映射使用ldpc碼的編碼比特的方法以及發送和接收設備的製作方法
2023-09-14 22:55:15 1
專利名稱：映射使用ldpc碼的編碼比特的方法以及發送和接收設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線電數字通信領域，具體地說，涉及以數字數據糾錯及其調製方案為特徵的映射使用低密次數奇偶校驗(LDPC)碼的編碼比特的方法，以及採用這種方法的發送設備和接收設備和執行這種方法的程序。
背景技術：
在使用某一個調製方案時，指配給各個調製信號點的編碼比特序列在一個通信信道的這些調製信號點上通常具有不同的抗錯性。此外，在這種情況下，由於調製，多個發送編碼比特序列含有一些在這個通信信道內呈現高抗誤碼性的部分和一些呈現低抗誤碼性的部分。如果一些呈現低抗誤碼性的部分連續，在對編碼數字信息解碼時就有可能使誤碼率特性惡化。
在傳統的無線電通信系統內，為了解決這個問題，通過交織打亂編碼比特序列，從而使得在接收方在一個通信信道內出現的連續誤碼分散。這抑制了通信信道內連續誤碼對解碼的影響。這種方法在發送方所用的編碼方案為所有的比特序列提供均勻的抗錯性時是行之有效的。
LDPC碼是一種糾錯碼，被認為是替代Turbo碼的技術。此外，可以知道LDPC碼具有出色的漸近性能，例如可參見日本專利申請KOKAI公報No.2003-115768。然而，每個LDPC碼本身呈現為具有不同的抗錯性。因此，簡單地將不均勻的抗錯性分散在各調製信號點上，並不總是能充分利用LDPC碼的特性。
如上所述，在傳統的無線電通信系統內，執行對數字數據的編碼和交織，使得在一個通信信道內一些調製信號點上的錯誤對編碼比特序列的影響均勻地分散。然而，如果將呈現為具有不同的抗錯性的LDPC碼用於一個編碼比特序列，它就不能充分地展現它的特性。此外，在構造LDPC編碼器時，沒有考慮在一個通信信道內的抗錯性，因此在LDPC編碼器內所用的LDPC碼並不總是適合於通信信道的特性。
發明內容
按照本發明的第一方面，提供了一種映射使用低密次數奇偶校驗(LDPC)碼的編碼比特的方法，這種方法包括下列步驟用LDPC碼對信息比特編碼，產生編碼比特；按照由LDPC碼的奇偶校驗矩陣表示的變量節點的次數對編碼比特排序；按照一個使用調製方案將排好的編碼比特分成多個組；以及考慮每個組的抗錯性和相應調製信號點的抗錯性而將編碼比特映射到各自的調製信號點。
按照本發明的第二方面，提供了一種發送編碼數據的發送設備，這種發送設備包括一個用低密次數奇偶校驗(LDPC)碼對信息比特編碼、產生編碼比特的編碼器；一個配置成按照由LDPC碼的奇偶校驗矩陣表示的變量節點的次數對編碼比特排序的排序單元；一個配置成按照一個使用調製方案將排好的編碼比特分成多個組的劃分單元；一個配置成考慮每個組的抗錯性和相應調製信號點的抗錯性而將編碼比特映射到各自的調製信號點、以提供各足夠的抗錯性的映射單元；一個配置成用所述調製方案調製映射的編碼比特的調製單元；以及一個配置成發送經調製的映射編碼比特的發送單元。
按照本發明的第三方面，提供了一種接收設備，這種接收設備包括一個配置成接收來自第二方面的發送設備的經調製的映射編碼比特的接收單元。
按照本發明的第四方面，提供了一種存儲在一個計算機可讀媒體內的映射使用低密次數奇偶校驗(LDPC)碼的編碼比特的程序，這種程序包括命令計算機用LDPC碼對信息比特編碼、產生編碼比特的裝置；命令計算機按照由LDPC碼的奇偶校驗矩陣表示的變量節點的次數對編碼比特排序的裝置；命令計算機按照一個使用調製方案將排好的編碼比特分成多個組的裝置；以及命令計算機考慮每個組的抗錯性和相應調製信號點的抗錯性將編碼比特映射到各自的調製信號點的裝置。
按照本發明的第五方面，提供了一種存儲在一個計算機可讀媒體內的映射使用低密次數奇偶校驗(LDPC)碼的編碼比特的程序，這種程序包括命令計算機用LDPC碼對信息比特編碼、產生編碼比特的裝置；命令計算機按照由LDPC碼的奇偶校驗矩陣表示的變量節點的次數對編碼比特排序的裝置；命令計算機按照一個使用調製方案將排好的編碼比特分成多個組的裝置；命令計算機檢測一個發送設備與一個接收設備之間的通信信道狀態的裝置；以及命令計算機考慮每個組的抗錯性、相應調製信號點的抗錯性和檢測到的通信信道狀態而將編碼比特映射到各自的調製信號點的裝置。
圖1為例示按照本發明第一實施例設計的無線電發送設備和無線電接收設備的方框圖；圖2為例示所有變量節點具有相同的次數的情況的偶圖；圖3A例示了在所有的變量節點具有相同的次數時使用的奇偶校驗矩陣的例子；圖3B例示了在變量節點具有不同的次數時使用的奇偶校驗矩陣的例子；圖4為例示刪除、添加和轉換路徑的偶圖；
圖5為有利於說明圖4的對奇偶校驗矩陣的操作的示意圖；圖6為有利於說明圖1中的LDPC解碼器的解碼處理的偶圖；圖7為例示包括具有不同的次數的變量節點的情況的偶圖；圖8為例示調製方案為4元PAM時所得到的調製信號點和它們的抗錯性的示意圖；圖9為例示圖1中的無線電發送設備的工作情況的流程圖；圖10為例示對4元PAM內的調製信號點執行標記的不同方式的示意圖；圖11為例示在調製方案為8元PSK時使用標記的映射的方式的示意圖；圖12為例示按照本發明第二實施例設計的無線電發送設備和無線電接收設備的方框圖；圖13為例示圖12中的無線電發送設備的工作情況的流程圖；圖14為有利於說明根據頻基通信信道狀態確定映射模式的示意圖；圖15為有利於說明根據時基通信信道狀態確定映射模式的示意圖；圖16為有利於說明按通信信道狀態對LDPC比特序列的映射控制的示意圖；圖17為例示圖12所示的無線電發送設備和無線電接收設備的工作實例的示意圖；圖18為例示按照本發明第三實施例設計的無線電發送設備和無線電接收設備的方框圖；圖19為例示按照本發明第三實施例的變型設計的無線電發送設備和無線電接收設備的方框圖；圖20為例示按照本發明第四實施例設計的無線電發送設備和無線電接收設備的方框圖；圖21為有利於說明圖20中所示的無線電發送設備執行的排序、分組和映射的偶圖；
圖22為例示按照本發明第四實施例的第一變型設計的無線電發送設備和無線電接收設備的方框圖；圖23為有利於說明圖22中所示的無線電發送設備執行的排序、分組和映射的偶圖；圖24為例示按照本發明第四實施例的第二變型設計的無線電發送設備和無線電接收設備的方框圖；圖25為有利於說明圖24中所示的無線電發送設備執行的排序、分組和映射的偶圖；圖26為例示按照本發明第五實施例設計的無線電發送設備和無線電接收設備的方框圖；以及圖27為例示圖26中所示的無線電發送設備執行的收縮的模式的偶圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖詳細說明按照本發明的實施例設計的映射使用LDPC碼的編碼比特的方法、發送和接收設備以及執行這種方法的程序。
首先，說明這些實施例所涉及的用低密次數奇偶校驗(LDPC)碼作為糾錯碼的無線電數字通信系統。在這種系統中，無線電發送設備通過向一個LDPC編碼器輸入數字數據和將它們指配給各自的調製信號點，產生一系列編碼比特序列。另一方面，無線電接收設備根據無線電發送設備指配給調製信號點的每個編碼比特序列與相應的糾錯碼之間的關係從由調製信號點接收的信息獲取每個編碼比特序列的似然信息。此後，無線電接收設備用似然信息對每個接收到的編碼比特序列解碼，得到想要的數字數據。
在這種無線電通信系統內，用例如M元相移鍵控(PSK)、M元正交調幅(QAM)、M元脈衝幅次數調製(PAM)、M元調幅/調相(AMPM)、M元脈衝位置調製(PPM)、正交頻分多路復用(OFDM)、碼分多址(CDMA)或超寬帶調製(UWB)設置上面提到的調製信號點。
第一實施例下面將結合圖1說明按照第一實施例設計的無線電發送設備和無線電接收設備。圖1為無線電發送設備和無線電接收設備的方框圖。
標為10的無線電發送設備適當地將用LDPC編碼器編碼的各比特序列映射到一些調製信號點，以使它們的抗錯性最佳化。由圖1可見，無線電發送設備10包括LDPC編碼器11、排序單元12、交織單元13、映射單元14和多元發射信號調製器15。
LDPC編碼器11接收到發送數據後，根據生成矩陣G對它進行LDPC編碼。生成矩陣G定義為一個在一個預定的奇偶校驗矩陣H下滿足H×G＝0的矩陣。執行LDPC編碼後得到滿足V×G＝C的C，其中V表示構成發送數據的一個數字數據序列。這個「C」是一個LDPC編碼比特序列，稱為編碼比特序列。
排序單元12按照從奇偶校驗矩陣H得到的變量節點的次數對所得到的編碼比特序列排序。從奇偶校驗矩陣H得出的每個變量節點的次數與奇偶校驗矩陣H的相應列向量內為「1」的元的個數相應。具體將就圖3A和圖3B所示的奇偶校驗矩陣H進行說明。在這兩個圖中，奇偶校驗矩陣H的每個列與一個變量節點相應，即第一至第六列與變量節點n1，n2，…，n6相應。在圖3A所示的奇偶校驗矩陣中，所有的變量節點n1，n2，…，n6的次數都為2。可是，在圖3B所示的奇偶校驗矩陣中，變量節點n1、n2、n3、n4、n5和n6的次數分別為3、3、3、1、1和1。在如圖3B所示的不是所有的變量節點具有相同的次數的情況下，排序單元12就對所得到的編碼比特序列排序。
此外，每個用從奇偶校驗矩陣H得到的生成矩陣G編碼的比特與一個變量節點相應。因此，奇偶校驗矩陣H內的每個變量節點的次數可以認為與每個編碼比特序列的每個比特相應。排序單元12考慮每個變量節點的次數是相應編碼比特的次數，從而對編碼比特序列排序。排序按照升冪或降冪的次序執行。在圖3B所示的這個例子中，在按升冪執行排序時，變量節點排成n6、n5、n4、n3、n2和n1的次序。
排序單元12還將每個排好的編碼比特序列分成與無線電發送設備10內所用的調製方案相應的預定個組。與調製方案相應的組數例如為在調製信號點之間不同的抗錯級別數。例如，在4元PAM的情況下，每個排好的編碼比特序列分成兩個組，而在8元PSK的情況下分成三個組。
交織單元13以排序單元12分好的編碼比特序列組為單位執行交織。交織單元13不是一個必需的單元，可以省去。也就是說，經排序單元12處理的編碼比特序列可以直接輸出給映射單元14。
映射單元14為每個調製信號點指配一組編碼比特序列。具體地說，按照與發送方所用的調製方案相應的抗錯級別將編碼比特序列組指配給各自的調製信號點。例如，如圖11所示，用標誌X、Y和Z進行標記。在上面提到的有n6和n5、n4和n3、n2和n1三個組的情況下，將它們分別指配給X、Y和Z。怎樣為標誌指配組由調製方案和/或通信信道確定。例如，某一個指配結果對一個高斯噪聲通信信道呈現為具有很好的特性，但是對於一個例如存在衰落的通信信道就不總是呈現具有最佳特性。在圖11這種情況下，標誌Z呈現最低的抗錯性，而標誌X和Y呈現相同的高於標誌Z的抗錯性。圖11中的編碼比特的次數按照n6和n5、n4和n3、n2和n1的次序減小。此外，一個編碼比特的次數越大，校正錯誤的可能性就越高。這是因為次數越大，一個通信信道上可用的似然信息通常就越多。在圖11的情況下，具有最低通信抗錯性的編碼比特序列組指配給具有最高通信抗錯性的標誌。類似，具有第二最低通信抗錯性的編碼比特序列組指配給具有第二最高通信抗錯性的標誌。也就是說，在這種情況下，將一個編碼比特序列內的一個呈現高抗錯性的變量節點，即一個具有高的次數的變量節點，指配給一個狀況不良的副載波。相反，將一個編碼比特序列內的一個呈現低抗錯性的變量節點，即一個具有低的次數的變量節點，指配給一個狀況良好的副載波。因此，整個系統的抗錯性得到增強。
如上面所述那樣映射LDPC編碼器編碼的比特序列避免了LDPC編碼器11將一個低抗錯的比特序列，如隨機交織編碼比特序列，草率地指配給發送方的一個低抗錯的調製信號點。這樣，可以建立一個更為可靠的用LDPC碼的通信系統。
多元發射信號調製器15用排序單元12執行分組時所參考的調製方案和映射單元14執行映射時所參考的調製方案對映射單元14輸出的信號進行調製。所得到的調製信號發送給無線電接收設備50。
另一方面，無線電接收設備50包括接收信號解調器51、檢波器52、去交織單元53、反排序單元54和LDPC解碼器55，如圖1中所示。
接收信號解調器51接收到無線電發送設備10發送的信號後，就對它進行解調。檢波器52指定指配給每個調製信號點的編碼比特，得出每個與所指定的編碼比特相應的接收比特的似然值。一個接收比特的似然值為指出這個比特是否為0(或者是否為1)的概率。
去交織單元53對接收比特序列的各比特的似然值執行去交織。去交織單元53與交織單元13相應。如果沒有交織單元13，就不用去交織單元53。在這種情況下，檢波器52的輸出直接輸入反排序單元54。
反排序單元54用與經去交織的比特序列相應的變量節點的次數對經去交織的比特序列執行反排序。結果，將排序單元12所排的編碼比特序列的比特的次序恢復到原來的次序。
LDPC解碼器55將從每個調製信號點接收到的編碼比特的似然值指配給一個變量節點，根據最後匯聚的似然值估計出一個編碼比特序列C′，滿足C′×H＝0，輸出所估計的編碼比特序列C′。
下面將結合圖2和圖3A說明LDPC編碼情況。
LDPC編碼是一種根據例如如圖2所示的偶圖的編碼方法。在LDPC編碼方法中，構成與圖2的偶圖相應的奇偶校驗矩陣H後，得出滿足H×G＝0的生成矩陣G。然後，得出滿足V×G＝C的編碼比特序列C，其中V為一個發送數字數據序列。編碼比特序列C指配和發送給一個調製信號點。此時，編碼比特序列滿足C×H＝0。在接收方，通過選擇一個滿足C′×H＝0的比特序列執行解碼，其中C′表示從調製信號點接收到的含有一個錯誤的編碼比特序列的似然性。因此，得到一個想要的數據序列。
可以產生一個與圖2類似的偶圖，與一個奇偶校驗矩陣相應。也就是說，如果給定了一個偶圖，就可以確定一個奇偶校驗矩陣，反之亦然。例如，可以根據圖2的這個偶圖得到一個如圖3A所示的奇偶校驗矩陣。此外，在圖2這個偶圖中，圖3A所示的奇偶校驗矩陣H的這些列向量與圖2所示的各變量節點相應，而圖3A內的行向量與圖2內的校驗節點相應。此外，在奇偶校驗矩陣H內為「1」的元的位置與將變量節點與校驗節點連接的路徑相應。例如，如果某一個元「1」的位置在矩陣的第二行與第三列的交點處，這就意味著在偶圖內第二校驗節點接到第三變量節點上。
利用以符號方式指出LDPC編碼器11的編碼操作的偶圖可以獲得與用變量節點的次數執行排序再按照通信信道狀態執行分組相同的效果。這種方法下面將結合圖4和5進行說明。
與排序相同的效果可以通過改變偶圖內的路徑獲得。在這種情況下，由於可以通過改變奇偶校驗矩陣H內元「1」的位置來改變次數的分布，因此可以省略用排序標記抗錯性。此外，在這種情況下，必須按照奇偶校驗矩陣H的改變情況改變生成矩陣G的元。可以通過按照通信信道狀態改變奇偶校驗矩陣的元「1」的數目來改變抗錯性。
下面將具體以圖4所示的另一個偶圖為例進行說明。圖4示出了刪除、添加和轉換路徑的情況。此外，圖5示出了與刪除、添加和轉換圖4的分部圖中的路徑相應的奇偶校驗矩陣的改變。也就是說，在增加一個路徑時，相應的矩陣元從「0」改變為「1」。在轉換路徑時，相應的兩個的「0」和「1」互換。此外，在刪除一個路徑時，相應的矩陣元從「1」改變為「0」。由此可見，用變量節點的次數排序相當於置換列向量。
下面將結合圖6說明LDPC解碼器55的解碼情況。圖6為一個有利於說明LDPC解碼器55解碼情況的偶圖。
通過沿偶圖內變量節點與校驗節點之間的路徑重複傳送接收數據的似然信息對一個LDPC編碼比特序列進行解碼。在這種情況下，每個從一個調製信號點接收到的似然性指配給相應的變量節點，從而從最後匯聚的似然值估計出一個滿足C′×H＝0的C′，作為解碼結果輸出。
下面將結合圖7說明由於解碼導致的各變量節點之間不同的抗誤碼性。
在與圖7不同的圖2這個偶圖中，每個變量節點具有兩個路徑，而每個校驗節點具有四個路徑。在這種情況下，所有變量節點的似然信息從兩個校驗節點獲得，而所有校驗節點利用來自四個變量節點的似然信息。由於在每雙節點之間傳送相同的信息量，因此在編碼比特序列之間可以獲得相同的抗錯性。
相比之下，在圖7這個偶圖(與圖3B所示的奇偶校驗矩陣相應)中，從校驗節點傳送給變量節點不同的似然信息量。例如，在圖7這個偶圖中，左邊三個變量節點各有三個路徑，而右邊三個變量節點各只有一個路徑。因此，所涉及的右邊三個變量節點它們的似然值，即它們的編碼比特，根據比左邊三個變量節點的情況少的似然信息量估計。這意味著這些變量節點具有不同的抗錯性。
假設，一個無線電通信系統使用一種具有多個調製信號點的調製方案，或者在時基域和頻基域指配到一個有衰落的通信信道上的各個比特具有不同的抗錯性。在這些情況下，諸如將編碼比特的差錯模式分散的交織方法之類的方法只注意了調製信號點和衰落差錯模式而沒有考慮LDPC編碼比特序列內的抗錯模式。因此，即使執行諸如交織之類的處理，也並不總是能實現適當地分散抗錯性。此外，即使在一個通信信道上分散差錯模式，也不總是能增強LDPC碼的抗錯性。
考慮到以上情況，第一實施例的無線電發送設備和無線電接收設備提供了一個將編碼比特序列映射到調製信號點的優化模型和一個基於這種映射的交織設計模型，可用於使用LDPC碼的無線電通信系統。這些模型即使在LDPC編碼比特序列包括具有不同抗錯性的序列時也是有用的。
下面將結合圖8說明採用四元PAM調製方案、使編碼比特序列與各調製信號點相應的具體例子。
在如圖8所示採用四元PAM調製方案的情況下，指配給各自的調製信號點的編碼比特XY具有不同的抗錯性。比特X只按照幅度是否低於某個元確定是否X＝0(或者是否X＝1)，而比特Y必須按照幅度是否在某個範圍內確定是否Y＝0(或者是否Y＝1)。確定幅度是否在某個範圍內比確定幅度是否高於某個元更為困難。前者得到一個錯誤的結果的可能性更高。由此可見，在圖8的情況下，比特X具有比Y高的抗錯性。
如果一個用LDPC編碼器11編碼的編碼比特序列中的與具有比較少的路徑的變量節點相應的比特(即具有低抗錯性的比特)指配為圖8中的比特Y，那麼很可能相應調製信號點也具有低抗錯性，從而使整個系統的性能降低。然而，如果編碼比特序列指配給調製信號點的方式能使得編碼比特序列的抗錯性與調製信號點的抗錯性不相互削弱，那麼採用LDPC碼的整個通信系統就可以具有高的抗錯性。
下面將結合圖9說明圖1所示的無線電發送設備10的工作情況。
例如，按照圖9所示的流程，無線電發送設備10的具有一些在所連接的路徑的數目上不同(即次數不同)的變量節點的LDPC編碼器用相應LDPC碼的奇偶校驗矩陣H對每比特序列進行編碼，從而將每個編碼比特序列映射到一個相應的調製信號點。
首先，從奇偶校驗矩陣H得到所有的變量節點的次數(步驟S1)。每個變量節點的次數可以從偶圖或者從構成奇偶校驗矩陣H的每個列向量內元「1」的數目得出，因為每個變量節點的路徑數與奇偶校驗矩陣H的每個列向量內的元「1」的數目相應。一個用從奇偶校驗矩陣H得出的生成矩陣G編碼的比特序列內的比特與變量節點直接相應。因此，奇偶校驗矩陣H內的每個變量節點的次數可以認為與編碼比特序列的每個比特的次數相應。
接著，排序單元12按照從奇偶校驗矩陣H得出的變量節點的次數對所得到的編碼比特序列排序(步驟S2)。排序的次序可以是升冪或降冪的。此外，奇偶校驗矩陣H的列向量可以是也可以不是按照編碼比特序列的排序那樣排序的。這些也都不失普遍性。
用在通信信道上相應調製信號點所要求的抗錯級別，排序單元12還將根據變量節點的次數排序的編碼比特序列分成一些組(步驟S3)。例如，在圖6所示的四元PAM調製的情況下，指配給每個調製信號點的兩個比特XY具有不同的抗錯級別，即具有兩個抗錯級別。在圖8這個例子中，排序單元12形成一個具有較大的次數的組和一個具有較小的次數的組。同樣，在採用另一個調製方案的情況下，抗錯級別通過配置調製信號點和將比特映射到各自的調製信號點來確定。此外，在用次數進行分組中，組內的節點是否具有相同的次數並不重要。
此後，交織單元13對編碼比特以排序單元12產生的組為單位進行交織(步驟S4)。是否執行這種處理並不失普遍性。此後，映射單元14將成組的編碼比特映射到各自的調製信號點(步驟S5)。在這種情況下，指配的是按照發送方所用的調製方案確定的抗錯級別分組的編碼比特。
下面結合圖10說明根據不同的標記過程將編碼比特映射到各自的調製信號點的方法的一個例子。具體地說，圖10示出了受到不同的標記過程的調製信號點的四元PAM情況。
在四元PAM的情況下，灰度標記和集合劃分是典型的對調製信號點執行的二進位標記過程。在圖10所示的灰度標記和集合劃分中，指配給每個信號點的比特X和比特Y具有不同的出錯概率。圖10所示的灰度標記是與圖8的類似的二進位標記，其中比特X具有比Y高的抗錯性。這一點很容易從上面結合圖8所說明的信號點和所標記的比特的判決區域看出。
另一方面，在集合劃分中，比特X的出錯概率高於比特Y的出錯概率。然而，如果比特X得到恰當地判定，並確定比特X的一個子集，就進一步降低了比特Y的出錯概率。利用這個特徵，可以規定將每個變量節點指配給灰度標誌和集合分區的標準。
如果如在圖1中所示的無線電接收設備50內檢波器52不能接收LDPC解碼器55的確定結果，從通信信道取得的比特X和比特Y的可信次數直接影響解碼特性。在圖10的灰度標記中，將一個包括次數高的(即路徑多的)變量節點的組指配給出錯概率高的比特Y。另一方面，將一個包括次數低的(即路徑少的)變量節點的組指配給出錯概率低的比特X。結果，可以得到出色的出錯率特性。此外，在圖10的集合劃分中，如果將一個包括次數低的變量節點的組映射為比特Y而將一個包括次數高的變量節點映射為比特x就可以得到良好的結果。
然而，如果檢波器52如在圖18中所示的稍後要說明的無線電接收設備70內那樣可以接收LDPC解碼器55的確定結果，在將一個包括次數高的變量節點的組指配給比特Y而將一個包括次數低的變量節點的組指配給比特X時，在集合劃分中可以取得良好的出錯率特性。另一方面，在灰度標記中，如果在圖18的無線電接收設備70內執行與在無線電接收設備50內相同的指配，就可以取得良好的出錯率特性。
如上所述，通過根據變量節點的次數分組，將一個編碼比特序列，即多個變量節點，指配給位於多個調製信號點的具有不同出錯概率的各二進位標誌。因此，按照接收方的解碼處理，甚至從同一個信號點也可得到不同的出錯率特性。類似，在任何其他調製方案中，必須規定怎樣按照對信號點的配置、對信號點執行的標記和所用的解碼方法將通過標記調製信號分組的變量節點指配給調製信號點。在這個實施例中，將變量節點分組成與多個調製方案之間的標記相應，按照所用的調製方案找出對編碼比特序列分組的方法和將編碼比特序列指配給信號點的最佳組合。
第二實施例下面將結合圖12說明按照本發明第二實施例設計的無線電發送設備20和無線電接收設備60。圖12為例示無線電發送設備20和無線電接收設備60的配置的方框圖。
第二實施例的無線電發送設備20隻是在還使用一個通信信道狀態接收單元21方面與第一實施例的無線電發送設備10不同。此外，第二實施例的無線電接收設備60隻是在還使用一個通信信道狀態發送單元61方面與第一實施例的無線電接收設備50不同。在第一和第二實施例中，同樣的標號所標的是同樣的組成部分，同樣的說明就不再重複。
通信信道狀態接收單元21從無線電接收設備60接收一個包括通信信道狀態的信號。映射單元14按照接收到的通信信道狀態確定需將多個編碼比特序列映射到各自的調製信號點的映射模式。
通信信道狀態發送單元61根據接收信號解調器51接收到的信號檢測由於衰落而引起的通信信道狀態，將包括通信信道狀態的信號發送給無線電發送設備20的通信信道狀態接收單元21。此外，通信信道狀態發送單元61可以按照接收到的通信信道狀態確定需將多個編碼比特序列映射到各自的調製信號點的映射模式，將它發送給無線電接收設備60。在這種情況下，通信信道狀態接收單元21從無線電接收設備60接收到映射模式後，映射單元14按照接收到的映射模式執行映射。
下面將結合圖13說明無線電發送設備20的工作情況。圖13為有利於說明無線電發送設備20的工作的流程圖。
首先，通信信道狀態接收單元21從無線電接收設備60接收到一個包括通信信道狀態的信號，從而無線電發送設備20得知通信信道在頻基或時基惡化的狀態(步驟S11)。映射單元14按照檢測到的通信信道狀態確定編碼比特序列的映射模式(步驟S12)。一種確定映射模式的方法將稍後結合圖14(涉及頻基狀態)和圖15(涉及時基狀態)進行說明。
按照在步驟S12確定的映射模式，確定解碼器的結構，LDPC編碼器11接收發送數據，對之編碼(步驟S13)。排序單元12按照從奇偶校驗矩陣H得出的變量節點的次數對每個所得到的編碼比特序列排序(步驟S14)。排序單元12然後將排好的編碼比特序列分成與在無線電發送設備20內所用的調製方案相應的預定個組(步驟S15)。
交織單元13以排序單元12所分的組為單位交織編碼比特(步驟S16)。按照在步驟S12確定的映射模式，映射單元14將每個組內的每個編碼比特映射到相應的調製信號點(步驟S17)。
下面將結合圖14和15說明在步驟S12所用的確定映射模式的方法。圖14為有利於說明按照頻基信噪比(SNR)確定將一個變量節點指配給某個副載波的示意圖。圖15為有利於說明按照時基SNR確定將一個變量節點指配給某個副載波的示意圖。
在一個具有圖14所示的頻率特性的多載波通信系統內，各副載波之間SNR(即，通信信道狀態)是不同的。在這種情況下，將一個次數高的即具有高抗錯性的變量節點指配給一個信道狀態不良的副載波，而將一個次數低的即具有低抗錯性的變量節點指配給一個信道狀態良好的副載波。這樣就可以防止整個多載波通信系統特性的惡化。
同樣，在一個具有如圖15所示的變化時基特性的通信信道系統內，將一個包括在每個編碼比特序列內的低抗錯性的組指配給一個高SNR的時基點，而將一個高抗錯性的組指配給一個低SNR的時基點。這樣就可以防止整個多載波通信系統特性的惡化。
此外，在通信信道狀態具有時基或頻基循環的情況下，可以對以上所說明的映射方法執行適當的控制。這將結合圖16進行說明。圖16示出了按照通信信道狀態對映射每個LDPC編碼比特序列的控制。
在通信信道狀態如圖16所示那樣改變時，通信信道狀態接收單元21檢測在一段目標時間內的時基通信信道狀態。然後，單元21將在目標時間內的出錯特性分成若干級別不同的組。排序單元12按照通信信道狀態接收單元21所分的組將每個LDPC編碼比特序列分組，再將這些組映射到各抗錯級別。這使通信信道狀態隨時間的改變可以得到迅速處理，不需要按照通信信道狀態改變編碼器的結構，而只需要在發送方和接收方面利用涉及映射編碼器的輸出的信息。
在通信信道狀態具有時基或頻基循環的情況下，可以按照通信狀態執行差錯控制，不需要改變編碼器和交織單元的設置，而只需要設置按照通信信道狀態映射每個用變量節點的次數排序的編碼比特序列的開始位置。
下面將結合圖17進一步說明結合圖16所說明的無線電發送設備20和無線電接收設備60的工作實例。
LDPC編碼器11輸出一個編碼比特序列(步驟S21)，排序單元12按照相應的次數對編碼比特序列排序(步驟S22)後，按照SNR將排好的編碼比特序列分成一些組(步驟S23)。此後，映射單元14例如按照副載波的狀態將這些組映射到各副載波(步驟S24)。多元發射信號調製器15對映射的信號進行調製後發送給無線電接收設備60(步驟S25)。
在無線電接收設備60內，接收信號解調器51接收到來自無線電發送設備20的信號(步驟S26)後，通信信道狀態發送單元61檢測通信信道狀態(步驟S27)。此後，確定一個指出怎樣按照檢測到的通信信道狀態將這些組的編碼比特映射到調製信號點的映射模式，將它發送給無線電發送設備20(步驟S28)。接收到這個映射模式後，無線電發送設備20按照這個映射模式執行映射(步驟S29)。此外，無線電發送設備20發送給無線電接收設備60的信號從這些組通過檢波器52至反排序單元54解除(步驟S30)後，再由LDPC解碼器55解碼(步驟S31)。
在如上所述那樣工作的無線電發送設備20內，不必用上行鏈路發送為按照通信信道重構編碼器所需的所有涉及通信信道狀態的信息。無線電發送設備20隻要發送涉及從分組得出的映射模式的信息就足夠了。因此，在下行鏈路方通常可以迅速採用適合通信信道狀態的編碼比特序列的映射模式。在這種情況下，如果應處理更詳細的通信信道狀態，就將分組模式設置成產生許多組，而如果特性的惡化可以抑制在某個範圍內，就將分組模式設置成產生少數幾個分組。這可以儘量減小映射的處理量，有利於按照通信信道狀態對比特數據編碼。
按照第二實施例，採用LDPC編碼的無線電通信系統使用了檢測由於例如衰落而引起的時基或頻基通信信道狀態的改變的裝置。結果，可以按照通信信道的狀態控制編碼比特序列的映射，從而使信息可以得到更為準確的解碼。
第三實施例下面將結合圖18說明按照本發明第三實施例設計的無線電發送設備10和無線電接收設備70。圖18為例示無線電發送設備10和無線電接收設備70的配置的方框圖。
第三實施例的無線電發送設備10與第一實施例的無線電發送設備10類似。另一方面，第三實施例的無線電接收設備70隻是在還使用排序單元71、交織單元72和加權單元73方面與第一實施例的無線電接收設備50不同。在第一和第三實施例中，同樣的標號所標的是同樣的組成部分，同樣的說明就不再重複。
在第三實施例中，無線電接收設備70重複執行對一個接收信號的解碼。
排序單元71和交織單元72具有與排序單元12和交織單元13相同的結構，分別執行與反排序單元54和去交織單元53相反的操作。具體地說，排序單元71對變量節點的似然值排序，而交織單元72交織排好的似然值。
加權單元73根據變量節點的似然值計算出需加到檢波器52內的接收信號的似然值上的權，將它輸出給檢波器52。檢波器52按照這個權校正接收信號的似然值。
因此，在第三實施例內，接收信號的似然值可以比在第一實施例內更為精確地計算，從而信息可以比在第一實施例內更為準確地得到解碼。
圖19示出了第三實施例的一個變型。在這個變型中，無線電發送設備和無線電接收設備還使用了一個能檢測通信信道狀態的單元。也就是說，這個變型是第二和第三實施例的組合，因此以與組合第二和第三實施例得到的無線電通信系統同樣的方式進行工作，從而具有與第三實施例相同的優點。
如上所述，按照第三實施例設計的採用LDPC碼的無線電通信系統可以更為準確地對信息解碼。
第四實施例按照第四實施例設計的無線電通信系統不僅用與包括在每個編碼比特序列內的比特相應的次數執行對每個編碼比特序列的分組，而且還用包括在多個編碼比特序列內的比特的次數對多個編碼比特序列分組。
下面將結合圖20說明在第四實施例的無線電通信系統內所用的無線電發送設備30和無線電接收設備90。
第四實施例的無線電發送設備30隻是在採用多個LDPC編碼器、排序單元和交織單元方面與第一實施例的無線電發送設備10不同。具體地說，從圖20可見，無線電發送設備30通過在無線電發送設備10上再添加另一個LDPC編碼器31、排序單元32和交織單元33形成。也就是說，無線電發送設備30包括兩個LDPC編碼器、兩個排序單元和兩個交織單元。此外，第四實施例的無線電接收設備90隻是在包括多個去交織單元、反排序單元和LDPC解碼器方面與第一實施例的無線電接收設備50不同。在第一和第四實施例中，同樣的標號所標的是同樣的組成部分，同樣的說明就不再重複。在無線電發送設備30內，使用數量與去交織單元、反排序單元和LDPC解碼器的數量相同的LDPC編碼器、排序單元和交織單元。在這個實施例中，如上所述，數量設置為兩個。
在第四實施例的無線電通信系統內，多個發送數據項由各自的LDPC編碼器編碼。在無線電發送設備30內，以發送數據項為單位對發送數據LDPC編碼、排序和分組，映射單元14將從所有發送數據項得到的編碼比特序列組映射到各自的調製信號點。
具體地說，例如如圖21所示，通過LDPC編碼器11、排序單元12和交織單元13從兩個發送數據項得到編碼比特序列1和編碼比特序列2。這些編碼比特序列如包圍變量節點的橢圓所示那樣分組。編碼比特序列1被分成兩個組g1和g2，而編碼比特序列2被分成兩個分組g3和g4。此後，在映射這些組時，編碼比特序列1和2的所有的組g1至g4同時映射到各自的調製信號點。
下面將結合圖22說明第四實施例的第一變型。圖22為例示按照第一變型設計的無線電發送設備40和無線電接收設備150的方框圖。
第一變型的無線電發送設備40隻是在包括多個LDPC編碼器和單個排序單元和交織單元上與無線電發送設備30不同。此外，第一變型的無線電接收設備150隻是在包括多個LDPC解碼器和單個反排序單元和去交織單元上與無線電接收設備90不同。在第一變型和第四實施例中，同樣的標號所標的是同樣的組成部分，同樣的說明就不再重複。無線電發送設備40使用數量與無線電接收設備150內使用的LDPC解碼器的數量相同的LDPC編碼器。在這個變型中，數量設置為兩個。
同樣在第一變型內，多個發送數據項由各自的LDPC編碼器編碼。然而，第一變型與第四實施例不同，在排序後不是以發送數據項為單位而是以兩個LDPC編碼的發送數據項為單位執行處理。
在無線電發送設備40內，每個發送數據項是LDPC編碼的，而兩個LDPC編碼的發送數據項同時輸入排序單元12。結果，以兩個發送數據項為單位，由排序單元12將LDPC編碼的發送數據合成並排序，再由交織單元13交織。另一方面，映射單元14同時將從所有發送數據得到的發送比特序列的組同時映射到各自的調製信號點。
具體地說，例如如圖23所示，LDPC編碼器11和31分別對輸入的發送數據項編碼，產生編碼比特序列1而2。這兩個編碼比特序列同時輸入排序單元12。在這個變型中，對編碼比特序列1和2的所有變量節點，從變量節點n1到變量節點n12，進行分組。此後，在執行映射時，將從編碼比特序列1和2得出的所有發送比特序列的組映射到各自的調製信號點。
下面將結合圖24說明第四實施例的第二變型。圖24為例示按照第二變型設計的無線電發送設備100和無線電接收設備160的方框圖。
第二變型的無線電發送設備100隻是在不使用LDPC編碼器31上與第一變型的無線電發送設備40不同。在設備100內，輸入發送數據項中的一些輸入LDPC編碼器11編碼後，輸入排序單元12。但是，其他一些輸入發送數據項沒有受到編碼而直接輸入排序單元12。
此外，第二變型的無線電接收設備160隻是在不使用LDPC解碼器93上與第一變型的無線電接收設備150不同。在無線電接收設備160接收到編碼數據時，LDPC解碼器55對接收數據解碼，而在它接收到沒有編碼的數據時就不使用LDPC解碼器55。編碼數據解碼後，用涉及解碼數據的信息從檢波器52提取沒有編碼的數據。
具體地說，例如如圖25所示，某些發送數據作為一個不編碼比特序列直接輸入排序單元12，而其他發送數據首先輸入LDPC編碼器11，經編碼後再作為一個編碼比特序列輸入排序單元12。排序單元12對不編碼比特序列和編碼比特序列排序，交織單元13將排好的比特序列交織。在排序單元12按次數對不編碼比特序列和編碼比特序列分組時，將不編碼比特序列考慮為具有最小的次數來排序和分組。此後，映射單元14將每個編碼比特序列的組映射到相應的調製信號點。
如上所述，不僅對單個編碼比特序列而且也對多個編碼比特序列LDPC編碼的第四實施例的無線電通信系統可以更為準確地對信息解碼。
第五實施例下面將結合圖26說明按照第五實施例設計的無線電發送設備110和無線電接收設備170。
第五實施例的無線電發送設備110隻是在還採用一個收縮單元1101上與第一實施例的無線電發送設備10不同。此外，第五實施例的無線電接收設備170隻是在還包括一個去收縮單元1701上與第一實施例的無線電接收設備50不同。在第一和第五實施例中，同樣的標號所標的是同樣的組成部分，同樣的說明就不再重複。
收縮單元1101收縮掉由排序單元12分成的具有最高抗錯性的編碼比特序列組，使得無線電發送設備110不發送這個組。非常可能的是，具有最高抗錯性的組可以通過糾錯從一個與沒有收縮掉的編碼比特序列相應的接收信號中恢復。因此，不大可能數據通信由於收縮掉具有最高抗錯性的組而中斷。
去收縮單元1701用來使與一個收縮的編碼比特序列相應的似然值可以用作一個與一個接收信號相應的似然值。
下面將結合圖27說明一個編碼比特序列的例子。在圖27中，一個與所示變量節點n1、n2和n3相應的編碼比特序列屬於一個具有最高抗錯性的組(次數為3)。此外，一個與變量節點n4、n5和n6相應的編碼比特序列屬於一個需發送的組(次數為1)。即使無線電發送設備110不發送具有最高抗錯性的編碼比特序列組(次數為3)，無線電接收設備170也可以對這個具有最高抗錯性的編碼比特序列解碼。這可以通過映射一個接收到的編碼比特序列組(次數為1)和通過一個接至一個包括在具有最高抗錯性的組(次數為3)內的變量節點的路徑接收信息來實現。在這種情況下，可以減少實際發送的信息量，從而提高了傳輸率。
在第五實施例中，如果用從按次數對變量節點排序得出的抗錯級別的次序的信息執行分組，一個具有高抗錯性的收縮模式可以很容易通過收縮一些具有高抗錯性的組檢測出來。
在以上所說明的按照第五實施例設計的採用LDPC碼的無線電通信系統內，由於可以通過收縮減少無線電發送設備110所發送的數據量，因此可以提高數據傳輸速次數，而且可以準確地對發送數據解碼。
這些實施例的流程圖例示了按照本發明的這些實施例設計的方法和系統。可以理解，這些流程圖的各個方框和流程圖中的一些方框的組合可以用一些電腦程式指令實現。這些電腦程式指令可以加載到一個計算機或其他可編程的設備上來產生一個機器，使得這些指令在計算機或其他可編程的設備上執行時可以生成實現在流程圖方框內所規定的功能的裝置。這些電腦程式指令也可以存儲在一個計算機可讀存儲器內，命令一個計算機或其他可編程設備以特定的方式操作，使得這些存儲在計算機可讀存儲器內的指令形成一種包括實現在流程圖的方框內指定的功能的指令裝置的產品。電腦程式指令也可以加載到一個計算機或其他可編程的設備上，使得一系列操作步驟可在計算機或其他可編程設備上執行，產生一個計算機可編程的設備，提供各個步驟，實現在流程圖的方框內指定的功能。
熟悉該技術領域的人員很容易想到其他一些優點和變型。因此，本發明並不局限於在這裡所示出和所說明的具體細節和典型實施例。所以，可以在不背離如所附權利要求和與這些權利要求等效的表述所給出的本發明的精神實質和範圍的情況下作出各種修改。
權利要求
1.一種映射使用低密次數奇偶校驗(LDPC)碼的編碼比特的方法，所述方法包括下列步驟用LDPC碼對信息比特編碼，以產生編碼比特；按照由LDPC碼的奇偶校驗矩陣表示的變量節點的次數對編碼比特排序；按照一個使用調製方案將排好的編碼比特分成多個組；以及考慮每個所述組的抗錯性和相應調製信號點的抗錯性而將編碼比特映射到各自的調製信號點。
2.按照權利要求1所述的方法，所述方法還包括以組為單位交織所述編碼比特。
3.按照權利要求1所述的方法，所述方法還包括檢測一個發送設備與一個接收設備之間的通信信道狀態；以及考慮每個所述組的抗錯性、相應調製信號點的抗錯性和檢測到的通信信道狀態而將編碼比特映射到各自的調製信號點。
4.按照權利要求3所述的方法，所述方法還包括以組為單位交織所述編碼比特。
5.一種發送編碼數據的發送設備，所述發送設備包括用低密次數奇偶校驗(LDPC)碼對信息比特編碼、產生編碼比特的編碼器；配置成按照由LDPC碼的奇偶校驗矩陣表示的變量節點的次數對編碼比特排序的排序單元；配置成按照一個使用調製方案將排好的編碼比特分成多個組的劃分單元；配置成考慮每個所述組的抗錯性和相應調製信號點的抗錯性而將編碼比特映射到各自的調製信號點、以提供各足夠的抗錯性的映射單元；配置成用所述調製方案調製所映射的編碼比特的調製單元；以及配置成發送經調製的映射編碼比特的發送單元。
6.按照權利要求5所述的設備，所述設備還包括配置成以組為單位交織所述編碼比特的交織單元。
7.一種接收設備，所述接收設備包括配置成接收來自權利要求5所述的發送設備的經調製的映射編碼比特的接收單元。
8.一種存儲在一個計算機可讀媒體內的映射使用低密次數奇偶校驗(LDPC)碼的編碼比特的程序，所述程序包括命令計算機用LDPC碼對信息比特編碼、產生編碼比特的裝置；命令計算機按照由LDPC碼的奇偶校驗矩陣表示的變量節點的次數對編碼比特排序的裝置；命令計算機按照一個使用調製方案將排好的編碼比特分成多個組的裝置；以及命令計算機考慮每個組的抗錯性和相應調製信號點的抗錯性而將編碼比特映射到各自的調製信號點的裝置。
9.按照權利要求8所述的程序，所述程序還包括命令計算機以組為單位交織所述編碼比特的裝置。
10.一種存儲在一個計算機可讀媒體內的映射使用低密次數奇偶校驗(LDPC)碼的編碼比特的程序，所述程序包括命令計算機用LDPC碼對信息比特編碼、產生編碼比特的裝置；命令計算機按照由LDPC碼的奇偶校驗矩陣表示的變量節點的次數對編碼比特排序的裝置；命令計算機按照一個使用調製方案將排好的編碼比特分成多個組的裝置；命令計算機檢測一個發送設備與一個接收設備之間的通信信道狀態的裝置；以及命令計算機考慮每個組的抗錯性、相應調製信號點的抗錯性和檢測到的通信信道狀態而將編碼比特映射到各自的調製信號點的裝置。
11.按照權利要求10所述的程序，所述程序還包括命令計算機以組為單位交織所述編碼比特的裝置。
全文摘要
本發明提出了一種映射使用低密次數奇偶校驗(LDPC)碼的編碼比特的方法，這種方法包括下列步驟用LDPC碼對信息比特編碼，產生編碼比特；按照由LDPC碼的奇偶校驗矩陣表示的變量節點的次數對編碼比特排序；按照一個使用調製方案將排好的編碼比特分成多個組；以及考慮每個組的抗錯性和相應調製信號點的抗錯性而將編碼比特映射到各自的調製信號點。
文檔編號H04L1/00GK1674447SQ20051005901
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月24日 優先權日2004年3月24日
發明者原田康祐 申請人:株式會社東芝