[发明专利]使用LDPC准循环码进行编码和解码

说明书

技术领域

本发明涉及数据传输，并且更具体地，涉及跨嘈杂介质(即，可能会在通信中引入错误的通信介质或信道)进行数据通信。

背景技术

在通信环境中，通信介质或外部信号往往会引入信号错误。所述错误必须被检测到，并且如果可能，在接收过程中被纠正，从而可以恢复正确的数据。在现有技术中，存在若干用于误差检测和纠正的技术，包括基于用于纠正误差的低密度奇偶校验码的数据编码和解码。

低密度奇偶校验码(LDPC)是用于在嘈杂传输信道上进行传输的纠错码。这些代码在消息中引入了一定的冗余(发送数目比原始消息中更多的比特)，但是通过这种方式，在接收时可以检测在所接收的消息中是否存在错误并且纠正这些错误。

LDPC代码是一种其奇偶校验矩阵并不十分密集的代码，换言之，该代码的大部分元素为0。这种类型的代码在1960年代初首次公布于Robert G.Gallagher的“Low Density Parity Check Codes”(M.I.T.Press，1963)之中，并且被证明具有与已知的香农极限(理论最大数据传输率)非常相近的特征。然而，凭借代码的原始定义和当时的技术，不可能实现足够的复杂度。近来，由于集成电路的演进和结构化矩阵的发明，这些编码再次引起极大的关注。

在现有技术中，存在多种用于实现对错误的编码和解码的方法。某些方法是在专利US 7,343,548B2和US 7,203,897B2中公布的方法，两者的标题都为“Method and Apparatus for Encoding and Decoding Data”，上述每个专利都概述了当面临数据传输中的错误时用于改进保护的方法。本发明还可以涉及IEEE802.16e和802.11n标准，这些标准介绍了用于减少错误的编码和解码。在任何一种情况下，所提到的专利和标准均使用在现有技术中已知的双对角线结构，而本文件中介绍的结构是新型的并且允许具有在不增加复杂程度的情况下(因此以较低的成本)防止嘈杂介质上进行的数据通信中之错误的更好特征的实现方式。在现有技术中已知，在奇偶校验矩阵中如果列具有的汉明权重(Hamming weight)等于或小于2，则会约束LDPC的特征。然而，出于编码器的实现方式的复杂度的原因，在现有技术中使用了具有双对角线部分H_b1的矩阵。本文件中介绍的新型结构向二元模型矩阵的H_b1部分添加第三对角线，允许奇偶校验矩阵中具有小于或等于2的汉明权重的列的总数更少，从而可以实现更好的特征。该第三对角线通过以下方式选择，该方式使得编码器的实现方式的复杂度的增加几乎可以忽略不计。

之前提到的文献不与本发明的新颖性或创造性优势相冲突。虽然它们全都基于使用现有技术中已知的LDPC技术，但是本文件的方法和设备使用了一类准循环码(准循环低密度奇偶校验码或QC-LDPC)，并且应用了具有不同结构的奇偶校验矩阵作为本发明的中心点。

贯穿本文件，将采用明确的命名法来区分贯穿本发明描述中所使用的元素。粗体大写字母(例如，A)指示该元素为矩阵；粗体小写字母(例如，a)指示该元素为向量，而小写非粗体字母(例如，a)指示该元素为标量值。另一方面，包括大小为M×N的矩阵的标量元素以a(i，j)的形式来指示，其中元组(i，j)是所述元素在矩阵内的位置，其中0≤i≤M-1为行号并且0≤j≤N-1为列号。包括大小为M的向量的元素以a(i)的形式标注，其中(i)为元素在向量中的位置(0≤i≤M-1)。

此外，贯穿本发明将会使用术语“循环旋转”，该术语将在下文中进行定义。对向量a＝[a(0)，a(1)，…，a(M-2)，a(M-1)]的循环旋转z包括向右循环地旋转其元素，从而得到向量[a((M-z)％M)，…，a((M-z-1)％M)]作为结果，其中％为“取模”运算符。以同样的方式，应用在矩阵A＝[a(0)，…，a(N-1)]上的循环旋转z对其列进行运算，从而得到矩阵[a((N-z)％N)，…，a((N-z-1)％N)]作为结果。循环旋转还能够以相反的方向(向左)定义，从而使得向右的循环旋转z等价于分别针对向量和矩阵的向左循环旋转M-z和N-z。

发明内容