JP2004503979A - Ldpc変調用システムおよびその方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3
Description
【関連出願に関するデータ】
本出願は、これらの全体が参照のため本明細書に取り込まれる、2000年6月16日出願の”LDPCコード化変調”と題する米国仮特許出願番号60/212、233、および、2000年10月18日出願の”ADSL用の低密度パリティーチェック(LDPC)コード化変調”と題する米国仮特許出願番号60/241、468、の利益を主張する。
【0002】
【発明の分野】
本発明は、通信のコーディングに関する。具体的には、本発明は、マルチキャリア環境用の順方向誤り訂正コーディング法に関する。
【0003】
【関連技術の説明】
従来の通信システムにおいては、DSLシステムの性能を向上させるため、トレリスコード化変調(TCM)と呼ばれる復号変調およびコーディング手順が頻繁に用いられている。1976年にウンガーベオック(Ungerbeock)がTCMを最初に発表し、かかる技術は、それ以来、いくつかの電気通信規格に用いられている。具体的には、トレリスコードは、情報ビットのストリームのサブセットをエンコードするとともに、信号コンステレーションをサブセット、すなわち、コセット(coset)に分割し、次に、情報ビットを前記コセットにマップするため、畳み込みコード(convolution code)を用いる。標準的なADSLシステムは、参照のため本明細書に取り込まれるITU規格G992.1で詳述されているTCMを用いる。
【0004】
低密度パリティーチェック(LDPC)コードは、従来の通信システムにも用いられている。従来のコードと比較すると、LDPCコードによれば、性能が向上しているのが判る。LDPCコードは、例えば、その全体が参照のために本明細書に取り込まれる、1999年のIEEEでのD.J.C.マッケイ氏による”良いエラー − ごくわずかなマトリクスに基づき、コードを訂正する”と題する通信理論に関する論文、において説明されている。従来のLDPCコード化通信システムにおいては、LDPCコードは、リードソロモンコード又はハミングコ−ドと同様に、従来から用いられているブロックコードとして使用されている。
【0005】
【発明の概要】
しかし、LDPCコードは、従来のLDPCコード化システムにおいて、例えばトレリスコード化変調として行われる複合変調およびコーディング手順の一部としては、用いられていなかった。このことから、本発明のシステムおよび方法実施形態は、低密度パリティーチェックコードに基づいた通信用の順方向誤り訂正コーディング法を提供する。具体的には、本発明の一の実施形態は、畳み込みコードに代えて、複合変調およびコーディング手順の一部としてLDPCコードを用いている。この新たなエンコード方法は、LDPCコード化変調と呼ばれる(LDPCCM)。
【0006】
本発明のある実施形態において、LDPCCMは、従来のADSLシステムの性能を向上させるために用いられている。従来から、ADSLシステムはTCMを採用してきた。しかしながら、本発明の一実施形態においては、コーディング利得を向上させるため、TCMに代えてLDPCCMが用いられている。しかし、上述のように、ADSLシステムにおいてLDPCCMを用いるためには、LDPCCMコードがいくつかの条件を満たさなければならない。かかる条件には、エラーフロアがなく、しかも、サイクルのないコード、という条件を含ませることができる。また、かかるコードは、情報ビットおよびパリティービットと同じビットエラーレート(BER)を有するとともに、可変なコードワードサイズを有するパリティーチェックマトリクス、および生成マトリクスの構造を比較的早く決定する能力を有していなければならない。
【0007】
第一実施形態の、エラーフロアがなく、しかも、サイクルがないという条件を満たす設計は、例えば、その全体が参照のために本明細書に取り込まれる、2000年のIEEEでのD.J.C.マッケイ氏による”LDPC”と題した通信理論に関する論文、において説明されている。そこで開示されているLDPCコードは、サイクルのない9979のコードワードサイズを有しているので、エラーフロアもない。しかし、例えば、その構造を、他のコードワードに適用することができず、例えば、コードワードを短くも長くもできない。
【0008】
従って、本発明の一実施例によれば、順方向誤り訂正(FEC)コード化ビット信号は、LDPCコードを用いてデータビット信号のサブセットをFECコーディングすることによって生成される。
【0009】
本発明の他の特徴は、マルチキャリア環境においてLDPCコードを使用すること、に関する。
【0010】
また、本発明の他の特徴は、DSLシステムの性能を向上させること、に関する。
【0011】
また、本発明の他の特徴は、低密度パリティーチェックコードに基づき、ADSLシステムを介した通信をコーディングする方法を提供すること、に関する。
【0012】
また、本発明の他の特徴は、畳み込みコードの代わりに、ADSL環境における複合変調およびコーディング手順の一部として用いられる低密度パリティーチェックコードを提供すること、に関する。
【0013】
また、本発明他の特徴は、初期又は設定段階中にLDPCパリティーチェックマトリクスを構築すること、に関する。
【0014】
また、本発明の他の特徴は、初期又は設定段階中にLDPCジェネレーターマトリクスを構築すること、に関する。
【0015】
また、本発明の他の特徴は、通信システムの待ち時間およびデータレート条件が決定された後にLDPCパリティーチェックマトリクスを構築すること、に関する。
【0016】
また、本発明の他の特徴は、通信システムの待ち時間およびデータレート条件が決定された後にLDPCジェネレーターマトリクスを構築すること、に関する。
【0017】
本発明の上記およびその他の特徴、ならびに効果は、以下で述べる実施形態の詳細な説明において説明され、または、それによって明らかである。
【0018】
【詳細な説明】
エラーフロアがなく、サイクルもないLDPCコードの第一の条件については、ビデオ情報等のビットエラーに弱い情報が搬送されることが多いので、ADSLシステムは、非常に低いビットエラーレート(BER)で動作しなければならない。かかる理由から、ADSLシステムは、BERが1E−7未満で動作するよう指定される。したがって、LDPCCMにはエラーフロアがあってはならない。順方向誤り訂正(FEC)コードのエラーフロアは、非常に高い信号比において非ゼロBER(non−zero BER)であると定義される。多くのコードは、エラーフロアを有しない。例えば、チャネルの信号比(SNR)が高くなる(無限に近付く)と、BERは、下がり続ける(ゼロに近付く)。ターボコード(turbo code)は、エラーフロアが必ず存在するコーディング法の、例である。このことは、非常に高い信号比においても、ターボコードのBERは変化しないことを意味する。したがって、本発明の特徴によると、LDPCコードは、コード内にサイクルが確実に存在しないようにすることで、エラーフロアなしに構築される。
【0019】
情報ビットおよびパリティービットと同じビットエラレート(BER)を有するコードの第二の条件について、従来のLDPCコード化システムでは、LDPCコードは、簡単なブロックコードとして用いられていた。これらのシステムにおいて、パリティービットは、コードワードの一部として、情報ビットとともにチャネルを介して送信される。受信側では、パリティービットは、情報ビットのエラー訂正のデコーディング用に使用される。当該デコーディングプロセス完了後、パリティービットは廃棄される。このことから、従来のLDPCコード化システムにおいてはコード化システムは、しばしば、パリティービットおよび情報ビットに関し、異なるBERを有するコードを用いている。
【0020】
本発明のある実施形態においては、エンコードされたビット、すなわち、情報およびパリティービット、はコンステレーションコセット(constellation coset)を指定するために用いられる。したがって、パリティーおよび情報ビットは、どのコセットをデコーディングに用いるかを決定するのに使用されるので、エンコードされた全てのビットが同じBERを有していることが重要である。具体的には、LDPCコードは、少なくとも確実に、LDPCパリティーチェックマトリクスが情報ビットおよびパリティービットをパリティーノードに接続するのと同じ数の枝を有するとともに、パリティーノードが同じ数の情報ビットおよびパリティービットに接続させることにより、情報ビットおよびパリティービット上に、同じBERで構築される。
【0021】
ADSLシステムは、レートが可変で、しかも、待ち時間も可変なシステムである。このことは、どのようなデータレートにおいてもADSLトランシーバーを構成することができること、を意味している。例えば、ITU規格G992.1は、ADSLトランシーバーが、32Kbpsきざみで、64Kbpsから6Mbpsまでのレートで動作可能であること、を要求する。また、ADSLシステムは、待ち時間が可変なシステムでもある。このことは、ADSLトランシーバーは、多数の異なる待ち時間、すなわち、遅延、レベルで動作可能でなければならないこと、を意味する。例えば、ITU規格G992.1は、ADSLトランシーバーが、1.5ミリセカンド(1.5 msecs)から20ミリセカンドのレベルで動作可能であること、を要求する。
【0022】
例えば、システムは、特定のデータレートについて異なる様々な待ち時間をサポートしなければならないので、ADSLの可変レートおよび可変の待ち時間に関する要件は、使用可能なFECコーディングの種類に関し、異なる設計上の制約を課すことになる。例えば、データレートが、例えば64kbpsと低く、要求される待ち時間が、例えば1.5ミリセカンドと低い場合、待ち時間の短いFECコードを用いなければならない。
【0023】
待ち時間が短いFECブロックコードは、短いコードワード長を用いることによって設計される。一般に、コードワードが長ければ長いほど、FECコードのコードゲインが大きくなる。しかし、コードワードが長くなると、待ち時間も長くなってしまう。うまく設計されたADSL用のFECコードは、待ち時間ならびにデータレート要件に基づいてコードワード長を調整可能でなければならないことになる。これにより、FECコードは、待ち時間ならびにデータレート要件に基づき、最大限のコードゲインを提供することができる。
【0024】
したがって、本発明の実施形態の例において、LDPCコードは、可変のコードワード長を有するよう構成してもよい。かかる可変コードワード長のLDPCコード、すなわち、パリティーチェックマトリクスは、データレートおよび待ち時間が特定された後に決定される。これにより、例えば、異なるコードワード長を有する多数のLDPCコードを記憶することなく、一連で多数のデータレートおよび待ち時間のレベル用に一のトランシーバーを構成することが可能となる。このように、一旦、データレートおよび待ち時間の要件が特定されると、LDPCコード構成は、データレートおよび待ち時間の要件を満たすとともに、コードゲインを最大にするコードワード長を決定する。例えば、ADSLトランシーバーは、レートが可変で、しかも、待ち時間も可変なシステムである。このことは、例えば、サービスのレベル(サービスプロバイダーが提供する)、アプリケーション、電話線の質等、に基づき、異なるデータレートおよび待ち時間を用いて、これらを動作させるよう構成することができること、を意味している。例えば、消費者がサービスプロバイダーからADSLサービスを購入した場合、消費者は、データレート能力で特定可能なサービスのレベルを購入することになる。例えば、消費者は、電話局から消費者の家まで384から1536kbpsのデータレートが保証されたADSLサービスを購入することができる。電話線の状況および電話局からの距離により、消費者は、約384から1536kbpsの範囲のデータレートを得る。また、消費者には、サービスのレベルに基づき、ある程度の待ち時間、例えば、5ミリセカンド、が保証される。したがって、ADSLトランシーバーがインストールされた後に、上述の要素に基づいてデータレートが決定される。このデータレートおよびサービスの待ち時間の要件に基づき、コードゲイン、すなわち、このデータレートおよび待ち時間用のコードワードサイズを最大にするLDPCコードが構築される。具体的には、ADSLトランシーバーは、最初に、例えば、初期段階又は訓練段階(training phase)の間、電話線のデータレート能力を測定し、次に、ADSLトランシーバーは、ADSLサービスによって許容されたデータレートに基づいて動作データレートを決定する。動作データレートを決定した後、ADSLトランシーバーは、サービスの待ち時間要件に基づき、LDPCコードを構築する。
【0025】
これに代えて、ADSL接続上で動作すると予想されるアプリケーション、例えば、ビデオ、に基づいて、待ち時間および/又はデータレート要件を設定することができ、さらに、この場合、アプリケーションに対する要件がデータレートおよび待ち時間を決定するのに寄与した後に、LDPCコードが構築される。
【0026】
パリティーチェックマトリクスを適切なタイミングで構築するため、例えば、トランシーバーの初期段階又は設定段階中に構築を完了させるためだけに決定を行うべきである。例えば、ADSLトランシーバーにおいては、初期化中のチャネル、すなわち、電話線の信号対ノイズ比(SN比)を測定し、当該SN比に基づいて動作データレートを生成する。また、上述のように、ADSLサービスレベルおよびアプリケーションを、データレートを決定するための要素としてもよい。待ち時間は、初期化段階の間又はトランシーバーの設定段階、すなわち、ADSLサービスが最初にインストールされた際、のいずれかの間にも決定される。データレートおよび待ち時間が特定された後に、LDPCコードが構成される。
【0027】
ジェネレーターマトリクスの構築に関しては、LDPCエンコーダーでLDPCコードワードを生成するため、LDPCコードのジェネレーターマトリクスが用いられる。かかるジェネレーターマトリクスは、通常、パリティーチェックマトリクスに対してガウス消去法(Gaussian elimination )を実行することによるパリティーチェックによって得られる。上述のように、ADSLシステムにおける可変のコードワードサイズを用いたパリティーチェックマトリクスの決定に関しては、コードワードサイズを可変とするため、適切なタイミングでLDPCコードを生成しなければならない。したがって、生成マトリクスも、その場で(on−the−fly)、又はデータレートおよび待ち時間の要件が特定された後等の、適時に生成される。
【0028】
コードのパリティーチェックマトリクスは、いずれのコードワードと掛けた場合に(multiplexed by)、全てがゼロベクトル(all−zero vector)となるマトリクスである。これは、数学的に以下のように表すことができる:
Hを、コードのパリティーチェックマトリクスとし、cを、コードC中のいずれかのコードワードとすると:
【数1】
コードのジェネレーターマトリクスは、入力ベクトルと掛けた場合に、コードワードとなるマトリクスである。これは、数学的に以下のように表すことができる:
Gを、コードのパリティチェックマトリクスとし、aを、いずれかのデータベクトルとすると:
【数2】
ここで、Cは、全てのコードワードの組み合わせである。例えば、パリティーチェックマトリクスを示すと:
H=
【表1】
【0029】
また、生成マトリクスは:
G=
【表2】
【0030】
次に、移入力ベクトルにa={0、1、0,0}とすると、結果としてのコードワードは:
【数3】
これにより、必要に応じ、以下が導き出される;
【数4】
この例においては、パリティーチェックマトリクスおよびジェネレーターマトリクスの双方が、体系的であること、すなわち、マトリクスのどこかにアイデンティティーマトリクスが存在すること、に注意すべきである:
【数5】
この場合、下式に注意すべきである。
【0031】
【数6】
LDPCコード用のパリティーチェックは、パリティーチェックマトリクスにおいて、ランダムに1つづつ列状に配する(assigning ones to the rows)ことによって(上の例ではH)、生成される。列の数は、情報ビット数K、プラス、パリティービット数(P)、に等しい。また、行の数は、パリティービット数に等しい。
【0032】
図1は、円が情報ビット100を表わし、正方形がパリティービット110を示すパリティーチェックマトリクスの例、を示している。情報ビットとパリティービットを接続する複数の線115は、パリティーチェックマトリクス内の1をを表わすとともに、コードワードによって満たされるべきパリティーチェックの式を表わしている。正方形120の下の列を見ると、下列に沿って正方形と接続する全てのビットの合計(モジュロ2)は、コードワードについてゼロと等しくなければならない。
【0033】
図2は、ランダムパリティーチェックコード130の例を示している。この例においては、三つの情報ビット100および三つのパリティーチェックビット110がある。また、上列に沿った各ビットから下列に沿ってチェックノード120に至る接続115が二つある。チェックノード120が三つしかないので、各チェックノードは、情報ビットおよびパリティービットに対し、四つの接続を有している。また、パリティーチェックコード130用のパリティーチェックマトリクスH 140も示されている。パリティーチェックマトリクス140の各行は、1を二つ有し(two ones)、各列は1を四つ有していること(four ones)、に注意すべきである。これは、パリティーチェックコード130の図解例と同じである。
【0034】
図1および図2の両方は、各列に同じ数が存在することを表す通常のパリティーチェックマトリクス、ならびに、各行に同じ数が存在するパリティーチェックマトリクス、を示している。また、図2は、各パリティーチェックノード120が同数の情報ビットおよびパリティービットに接続している場合を示している。
【0035】
ここで説明するジェネレーターマトリクスを見つけるための最後のポイントは、LDPCコードの構築を考慮した場合に重要である。具体的には、一般的なパリティーチェックマトリクスによって説明されるコード用のジェネレーターマトリクスを得るため、パリティーチェックマトリクスにガウス消去法を実行することにより、体系的なパリティーチェックマトリクスを形成し、その後、マトリクスHを置き換えることによってジェネレーターマトリクスを得る。しかし、ランダムに構成されたHマトリクスは、”フルランク”でなくてもよく、したがって、パリティーチェックマトリクスから長さNのコードを形成できなくてもよい。実際には、コードワード長は、Nより短いことが多く、通常、三ビット以内である。
【0036】
図3は、本発明に係るLDPCコーダーの例を示している。ADSLトランシーバーの構造は広く知られており、ITU規格G992.1等で示されているので、ADSL通信に必要な残りのハードウエアおよびソフトウエアについては、ここでは説明を行わない。LDPCコーダー300は、LDPCエンコーダーモジュール310、コセットマップ決定モジュール320、QAMエンコーダー330、および、変調器340を備えている。入力パスBMは、入力された非コード化情報ビットを表している。入力情報ストリームB’M は、入力された被コード化情報ビットを示している。ストリームCN内の情報は、LDPCコード化ビットを示している。また、LDPCコーダー300と関連するのは、ジェネレーターマトリクスモジュール400である。
【0037】
コードレートは、以下のように表すことが出来る:
【数7】
LDPCCM受信機は、LDPCパリティーチェックマトリクスを用いて実行されるLDPCデコーディングと一体となって図3と逆の機能を備えている。かかるパリティーチェックマトリクスは、当該受信機内にあるパリティーチェック構成モジュールを用いて構築される。
【0038】
上述のように、LDPCパリティーマトリクスは、初期化又は設定段階中にデータレートおよび待ち時間の要件が特定された後に構築される。LDPCパリティーチェックマトリクスの構築は、受信機で行われ、コードレートおよび各情報および各パリティービットから各パリティーノードへの枝の数を選択するレートおよびブランチ決定モジュール(図示せず)によって開始される。これらの枝数は、(t)によって示される。これらの枝は、疑似ー乱数シフトレジスター(PRBS)等の乱数モジュール(図示せず)内で決定された乱数に基づき、サイクルのtの数に基づいて各ビットから情報およびパリティービットを介してパリティーノードへと、ランダムに割り当てられる。これにより、各情報およびパリティービットからt個の枝が存在することが確実となる。繰り返しになるが(as in earlier iteration)、同じビットから同じパリティーノードに枝が割り当てられている場合、新しい乱数が選択されるとともに、新たな枝が選ばれる。
【0039】
全てのノードを完全に占める(fully populated)には二つの選択肢がある。具体的には、システムは、全てのパリティーノードから同じ枝数、又は、その代わりに、全てのパリティーノードからパリティービットおよび情報ビットの両方への同じ数の接続、を決定することが可能である。全てのパリティーノードにおける同じ数の枝用に、各パリティーノードにカウンター(図示せず)が割り当てられると共に、そのノードに枝が接続されるたびにカウントが増やされる。カウンターが、一旦2tに達すると、当該ノードに対してそれ以上接続することができなくなる。ランダムに生成された枝が”フル”ノードを選択した場合、乱数は廃棄され、新しい枝が選ばれる。これを行う効率的な方法としては、1−(N−k−f)の範囲、ここでfは、”フル”ノードの数、で乱数を選ぶことである。しかし、枝数が最後にまで達していると、枝の重複(duplicate)を回避することが困難となり、プロセスを再スタートするか、t個の枝よりも少ない数ビットを選択するか、のいずれかを選択することができる。
【0040】
パリティーノードからパリティービットおよび情報ビットの両方への接続と同じ数の接続のため、 各パリティーノードに対し、パリティービットと情報ビットの枝数を個別にカウントするため、二つのカウンターが割り当てられる。次に、どのノードも自身に割り当てられた情報ビット又はパリティービットに対する接続の数を超えないように、枝数が選ばれる。同じ数の枝が全てのパリティーノードに存在するという、上述の実施形態と同じ方法によってこれを達成することが可能である。しかし、この例におけるシナリオでは、”フル”ノードを有する代わりに、”フル情報”ノードおよび”フルパリティー”ノードが存在する。
【0041】
次に、パリティーチェックマトリクスを全部照会することにより、どのような長さにでも形成可能なサイクルを削除することができ、また、他の枝を用いてサイクルを形成する枝を再度割り当てるようにしても、サイクルが除去される。枝の再割り当ては、上述のルーピングステップ(looping step)と同じ方法で行われるが、演算が複雑となるおそれがあるので、単にサイクルから枝を取り除くとともに、システムの性能に支障をきたすことがなければ、ノードの一部と前記のビットとが異なる接続数を有するようにしてもよい。
【0042】
送信機においては、初期化又は設定段階中にデータレートおよび待ち時間が特定された後、ジェネレーターマトリクスモジュール400によってジェネレーターマトリクスが決定される。具体的には、ガウス消去法を用いて、体系的なパリティーチェックマトリクスが生成される。かかる体系的なマトリクスからは、上述のように、ジェネレーターマトリクスが生成される。かかるパリティーチェックマトリクスが、所定の長さよりコードワードが短いことを表す、”フルランク”でない場合、二つの選択肢がある。第一の選択肢としては、上述のルーピングを再度実行する。また、それに代えて、所望のコードレート用に必要とされるよりも多くの情報ビットを選択し、残りのステップを順に行ってもよい。しかし、これによりパリティーノード用の枝は、異なる数となってしまう。
【0043】
マトリクスがフルランクでない場合、必要に応じ、一以上の行を削除することが可能である。こうしてできたコードが余分な情報ビットを有している場合、これらが送信に必要とされることはないが、エンコーディングおよびデコーディングの目的に関し、かかる余剰ビットをゼロと見なすことができる。
【0044】
なお、LDPCコードを生成する第二の方法は、全体的なコード構造の特徴の多くを犠牲にすることで、上述の方法よりも高速となる。本方法によるLDPCの生成方法との主な相違点は、マトリクスのパリティービットセクションを形成する列が、下三角構造(lower triangular in structure)となるようパリティーチェックマトリクスに制限が課されていることである。下三角部分がアィデンティテイーマトリクスである場合には、比較的容易にジェネレーターマトリクスを決定することができることが知られている。結局、パリティービットセクションは、本質的に下三角構造であるということが判る。
【0045】
図4は、かかる構造のパリティーチェックマトリクスの構成を示している。下三角は、正方形のマトリクスに適用されており、かかる正方形のマトリクスは、いずかの又は全てのゼロでない項目(non−zero term)が、1、1からN、N、すなわち、それを超える全てがゼロとなるような主なダイアゴナルと同じか、又はそれ未満である。この例の場合、パリティービット用のパリティーチェックマトリクスの一部であって、最後のN−K列が、サイズN−K×N−Kの正方形のマトリクスを形成する。これが、下三角に必要とされる部分である。情報ビット用のセクションについては、制約がない。したがって、アィデンティティーマトリクスと呼ばれる(通常の場合に)セクションは、サイズN−K×N−Kのアィデンティティーマトリクスを形成するパリティービットセクションである。したがって、かかるアィデンティティーマトリクス(又はいずれかのダイアゴナルマトリクス)は、下三角マトリクスのサブセットである。
【0046】
以下に説明する乱数発生と組み合わせた場合の本構造の利点は、パリティーチェックマトリクスおよび生成マトリクスのいずれをも記憶する必要がないことである。エンコーディング又はデコーディングのいずれかの間の適切な時に、いずれかのポイントにおいて必要な枝は、必要に応じてPRBSから決定することができる。これにより、コードワードサイズが大きくなるにつれ、マトリクスのサイズが大きくなるという利点お生じさせることが判る。また、ガウス消去法を用いた通常のLDPCコード生成法は、非過疎(non−sparse)でありエンコーダー用に大量の記憶容量を必要とするジェネレーターマトリクスを生じさせる。
【0047】
かかる方法をエンコーダーの利益になるよう用いる方法の一つは、全てのパリティーノードをゼロと等しく設定することである。情報ビットが到着すると、例えば、PRBSを用いてパリティーノードの接続が決定され、パリティーノードを用いてかかる情報ビットが排他的論理和される(XORed)。次に、最初のパリティービットが最初のパリティーノードと同じ値に設定され、この値は、最初のパリティービットに接続された他のパリティーノードを用いて排他的論理和される。これらの接続は、PRBS等によって、再び決定される。
【0048】
図5は、本発明にかかるLDPCコードを決定する方法の第一の実施形態を示している。具体的には、制御は、ステップS100で開始され、ステップS110へと続く。ステップS110においては、コードレートが決定される。次に、ステップS120において、枝数(t)が決定される。その後、ステップS130へと続く。
【0049】
ステップS130においては、情報又はパリティービットが選択される。次に、ステップS140において、乱数が決定される。次に、ステップS150では、選択された情報又はパリティービットから枝が選択される。その後、ステップS160へと続く。
【0050】
ステップS160においては、決定された枝が重複しているか否かの判断がなされる。枝が重複している場合、ステップS140にジャンプする。そうでない場合は、ステップS170へと続く。
【0051】
ステップS170においては、パリティーノードに枝が割り当てられる。次に、ステップS180において、選ばれたビット用にtが指数化(indexed)される。次に、ステップS190では、割り当てられた枝数が全ての情報およびパリティービット用のtと等しいどうかの判断がなされる。情報およびパリティービットがt個の枝を有していない場合は、ステップS200へと続く。等しい枝を有する場合は、ステップS210へジャンプする。
【0052】
ステップS200においては、次の情報又はパリティービットが選ばれる。次に、制御はステップS140へと戻る。
【0053】
ステップS210においては、サイクルが削除される。次に、ステップS220において、ジェネレーターマトリクスが決定される。次に、S230において、パリティーチェックマトリクスがフルランクであるかどうかの判断がなされる。パリティーチェックマトリクスがフルランクでない場合、ステップS240へと続く。フルランクの場合は、制御が終了するステップS250へとジャンプする。
【0054】
ステップS240においては、必要とされる以上の情報ビットが選ばれ、ステップS120にジャンプする。
【0055】
図6は、本発明にかかるLDPCコードを決定する方法の第二の実施形態を示している。具体的には、制御は、ステップS300で開始され、ステップS310へと続く。ステップS310においては、コードレートが決定される。次に、ステップS320において、枝数(t)が決定される。その後、ステップS330において、情報および/またはパリティービットが選択される。次に、ステップS340へと続く。
【0056】
ステップS340においては、乱数が決定される。次に、ステップS350では、選択された情報又はパリティービットとパリティーノード間の枝が決定される。次に、ステップS360においては、前記の枝が重複しているか否かの判断がなされる。枝が重複している場合、ステップS340に戻る。そうでない場合は、ステップS370へと続く。ステップS370においては、パリティーノードがフルであるか否かの判断がなされる。パリティーノードがフルの場合、ステップS340に戻る。フルでない場合は、ステップS380へと続く。
【0057】
ステップS380においては、枝がパリティーノードに割り当てられる。次に、ステップS390では、選ばれた情報又はパリティービット用にtが指数化(indexed)される。その後、ステップS400において、全ての情報およびパリテオービットにt個の枝が割り当てられたか否かの判断がなされる。全ての情報およびパリティービットにt個の枝が割り当てられていない場合は、ステップS400へと続く。割り当てられている場合は、制御が終了するステップS420へジャンプする。
【0058】
ステップS400において、次の情報又はパリティービットが選択される。次に、ステップS330に戻る。
【0059】
図7は、ステップS140およびS340で示した乱数決定方法の例を示している。具体的には、ステップS500で制御が開始され、ステップS510へと続く。ステップS510においては、例えば、長い非反復シーケンス(long non−repeating sequence)を有する疑似乱数シフトレジスタ(PRBS)から乱数が選択される。次に、ステップS520において、Nが選択される。その後、ステップS530で、PRBSがシフトされる。次に、ステップS540へと続く。
【0060】
ステップS540においては、レジスターモジュロ演算(registers modulo)(N−K)の値が取得される。次に、ステップS550では、乱数が出力される。その後、制御シ−ケンスが終了するステップS560へと続く。
【0061】
図3に示すように、LDPCコード化システムにおいて、コード決定システムおよび関連する部品は、VDSLモデム等のDSLモデム上、又は、通信装置を有する別のプログラム済みの汎用コンピュータによって実行することができる。 しかし、かかるLDPCコード決定システムは、特殊な用途のコンピュータ、プログラム済みのマイクロプロセッサー、又は、マイクロコントローラー兼周辺集積回路素子、ASIC又は他の集積回路、デジタル信号プロセッサー、個別素子(discrete element),PLD、PLA、FPGA、PAL等及び関連する通信機器等のプログラマブルロジック装置等のプログラム組み込み済みハードウエア(hardwired)又は電子ロジック回路によっても実行可能である。一般に、図5から図7に示すフローチャートを連続して実行可能な有限状態機械(finite state machine)を実現することができる装置であれば、どのような装置でも本発明にかかるLDPCコード決定システムに使用することが出来る。なお、ここで用いられているモジュールという用語は、どのようなハードウエア又はソフトウエア、あるいは、その組み合わせ、を含む概念である。
【0062】
LDPCCM法は、どのような無線、有線又は、従来の通信システムを介して改良されたコーディングを提供するので有れば、一般に、どのような通信システムにも用いることが出来る。LDPCCM法は、マルチキャリア又はシングルキャリア変調を用いるどのような通信システムにも使用可能である。また、このLDPCCM法は、データレートおよび待ち時間の条件が可変で、データレートおよび待ち時間の条件が初期化又は設定段階中に決定される、いずれの通信システムにも用いることができる。
【0063】
また、開示された方法は、様々なコンピュータ、ワークステーション、又はモデムハードウエア、および/又は、ソフトウエアプラットフォーム上で使用可能なポータブルソースコードを提供するオブジェクト又はオブジェクト指向のソフトウエア開発環境により直ちに実現することができる。それに代えて、開示されたモデムは、その一部又は全部を、標準的なロジック回路又はVLSIデザインを用いたプログラム組み込み済みハードウエア(hardwired)により実現しても良い。本発明にかかるシステムを実現するため、当該システムの速度、および/又は、効率についての要求事項、特定の機能、特定のソフトウエア、および/又は、ハードウエアシステム、又はマイクロプロセッサー、すなわち、用いられるマイクロコンピュータシステムによっては、他のソフトウエア又はハードウエアを用いても良い。しかし、ここで示されているLDPCコード決定システムは、ここで記載された機能の説明およびコンピュータならびに通信技術の一般的な知識を用いることにより、適用可能な技術の当業者によって、既知の、以後開発されるシステム又は構成、装置、および/又は、ソフトウエアを用いたハードウエア、および/又は、ソフトウエアを用いて、直ちに実現することが出来る。
【0064】
さらに、開示された方法は、プログラムされた汎用コンピュータ、特殊な用途のコンピュータ、マイクロプロセッサおよび関連する通信機器、DSLモデム等のモデム、上で実行されるソフトウエアとして直ちに実現することが出来る。このような場合、本発明の方法およびシステムは、DSLモデム等のモデムに組み込まれたプログラムとして実現することが出来る。かかるLDPCコード決定システムは、当該システムおよび当該方法を、ADSLモデム、VDSLモデム、ネットワークインターフェースカード等のモデムのハードウエアおよびソフトウエアシステム、等のソフトウエア、および/又は、ハードウエアシステム内に物理的に組み込む、によっても実現可能である。
【0065】
したがって、本発明によれば、LDPCコード決定方法およびシステムが提供されることは、明かである。本発明は、いくつかの実施形態に関して説明がなされているが、適用可能な技術の当業者にとっては、多くの代替手段、変更例があることは、明らかに理解できる。したがって、出願人は、本発明の精神およびその範囲中にある、かかる代替手段、変更例、均等物を含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
本発明の実施形態は、以下の図面を参照しつつ説明した。
【図1】
図1は、LDPCコード化変調システムの例を示す機能ブロックである。
【図2】
図2は、パリティーチェックマトリクスの図解例である。
【図3】
図3は、乱数パリティーチェックマトリクスの例を示す。
【図4】
図4は、パリティーチェックマトリクスの構成の例を示している。
【図5】
図5は、LDPCコードを決定する実施形態の概要フローチャートである。
【図6】
図6は、LDPCコードを決定する第二の実施形態を示すフローチャートである。
【図7】
図7は、乱数を決定する方法の一例を示すフローチャートである。
Claims (36)
- 通信チャネルを介した通信用のデータビット信号の複合変調および順方向誤り訂正(FEC)コーディング法であって、
FECコード化ビット信号を生成するため、LDPCコードを用いてデータビット信号のサブセットをFECコーディングするステップ、
一以上のビット信号を含む少なくとも一のコンステレーションを用いて、前記データビット信号およびFECコード化ビット信号を変調するステップ、および 前記FECコード化ビット信号を用いて、少なくとも一のコンステレーションのコセット(coset)を指定するステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。 - 請求項1の方法において、前記変調は、シングルキャリア又はマルチキャリア変調であること、
を特徴とするもの。 - 請求項1の方法において、前記LDPCコードは、一以上の情報ビットおよび一以上のパリティービットと同じBERを有していること、
を特徴とするもの。 - 請求項1の方法において、LDPCコードパリティーチェックマトリクスは、初期化又は設定段階(configuration phase)中に決定されること、
を特徴とするもの。 - 請求項1の方法において、LDPCコードジェネレーターマトリクスは、初期化又は設定段階中に決定されること、
を特徴とするもの。 - 請求項1の方法において、LDPCコードパリティーチェックマトリクスは、待ち時間(latency)およびデータレートが特定された後に決定されること、
を特徴とするもの。 - 請求項1の方法において、LDPCコードジェネレーターマトリクスは、待ち時間およびデータレートが特定された後に決定されること、
を特徴とするもの。 - 請求項1の方法において、前記LDPCコードは、可変のコードワード長を有すること、
を特徴とするもの。 - 請求項8の方法において、前記コードワード長は、データレートおよび待ち時間の一つ以上に基づいて変化すること、
を特徴とするもの。 - 請求項1の方法において、前記LDPCコードは、サイクルを全く有していないこと、
を特徴とするもの。 - 請求項1の方法において、前記LDPCコードのパリティーチェックマトリクスは、少なくとも一の情報ビットと少なくとも一のパリティーノードを有する少なくとも一のパリティービットとを接続する、同じ数の枝を有すること、
を特徴とするもの。 - 請求項1の方法において、パリティーチェックマトリクスは、同じ数の情報ビットおよびパリティービットに接続された少なくとも一のパリティーノード、を含むこと、
を特徴とするもの。 - LDPCコードを用いたデータビットの信号の順方向誤り訂正コーディング法であって、
データレートおよび待ち時間の少なくとも一つを決定するステップ、および
データビット信号をエンコードするLDPC生成マトリクスを決定するステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。 - 請求項13の方法において、前記データレートおよび待ち時間の少なくとも一つは、初期化又は設定段階中に決定されること、
を特徴とするもの。 - 請求項13の方法において、前記LDPCコードジェネレーターマトリクスは、前記データレートおよび前記待ち時間が特定された後に決定されること、
を特徴とするもの。 - 請求項13の方法において、前記LDPCコードは、可変のコードワード長を有すること、
を特徴とするもの。 - 請求項16の方法において、前記コードワード長は、データレートおよび待ち時間のいずれか一つ以上に基づいて変化すること、
を特徴とするもの。 - 請求項13の方法において、前記LDPCコードは、サイクルを全く有していないこと、
を特徴とするもの。 - LDPCコードを用いたデータビット信号の順方向誤り訂正デコーディング法であって、
データレートおよび待ち時間の少なくとも一つを決定するステップ、および
コード化されたビット信号をデコードするLDPCパリティーチェックマトリクスを決定するステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。 - 請求項19の方法において、前記前記データレートおよび待ち時間の少なくとも一つは、初期化又は設定段階中に決定されること、
を特徴とするもの。 - 請求項19の方法において、LDPCパリティーチェックマトリクスは、データレートおよび待ち時間が特定された後に決定されること、
を特徴とするもの。 - 請求項19の方法において、前記LDPCコードは、可変のコードワード長を有すること、
を特徴とするもの。 - 請求項22の方法において、前記コードワード長は、データレートおよび待ち時間のいずれか一つ以上に基づいて変化すること、
を特徴とするもの。 - 請求項19の方法において、前記LDPCコードは、サイクルを全く有していないこと、
を特徴とするもの。 - LDPCコードを用いてデータビット信号の順方向誤り訂正コーディングを実行する情報を記憶した情報記憶媒体であって、
データレートおよび待ち時間の少なくとも一つを決定する情報、および
データビット信号をエンコードするLDPCジェネレーターマトリクスを決定する情報、を備えたこと、
を特徴とするもの。 - 請求項25の媒体において、前記データレートおよび待ち時間の少なくとも一つは、初期化又は設定段階中に決定されること、
を特徴とするもの。 - 請求項25の媒体において、前記LDPCコードジェネレーターマトリクスは、前記データレートおよび前記待ち時間が特定された後に決定されること、
を特徴とするもの。 - 請求項25の媒体において、前記LDPCコードは、可変のコードワード長を有すること、
を特徴とするもの。 - 請求項28の媒体において、前記コードワード長は、データレートおよび待ち時間のいずれか一つ以上に基づいて変化すること、
を特徴とするもの。 - 請求項25の媒体において、前記LDPCコードは、サイクルを全く有していないこと、
を特徴とするもの。 - LDPCコードを用いてデータビット信号の順方向誤り訂正デコーディングを実行する情報を記憶した情報記憶媒体であって、
データレートおよび待ち時間の少なくとも一つを決定する情報、および
前記データビット信号をデコードするLDPCパリティーチェックマトリクスを決定する情報、を備えたこと、
を特徴とするもの。 - 請求項31の媒体において、前記データレートおよび待ち時間の少なくとも一つは、初期化又は設定段階中に決定されること、
を特徴とするもの。 - 請求項31の媒体において、LDPCパリティーチェックマトリクスは、データレートおよび待ち時間が特定された後に決定されること、
を特徴とするもの。 - 請求項31の媒体において、前記LDPCコードは、可変のコードワード長を有すること、
を特徴とするもの。 - 請求項34の媒体において、前記コードワード長は、データレートおよび待ち時間のいずれか一つ以上に基づいて変化すること、
を特徴とするもの。 - 請求項31の媒体において、前記LDPCコードは、サイクルを全く有していないこと、
を特徴とするもの。
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