發送裝置、接收裝置、發送方法及接收方法
2023-09-16 11:42:50 2
專利名稱：發送裝置、接收裝置、發送方法及接收方法
技術領域：
本發明涉及一種在發生強的外來性噪聲的環境下進行數字通信的發送裝置和接收裝置、以及發送方法和接收方法。
背景技術：
目前，作為家庭網絡的基本設施，基於使用2. 4GHz頻帶 ISM (Industry-Science-Medical)頻段的、作為無線 LAN (Local Area Network)標準的 IEEE802. llb、g、n的製品廣泛普及。ISM頻段是在日本只要IOmW以下的輸出則不必批准就能利用的開放的頻帶，除無線LAN標準外，Zigbee、Bluetooth、無繩電話等其他通信系統也使用ISM頻段。因此，當無線LAN通信時其他通信系統的信號會構成幹擾。另外，已知ISM 頻段中出現電磁爐等使用高頻器件的電氣設備產生的人工噪聲。作為無線LAN以外的家庭網絡的基本設施，已知使用電力線作為通信媒體的電力線通信(PLC =Power Line Communications)系統。電力線通信系統是在電力線上於電力傳輸中未使用的長波帶或短波帶的頻帶上重疊通信信號來進行通信的系統。但是，在這些頻域中存在來自進行通信方式不同的多個電力線通信的通信裝置的幹擾、或從連接於電力線的電子設備發出的噪聲、來自廣播站的廣播波、來自外部電子設備的洩漏電波等。結果，使用ISM頻段的無線通信或電力線通信系統的發送裝置與接收裝置之間的通信路徑成為人工噪聲或來自其他系統的幹擾影響大的通信路徑。在本申請文件中，將來自其他系統的幹擾、來自電子設備的人工噪聲等統一表現為外來性噪聲。通常，外來性噪聲具有大的電平，另外，具有出現在特定的時間及頻率的特徵。因此，以在接收裝置中發生的加性白色高斯噪聲(AWGN :Additive White Gaussian Noise)環境下的通信為前提設計的接收裝置中，在外來性噪聲存在的環境下不能進行最佳接收，比特錯誤率特性惡化。結果， 通信系統的流量下降。針對上述問題，此前對脈衝性噪聲等外來性噪聲環境下的最佳接收進行研究。例如，在非專利文獻1中公開一種方式，在使用Middleton (米德爾頓)等級A脈衝性無線噪聲模塊作為外來性噪聲的統計模塊的情況下，推定必要的參數後進行最佳接收。但是，在非專利文獻1中記載的方法中，為了推定外來性噪聲的參數，必需追加的運算處理。因此，作為更簡單的方法，在非專利文獻2中提議如下方法，推定重疊外來性噪聲的符號，在解調·解碼時將該符號的比特似然處理為O。在該方法中，當計算輸入解碼器的比特似然時，若比特似然比事先確定的閾值大，則判斷為該比特受到電力大的外來性噪聲的影響，將該比特似然設為O後進行解碼。由此，能以較簡單的手法進行外來性噪聲環境下的接收。先行技術文獻專利文獻專利文獻1 特開平1-190143號公報專利文獻2 特開2000-244464號公報
專利文獻3 特許第435632號公報非專利文獻非專利文獻1 金本英樹、宮本伸一、森永規彥著「等級A脈衝性無線噪聲環境下的參數推定與最佳接收機的錯誤率特性」電子信息通信學會論文集B Vol. J82-B, No. 12， pp.2364-2374，1999 年 12 月非專利文獻 2 :Liang Zhang and Abbas Yongacoglu, "Turbo Decoding with Erasures for High-Speed Transmision in the Presence of Impulse Noise,，，2002International Zurich Seminar on Broadband Communications, pp. 20-1-20-6，Feb. 2002.__ I 禾Il t 3 Changyan Di, David Proietti, I. Emre Telatar, Thomas J. Richardson, and Rudiger L. Urbanke, "Finite-Length Analysis of Low-Density Parity-Check Codes on the Binary Erasure ChannelIEEE Transaction on Information Theory, vol. 48, No. 6,June 2002.發明的概要發明要解決的課題但是，在作為無線LAN標準而預測今後將更為普及的IEEE802. lln、室外無線寬帶服務的IEEE802. 1 Ie及電力線通信系統的部分標準中，採用LDPC (Low-Density Parity-Check:低密度奇偶校驗)代碼作為糾錯碼。LDPC代碼是由低密度的奇偶校驗矩陣定義的糾錯碼，作為具有逼近香農極限的高糾錯能力的糾錯碼而為人所知。另外，所謂低密度是指奇偶校驗矩陣中的非零要素數量相比零要素數量非常少。在LDPC代碼的解碼中，一般使用基於可靠性傳遞算法的sum-product解碼。下面， 說明平均0、方差σ 2的AWGN通信路徑中的sum-product解碼。
圖1中示出AWGN通信路徑中的編碼·解碼模塊。K個發送信息比特㈦.....bK)
由LDPC編碼器1100使用奇偶校驗矩陣H進行LDPC編碼，得到N個碼字比特(C1.....cN)。
式(1)中示出奇偶校驗矩陣H的一例。[數1]
式⑴式(1)所示的奇偶校驗矩陣H是定義碼長為10、編碼率為1/2的LDPC代碼的5行 10列的奇偶校驗矩陣。但是，式(1)的奇偶校驗矩陣H為了容易表述，設為小尺寸的矩陣， 所以不構成低密度的矩陣。使用式(1)的奇偶校驗矩陣H的LDPC代碼的編碼通過得到滿足HCt = 0的碼字
C= (C1.....cN)的任意算法來實施，在組織代碼的情況下，是(C1.....cN) = Od1.....bK、
P1.....Pm)。這裡，(P1.....PM)是由LDPC編碼生成的奇偶校驗位。圖2示出以特納(Tanner)圖形表現式(1)的奇偶校驗矩陣H的形式。所謂特納圖形是由數量與奇偶校驗矩陣H的列數相同的變量節點、數量與奇偶校驗矩陣H的行數相
8同的檢查節點、和數量與奇偶校驗矩陣H中包含的非零要素數量相同的邊構成的2部圖形。 變量節點及檢查節點是分別獨立的運算器。在特納圖形中，奇偶校驗矩陣H中第m行η列的要素為非零的情況下，由邊連接第m個檢查節點與第η個變量節點。N 個碼字比特(C」 · · ·、cN)由調製器 1200 調製。在 BPSK(Binary Phase Shift Keying)的情況下，對應於碼字比特cn的調製符號ι由ι = _2cn+l來提供。即， 為 時， xn 為 1, cn 為 1 時，xn 為-1。調製符號在AWGN通信路徑1300中受到平均0、方差ο 2的AWGN的影響之後，由接收側的裝置接收。接收符號yn由yn = χ +ζη來提供。κ是AWGN成分。解調器1400根據接收符號yn，求出各碼字的對數似然比(LLR =Log Likelihood Ratio) λ n。在BPSK的情況下，λ n由λ n = 2yn/ σ 2來提供。LDPC解碼器1500將LLR作為輸入進行sum-product解碼。將M行N列的奇偶校驗矩陣H設為想解碼的LDPC代碼的奇偶校驗矩陣。其中，K = N-M。另外，將奇偶校驗矩陣 H的第m行η列的要素表述為Hm,n。如式O)、式(3)所示定義集合[1、N]的部分集合A(m)、 B (η)。[數 2]A(m) ^ {η =Hmjn= 1}式 O)[數3]B (η) ^ {m =Hmjn= 1}式(3)S卩，部分集合A(m)表示奇偶校驗矩陣H的第m行中值為1的列索引的集合，部分集合B(n)表示奇偶校驗矩陣H的第η列中值為1的行索引的集合。另外，將從部分集合A(m) 中去除要素η後的剩餘要素η』表示為式(4)。[數4]n' e A(m) \n 式 G)同樣，將從部分集合B (η)中去除要素m後的剩餘要素m』表示為式(5)。[數5]m' e B (n) \m 式(5)sum-product (和積)解碼由以下的步驟1_6來實施。#步驟1(初始化)LDPC解碼器1500將作為反覆次數的計數器的變量q設定為q = 1，將最大反覆次數設定為Q。#步驟2 (列處理·變量節點下的處理)LDPC解碼器1500中，各變量節點使用輸入的LLIU 與外部值α m,n，反覆進行代碼的解碼，求出先驗值βω,η。各變量節點按η = 1、2、…、N的順序，對滿足Hm,η= 1的全部組 (m、η)，利用下面的更新式(6)，更新先驗值βω,η。其中，僅在q= 1的情況下，各變量節點作為αωη = 0，進行式(6)的計算，在q興1的情況下，使用由後述的步驟3更新的外部值 αω,η的值，進行式(6)的計算。[數 6]
圖3中示出特納圖形上的變量節點處理的實例。圖3中，連接於第η = 5的變量節點上的是第m= 1、2、3的檢查節點。這相當於在式(1)的奇偶校驗矩陣H的第5列中滿足Hm,n= 1的是第1、2、3行。第η = 5的變量節點對m= 1、2、3分別使用式(6)求出先驗值^』、^』、^』。先驗值β U^mh5變為式⑵。其中，圖3表示m= 1的計算例。[數7]K5=XJa2Ja3i5β2,5 = λ5+αι,5+α3,5β 3,5 = λ5+α ,5+α2,5 式⑵LLR λ 是從通信路徑得到的第η個碼字比特為ο還是1的比特似然(概率)，外部值α m,n是從第m個檢查節點得到的第η個碼字比特為0還是1的似然。第η個變量節點執行如下處理，根據LLR λ η與α m,n求出第η個碼字比特為0還是 1的似然，將其結果作為先驗值βω,η，發送到第m個檢查節點。#步驟3 (行處理·檢查節點中的處理)LDPC解碼器1500中，各檢查節點使用從變量節點發送來的先驗值β m,n，進行單一奇偶校驗代碼的解碼，求出外部值α m,n。各檢查節點按m=l、2、…、M的順序，對滿足!i,n = 1的全部組(m、η)，利用下面的更新式(8)，更新外部值cim,η。[數8]
權利要求
1.一種發送裝置，具備決定部，將具有相同碼長及相同編碼率、且由不同奇偶校驗矩陣定義的多個低密度奇偶校驗編碼方式之中的、與外來性噪聲的發生狀況對應的低密度奇偶校驗編碼方式，決定為使用的低密度奇偶校驗編碼方式；以及編碼部，使用由所述決定部決定的所述低密度奇偶校驗編碼方式，進行發送數據的編碼，從而生成碼字比特序列。
2.根據權利要求1所述的發送裝置，其中，在所述低密度奇偶校驗編碼方式中，至少包含由第1奇偶校驗矩陣定義的第1低密度奇偶校驗編碼方式、以及由第2奇偶校驗矩陣定義的第2低密度奇偶校驗編碼方式，存在對所述第1奇偶校驗矩陣構成停止集、但對所述第2奇偶校驗矩陣不構成停止集的規定數量的碼字比特的組合。
3.根據權利要求2所述的發送裝置，其中，還具備消失模式推定部，根據外來性噪聲的發生狀況，推定消失模式，該消失模式表示構成通過編碼生成的碼字比特序列的各碼字比特之中的消失候選比特的數量及消失候選比特各自在碼字內的位置，該消失候選比特是接收裝置在解碼處理前使其消失的可能性高的碼字比特；所述決定部根據由所述消失模式推定部推定的所述消失模式與所述低密度奇偶校驗編碼方式的所述奇偶校驗矩陣之間的關係，推定該奇偶校驗矩陣下的解碼性能，並根據推定結果，從所述多個低密度奇偶校驗編碼方式中決定所述使用的低密度奇偶校驗編碼方式。
4.根據權利要求3所述的發送裝置，其中，所述決定部將由所述消失模式表示的消失候選比特各自在碼字內的位置的組合不構成停止集的所述奇偶校驗矩陣所定義的低密度奇偶校驗編碼方式，決定為所述使用的低密度奇偶校驗編碼方式。
5.根據權利要求4所述的發送裝置，其中，所謂由所述消失模式表示的消失候選比特模式各自在碼字內的位置的組合不構成停止集的奇偶校驗矩陣，指的是在從該奇偶校驗矩陣中抽取與所述消失模式表示的消失候選比特各自在碼字內的位置對應的列而得到的部分矩陣中，行加權為1的行至少存在一行。
6.根據權利要求3所述的發送裝置，其中，所述決定部將由所述消失模式表示的消失候選比特各自在碼字內的位置的組合不構成停止集的所述奇偶校驗矩陣之中的、抽取了與所述消失模式表示的消失候選比特各自在碼字內的位置對應的列而得到的部分矩陣的行加權為0或1的行數較多的奇偶校驗矩陣所定義的低密度奇偶校驗編碼方式，決定為所述使用的低密度奇偶校驗編碼方式。
7.根據權利要求3所述的發送裝置，其中，所述決定部將由所述消失模式表示的消失候選比特各自在碼字內的位置的組合不構成停止集的所述奇偶校驗矩陣之中的、抽取了與所述消失模式表示的消失候選比特各自在碼字內的位置對應的列而得到的部分矩陣的行加權的最大值較小的奇偶校驗矩陣所定義的低密度奇偶校驗編碼方式，決定為所述使用的低密度奇偶校驗編碼方式。
8.根據權利要求3所述的發送裝置，其中，還具備噪聲發生狀況推定部，根據從通信路徑接收到的接收信號，推定外來性噪聲的發生狀況；所述消失模式推定部根據噪聲發生狀況推定部推定的所述外來性噪聲的發生狀況，推定所述消失模式。
9.根據權利要求1所述的發送裝置，其中，還具備接收部，接收包含消失模式的信號，該消失模式表示構成碼字比特序列的各碼字比特之中的、在接收裝置中解碼處理前設為消失比特的碼字比特各自在碼字內的位置；所述決定部根據由所述接收部接收到的所述消失模式與所述低密度奇偶校驗編碼方式的所述奇偶校驗矩陣之間的關係，推定該低密度奇偶校驗編碼方式下的解碼性能，並根據推定結果，從所述多個低密度奇偶校驗編碼方式中決定所述使用的低密度奇偶校驗編碼方式。
10.根據權利要求1所述的發送裝置，其中，還具備接收部，接收包含由接收裝置根據消失模式與所述低密度奇偶校驗編碼方式的奇偶校驗矩陣之間的關係來決定的低密度奇偶校驗編碼方式的信號，該消失模式表示構成碼字比特序列的各碼字比特之中的、在該接收裝置中解碼處理前設為消失比特的碼字比特各自在碼字內的位置；所述決定部根據所述接收到的包含低密度奇偶校驗編碼方式的信號，決定所述使用的低密度奇偶校驗編碼方式。
11.根據權利要求1所述的發送裝置，其中，在所述低密度奇偶校驗編碼方式中，至少包含由第1奇偶校驗矩陣定義的第1低密度奇偶校驗編碼方式、以及由第2奇偶校驗矩陣定義的第2低密度奇偶校驗編碼方式，所述第2奇偶校驗矩陣是與實施所述第1奇偶校驗矩陣的列置換而得到的奇偶校驗矩陣中的某一個相等的矩陣。
12.根據權利要求1所述的發送裝置，其中，在所述低密度奇偶校驗編碼方式中，至少包含由第1奇偶校驗矩陣定義的第1低密度奇偶校驗編碼方式、以及由第2奇偶校驗矩陣定義的第2低密度奇偶校驗編碼方式，所述第2奇偶校驗矩陣是相對於所述第1奇偶校驗矩陣獨立的矩陣。
13.根據權利要求1所述的發送裝置，其中，還具備調製部，調製由所述編碼部生成的碼字比特序列，從而生成調製信號；以及發送部，向所述調製信號附加表示所述編碼部在所述發送數據的編碼中使用的所述低密度奇偶校驗編碼方式的信息並發送。
14.一種發送裝置，具備決定部，將碼字內的碼字比特的多個替換規則之中的、與外來性噪聲的發生狀況對應的替換規則，決定為使用的替換規則；以及編碼部，使用低密度奇偶校驗編碼方式對發送數據進行編碼，從而生成第1碼字比特序列，按照所述決定部決定的所述替換規則，對所述第1碼字比特序列執行碼字內的碼字比特的替換，從而生成第2碼字比特序列。
15.一種發送裝置，具備決定部，將針對碼字比特序列的多個交錯模式之中的、與外來性噪聲的發生狀況對應的交錯模式，決定為使用的交錯模式；編碼部，使用低密度奇偶校驗編碼方式進行發送數據的編碼，從而生成碼字比特序列；以及交錯部，利用由所述決定部決定的所述交錯模式，對所述編碼部生成的所述碼字比特序列進行交錯，從而生成發送比特序列。
16.一種發送裝置，具備決定部，根據外來性噪聲的發生狀況，推定通信中使用的多個子載波之中的傳輸消失候選比特的子載波，把將推定的子載波中的至少一部分子載波的各自中使用的調製方式設為多個調製方式之中的多級數小的調製方式的定調映射，決定為使用的定調映射，該消失候選比特是構成通過編碼生成的碼字比特序列的各碼字比特之中的、接收裝置在解碼處理前使其消失的可能性高的碼字比特；編碼部，使用低密度奇偶校驗編碼方式進行發送數據的編碼，從而生成碼字比特序列；以及調製部，根據由所述決定部決定的定調映射，調製由所述編碼部生成的所述碼字比特序列，從而生成調製信號。
17.一種接收裝置，具備接收部，接收傳輸碼字比特序列的信號，該碼字比特序列是通過使用具有相同碼長及相同編碼率、且由不同奇偶校驗矩陣定義的多個低密度奇偶校驗編碼方式之中的、與外來性噪聲的發生狀況對應的低密度奇偶校驗編碼方式對發送數據進行編碼來生成的；解調部，通過解調由所述接收部接收到的信號，生成與所述碼字比特序列對應的接收碼字比特序列；以及解碼部，對所述接收碼字比特序列，執行與所述發送數據的編碼中使用的所述低密度奇偶校驗編碼方式對應的解碼處理。
18.一種接收裝置，具備接收部，接收傳輸第2碼字比特序列的信號，該第2碼字比特序列是對通過使用低密度奇偶校驗編碼方式編碼發送數據而生成的第1碼字比特序列、以碼字內的碼字比特的多個替換規則之中的與外來性噪聲的發生狀況對應的替換規則替換碼字內的碼字比特而得到的；解調部，通過解調由所述接收部接收到的信號，生成與所述第2碼字比特序列對應的第2接收碼字比特序列；以及解碼部，以與碼字比特的替換中使用的所述替換規則相反的替換規則，對所述第2接收碼字比特序列執行比特的替換，從而生成第1接收碼字比特序列，並對所述第1接收碼字比特序列執行與所述低密度奇偶校驗編碼方式對應的解碼處理。
19.一種接收裝置，具備接收部，接收傳輸發送比特序列的信號，該發送比特序列是以多個交錯模式之中的與外來性噪聲的發生狀況對應的交錯模式、對通過使用低密度奇偶校驗編碼方式編碼發送數據而生成的碼字比特序列進行交錯而得到的；解調部，通過解調由所述接收部接收到的信號，生成與所述發送比特序列對應的接收比特序列；去交錯部，以與所述碼字比特序列的交錯中使用的所述交錯模式相反的去交錯模式， 對所述接收比特序列進行去交錯，從而生成接收碼字比特序列；以及解碼部，對所述接收碼字比特序列執行與所述低密度奇偶校驗編碼方式對應的解碼處理。
20.一種發送方法，具備決定步驟，將具有相同碼長及相同編碼率、且由不同奇偶校驗矩陣定義的多個低密度奇偶校驗編碼方式之中的、與外來性噪聲的發生狀況對應的低密度奇偶校驗編碼方式，決定為使用的低密度奇偶校驗編碼方式；以及編碼步驟，使用所述決定步驟中決定的所述低密度奇偶校驗編碼方式，進行發送數據的編碼，從而生成碼字比特序列。
21.一種發送方法，具備決定步驟，將碼字內的碼字比特的多個替換規則之中的、與外來性噪聲的發生狀況對應的替換規則，決定為使用的替換規則；以及編碼步驟，使用低密度奇偶校驗編碼方式對發送數據進行編碼，從而生成第1碼字比特序列，按照所述決定步驟決定的所述替換規則，對所述第1碼字比特序列執行碼字內的碼字比特的替換，從而生成第2碼字比特序列。
22.一種發送方法，具備 決定步驟，將針對碼字比特序列的多個交錯模式之中的、與外來性噪聲的發生狀況對應的交錯模式，決定為使用的交錯模式；編碼步驟，通過使用低密度奇偶校驗編碼方式進行發送數據的編碼，生成碼字比特序列；以及交錯步驟，利用所述決定步驟中決定的所述交錯模式，對所述編碼步驟中生成的所述碼字比特序列進行交錯，從而生成發送比特序列。
23.一種發送方法，具備決定步驟，根據外來性噪聲的發生狀況，推定通信中使用的多個子載波之中的傳輸消失候選比特的子載波，把將推定的子載波中的至少一部分子載波的各自中使用的調製方式設為多個調製方式之中的多級數小的調製方式的定調映射，決定為使用的定調映射，該消失候選比特是構成通過編碼生成的碼字比特序列的各碼字比特之中的、接收裝置在解碼處理前使其消失的可能性高的碼字比特；編碼步驟，通過使用低密度奇偶校驗編碼方式進行發送數據的編碼，生成碼字比特序列；以及調製步驟，根據所述決定步驟中決定的定調映射，調製所述編碼步驟中生成的所述碼字比特序列，從而生成調製信號。
24.一種接收方法，具備接收步驟，接收傳輸碼字比特序列的信號，該碼字比特序列是通過使用具有相同碼長及相同編碼率、且由不同奇偶校驗矩陣定義的多個低密度奇偶校驗編碼方式之中的、與外來性噪聲的發生狀況對應的低密度奇偶校驗編碼方式對發送數據進行編碼來生成的；解調步驟，通過解調所述接收步驟中接收到的信號，生成與所述碼字比特序列對應的接收碼字比特序列；以及解碼步驟，對所述接收碼字比特序列，執行與所述發送數據的編碼中使用的所述低密度奇偶校驗編碼方式對應的解碼處理。
25.一種接收方法，具備接收步驟，接收傳輸第2碼字比特序列的信號，該第2碼字比特序列是對通過使用低密度奇偶校驗編碼方式編碼發送數據而生成的第1碼字比特序列、以碼字內的碼字比特的多個替換規則之中的與外來性噪聲的發生狀況對應的替換規則替換碼字內的碼字比特而得到的；解調步驟，通過解調所述接收步驟接收到的信號，生成與所述第2碼字比特序列對應的第2接收碼字比特序列；以及解碼步驟，以與碼字比特的替換中使用的所述替換規則相反的替換規則，對所述第2 接收碼字比特序列執行比特的替換，從而生成第1接收碼字比特序列，並對所述第1接收碼字比特序列，執行與所述低密度奇偶校驗編碼方式對應的解碼處理。
26.一種接收方法，具備接收步驟，接收傳輸發送比特序列的信號，該發送比特序列是以多個交錯模式之中的與外來性噪聲的發生狀況對應的交錯模式、對通過使用低密度奇偶校驗編碼方式編碼發送數據而生成的碼字比特序列進行交錯而得到的；解調步驟，通過解調所述接收步驟中接收到的信號，生成與所述發送比特序列對應的接收比特序列；去交錯步驟，以與所述碼字比特序列的交錯中使用的所述交錯模式相反的去交錯模式，對所述接收比特序列進行去交錯，從而生成接收碼字比特序列；以及解碼步驟，對所述接收碼字比特序列，執行與所述低密度奇偶校驗編碼方式對應的解碼處理。
全文摘要
在發送裝置中，決定部將具有相同碼長及相同編碼率、且由不同奇偶校驗矩陣定義的多個LDPC編碼方式之中的、與外來性噪聲的發生狀況對應的LDPC編碼方式決定為使用的LDPC編碼方式，編碼部使用由所述決定部決定的所述LDPC編碼方式，進行發送數據的編碼，從而生成碼字比特序列。
文檔編號H03M13/19GK102388539SQ201180001730
公開日2012年3月21日 申請日期2011年2月9日 優先權日2010年2月10日
發明者岡村周太 申請人:松下電器產業株式會社