1 내지 제3 LDPC 부호는 동일한 부호어의 길이, 동일한 부호율, 동일한 변수 노드 차수 분포 및 동일한 검사 노드 차수 분포를 갖는다. 반면, 상기 제 1 내지 제 3 LDPC 부호의 검사 노드의 연결 차수 집합과 연결성 분포는 서로 다르다. 하기의 표 1은 제 1 내지 제 3 LDPC 부호에서 나타나는 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 나타낸다. A method of designing an LDPC code according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the first to third LDPC codes shown in FIGS. 8 to 10. The first to third LDPC codes have the same length of the codeword, the same code rate, the same variable node order distribution, and the same check node order distribution. On the other hand, the connection order set and the connectivity distribution of the check nodes of the first to third LDPC codes are different from each other. Table 1 below shows the number of different connection order sets appearing in the first to third LDPC codes.
표 1
Figure PCTKR2012007732-appb-T000001
Table 1
Figure PCTKR2012007732-appb-T000001
도 8 내지 도 10을 참조하면 연결성의 분포는 제 1 LDPC 부호, 제 2 LDPC 부호 및 제 3 LDPC 부호의 순으로 넓게 퍼져 있다.8 to 10, the connectivity is widely spread in the order of the first LDPC code, the second LDPC code, and the third LDPC code.
도 11은 제 1 내지 제 3 LDPC 부호 각각의 프레임 오류율 커브를 도시한 그림이다.11 is a diagram illustrating a frame error rate curve of each of the first to third LDPC codes.
도 11을 참조하면, 낙수 영역에서의 성능은 제 3 LDPC 부호가 가장 좋고, 이어서 제 2 LDPC 부호가 우수한 성능을 보이며 제 1 LDPC 부호가 가장 열악한 성능을 보인다. 즉, 검사 노드의 연결 차수 집합이 다양한, 다시 말해 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 많은 LDPC 부호일수록 더 좋은 낙수 영역에서의 성능을 갖는다. 반면에 오류-마루 영역에서의 성능은 제 1 LDPC 부호가 가장 우수하고, 이어서 제 2 LDPC 부호가 우수한 성능을 보이며 제 3 LDPC 부호가 가장 열악한 성능을 보인다. 즉, 검사 노드의 연결 차수 집합이 비교적 균일한, 다시 말해 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 적은 LDPC 부호일수록 더 좋은 오류-마루 영역에서의 성능을 갖는다. 이와 같이 발명에 따라 LDPC 부호를 설계하는데 있어서, 검사 노드의 연결 차수 집합과 연결성을 고려하여 낙수/오류-마루 상충을 조절한다. Referring to FIG. 11, the third LDPC code has the best performance in the falling water region, and the second LDPC code shows the best performance, and the first LDPC code shows the poor performance. That is, the LDPC code having various connection order sets of check nodes, that is, a large number of different connection order sets, has a better performance in a falling water region. On the other hand, in the error-floor region, the first LDPC code has the best performance, the second LDPC code has the best performance, and the third LDPC code has the worst performance. That is, the LDPC code having a relatively uniform connection order set of the check node, that is, a small number of different connection order sets, has better performance in the error-floor region. As described above, in designing the LDPC code, a fall / error-floor conflict is adjusted in consideration of the connection order set and the connectivity of the test node.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 품질 적응적 LDPC 부호화/복호화 방법의 프레임 오류율 커브 그래프이다. 즉, 채널 링크 품질에 대한 확률적 특성에 기반하여 최적의 낙수/오류-마루 상충 성능을 갖는 LDPC 부호를 선택하는 통신 장치의 프레임 오류율 커브를 도시한 그래프이다. 12 is a frame error rate curve graph of a channel quality adaptive LDPC encoding / decoding method according to an embodiment of the present invention. That is, it is a graph illustrating a frame error rate curve of a communication device that selects an LDPC code having an optimal fall / error-floor conflict performance based on a stochastic characteristic on channel link quality.
본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 부호화기(encoder)는 채널 링크의 품질을 알고 있는 상황에서 해당 채널 링크 품질에서 우수한 낙수/오류-마루 상충 성능을 갖는 LDPC 부호를 선택하여 부호화한다. 대다수의 통신 시스템에서 부호화기 및 복호화기가 순시(instantaneous) 채널 링크에 대한 정보를 정확하게 파악하는 것은 어렵지만, 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR) 등을 통해 채널 링크 품질의 확률적 특성은 쉽게 파악할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 LDPC 부호의 부호화기는 동일 또는 유사한 부호어의 길이, 부호율 및 차수 분포를 가지며, 서로 다른 연결 차수 집합 분포 및 연결성 분포를 가짐으로써 상이한 낙수/오류-마루 상충 성능을 나타내는 LDPC 부호군을 이용하여 채널 링크의 품질에 대한 확률적 특성에 기반하여 부호화에 사용할 LDPC 부호를 상기 LDPC 부호군 내에서 선택한다.The encoder of the LDPC code according to an embodiment of the present invention selects and encodes an LDPC code having excellent fall / error-floor conflict performance in the channel link quality in a situation where the quality of the channel link is known. In many communication systems, it is difficult for encoders and decoders to accurately grasp information about instantaneous channel links, but the signal-to-noise ratio (SNR), etc., makes it easier for the stochastic nature of channel link quality. I can figure it out. Therefore, the LDPC coder according to the present invention has the same or similar codeword length, code rate, and order distribution, and has a different number of connected order set distributions and connectivity distributions, thereby showing different drop / error-floor conflict performance. An LDPC code to be used for encoding is selected within the LDPC code group based on a stochastic characteristic on the quality of channel link using the group.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호를 사용하는 통신 장치의 부호화기는 서로 다른 낙수/오류-마루 상충 성능을 갖는 3개의 LDPC 부호군을 가지고 있다. 상기 LDPC 부호군은 상기 도 8 내지 도 10의 제 1 내지 제 3 LDPC 부호를 포함할 수 있다. LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템의 부호화기가 채널 링크 품질의 확률적 특성을 알고 있는 상황에서 최적의 낙수/오류-마루 상충 성능을 갖는 LDPC 부호를 선택하여 부호화하면 프레임 오류율 커브(1201)와 같은 오류 정정 능력을 갖는다. 이에 따라 통신 시스템의 데이터 전송 처리량(throughput), 최종적인 오류율 등에서 전반적인 성능 향상을 기대할 수 있다. 즉, 채널 링크 품질의 변화에 영향을 받지 않고 적응적으로 LDPC 부호를 선택함으로써, 항상 최적의 오류 정정 능력을 갖는다. As shown in FIG. 12, an encoder of a communication device using an LDPC code according to an embodiment of the present invention has three LDPC code groups having different falling / error-floor conflict performances. The LDPC code group may include first to third LDPC codes of FIGS. 8 to 10. When an encoder of a communication system using an LDPC code knows the stochastic characteristics of channel link quality, selecting and encoding an LDPC code having an optimal fall / error-floor conflict performance, error correction such as a frame error rate curve 1201 Have the ability. As a result, overall performance improvement can be expected in data transmission throughput and final error rate of the communication system. That is, by adaptively selecting the LDPC code without being affected by the change in channel link quality, it always has an optimal error correction capability.
패리티 검사 행렬 생성 방법Parity Check Matrix Generation Method
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬 생성 방법의 흐름도이고, 도 14는 도 13의 조건 결정 단계의 상세 흐름도이다. 13 is a flowchart of a parity check matrix generation method of an LDPC code according to an embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a detailed flowchart of a condition determination step of FIG. 13.
도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저밀도 패리티 검사(LDPC, Low Density Parity Check) 부호의 패리티 검사 행렬을 생성하는 방법은 상기 LDPC 부호가 사용되는 통신 시스템의 채널 링크 품질을 기반으로 검사 노드들의 연결 차수 집합(connected-degree set) 조건 및 연결성(connectivity) 조건 중 적어도 하나를 결정하는 조건 설정 단계(S1310) 및 상기 결정한 연결 차수 집합 조건 및 연결성 조건 중 적어도 하나를 기반으로 패리티 검사 행렬을 생성하는 단계(S1320)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 13, a method of generating a parity check matrix of a low density parity check (LDPC) code according to an embodiment of the present invention is based on a channel link quality of a communication system using the LDPC code. A condition setting step (S1310) of determining at least one of a connected-degree set condition and a connectivity condition of the check nodes based on the parity based on at least one of the determined connection order set condition and the connectivity condition A check matrix may be generated (S1320).
즉, 상기 LDPC 부호가 사용될 통신 시스템의 특성 및 상기 통신 시스템의 평균적인 채널 링크 품질을 이용하여, 당해 통신 시스템에서 가장 우수한 오류 정정 능력을 갖는 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 생성하기 위해 검사 노드들의 연결 차수 집합 조건, 또는 연결성 조건을 이용한다. That is, using the characteristics of the communication system in which the LDPC code is to be used and the average channel link quality of the communication system, connection of check nodes to generate a parity check matrix of the LDPC code having the best error correction capability in the communication system. Use order aggregation conditions, or connectivity conditions.
도 14에 도시한 바와 같이, 상기 조건 설정 단계(S1310)는 상기 LDPC 부호가 적용되는 통신 시스템을 결정하는 단계(S1410), 상기 결정된 통신 시스템의 채널 링크의 평균적인 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한지 여부를 판단하는 단계(S1420), 상기 판단 결과, 채널 링크의 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수할 경우 연결 차수 집합을 균일화하여 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 최소화하는 단계(S1430), 채널 링크의 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수할 경우 연결성 분산값을 최소화하는 단계(S1440), 채널 링크의 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악할 경우 연결 차수 집합을 다양화하여 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 최대화하는 단계(S1450), 및 채널 링크의 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악할 경우 연결성 분산값을 최대화하는 단계(S1450)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 14, the condition setting step (S1310) includes determining a communication system to which the LDPC code is applied (S1410), and the average quality of the channel link of the determined communication system is higher than a predetermined quality criterion. Determining whether it is excellent (S1420), if the quality of the channel link is superior to a predetermined quality standard, as a result of the determination, minimizing the number of different connection order sets by uniformizing the connection order sets (S1430), Minimizing the variance of connectivity when the quality of the channel link is better than the preset quality criterion (S1440); when the quality of the channel link is worse than the predetermined quality criterion, varying the connection order set to diversify the different connection order Maximizing the number of sets (S1450); and maximizing the connectivity variance value if the quality of the channel links is worse than the preset quality criteria. It may include (S1450).
보다 구체적으로 설명하면, LDPC 부호가 적용되는 통신 시스템을 결정하는 단계(S1410)에서 상기 통신 시스템을 결정하고 결정된 통신 시스템의 평균적인 채널 링크 품질을 파악한다. 예를 들어, 상기 통신 시스템에 포함된 송신기와 수신기 사이의 채널 링크의 품질이 전반적으로 낮은지 여부, 또는 송신기와 수신기 사이의 채널 링크 품질이 전반적으로 좋은지 여부를 판단한다. In more detail, in the determining of the communication system to which the LDPC code is applied (S1410), the communication system is determined and the average channel link quality of the determined communication system is determined. For example, it is determined whether the quality of the channel link between the transmitter and the receiver included in the communication system is generally low, or whether the quality of the channel link between the transmitter and the receiver is generally good.
상기 판단된 채널 링크의 평균적인 품질을 미리 설정한 품질 기준과 비교하고, 그 비교 결과를 기반으로 연결 차수 집합 또는 연결성의 조건을 결정한다. 도 5를 참조하여 전술한 바와 같이, LDPC 부호의 오류율 커브는 채널 링크의 품질에 의해 낙수 영역(510)과 오류-마루 영역(520)으로 구분되며 검사 노드들의 연결성의 분산이 크거나 연결 차수 집합이 다양한 경우 낙수 영역(510)에서 우수한 오류 정정 능력을 갖는 경향이 있고, 검사 노드들의 연결성의 분산이 작거나 연결 차수 집합이 대체로 유사한 경우 오류-마루 영역(520)에서 우수한 오류 정정 능력을 갖는 경향이 있다. The average quality of the determined channel link is compared with a predetermined quality criterion, and a connection order set or condition of connectivity is determined based on the comparison result. As described above with reference to FIG. 5, the error rate curve of the LDPC code is divided into the downfall area 510 and the error-floor area 520 by the quality of the channel link, and the dispersion of the connectivity of the test nodes is large or the connection order set is high. These various cases tend to have good error correction capability in the downfall region 510, and tend to have good error correction capability in the error-floor region 520 when the distribution of connectivity of check nodes is small or the set of connection orders is generally similar. There is this.
다시 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 상기 채널 링크 품질은 비트 에너지 대 잡음 비율(Eb/No)을 기반으로 판단할 수 있고, 도 5의 그래프의 가로축(501) 상에 표현되어 있다. 또한, 상기 미리 설정된 품질 기준(540)은 상기 품질 기준(540)보다 상기 채널 링크 품질이 열악한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 낙수 영역(waterfall region, 510)에 속하고, 상기 품질 기준(540)보다 상기 채널 링크 품질이 우수한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 오류-마루 영역(error-floor region, 520)에 속하는 것을 특징으로 할 수 있다. Referring to FIG. 5 in more detail, the channel link quality may be determined based on a bit energy-to-noise ratio (Eb / No), and is represented on the horizontal axis 501 of the graph of FIG. 5. In addition, when the channel link quality is worse than the quality criterion 540, the preset quality criterion 540 includes a frame error rate curve of the LDPC code belonging to a waterfall region 510, and the quality criterion 540. When the channel link quality is higher than), the frame error rate curve of the LDPC code may belong to an error-floor region 520.
상기 품질 기준(540)과 채널 링크의 품질을 비교하여, 채널 링크의 품질이 상기 품질 기준(540)보다 우수한지 여부를 판단한다(S1420). 상기 연결 차수 집합 조건은 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준(540)보다 열악한 경우 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 많도록 설정하여 연결 차수 집합이 다양하도록 설정할 수 있고(S1450), 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준(540)보다 우수한 경우 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 미리 설정한 서로 다른 연결 차수 집합 수 기준보다 적도록 설정하여 연결 차수 집합을 균일화할 수 있다(S1430). 상기 미리 설정한 서로 다른 연결 차수 집합 수 기준은 시뮬레이션을 통해 낙수 영역 또는 오류-마루 영역에서 유사한 오류 정정 능력을 갖는 서로 다른 연결 차수 집합 수를 찾아 이용할 수 있다. The quality criterion 540 is compared with the quality of the channel link to determine whether the quality of the channel link is superior to the quality criterion 540 (S1420). The connection order set condition is that if the channel link quality is worse than a preset quality criterion 540, the number of connection order sets of the test nodes is set to be larger than a preset connection order set criterion. If the channel link quality is superior to a preset quality criterion 540, the number of different connection order sets of the check nodes is less than the preset number of different connection order sets. It is possible to set the connection order set to be uniform (S1430). The preset different sets of connection order sets may be used to find and use different sets of connection order sets having similar error correction capability in the falling water region or the error-floor region through simulation.
또한, 상기 연결성 조건은 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준(540)보다 열악한 경우 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값을 미리 설정한 연결성 분산값 기준보다 크도록 설정할 수 있고(S1460), 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준(540)보다 우수한 경우 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값을 미리 설정한 연결성 분산값 기준보다 작도록 설정할 수 있다(S1440). 상기 미리 설정한 연결성 분산값 기준은 시뮬레이션을 통해 낙수 영역 또는 오류-마루 영역에서 유사한 오류 정정 능력을 갖는 서로 다른 연결 차수 집합 수를 찾아 이용할 수 있다. In addition, the connectivity condition may be set such that when the channel link quality is worse than a preset quality criterion 540, the variance value of the connectivity of the test nodes is greater than a preset connectivity variance criterion (S1460). If the link quality is superior to the preset quality criterion 540, the distribution value of the connectivity of the check nodes may be set to be smaller than the preset connectivity dispersion value criterion (S1440). The predetermined connectivity variance criterion may be used to find and use different connection order sets having similar error correction capability in the falling water region or the error-floor region through simulation.
따라서, 상기 LDPC 부호가 사용되는 통신 시스템의 특성 및 채널 링크의 품질의 경향성을 고려하여, 최적의 오류 정정 능력을 갖는 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬의 생성이 가능하다. Accordingly, in consideration of the characteristics of the communication system using the LDPC code and the tendency of the quality of the channel link, it is possible to generate a parity check matrix of the LDPC code having an optimal error correction capability.
LDPC 부호의 부호화 방법LDPC code encoding method
특정한 통신 시스템에서, 채널 링크의 품질이 상황에 따라 변화할 수 있어 제 1 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 사용하면 채널 링크의 품질이 우수할 경우의 오류-마루 영역에서는 우수한 오류 정정 능력을 갖는 반면 채널 링크의 품질이 열악할 경우의 낙수 영역에서는 열악한 오류 정정 능력을 갖고, 제 2 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 사용하면 채널 링크의 품질이 우수할 경우의 오류-마루 영역에서는 열악한 오류 정정 능력을 갖는 반면 채널 링크의 품질이 열악할 경우의 낙수 영역에서는 우수한 오류 정정 능력을 갖는 상황이 발생할 수 있다. 따라서, 채널 링크의 품질에 적응적으로 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 선택하여 항상 최적의 오류 정정 능력을 갖도록 하는 LDPC 부호의 부호화 방법이 필요하다. In certain communication systems, the quality of the channel link can vary depending on the situation, so that using the parity check matrix of the first LDPC code has excellent error correction capability in the error-floor region when the quality of the channel link is good. In case of poor link quality, it has poor error correction capability in the falling down region, and using the parity check matrix of the second LDPC code has poor error correction capability in the error-floor region when the quality of the channel link is excellent. A situation with excellent error correction capability may occur in the downpour area when the channel link quality is poor. Accordingly, there is a need for an LDPC code encoding method that selects a parity check matrix of an LDPC code adaptively to the quality of a channel link and always has an optimal error correction capability.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 부호화 방법의 흐름도이다. 15 is a flowchart of a method of encoding an LDPC code according to an embodiment of the present invention.
도 15에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 저밀도 패리티 검사(LDPC, Low Density Parity Check) 부호의 부호화 방법은 정보 데이터를 입력하는 단계(S1501), 검사 노드들의 연결 차수 집합(connected-degree set) 조건 및 연결성(connectivity) 조건 중 적어도 하나가 서로 다른 소정 개수의 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 생성하는 단계(S1502), 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 하나의 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계(S1510) 및 상기 선택된 패리티 검사 행렬을 기반으로 상기 정보 데이터를 부호화하여 부호어를 생성하는 단계(S1505)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계(S1510)는 상기 LDPC 부호가 사용되는 통신 시스템의 채널 링크 품질을 측정하는 단계(S1503), 상기 채널 링크 품질을 기반으로 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 오류 정정 능력이 가장 우수한 하나의 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계(S1504)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 15, a method of encoding a low density parity check (LDPC) code according to an embodiment of the present invention includes inputting information data (S1501) and connecting order sets of check nodes. generating a parity check matrix of a predetermined number of LDPC codes different from at least one of a degree set condition and a connectivity condition (S1502), and selecting one parity check matrix from the generated number of parity check matrices And a step S1505 of generating a codeword by encoding the information data based on the selected parity check matrix. The step of selecting the parity check matrix (S1510) may include measuring channel link quality of a communication system in which the LDPC code is used (S1503), and generating the predetermined number of parity check matrices based on the channel link quality. The method may include selecting one parity check matrix having the best error correction capability (S1504).
다시 도 11 및 도 15를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법을 보다 구체적으로 설명한다. Referring to FIGS. 11 and 15 again, a method of encoding a low density parity check code according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.
통신 시스템의 채널 링크를 통해 전송할 정보를 포함하는 정보 데이터를 입력하고(S1501), 상기 정보 데이터를 부호화하기 위해 소정 개수의 패리티 검사 행렬을 생성한다(S1502). 여기서 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬은 상술한 바와 같이 채널 링크의 품질에 적응적으로 선택하기 위해 검사 노드들의 연결 차수 집합 조건, 또는 연결성 조건이 서로 다른 소정 개수의 패리티 검사 행렬을 생성할 수 있다. Information data including information to be transmitted through a channel link of the communication system is input (S1501), and a predetermined number of parity check matrices are generated to encode the information data (S1502). As described above, the parity check matrix of the LDPC code may generate a predetermined number of parity check matrices having different connection order aggregation conditions or connectivity conditions for adaptively selecting the quality of the channel link.
예를 들어, 3개의 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 생성하되, 표 1을 통해 설명한 바와 같이 제 1 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬은 129개의 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 갖고, 제 2 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬은 2021개의 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 가지며, 제 3 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬은 2445개의 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 가질 수 있다. 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이 상기 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬들의 연결성 분산값은 제 1 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 이용한 경우 가장 작고, 제 2 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬 및 제 3 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬의 순서대로 점점 커진다. For example, a parity check matrix of three LDPC codes is generated, and as described through Table 1, the parity check matrix of the first LDPC code has the number of 129 different connection order sets, and the parity of the second LDPC code. The parity check matrix may have the number of 2021 different connection order sets, and the parity check matrix of the third LDPC code may have the number of 2445 different connection order sets. As shown in FIGS. 8 to 10, the connectivity variance of the parity check matrices of the LDPC code is the smallest when the parity check matrix of the first LDPC code is used, and the parity check matrix of the second LDPC code and the third LDPC code. The parity check matrix grows in order.
패리티 검사 행렬의 선택 기준으로서, 상기 LDPC 부호가 사용되는 통신 시스템의 채널 링크 품질을 측정한다(S1503). 일반적인 통신 시스템에서, 부호화기가 순시(instantaneous) 채널 링크에 대한 정보를 파악하는 것은 어렵지만, 신호 대 잡음비(signal-to-noise, SNR) 등의 채널 링크 품질의 확률적 특성은 쉽게 파악할 수 있다. 따라서, 상기 채널 링크 품질을 측정하는 단계(S1503)는 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)를 포함할 수 있는 채널 링크 품질의 확률적 특성을 기반으로 상기 채널 링크 품질을 추정하는 것을 특징으로 할 수 있다. As a selection criterion of the parity check matrix, the channel link quality of the communication system in which the LDPC code is used is measured (S1503). In a typical communication system, it is difficult for an encoder to grasp information about instantaneous channel links, but the stochastic characteristics of channel link quality such as signal-to-noise (SNR) can be easily grasped. Accordingly, measuring the channel link quality (S1503) may include estimating the channel link quality based on a stochastic characteristic of the channel link quality, which may include a signal-to-noise ratio (SNR). It can be characterized.
상기 측정 또는 추정된 채널 링크 품질을 기반으로 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 오류 정정 능력이 가장 우수한 하나의 패리티 검사 행렬을 선택한다(S1504). 도 11에 도시한 바와 같이, 시뮬레이션을 통해 각각의 LDPC 부호의 패리티 행렬을 이용한 부호화에 대해 프레임 오류율 커브를 구할 수 있다. 따라서, 상기 측정 또는 추정된 채널 링크 품질을 기준으로, 상기 프레임 오류율 커브를 참조하여 가장 우수한 오류 정정 능력을 갖는 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있다. 예를 들어, 도 11을 참조하면 측정 또는 추정된 채널 링크의 품질이 1.0인 경우 제 2 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 이용한 경우(1120)에 가장 작은 프레임 오류율을 보이므로, 상기 제 2 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있다. Based on the measured or estimated channel link quality, one of the generated parity check matrices having the best error correction capability is selected (S1504). As shown in FIG. 11, a frame error rate curve can be obtained for encoding using a parity matrix of each LDPC code through simulation. Accordingly, the parity check matrix having the best error correction capability may be selected with reference to the frame error rate curve based on the measured or estimated channel link quality. For example, referring to FIG. 11, when the quality of the measured or estimated channel link is 1.0, the smallest frame error rate is shown when the parity check matrix of the second LDPC code is used (1120). The parity check matrix can be selected.
여기서, 패리티 검사 행렬의 선택 기준은 상술한 채널 링크의 품질뿐만 아니라 채널 링크의 특성, 상태 및 유형을 포함하는 임의의 기준을 사용할 수 있다. Here, the selection criterion of the parity check matrix may use any criterion including not only the quality of the channel link described above but also the characteristics, state and type of the channel link.
경우에 따라, 미리 품질 기준을 설정하고, 품질 기준과 상기 측정 또는 추정된 채널 링크의 품질을 비교한 결과를 기반으로 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 하나를 선택할 수도 있다. In some cases, a quality criterion may be set in advance, and one of the generated predetermined number of parity check matrices may be selected based on a result of comparing the quality criterion with the quality of the measured or estimated channel link.
즉, 상기 측정 또는 추정된 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 많은 패리티 검사 행렬을 선택하고, 상기 측정 또는 추정된 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 적은 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있다. That is, when the measured or estimated channel link quality is inferior to a predetermined quality criterion, the number of different connection order sets of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is larger than the preset connection order set number criterion. A parity check matrix is selected, and if the measured or estimated channel link quality is superior to a preset quality criterion, the number of sets of different connection order sets of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is preset A parity check matrix may be selected that is smaller than the set number criterion.
또한, 상기 측정 또는 추정된 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값이 미리 설정한 연결성의 분산값 기준보다 큰 패리티 검사 행렬을 선택하고, 상기 측정 또는 추정된 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값이 미리 설정한 연결성의 분산값 기준보다 작은 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있다. Further, when the measured or estimated channel link quality is inferior to a preset quality criterion, the parity check of the generated variance of the connectivity of the test nodes is greater than the predetermined variance criterion of the connectivity among the predetermined number of parity check matrices. When a matrix is selected and the measured or estimated channel link quality is superior to a preset quality criterion, the variance value of the connectivity of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is greater than the preset variance criterion of the connectivity. You can select a small parity check matrix.
여기서, 상기 품질 기준은 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 열악한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 낙수 영역(waterfall region)에 속하고, 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 우수한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 오류-마루 영역(error-floor region)에 속하는 것을 특징으로 할 수 있다. The quality criterion of the LDPC code is that the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region when the channel link quality is poorer than the quality criterion, and the channel link quality is superior to the quality criterion. The frame error rate curve may be characterized as belonging to an error-floor region.
예를 들어, 도 11을 참조하면 채널 링크의 품질이 1.05인 경우를 상기 품질 기준(1140)으로 설정할 수 있고, 서로 다른 연결 차수 집합 수 기준을 1000개로 설정할 수 있다. 따라서 채널 링크의 품질이 1.05를 초과하는 경우 미리 설정된 연결 차수 집합 수 기준인 1000개보다 적은 129개의 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 갖는 제 1 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 선택하고, 채널 링크의 품질이 1.05 미만인 경우 미리 설정된 연결 차수 집합 수 기준인 1000개보다 많은 2446개의 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 갖는 제3 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있다. For example, referring to FIG. 11, when the quality of the channel link is 1.05, the quality criterion 1140 may be set, and the number of different connection order sets may be set to 1000. Therefore, when the quality of the channel link exceeds 1.05, the parity check matrix of the first LDPC code having the number of 129 different connection order sets less than 1000, which is based on the preset number of connection order sets, is selected, and the quality of the channel link is selected. If less than 1.05, it is possible to select a parity check matrix of the third LDPC code having the number of 2446 different connection order sets greater than 1000, which is a preset number of connection order sets.
제 2 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 함께 고려하여, 보다 구체적인 기준을 추가적으로 설정할 수도 있다. 제 1 품질 기준 및 제 2 품질 기준과 같이 복수의 품질 기준을 설정하고, 상기 복수의 품질 기준을 이용하여 구간을 설정함으로써 각 품질 구간에 상응하는 패리티 검사 행렬을 선택하도록 설정할 수 있다. In consideration of the parity check matrix of the second LDPC code, more specific criteria may be additionally set. A plurality of quality standards may be set like the first quality standard and the second quality standard, and the interval may be set using the plurality of quality criteria to select a parity check matrix corresponding to each quality interval.
상기 선택된 패리티 검사 행렬을 기반으로 상기 정보 데이터를 부호화하여 부호어를 생성할 수 있다(S1505). 상기 부호어를 생성하는 방법은 종래의 LDPC 부호의 부호화 방법을 이용할 수 있다. A codeword may be generated by encoding the information data based on the selected parity check matrix (S1505). The codeword generation method may use a conventional LDPC code encoding method.
상술한 LDPC 부호의 부호화 방법에 따르면, 도 12에 도시한 바와 같이, 최적의 오류 정정 능력을 갖는 프레임 오류율 커브(1201)를 얻을 수 있다. 즉, 채널 링크의 품질에 적응적으로 패리티 검사 행렬을 선택함으로써, 낙수/오류-마루 상충을 해결하고 항상 최적의 오류 정정 능력을 갖는 LDPC 부호의 부호화 결과를 얻을 수 있다. According to the LDPC code encoding method described above, as shown in FIG. 12, a frame error rate curve 1201 having an optimal error correction capability can be obtained. That is, by selecting the parity check matrix adaptively to the quality of the channel link, it is possible to solve the fall / error-floor conflict and obtain the encoding result of the LDPC code having the optimal error correction capability.
LDPC 부호의 부호화 장치LDPC code encoding device
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 부호화 장치의 블록도이다. 16 is a block diagram of an apparatus for encoding an LDPC code, according to an embodiment of the present invention.
도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 부호화 장치는 정보 데이터를 입력하는 입력부(1610), 검사 노드들의 연결 차수 집합(connected-degree set) 조건, 또는 연결성 (connectivity) 조건이 서로 다른 소정 개수의 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 생성하는 패리티 검사 행렬 생성부(1620), 상기 LDPC 부호가 사용되는 통신 시스템의 채널 링크 품질을 측정하는 측정부(1630), 상기 채널 링크 품질을 기반으로 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 오류 정정 능력이 가장 우수한 하나의 패리티 검사 행렬을 선택하는 제어부(1640), 상기 선택된 패리티 검사 행렬을 기반으로 상기 정보 데이터를 부호화하여 부호어를 생성하는 부호화부(1650) 및 상기 생성된 부호어를 채널 링크를 통해 복호화 장치로 전송하는 통신부(1660)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 16, the LDPC code encoding apparatus according to an embodiment of the present invention includes an input unit 1610 for inputting information data, a connected-degree set condition of test nodes, or connectivity. Parity check matrix generator 1620 for generating a parity check matrix of a predetermined number of LDPC codes having different conditions; a measurer 1630 for measuring channel link quality of a communication system in which the LDPC code is used; A controller 1640 for selecting one parity check matrix having the best error correction capability among the generated predetermined number of parity check matrices based on quality, and encoding the information data based on the selected parity check matrix. The encoder 1650 to generate and the communicator 1660 to transmit the generated codeword to the decoding apparatus through a channel link.
상기 측정부(1630)는 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)를 포함할 수 있는 채널 링크 품질의 확률적 특성을 기반으로 상기 채널 링크 품질을 추정할 수 있다. The measurement unit 1630 may estimate the channel link quality based on a stochastic characteristic of the channel link quality, which may include a signal-to-noise ratio (SNR).
상기 제어부(1640)는 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 많은 패리티 검사 행렬을 선택하고, 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 적은 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있다. If the channel link quality is worse than a preset quality criterion, the controller 1640 may have a larger number of sets of different connection order sets of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices. If a parity check matrix is selected and the channel link quality is superior to a preset quality criterion, the number of different connection order sets of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is greater than the preset connection order set number criterion. You can choose a smaller parity check matrix.
또한, 상기 제어부(1640)는 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값이 미리 설정한 연결성의 분산값 기준보다 큰 패리티 검사 행렬을 선택하고, 상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값이 미리 설정한 연결성의 분산값 기준보다 작은 패리티 검사 행렬을 선택할 수 있다. In addition, when the channel link quality is poorer than a preset quality criterion, the controller 1640 may have a variance value of the connectivity of the check nodes greater than a predetermined variance criterion of the connectivity among the predetermined number of parity check matrices. A parity check matrix is selected, and if the channel link quality is superior to a preset quality criterion, the variance value of the connectivity of the check nodes among the generated predetermined number of parity check matrices is smaller than the preset variance criterion of connectivity. You can select a check matrix.
상기 품질 기준은 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 열악한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 낙수 영역(waterfall region)에 속하고, 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 우수한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 오류-마루 영역(error-floor region)에 속하는 것을 특징으로 할 수 있다. The quality criterion is that the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region when the channel link quality is poorer than the quality criterion, and the frame error rate of the LDPC code when the channel link quality is superior to the quality criterion. The curve may be characterized as belonging to an error-floor region.
본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 부호화 장치에 대한 구체적인 작동 방법은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호의 부호화 방법에 대한 설명과 동일하다. A detailed operation method of the encoding apparatus of the LDPC code according to the embodiment of the present invention is the same as the description of the encoding method of the LDPC code according to the embodiment of the present invention described above.
(부호의 설명)(Explanation of the sign)
510 : 낙수 영역 520 : 오류 마루 영역510: downfall area 520: error floor area
531 : 제 1 LDPC 부호의 오류율 커브 532 : 제 2 LDPC 부호의 오류율 커브 531 error rate curve of the first LDPC code 532 error rate curve of the second LDPC code
1600 : LDPC 부호의 부호화 장치 1610 : 입력부1600: LDPC code encoding device 1610: input unit
1620 : 패리티 검사 행렬 생성부 1630 : 측정부1620: parity check matrix generation unit 1630: measurement unit
1640 : 제어부 1650 : 부호화부1640: controller 1650: encoder
1660 : 통신부1660: communication

Claims (23)

  1. 저밀도 패리티 검사(LDPC, Low Density Parity Check) 부호의 패리티 검사 행렬을 생성하는 방법에 있어서,In the method for generating a parity check matrix of the Low Density Parity Check (LDPC) code,
    상기 LDPC 부호가 사용되는 통신 시스템의 채널 링크 품질을 기반으로 검사 노드들의 연결 차수 집합(connected-degree set) 조건 및 연결성(connectivity) 조건 중 적어도 하나를 결정하는 조건 설정 단계; 및A condition setting step of determining at least one of a connected-degree set condition and a connectivity condition of test nodes based on channel link quality of a communication system in which the LDPC code is used; And
    상기 결정한 연결 차수 집합 조건 및 연결성 조건 중 적어도 하나를 기반으로 패리티 검사 행렬을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 패리티 검사 행렬 생성 방법.And generating a parity check matrix based on at least one of the determined link order aggregation condition and the connectivity condition.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 연결 차수 집합 조건은The method of claim 1, wherein the connection order aggregation condition is
    상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 많도록 설정하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 패리티 검사 행렬 생성 방법. If the channel link quality is worse than a predetermined quality criterion, the channel link quality adaptive parity check matrix is set such that the number of different connection order sets of the check nodes is greater than a preset connection order set number criterion. How to produce.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 연결 차수 집합 조건은The method of claim 1, wherein the connection order aggregation condition is
    상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수를 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 적도록 설정하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 패리티 검사 행렬 생성 방법. If the channel link quality is higher than a predetermined quality criterion, the channel link quality adaptive parity check matrix is set such that the number of different connection order sets of the check nodes is smaller than a preset connection order set number criterion. How to produce.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 연결성 조건은The method of claim 1, wherein the connectivity condition is
    상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값을 미리 설정한 연결성 분산값 기준보다 크도록 설정하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 패리티 검사 행렬 생성 방법. And if the channel link quality is worse than a preset quality criterion, setting a distribution value of the connectivity of the check nodes to be greater than a preset connectivity dispersion value criterion.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 연결성 조건은The method of claim 1, wherein the connectivity condition is
    상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값을 미리 설정한 연결성 분산값 기준보다 작도록 설정하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 패리티 검사 행렬 생성 방법. And if the channel link quality is better than a preset quality criterion, setting the variance of the connectivity of the check nodes to be smaller than a preset connectivity variance criterion.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 채널 링크 품질은 The method of claim 1, wherein the channel link quality is
    비트 에너지 대 잡음 비율(Eb/No)을 기반으로 판단하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 패리티 검사 행렬 생성 방법. A method for generating a channel link quality adaptive parity check matrix, characterized in that it is determined based on a bit energy to noise ratio (Eb / No).
  7. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 품질 기준은 The method of claim 2, wherein the quality criterion is
    상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 열악한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 낙수 영역(waterfall region)에 속하고, 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 우수한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 오류-마루 영역(error-floor region)에 속하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 패리티 검사 행렬 생성 방법. If the channel link quality is poorer than the quality criterion, the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region, and if the channel link quality is better than the quality criterion, the frame error rate curve of the LDPC code is error-. A channel link quality adaptive parity check matrix generation method characterized by belonging to an error-floor region.
  8. 저밀도 패리티 검사(LDPC, Low Density Parity Check) 부호의 부호화 방법에 있어서,In the encoding method of the low density parity check (LDPC, Low Density Parity Check) code,
    정보 데이터를 입력받는 단계;Receiving information data;
    검사 노드들의 연결 차수 집합(connected-degree set) 조건 및 연결성 (connectivity) 조건 중 적어도 하나가 서로 다른 소정 개수의 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 생성하는 단계;Generating a parity check matrix of a predetermined number of LDPC codes in which at least one of a connected-degree set condition and a connectivity condition of the check nodes are different from each other;
    상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 하나의 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계; 및Selecting one parity check matrix from the generated number of parity check matrices; And
    상기 선택된 패리티 검사 행렬을 기반으로 상기 정보 데이터를 부호화하여 부호어를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법.And encoding the information data based on the selected parity check matrix to generate a code word.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계는9. The method of claim 8, wherein selecting the parity check matrix
    상기 LDPC 부호가 사용되는 통신 시스템의 채널 링크 품질을 측정하는 단계; 및Measuring channel link quality of a communication system in which the LDPC code is used; And
    상기 채널 링크 품질을 기반으로 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 오류 정정 능력이 가장 우수한 하나의 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법.Selecting one of the generated parity check matrices having the best error correction capability based on the channel link quality, and encoding the channel link quality adaptive low density parity check code. Way.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 채널 링크 품질을 측정하는 단계는10. The method of claim 9, wherein measuring channel link quality comprises:
    신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)를 포함할 수 있는 채널 링크 품질의 확률적 특성을 기반으로 상기 채널 링크 품질을 추정하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법.Coding of channel link quality adaptive low density parity check code, wherein the channel link quality is estimated based on a stochastic characteristic of channel link quality, which may include a signal-to-noise ratio (SNR). Way.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계는 10. The method of claim 9, wherein selecting the parity check matrix
    상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 많은 패리티 검사 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법.When the channel link quality is worse than a preset quality criterion, selecting a parity check matrix having a larger number of different connection order sets of the check nodes than a predetermined number of connection order sets based on the generated number of parity check matrices. And a channel link quality adaptive low density parity check code encoding method.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계는 10. The method of claim 9, wherein selecting the parity check matrix
    상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 적은 패리티 검사 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법.When the channel link quality is superior to a preset quality criterion, selecting a parity check matrix of the generated predetermined number of parity check matrices, wherein the number of different connection order sets of the check nodes is smaller than a preset connection order set number criterion; And a channel link quality adaptive low density parity check code encoding method.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계는 10. The method of claim 9, wherein selecting the parity check matrix
    상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값이 미리 설정한 연결성의 분산값 기준보다 큰 패리티 검사 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법.When the channel link quality is poorer than a preset quality criterion, selecting a parity check matrix having a variance value of the connectivity of the check nodes greater than a predetermined variance criterion of the connectivity among the generated predetermined number of parity check matrices. A method of encoding a channel link quality adaptive low density parity check code.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 패리티 검사 행렬을 선택하는 단계는 10. The method of claim 9, wherein selecting the parity check matrix
    상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값이 미리 설정한 연결성의 분산값 기준보다 작은 패리티 검사 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법.When the channel link quality is superior to a preset quality criterion, a parity check matrix is selected from among the generated predetermined number of parity check matrices, the variance value of the connectivity of the test nodes being smaller than the preset variance criterion of the connectivity. A method of encoding a channel link quality adaptive low density parity check code.
  15. 제 11항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 품질 기준은 The method of claim 11, wherein the quality criterion is
    상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 열악한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 낙수 영역(waterfall region)에 속하고, 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 우수한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 오류-마루 영역(error-floor region)에 속하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 방법. If the channel link quality is poorer than the quality criterion, the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region, and if the channel link quality is better than the quality criterion, the frame error rate curve of the LDPC code is error-. A method of encoding a channel link quality adaptive low density parity check code, characterized by belonging to an error-floor region.
  16. 저밀도 패리티 검사(LDPC, Low Density Parity Check) 부호의 부호화 장치에 있어서,In the encoding device of the Low Density Parity Check (LDPC) code,
    정보 데이터를 입력받는 입력부;An input unit for receiving information data;
    검사 노드들의 연결 차수 집합(connected-degree set) 조건 및 연결성 (connectivity) 조건 중 적어도 하나가 서로 다른 소정 개수의 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 생성하는 패리티 검사 행렬 생성부;A parity check matrix generator for generating a parity check matrix of a predetermined number of LDPC codes having at least one of a connected-degree set condition and a connectivity condition of the check nodes;
    상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 하나의 패리티 검사 행렬을 선택하는 제어부; 및A control unit for selecting one parity check matrix from the generated number of parity check matrices; And
    상기 선택된 패리티 검사 행렬을 기반으로 상기 정보 데이터를 부호화하여 부호어를 생성하는 부호화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치.And an encoder for generating a codeword by encoding the information data based on the selected parity check matrix.
  17. 제 16항에 있어서, The method of claim 16,
    상기 LDPC 부호가 사용되는 통신 시스템의 채널 링크 품질을 측정하는 측정부를 더 포함하되,Further comprising a measuring unit for measuring the channel link quality of the communication system in which the LDPC code is used,
    상기 제어부는 상기 채널 링크 품질을 기반으로 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 오류 정정 능력이 가장 우수한 하나의 패리티 검사 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치.The controller selects one parity check matrix having the best error correction capability among the generated predetermined number of parity check matrices based on the channel link quality, wherein the control unit encodes the channel link quality adaptive low density parity check code. .
  18. 제 17항에 있어서, 상기 측정부는The method of claim 17, wherein the measuring unit
    신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)를 포함할 수 있는 채널 링크 품질의 확률적 특성을 기반으로 상기 채널 링크 품질을 추정하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치.Coding of channel link quality adaptive low density parity check code, wherein the channel link quality is estimated based on a stochastic characteristic of channel link quality, which may include a signal-to-noise ratio (SNR). Device.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 제어부는The method of claim 17, wherein the control unit
    상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 많은 패리티 검사 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치.When the channel link quality is worse than a preset quality criterion, selecting a parity check matrix having a larger number of different connection order sets of the check nodes than a predetermined number of connection order sets based on the generated number of parity check matrices. And a channel link quality adaptive low density parity check code encoding apparatus.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 제어부는 The method of claim 17, wherein the control unit
    상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 서로 다른 연결 차수 집합의 수가 미리 설정한 연결 차수 집합 수 기준보다 적은 패리티 검사 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치.When the channel link quality is superior to a preset quality criterion, selecting a parity check matrix of the generated predetermined number of parity check matrices, wherein the number of different connection order sets of the check nodes is smaller than a preset connection order set number criterion; And a channel link quality adaptive low density parity check code encoding apparatus.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 제어부는 The method of claim 17, wherein the control unit
    상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 열악한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값이 미리 설정한 연결성의 분산값 기준보다 큰 패리티 검사 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치.When the channel link quality is poorer than a preset quality criterion, selecting a parity check matrix having a variance value of the connectivity of the check nodes greater than a predetermined variance criterion of the connectivity among the generated predetermined number of parity check matrices. An apparatus for encoding a channel link quality adaptive low density parity check code.
  22. 제 17항에 있어서, 상기 제어부는 The method of claim 17, wherein the control unit
    상기 채널 링크 품질이 미리 설정한 품질 기준보다 우수한 경우 상기 생성된 소정 개수의 패리티 검사 행렬 중 상기 검사 노드들의 연결성의 분산값이 미리 설정한 연결성의 분산값 기준보다 작은 패리티 검사 행렬을 선택하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치.When the channel link quality is superior to a preset quality criterion, a parity check matrix is selected from among the generated predetermined number of parity check matrices, the variance value of the connectivity of the test nodes being smaller than the preset variance criterion of the connectivity. An apparatus for encoding a channel link quality adaptive low density parity check code.
  23. 제 19항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 품질 기준은 23. The method of claim 19, wherein the quality criterion is
    상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 열악한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 낙수 영역(waterfall region)에 속하고, 상기 품질 기준보다 상기 채널 링크 품질이 우수한 경우 상기 LDPC 부호의 프레임 오류율 커브가 오류-마루 영역(error-floor region)에 속하는 것을 특징으로 하는 채널 링크 품질 적응적 저밀도 패리티 검사 부호의 부호화 장치. If the channel link quality is poorer than the quality criterion, the frame error rate curve of the LDPC code belongs to a waterfall region, and if the channel link quality is better than the quality criterion, the frame error rate curve of the LDPC code is error-. An apparatus for encoding a channel link quality adaptive low density parity check code, which belongs to an error-floor region.
PCT/KR2012/007732 2011-11-09 2012-09-26 Method for generating channel link quality-adaptive parity check matrix, and method and apparatus for encoding low-density parity check code using same WO2013069887A1 (en)

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