可分解碼率兼容低密度校驗碼的混合自動重傳系統的製作方法
2023-06-14 11:10:06 2
專利名稱：可分解碼率兼容低密度校驗碼的混合自動重傳系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無線通信技術領域的系統，具體來說，涉及的是一種可分解 碼率兼容低密度校驗碼的混合自動重傳系統。
背景技術：
隨著人們對高速數據業務的需求越來越大，作為高速數據傳輸的基礎技術之 一混合自動重傳請求(HARQ)的研究越來越收到人們的重視。混合自動重傳(HARQ 系統)中所採用的糾錯碼的性能對這個系統的性能有較大的影響。因此選擇一種 合適的糾錯碼尤為重要。LDPC碼(低密度校驗碼)是由Gallager在1963年提出的，它是一種可用 作多種通信系統或信息存貯系統的糾錯/檢錯技術。由於LDPC碼具有逼近信道極 限的性能，它成為近十年來最受關注的一項熱門技術之一。LDPC碼與傳統的信 道編碼相比具有明顯的優越性，與常用的Turbo碼相比，性能接近的同時解碼復 雜度降低了許多。最近幾年，LDPC信道編碼技術因其卓越的性能已經被廣泛應 用於從有線到無線的各種寬帶數據通信應用場合在蜂窩移動通信中，LDPC碼 已被選為數位電視廣播DVB-T的信道編碼標準；寬帶衛星通信，無線個人區域網 (802.15)，無線移動寬帶接入網(802.20)以及其它如數據存儲介質設備訪問和 有線數據機(Cable Modem)、 DSL等通信系統也已將其考慮作為信道編碼標 準之一。採用固定碼率的LDPC碼能夠獲得較大的編碼增益。因此LDPC碼的HARQ方 案在過去的幾年中受到了廣泛的關注，特別是建立在碼率兼容的LDPC碼基礎之 上的II型HARQ。為了更有效的實現重傳，人們開始從研究LDPC碼的結構出發， 構造出了一些非常適合於HARQ系統的碼率兼容的LDPC碼。普通的ARQ系統只是通過重傳獲得額外的信道初始信息，從而增大正確解碼的可能。而混合自動重傳能夠在獲得額外的信道初始信息的同時降低系統中糾錯 碼的碼率以增強系統的糾錯性能，這兩個因素同時作用能夠進一步的提高系統性能。然而，目前HARQ系統中所採用的碼率兼容LDPC碼中高碼率所兼容的低碼率 的LDPC碼的性能都沒有達到最優，因此降低了系統的性能。經對現有技術的文獻檢索發現，Ming Jiang， Chunming Zhao, Zhanli Liu 等在ICCCAS, 2006， 2:25-28上發表了"An Improved Construction of LDPC Codes Based on Data Punctured Hybrid ARQ"(通信電路與系統國際會議，2006年 第2巻，25-28頁， 一種數據打孔HARQ的改進的LDPC碼構造方案)，文中所採 用的混合重傳系統利用重傳後的校驗信息與上次傳輸的部分信息組合成一個較 低碼率的LDPC碼進行解碼以更新部分節點的信息，然後再用更新後的信息進行 二次解碼，這樣能獲得較大的增益；然而該系統中所採用的碼率兼容LDPC碼所 兼容的低碼率的LDPC碼的性能未達到最優，而且重傳後的第二次解碼採用的是 高碼率的LDPC碼，其糾錯性能不如低碼率的LDPC碼，所以整個系統的性能還有 待進一步提高。發明內容本發明針對現有技術的不足，提供一種可分解碼率兼容低密度校驗碼的混合 自動重傳系統，以改善上述方案中兼容的低碼率的LDPC的性能，達到最優的性 能並降低第二次解碼的碼率以增強糾錯性能。本發明是通過以下技術方案實現的，包括信道編碼模塊、信道解碼模塊、重 傳與軟信息組合恢復模塊。信道編碼模塊產生初始的校驗位和重傳的校驗位；信 道解碼模塊根據信道編碼模塊獲得的初始信道信息或者從重傳與軟信息組合恢 復模塊中恢復的軟信息，進行解碼輸出相應的信源判決值以及信息位與校驗位譯 碼更新後的軟信息；重傳與軟信息組合恢復模塊主要負責響應重傳請求，根據信 道解碼模塊初始解碼更新後的軟信息以及重傳後的第一次解碼更新後的軟信息 組合或恢復出用於低碼率LDPC碼解碼的軟信息，該模塊同時負責根據重傳後的 兩次解碼輸出的校驗位的判決值計算初始信源校驗位的判決值。所述信道解碼模塊由初始解碼、重傳後第一次解碼、重傳後第二次解碼三個 子模塊組成。其中初始解碼子模塊負責利用最高碼率的LDPC碼對從信道接收到 的初始信息進行解碼；重傳後第一次解碼子模塊負責根據初始解碼更新後的信息 位的軟信息以及重傳的校驗位的軟信息組合得到的分解後的低碼率的LDPC碼的 初始信息進行解碼；重傳後第二次解碼子模塊負責根據由初始解碼更新後的信息 位的軟信息，初始解碼更新後的校驗位的軟信息以及重傳後第一次解碼後的校驗位的軟信息所得到的分解後的另一個低碼率的LDPC碼的初始信息進行解碼。所述信道編碼模塊、信道解碼模塊的主要特點是採用了可分解碼率兼容低密 度校驗碼，重傳與軟信息組合恢復模塊的主要特點則是採用了可分解碼率兼容低 密度校驗碼的HARQ方法和利用奇偶校驗的關係進行軟信息恢復的方法。本發明所述的信道編解碼模塊中所採用的可分解碼率兼容低密度校驗碼具 有以下特徵①所構造的可分解的碼率兼容LDPC碼中的各個碼率的子碼的校驗 矩陣具有相同的滿秩校驗塊P;②公共的校驗塊P以及擴展的各個信息塊Si，l《/ S w的行重列重都固定為/1;③所兼容的各個碼率的LDPC碼的度分布對都經過了優化，因此所兼容的各個碼率LDPC碼與單獨構造的低碼率LDPC碼具有相同的性能。④一個由碼率為i 的可分解碼率兼容LDPC碼可以分解成一個碼率為,的LDPC碼和一個碼率為1/2的LDPC碼，它們之間的校驗位存在如下關係-P二f^④fn-h其中^/2，n表示信源l經過所分解的1/2碼率的LDPC碼編碼後的校驗位；^1-1表示信源[1-1|...^1]經過所分解的碼率為&—i的LDPC碼編碼後的校驗位。採用具有上述特徵的可分解碼率兼容低密度校驗碼解決了 HARQ系統 中的糾錯碼在所兼容的各個碼率下性能的最優化問題。所述重傳與軟信息組合恢復模塊，在初始解碼錯誤時，重發分解後的一個1/2 碼率LDPC碼的校驗位，這樣收端可將其與初始解碼更新後的軟信息合併組成一 個1/2碼率的LDPC碼進行重傳後第一次解碼。所述重傳與軟信息組合恢復模塊，為了降低重傳後第二次解碼的碼率，該模 塊利用碼率為A的LDPC碼以及它所分解出來的一個1/2碼率的LDPC碼和一個碼率為,的LDPC碼的校驗位之間的奇偶校驗關係恢復出碼率為凡一,的LDPC碼的校驗位的軟信息，並將其與重傳後第一次解碼更新後的信息位的軟信息合併， 採用碼率為凡—,的LDPC碼進行解碼。與現有技術相比，本發明系統中可分解碼率兼容低密度校驗碼的採用解決了 HARQ系統中的糾錯碼在所兼容的各個碼率下性能的最優化問題。重傳與軟信息 組合恢復模塊的處理使得HARQ系統中重傳後的第二次的解碼碼率得以降低。以 上兩點技術改進使得系統中的糾錯碼的糾錯能力得以提高，從而進一步改善了系統的性能。仿真結果表明，採用2000左右的碼長初始碼率為2/3的糾錯碼實現 的這種HARQ系統與普通ARQ系統相比能獲得約2. 0dB的增益，從而能夠提高系 統的吞吐量。隨著人們對數據速率的要求進一步的提高，該系統將具有較好的使 用前景。
圖1為所發明的可分解的兼容碼率LDPC碼的HARQ系統的結構圖。圖2為本發明所構造的可分解的兼容碼率LDPC碼的H矩陣結構示意圖。圖3為由高碼率的H矩陣分解成兩個低碼率矩陣的示意圖。圖4為實例碼及其所分解的碼與採用PEG算法構造的碼的性能比較曲線圖5為糾錯碼為實例碼的所發明方案與其它方案誤幀率性能曲線。圖6為糾錯碼為實例碼的所發明方案與其它方案吞吐量的比較曲線。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護 範圍不限於下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括三個模塊信道編碼模塊、信道解碼模塊、重傳與軟信息組合恢復模塊。信道編碼模塊產生初始的校驗位和重傳的校驗位，信道 解碼模塊根據信道編碼模塊獲得的初始信道信息或者從重傳與軟信息組合恢復模塊中恢復的軟信息，進行解碼輸出相應的信源判決值以及信息位與校驗位解碼 更新後的軟信息。重傳與軟信息組合恢復模塊主要負責響應重傳請求，根據信道 解碼模塊初始解碼更新後的軟信息以及重傳後的第一次解碼更新後的軟信息組 合或恢復出用於低碼率低密度校驗碼解碼的軟信息，該模塊同時負責根據重傳後 的兩次解碼輸出的校驗位的判決值計算初始信源校驗位的判決值。所述信道解碼模塊由初始解碼、重傳後第一次解碼、重傳後第二次解碼三個 子模塊組成。其中初始解碼子模塊負責利用最高碼率的LDPC碼對從信道接收到 的初始信息進行解碼，重傳後第一次解碼子模塊負責根據由初始解碼更新後的信 息位的軟信息以及重傳的校驗位的軟信息組合得到的分解後的低碼率的LDPC碼 的初始信息進行解碼，重傳後第二次解碼子模塊負責根據初始解碼更新後的信息 位的軟信息以及從初始解碼更新後的校驗位的軟信息以及重傳後第一次解碼後 的校驗位的軟信息得到的分解後的另一個低碼率的LDPC碼的初始信息進行解碼。本實施例中，所述信道編碼模塊所構造的可分解的碼率兼容LDPC碼中的各 個碼率的子碼的校驗矩陣具有相同的滿秩校驗塊P ;公共的校驗塊P以及擴展的各個信息塊Sj,B /《"的行重列重都固定為/1;所兼容的各個碼率的LDPC碼的度分布對都經過了優化，因此所兼容的各碼率LDPC碼與單獨構造的低碼率LDPC碼 具有相同的性能。 一個由碼率為&的可分解碼率兼容LDPC碼可以分解成一個碼率為的LDPC碼和一個碼率為1/2的LDPC碼。它們之間的校驗位存在如下關 系f = f ^ ，其中f 1/2，n表示信源l經過所分解的1/2碼率的LDPC碼編 碼後的校驗位。，1)-1表示信源[1-1|...|§1]經過所分解的碼率為&—,的LDPC碼編 碼後的校驗位。如圖2所示，本實施例中信道編碼模塊採用的可分解碼率兼容LDPC碼的H 矩陣H,有一滿秩的校驗塊P和兩個行重和列重都為義=3的信息塊組成。如圖3所示，本實施例中信道編碼模塊中，碼率為^=2/3的可分解碼率兼容LDPC碼的H矩陣H2可以分解成一個碼率為A—^1/2的LDPC碼的校驗矩陣H,和一個碼率為1/2的LDPC碼的校驗矩陣111/2，2，且它們擁有共同的校驗塊P。所以上述三個LDPC碼的校驗位之間的關係滿足f = ^ e ，2 ，其中f表示利用H2對信源[l lll進行編碼得到的校驗位，Fi表示利用H,對信源^進行編碼的得到的校驗位，&表示利用111/2，2對信源^進行編碼的得到的校驗位。對於圖2所述的校驗位為1024比特的實例碼，採用BPSK的調製方式、AWGN 信道、LDPC解碼算法為BP算法、最大迭代次數為100的模型對對其進行了仿真。圖4為本發明實施例中所採用的實例碼與採用普通的PEG算法構造的相同參 數的LDPC碼的誤幀率性能的比較曲線。從圖中可以看出所構造的可分解的碼率 兼容LDPC中的各個H矩陣所對應的LDPC碼的性能與採用PEG構造的相同碼長、 相同碼率的LDPC碼的性能相等，所以該構造方法不會帶來任何的性能損失。可 見該技術可以使HARQ系統中糾錯碼所兼容的各個碼率下LDPC碼的性能均得到最 優化。重傳與軟信息組合恢復模塊重傳的信息為校驗位f 2 。第一次解碼後利用^ 更新後的軟信息gZi (^)以及初始解碼更新後的軟信息gi^(F)恢復出第二次採 用的1/2碼率的解碼器的校驗為的軟信息Z^i (^)，將其與初始解碼更新後的軟信息gzj (l)合併即可以採用1/2碼率的LDPC碼進行第二次解碼。這使得重傳後的兩次解碼的碼率都降為1/2，大大增強了系統的糾錯性能。圖5為所發明的以實例碼為糾錯碼的HARQ系統與未採用重傳協議以及採用 普通的ARQ方案的誤幀率性能比較曲線。從圖中可以看出採用本發明的系統的 誤幀率性能，和不採用重傳機制相比，能夠獲得約2dB的增益，與普通ARQ重傳 機制相比，在重傳的數據量為普通ARQ重傳數據量的1/3的情況下也能獲得1. 5dB 的性能改善。圖6為圖5所對應的系統的吞吐量性能比較曲線。從圖中可以看出所發明 的HARQ系統在吞吐量小於0. 5的時候與普通ARQ方案詳細能夠大幅度的提高系 統的吞吐量。
權利要求
1、一種可分解碼率兼容低密度校驗碼的混合自動重傳系統，其特徵在於，包括信道編碼模塊、信道解碼模塊、重傳與軟信息組合恢復模塊，所述信道編碼模塊產生初始的校驗位和重傳的校驗位，所述信道解碼模塊根據信道編碼模塊獲得的初始信道信息或者從重傳與軟信息組合恢復模塊中恢復的軟信息進行解碼輸出相應的信源判決值以及信息位與校驗位解碼更新後的軟信息，所述重傳與軟信息組合恢復模塊主要負責響應重傳請求，根據信道解碼模塊初始解碼更新後的軟信息以及重傳後的第一次解碼更新後的軟信息組合或恢復出用於低碼率低密度校驗碼解碼的軟信息，該模塊同時負責根據重傳後的兩次解碼輸出的校驗位的判決值計算初始信源校驗位的判決值。
2、 根據權利要求1所述的可分解碼率兼容低密度校驗碼的混合自動重傳系統，其特徵是，所述信道解碼模塊由初始解碼、重傳後第一次解碼、重傳後第二 次解碼三個子模塊組成，其中初始解碼子模塊負責利用最高碼率的低密度校驗碼 對從信道接收到的初始信息進行解碼，重傳後第一次解碼子模塊負責根據初始譯 碼更新後的信息位的軟信息以及重傳的校驗位的軟信息組合得到的分解後的低 碼率的低密度校驗碼的初始信息進行解碼，重傳後第二次解碼子模塊負責根據初 始解碼更新後的信息位的軟信息以及從初始解碼更新後的校驗位的軟信息以及 重傳後第一次解碼後的校驗位的軟信息得到的分解後的另一個低碼率的低密度 校驗碼的初始信息進行解碼。
3、 根據權利要求1所述的可分解碼率兼容低密度校驗碼的混合自動重傳系 統，其特徵是，所述的信道編解碼模塊，其採用的可分解碼率兼容低密度校驗碼 中，各個碼率的子碼的校驗矩陣具有相同的滿秩校驗塊P。
4、 根據權利要求1或3所述的可分解碼率兼容低密度校驗碼的混合自動重 傳系統，其特徵是，所述的信道編解碼模塊，其所採用的可分解碼率兼容低密度 校驗碼中，公共的校驗塊P以及擴展的各個信息塊Si，l&、"的行重列重都固定為/1。
5、 根據權利要求1或3所述的可分解碼率兼容低密度校驗碼的混合自動重 傳系統，其特徵是，所述的信道編解碼模塊，其所採用的可分解碼率兼容低密度校驗碼中，所兼容的各個碼率低密度校驗碼與單獨構造的低碼率低密度校驗碼具 有相同的性能。
6、根據權利要求1或3所述的可分解碼率兼容低密度校驗碼的混合自動重 傳系統，其特徵是，所述的信道編解碼模塊，其所採用的可分解碼率兼容低密度 校驗碼中， 一個由碼率為i "的可分解碼率兼容低密度校驗碼能分解成一個碼率為i ^的低密度校驗碼和一個碼率為1/2的低密度校驗碼，它們之間的校驗位存 在如下關係f = 5^ ^^，其中f^表示信源l經過所分解的1/2碼率的低 密度校驗碼編碼後的校驗位，fn-!表示信源[^w |...|^]經過所分解的碼率為 的低密度校驗碼編碼後的校驗位。
7、 根據權利要求1所述的可分解碼率兼容低密度校驗碼的混合自動重傳系統，其特徵是，所述重傳與軟信息組合恢復模塊，在初始解碼錯誤時，重發分解後的一個1/2碼率低密度校驗碼的校驗位，這樣收端可將其與初始解碼更新後的 軟信息合併組成一個1/2碼率的低密度校驗碼進行重傳後第一次解碼。
8、 根據權利要求1或7所述的可分解碼率兼容低密度校驗碼的混合自動重傳系統，其特徵是，所述重傳與軟信息組合恢復模塊，利用碼率為i "的低密度 校驗碼以及它所分解出來的一個1/2碼率的低密度校驗碼和一個碼率為的低密度校驗碼的校驗位之間的奇偶校驗關係恢復出碼率為i ^的低密度校驗碼的校驗位的軟信息，並將其與重傳後第一次解碼更新後的信息位的軟信息合併，採 用碼率為&一,的低密度校驗碼進行解碼。
全文摘要
本發明公開一種無線通信技術領域的可分解碼率兼容低密度校驗碼的混合重傳系統，其中信道編碼模塊產生初始的校驗位和重傳的校驗位，信道解碼模塊根據信道編碼模塊獲得的初始信道信息或者從重傳與軟信息組合恢復模塊中恢復的軟信息進行解碼輸出相應的信源判決值以及信息位與校驗位解碼更新後的軟信息，重傳與軟信息組合恢復模塊負責響應重傳請求，根據信道解碼模塊初始解碼更新後的軟信息以及重傳後的第一次解碼更新後的軟信息組合或恢復出用於低碼率低密度校驗碼解碼的軟信息，該模塊同時負責根據重傳後的兩次解碼輸出的校驗位的判決值計算初始信源校驗位的判決值。本發明改善了系統的糾錯性能，提高了系統的吞吐量。
文檔編號H04L1/16GK101242247SQ200710173269
公開日2008年8月13日 申請日期2007年12月27日 優先權日2007年12月27日
發明者潔 丁, 暉 俞, 徐友雲, 沈進旗, 甘小鶯 申請人:上海交通大學