在移動通信系統中通過具有不等出錯概率的編碼器發送和接收編碼數據的設備和方法
2023-05-24 00:41:36 3
專利名稱：在移動通信系統中通過具有不等出錯概率的編碼器發送和接收編碼數據的設備和方法
技術領域：
本發明涉及移動通信系統，尤其涉及通過具有不等出錯概率值(unequalerror probability value)的編碼器發送和接收編碼數據的設備和方法。
背景技術：
隨著美國在二十世紀七十年代末期引入蜂窩式移動通信系統，韓國開始在高級行動電話服務(AMPS)系統，即，第一代(1G)模擬移動通信系統中提供語音通信服務。在二十世紀九十年代中期，韓國將提供語音和低速數據服務的碼分多址(CDMA)系統，即，第二代(2G)移動通信系統推向市場。
在二十世紀九十年代末期，韓國部分部署了旨在提供高級無線多媒體服務、全球漫遊、和高速數據服務的IMT-2000(國際移動電信-2000)系統，即，第三代(3G)移動通信系統。順應服務數據量的迅速增加，3G移動通信系統被專門開發成高速率地發送數據。也就是說，3G移動通信系統已經演變成分組服務通信系統，並且分組服務通信系統將突發分組數據發送到數個移動臺和被設計成發送海量數據。人們正在為高速分組服務開發分組服務通信系統。
3G移動通信系統正在演變成第四代(4G)移動通信系統。超越前一代移動通信系統提供的簡單無線通信服務，當前人們正在為標準化有線通信網絡和無線通信網絡之間的交互作用和一體化開發4G移動通信系統。人們必須為無線通信網絡開發出以和高達可用在有線通信網絡中的容量水平發送大量數據的技術。
同時，控制信息的重要性正在隨高質量、高可靠性通信系統的必要性增加而增加。為這樣的高質量、高可靠性通信系統提出的方法之一是自適應調製和編碼(AMC)方案。
AMC方案根據信道狀況應用不同的編碼速率和不同的調製方案。具體地說，AMC方案將高程度編碼速率和調製方案應用於高信道質量的信道，以便可以高速地通過高質量信道發送數據，和將低程度編碼速率和調製方案應用於低信道質量的信道，從而提高發送信號的可靠性。
但是，當指示信道狀況的控制信息出錯時，儘管信道狀況不好，控制信息仍有可能被錯誤地解碼，和用於高質量信道的編碼速率和調製方案可以被錯誤地用在通過低質量信道發送數據之中。因而，不可能構造出高質量的通信系統。
在下文中，作為需要不等出錯信息的信息的例子，將詳細描述用在AMC方案中的控制信息。用在AMC方案中的控制信息將信道狀況分類成從0到最大16個級別。一般說來，控制信息擁有4個或5個位。為了方便起見，假設控制信息具有用4個(二進位)位表述的從0到15的值之一，控制信息可以通過如下所示的表1表達。
表1
參照表1，當發送第15級控制信息『1111』時，如果最後一位出錯和信息被錯誤地接收成『1110』，那麼，AMC級別被誤譯成第14級，而不是第15級。與此不同，如果第15級控制信息『1111』的第一位出錯和信息被錯誤地接收成『0111』，而不是『1111』，那麼，AMC級別被誤譯成第7級。因此，第一位出錯的控制信息比最後一位出錯的控制信息損失更多的信道信息。因此，最好使控制信息第一位出錯比最後一位出錯少一些。
如上所述，為了構造出具有高質量和高可靠性的通信系統，在發送諸如控制信息之類各位具有不同可靠性的數據的過程中，將不等出錯概率值或不同重要性優先級應用於這些位，以及使這些位變成第一位出錯比最後一位出錯少的代碼是必不可少的。
但是，人們難以作出利用對最小距離加權的傳統非疊代解碼將不等出錯概率提供給典型線性塊碼的設計。也就是說，典型塊碼的每個位幾乎具有相同的出錯概率值，並且極難設計出能夠編碼帶有不同出錯概率值的發送位的編碼器。
發明內容
於是，本發明就是為了解決出現在現有技術中的上述問題而作出的，本發明的一個目的是提供在利用不等低密度奇偶校驗(unequal Low DensityParity Check，LDPC)碼將不同出錯概率值應用於發送位的同時發送這些位的設備和方法。
本發明的另一個目的是提供通過不等LDPC碼編碼需要不等出錯概率值的控制信息來發送更高質量數據的設備和方法。
為了實現這些目的，本發明提供了在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中、在用具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼編碼信息位之後發送信息位的設備。該設備包括將高信息位映射到低變量節點和將低信息位映射到高變量節點的LDPC編碼器，在信息位當中，高信息位具有高重要性優先級和低信息位具有低重要性優先級，其中，在LDPC碼的要素圖中，低變量節點是具有低出錯概率值的變量節點和高變量節點是具有高出錯概率值的變量節點。
按照本發明的另一個方面，提供了在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中、接收用具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼編碼的信息位的設備。該設備包括與將高信息位映射到低變量節點和將低信息位映射到高變量節點的預定編碼器相對應地用於反映射的LDPC解碼器，在信息位當中，高信息位具有高重要性優先級和低信息位具有低重要性優先級，其中，在LDPC碼的要素圖中，低變量節點是具有低出錯概率值的變量節點和高變量節點是具有高出錯概率值的變量節點。
按照本發明的另一個方面，提供了在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中、在用具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼編碼信息位之後發送信息位的方法。該方法包括如下步驟將信息位當中具有高重要性優先級的信息位映射到LDPC碼的要素圖中具有低出錯概率值的變量節點，並且將信息位當中具有低重要性優先級的信息位映射到LDPC碼的要素圖中具有高出錯概率值的變量節點。
按照本發明的另一個方面，提供了在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中，接收用具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼編碼的信息位的方法。該方法包括如下步驟與將信息位當中具有高重要性優先級的信息位映射到LDPC碼的要素圖中具有低出錯概率值的變量節點的預定規則相對應地反映射信息位，和與將信息位當中具有低重要性優先級的信息位映射到LDPC碼的要素圖中具有高出錯概率值的變量節點的預定規則相對應地反映射信息位。
按照本發明的另一個方面，提供了在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中編碼和發送數據的方法。該方法包括如下步驟生成信息位並且根據生成信息位的重要性優先級將生成信息位映射到編碼器的輸入節點；按照不等低密度奇偶校驗編碼器的編碼進行映射信息位的信道編碼；信號映射信道編碼信息位和根據在移動通信系統中事先設置的方案調製映射信號；和發送調製之後輸出的最後數據。
按照本發明的另一個方面，提供了在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中解碼接收數據的方法。該方法包括如下步驟接收通過信道從發送方發送的信號，並且根據與最初應用於信號的調製方案相對應的解調方案解碼接收信號；反向映射解碼數據，並且通過根據反向映射信號的重要性優先級將反向映射信號映射到具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼進行信道解碼；和輸出信道解碼數據作為最後輸出數據。
按照本發明的另一個方面，提供了在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中，根據信息位的重要性優先級將信息位映射到低密度奇偶校驗(LDPC)碼的方法。該方法包括如下步驟(a)根據程度最高的變量在任何其它變量之前的序列排列LDPC碼的奇偶校驗矩陣的要素圖中的變量節點，並且為具有高優先級的信息位的指定設置第一序列索引；(b)從未指定變量節點當中建立包括程度最高的變量節點的變量節點組，和確認變量節點組的元素；(c)當變量節點組包括單個變量節點時，將單個變量節點指定給信息位，和當變量節點組包括多個元素時，為包括在變量節點組中的信息位的指定設置第二序列索引；和(d)根據第二序列索引確定最高程度的變量節點，和將信息位指定給具有相同程度的變量節點當中循環最長的變量節點。
按照本發明的另一個方面，提供了在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中，解碼具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼的設備。該設備包括變量節點解碼器，用於根據列的權重將變量節點與LDPC碼的校驗矩陣的列相聯繫，從而獲得概率值；第一加法器，用於從變量節點解碼器的輸出信號中減去在先前解碼中生成的信號；去交織器，用於按照奇偶校驗矩陣去交織第一加法器的輸出信號；校驗節點解碼器，用於根據列的權重將校驗節點與LDPC碼的校驗矩陣的列相聯繫，從而獲得從去交織器輸出的信號的概率值；第二加法器，用於從校驗節點解碼器的輸出信號中減去去交織器的輸出信號；交織器，用於按照奇偶校驗矩陣交織第二加法器的輸出信號；控制器，用於生成奇偶校驗矩陣並且按照奇偶校驗矩陣控制去交織和交織；和存儲器，用於存儲具有不等出錯概率值的LDPC碼的奇偶校驗矩陣，以便根據信息位的重要性優先級編碼或解碼信息位，其中，去交織器由控制器根據存儲在存儲器中的奇偶校驗矩陣控制。
通過參照附圖對本發明的示範性實施例進行如下詳細描述，本發明的上面和其它目的、特徵和優點將更加清楚，在附圖中圖1例示了(8，2，4)LDPC碼的典型奇偶校驗矩陣；圖2例示了如圖1所示的(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣的要素圖；圖3例示了根據本發明一個實施例的具有不等出錯概率值的LDPC碼的要素圖；圖4是根據本發明一個實施例，根據位的重要性優先級將信息位映射到LDPC碼的過程的流程圖；圖5是根據本發明一個實施例的數據發送設備的方塊圖；
圖6是根據本發明一個實施例的數據接收設備的方塊圖；圖7是根據本發明一個實施例的數據發送方法的流程圖；圖8是根據本發明一個實施例的數據接收方法的流程圖；和圖9是示出根據本發明一個實施例的用於不等LDPC塊碼的解碼器的內部結構的方塊圖。
優選實施例詳述在下文中，將參照附圖對本發明的優選實施例加以描述。在如下的描述中，當有可能使本發明的主題不突出時，將省略包含在其中的眾所周知功能和配置的詳細描述。
為了實現具有不等出錯概率值的代碼，本發明應用了低密度奇偶校驗(LDPC)碼，從而解決了現有技術中傳統線性塊碼不能具有不等出錯概率值的問題。
因此，本發明提出了將需要高可靠性的位映射到LDPC碼的要素圖中具有低出錯概率值的節點和將需要低可靠性的位映射到LDPC碼的要素圖中具有高出錯概率值的節點的不等LDPC碼。
同時，LDPC碼的要素圖中每個節點的出錯概率值依賴於每個節點的循環和程度。具體地說，每個節點的循環越長，出錯概率值就越低。此外，每個節點的程度越高，出錯概率值就越低。
一般說來，在LDPC碼中，變量節點的程度越高，可靠性就越高。因此，這種特性可以用於通過將較高程度指定給各位具有不同重要程度的數據當中重要性優先級較高的位，設計出具有不等出錯概率值的代碼。
並且，LDPC碼不僅可以用在疊代解碼中，而且各位可以具有不同出錯概率值。因此，LDPC碼適合設計具有不等出錯概率值的代碼。
在下文中，簡要描述LDPC碼，以幫助人們了解本發明。
LDPC代碼可以利用基於要素圖的和-積算法的疊代解碼算法解碼。由於LDPC碼的解碼器使用了基於和-積算法的疊代解碼算法，它比渦式碼的解碼器更簡單。另外，與渦式碼的解碼器相比，LDPC碼的解碼器易於用並行處理解碼器實現。
當LDPC碼用要素圖表達時，在LDPC碼的要素圖上存在循環。眾所周知，對存在循環的LDPC碼的要素圖的疊代解碼比最佳差一點(次最佳)。此外，實驗證明，LDPC碼在整個疊代解碼過程中具有卓越的性能。但是，當在LDPC碼的要素圖上存在許多短長度的循環時，LDPC碼存在性能變差的缺點。因此，人們正在繼續研究，開發出設計LDPC碼，以便在LDPC碼的要素圖上不存在短長度的循環的技術。
由於一般具有高權重密度的生成矩陣的特性，LDPC碼的編碼過程已經演變成使用具有低權重密鑰的奇偶校驗矩陣的編碼過程。「權重」代表構成生成矩陣和奇偶校驗矩陣元素當中具有非零值的元素。尤其，如果與奇偶校驗矩陣中的奇偶相對應的部分矩陣具有規則形式，可以進行更有效的編碼。
LDPC碼由Gallager提出，一個LDPC碼通過主要元素具有0的值和除了具有0的值的元素之外的次要元素具有1的值的奇偶校驗矩陣定義。
更具體地說，LDPC編碼方案是通過用生成矩陣G對數據I進行運算編碼發送數據I的塊碼編碼方案。這裡，當將編碼數據寫成C時，編碼數據C被表達成下面的方程1。
I·G＝C 方程(1)當解碼編碼數據C時，用奇偶校驗矩陣H對編碼數據C進行運算，和當奇偶校驗矩陣對所有C的運算結果像下面的方程2所示那樣時，確定不存在錯誤。
H·C＝0，C方程(2)因此，LDPC碼和LDPC的運算複雜性兩者都可以通過奇偶校驗矩陣H定義。
例如，(N，j，k)LDPC碼是具有塊長N的線性塊碼，並且通過稀疏奇偶校驗矩陣來定義，在稀疏奇偶校驗矩陣中，每列含有具有值1的j個元素，每行含有具有值1的k個元素，並且除了具有值1的元素之外所有元素具有值0。
如上所述的奇偶校驗矩陣中每列的權重值固定(fix)為『j』和奇偶校驗矩陣中每行的權重值固定為『k』的LDPC碼被叫做「規則LDPC碼」。這裡，權重值代表權重的個數。與規則LDPC碼不同，奇偶校驗矩陣中每列的權重值和奇偶校驗矩陣中每行的權重值不固定的LDPC碼被叫做「不規則LDPC碼」。眾所周知，不規則LDPC碼在性能上優於規則LDPC碼。但是，在不規則LDPC碼的情況中，由於奇偶校驗矩陣中每列的權重值和奇偶校驗矩陣中每行的權重值是不固定的，即，非規則的，必要適當地調整奇偶校驗矩陣中每列的權重值和奇偶校驗矩陣中每行的權重值，以保證具有卓越的性能。
現在參照圖1和2，對作為(N，j，k)LDPC碼的一個例子的(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣加以描述。
圖1是例示一般(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣的圖形。
參照圖1，(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣H由8列4行組成，每列的權重值固定為2，每行的權重值固定為4。由於如上所述，奇偶校驗矩陣中每列的權重值和每行的權重值是規則的，如圖1所示的(8，2，4)LDPC碼變成規則LDPC碼。
下文參照圖2描述結合圖1所述的(8，2，4)LDPC碼的要素圖。
圖2是例示圖1的(8，2，4)LDPC碼的要素圖的圖形。
參照圖2，(8，2，4)LDPC碼的要素圖由x1211、x2213、x3215、x4217、x5219、x6221、x7223和x8225的8個變量節點以及4個校驗節點227、229、231和233組成。當在(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣的第i行和第j列鼻息相交的點上存在具有即值1的權重的元素時，在變量節點xj和第i校驗節點之間形成分支。
由於如上所述，LDPC碼的奇偶校驗矩陣具有小權重值，即使在塊碼的塊長不斷增加的時候呈現與諸如渦式碼之類的Shannon信道的容量極限接近的性能、具有相對較長長度的塊碼中，也可以通過疊代解碼過程進行解碼。已經證明，利用流傳送技術的LDPC碼的疊代解碼過程在性能上幾乎與渦式碼的疊代解碼過程接近。
為了生成高性能LDPC碼，應該滿足如下條件。
(1)應該考慮LDPC碼的要素圖上的循環。
「循環」指的是LDPC碼的要素圖中連接變量節點和校驗節點的邊形成的環路，並且循環的長度定義為構成環路的邊的數量。循環長度長意味著LDPC碼的要素圖中構成環路的連接變量節點和校驗節點的邊的數量大。相反，循環長度短意味著LDPC碼的要素圖中構成環路的連接變量節點和校驗節點的邊的數量小。
隨著LDPC碼的要素圖中的循環變長，由於如下原因，LDPC的性能功效增強了。也就是說，當在LDPC碼的要素圖中生成長循環時，可以防止諸如當在LDPC碼的要素圖上存在太多短長度的循環時出現的最低出錯率之類的性能變差。
(2)在LDPC碼的要素圖上程度較高的位具有較好的性能。
一般說來，由於程度較高的位可以通過經邊連接的其它位經疊代解碼得到恢復，所以在LDPC碼的要素圖上程度較高的位具有較好的性能。「程度」指的是LDPC碼的要素圖中連接變量節點和校驗節點的邊的數量。並且，LDPC碼的要素圖上的「程度分布」指的是具有特定程度的節點數量與總節點數量之比。
因此，本發明提出了利用如上所述的不等LDPC碼中節點的出錯概率值之間的差值，有效編碼和解碼含有重要程度不同的位的信息(譬如，控制信息)的方法。
圖3是例示根據本發明實施例的具有不等出錯概率值的LDPC碼的要素圖的圖形。圖3示出了接收4個信息位和生成8個編碼位的、具有1/2的編碼速率的LDPC碼。
參照圖3，根據本發明實施例的具有不等出錯概率值的LDPC碼的要素圖可以用變量節點300、校驗節點330、和交織器320表達。例如，要素圖可以包括分別為V.N1到V.N8303到319的8個變量節點、和分別為C.N1到C.N4331到337的4個校驗節點。交織器320根據確定的LDPC碼互連變量節點300和校驗節點330。
同時，在變量節點300當中，V.N1303、V.N2305、V.N3307和V.N4309是其中信息位被映射和運算的信息部分301的變量節點，和V.N5313、V.N6315、V.N7317和V.N8319是其中映射和運算映射信息位生成的奇偶位的奇偶部分311的變量節點。
連接到每個變量節點的線代表連接到多個校驗節點的邊，連接到每個節點的邊的數量暗示著節點的程度。也就是說，V.N1303具有6的程度，因為6條邊與V.N1303連接，V.N2305具有5的程度，因為5條邊與V.N2305連接。如上所述，程度越高，映射到相應節點的信息位的出錯概率值就越小。
因此，在本發明中，根據每個節點的程度，就是說，根據連接到每個節點的邊的數量，反映信息位的重要程度地進行編碼。換句話說，在要編碼和發送的信息位當中，將具有高權重的位映射到高程度的節點，並且將具有低權重的位映射到低程度的節點。並且，在具有相同程度的節點之間，將具有較高權重的位映射到具有較大循環的節點，因為具有較大循環的節點具有較低的出錯概率值。
在下文中，將參照圖3詳細描述根據本發明一個實施例映射位的方法。
首先，對於優先級最高的位的指定，獲取{V.N1}，作為具有最高程度的變量節點組。這裡，獲得的組只包括一個元素，具有最高優先級(即，最高權重)的位被指定給節點V.N1 303。
接著，對於優先級次最高的位的指定，獲取未指定變量節點當中具有最高程度的變量節點組。由於除了已指定變量節點之外的變量節點的最高程度是5，獲取{V.N2，V.N3}，作為程度為5的變量節點組。獲得的組包括2個元素。在這種情況下，由於兩個變量節點具有相同程度，比較兩個變量程度的循環，並且選擇循環較大的變量節點。如果V.N3 307具有比V.N2 305大的循環，則將優先級次最高的位指定給V.N3 307，和將優先級第三高的位指定給V.N2 305。相反，如果V.N3 307具有比V.N2 305小的循環，將優先級次最高的位指定給V.N2 305，和將優先級第三高的位指定給V.N3 307。
接著，對於優先級第四高的位的指定，選擇程度為4的V.N4 309。總之，將優先級最高的位映射到節點V.N1 303，將優先級次最高的位映射到V.N3307，將優先級第三高的位映射到V.N2 305，和將優先級第四高的位映射到V.N4 309。
這裡，將信息位映射到變量節點的方法包括在根據上述的映射序列重新排列信息位之後進行映射的方法、和在固定輸入信息位的時候交換LDPC碼中奇偶校驗矩陣的列的方法。
例如，當發送的信息位具有如表1所示隨從最高有效位(MSB)到最低有效位(LSB)逐漸降低的重要程度時，可以取代奇偶校驗位的第2列和第3列以進行有效映射。取而代之，可以取代輸入信息位的第2位和第3位以進行有效映射。
同時，在LDPC碼的設計中，可以通過適當地設計交織器320提高最小循環來提高整個碼性能。
在下文中，將推廣和參照圖4描述如上面參照圖3所述的根據本發明實施例映射LDPC碼和信息位的方法。
圖4是根據位的重要性優先級將信息位映射到LDPC碼的過程的流程圖。
參照圖4，在步驟401中，首先按照程度最高的位在任何其它位之前的序列排列根據給定LDPC碼的奇偶校驗矩陣的要素圖。這裡，在步驟403中，將表示根據程度最高的位在任何其它位之前的序列指定相應位的輪流的索引i設置成0。然後，在步驟405中，獲取其餘未指定變量節點當中程度最高的一組變量節點。然後，在步驟407中，檢查包含在獲得變量節點組中的元素的數量。
作為從步驟407得出的確定結果，當在步驟405中獲得的變量節點組包括單個元素時，在步驟409中將信息位指定給單個變量節點。與此不同，作為從步驟407得出的確定結果，當在步驟405中獲得的變量節點組包括多個元素時，執行如下的過程，以便確定具有相同程度的組中變量節點的優先級。
首先，為了指定屬於該組的位，在步驟411中將序列索引j設置成0。此後，在步驟413中選擇和將信息位指定給最高程度的可變節點當中具有最大循環的節點。然後，在步驟415中將序列索引j與該組中的元素的數量相比較。當序列索引j小於該組中的元素的數量時，在步驟417中將序列索引j加1。然後，重複上面的過程，直到將信息位指定給該組的所有變量節點為止。
同時，將通過步驟415中的比較將信息位指定給該組的所有變量節點時，在步驟419中將序列索引i與輸入位的個數K相比較。這裡，如果序列索引i小於輸入位的個數K，在步驟421中將該組中的元素的數量與序列索引i相加。然後，從步驟405開始再一次重複該過程。最後，當所有輸入位的指定都已完成時，在步驟423中根據位分配排列奇偶校驗矩陣中的變量節點和確定映射序列。也就是說，根據要發明的信息位的序列確定變量節點的序列。
這裡，如上所述，根據其重要程度將信息位映射到LDPC碼的方法包括在固定LDPC碼的時候在根據映射序列重新排列信息位之後進行映射的方法、和在固定輸入信息位的時候交換LDPC碼中奇偶校驗矩陣的列的方法。
這裡，通過執行上述的過程，可以根據其重要程度或優先級將要發送的信息位映射到LDPC碼。並且，映射方案由決定LDPC碼的出錯概率值的每個變量節點的循環和每個變量節點的邊數(或程度)決定。也就是說，在要發送的信息位當中，映射具有高權重的位，以便通過LDPC碼的要素圖中的變量節點當中具有低出錯概率值的變量節點編碼，同時，映射具有低權重的位，以便通過LDPC碼的要素圖中的變量節點當中具有高出錯概率值的變量節點編碼。
在下文中，將參照圖5到8描述根據本發明一個實施例、根據LDPC編碼方案發送/接收數據的設備和方法。
首先，參照圖5和6描述數據發送設備和數據接收設備。
圖5是根據本發明一個實施例的數據發送設備的方塊圖。
參照圖5，與移動通信系統中的典型發送器類似，根據本發明一個實施例的數據發送設備包括信道編碼器501、信號映射器503和調製器505。
首先，將要發送的信息位輸入信道編碼器501中。然後，信道編碼器501將輸入信息位編碼成編碼位。這裡，為了將附加信息加入信息位中，編碼過程是必不可少的，從而校正可能出現在信道中的任何錯誤和實現可靠性更高的通信。信道編碼器501可以是典型移動通信系統中的卷積編碼器、渦式編碼器或LDPC編碼器。
根據本發明一個實施例的信道編碼器可以是不等LDPC編碼器，和可以根據基於本發明一個實施例的方法編碼輸入信息位當中需要不等出錯概率值的信息位。也就是說，根據本發明一個實施例的不等LDPC編碼器在根據信息位的重要性優先級將不同出錯概率值應用於信息位的同時，將輸入信息位映射到LDPC碼的要素圖中的變量節點。
根據本發明一個實施例的數據發送設備進一步包括位排列控制器507。位排列控制器507可以控制信息位成為根據其重要程度排列的LDPC碼。但是，當將重要程度的序列事先確定的發送信息位輸入信道編碼器501中時，位排列控制器507是多餘的，可以根據重要程度的預定序列映射LDPC碼。
接著，通過信號映射器503映射作為信道編碼器501的輸出數據的編碼位。這裡，信號映射器503可以根據應用在移動通信中的調製方案以各種各樣的方式映射輸入位碼元。例如，當二進位相移鍵控(BPSK)方案用作調製方案時，將輸入信號映射器503中的0的輸入位映射成1和將1的輸入位映射成-1。
通過調製器505將映射信號調製成發送信號。調製器505是能夠接收來自信號映射器503的信號和將信號發送到傳輸鏈路，即，將信號轉換成修改類型的電信號的器件。調製器505可應用的調製方案包括BPSK方案、正交相移鍵控(QPSK)方案、8相移鍵控(8PSK)方案、16正交調幅(16QAM)方案、和64QAM方案。這樣的調製方案與本發明無直接關係，因此，這裡省略它們的詳細描述。
上面參照圖5所述的數據發送設備發送的數據可以由如圖6所示的接收設備根據與上述順序相反的順序接收。
圖6是根據本發明一個實施例的數據接收設備的方塊圖。
參照圖6，與移動通信系統中的典型接收器類似，根據本發明一個實施例的數據接收設備包括解調器601、反向信號映射器603、和信道解碼器605。
首先，將天線(未示出)通過無線信道接收的信號經過無線電處理器(未示出)無線電處理之後輸入調製器601中。解調器601根據與圖5的數據發送設備中的調製器505的調製方案相對應的解調方案解調接收信號。例如，根據與BPSK方案相對應的解調方案解調根據BPSK方案調製的數據。
來自解調器601的輸出信號對應於被圖5的數據發送設備中的調製器505調製之前的映射信號的元素。換句話說，為了在發送設備中發送而調製的信號被恢復成調製之前的信號。
同時，通過反向信號映射器603估計解調器601的輸出數據和將其轉換成經過圖5的信號映射器503之前的數據。也就是說，反向信號映射器603是與圖5的信號映射器503對應的單元，它找出有關經過信號映射器503之前的位的估計值，以便將解調器601的輸出數據轉換成信道解碼器605的輸入數據。
接著，將反向信號映射器603的輸出數據輸入信道解碼器605中。這裡，信道解碼器605執行與圖5的信道編碼器501的過程相反的過程。這裡，信道解碼器605根據反向信號映射器603的輸出數據估計和輸出發送的信息位。
同時，基於圖5的信道編碼器501的結構的各種類型的編碼解碼器可以用作信道解碼器605。應用在本發明一個實施例中的信道解碼器605是具有不等出錯概率值的LDPC解碼器。
也就是說，由於從圖5的信道編碼器501發送的信息位是在考慮了信息位的重要性優先級之後映射到不等LDPC編碼器的變量節點的，解碼接收信號的信道解碼器605最好是與用作編碼編碼器501的LDPC編碼器對應的不等LDPC解碼器。
同時，數據接收設備可以包括相當於發送設備中的位排列控制器507的位排列控制器607。位排列控制器607與根據信息位的重要性優先級映射不等LDPC碼的方法有關地控制信道解碼器605和映射信息。
在下文中，將參照圖7和8描述數據發送方法和數據接收方法。
圖7是根據本發明一個實施例的數據發送方法的流程圖。
參照圖7，首先，在步驟701中生成要發送的信息位。在步驟703中，根據信息位的重要性優先級將信息位映射到編碼器的輸入節點。然後，在步驟705中，通過與映射方案相對應的不等LDPC編碼器進行信道編碼。在步驟707中通過信號映射器信號映射信道編碼信息位，和將經信號映射的信號輸入調製器中。在步驟709中，根據與預定系統條件相對應的調製方案調製輸入調製器的信號，和在步驟711中將最後數據發送到接收方。
根據下面參照圖8所述的數據接收方法可以接收根據上面參照圖7所述的數據發送方法發送的數據。該數據接收方法與上述的數據發送方法相反。
圖8是根據本發明一個實施例的數據接收方法的流程圖。
參照圖8，在步驟801中接收來自信道的信號，和在步驟803中將接收信號解調成與解調之前的數據相對應的數據。這裡，解調應用了與發送方的調製方案相對應的解調方案。然後，在步驟805中，通過反向信號映射器反向映射解調數據。這裡，反向信號映射器進行有關信號映射之前的數據的估計。
接著，在步驟807中，將通過反向信號映射器反向映射的輸出值輸入解碼器中，解碼器根據其重要程度將值解碼成編碼之前的數據。這裡，解碼應用了與上面參照圖7所述的編碼方案相對應的解碼方案。具體地說，根據本發明一個實施例的解碼使用了具有不等出錯概率值的LDPC碼。最後，在步驟809中輸出解碼信號作為信息數據。
在下文中，將描述下面參照圖9所述的不等LDPC解碼器根據本發明的一個實施例解碼不等LDPC碼的過程。
圖9是示出根據本發明實施例的用於不等LDPC塊碼的解碼器的內部結構的方塊圖。
參照圖9，用於不等LDPC塊碼的解碼器包括變量節點解碼部分900、加法器915、去交織器917、交織器919、控制器921、存儲器923、加法器925、校驗節點解碼部分950、和硬判決單元929。並且，變量節點解碼部分900包括變量節點解碼器911和開關913，校驗節點解碼部分950包括校驗節點解碼器927。
首先，將通過無線信道接收的信號輸入到變量節點解碼部分900的變量節點解碼器911。變量節點解碼器911計算輸入信號的概率值，並且更新和向開關913和加法器915輸出計算的概率值。這裡，變量節點解碼器911按照事先設置在用於LDPC塊碼的解碼器中的奇偶校驗矩陣連接變量節點，和進行輸入值和輸出值的個數與連接到每個變量節點的值『1』的個數相同的更新操作。連接到每個變量節點的值『1』的個數等於奇偶校驗矩陣的每個列的權重。因此，變量節點解碼器911根據奇偶校驗矩陣的列的權重進行不同內部操作。
加法器915接收從變量節點解碼器911輸出的信號和在先前疊代解碼過程中從交織器919輸出的信號。此外，加法器915從變量節點解碼器911的輸出信號中減去先前疊代解碼過程中交織器919的輸出信號，並且將差值信號輸出到去交織器917。這裡，當解碼是第一次解碼時，自然假設去交織器917的輸出信號為0。
去交織器917接收加法器915的輸出信號，根據事先設置的方案對信號去交織，並且將它輸出到加法器925和校驗節點解碼器927。這裡，去交織器917具有與奇偶校驗矩陣相對應的內部結構。這是因為，與去交織器917對應的與交織器919的輸入值有關的輸出值隨奇偶校驗矩陣中具有值『1』的元素的位置而不同。
同時，加法器925接收在先前疊代解碼過程中從校驗節點解碼器927輸出的信號和從去交織器917輸出的信號。此外，加法器925從先前疊代解碼過程中校驗節點解碼器927的輸出信號中減去去交織器917的輸出信號，並且將差值信號輸出到交織器919。這裡，校驗節點解碼器927按照事先設置在用於LDPC塊碼的解碼器中的奇偶校驗矩陣來連接校驗節點，並且進行輸入值和輸出值的個數與連接到每個校驗節點的值『1』的個數相同的更新操作。連接到每個校驗節點的值『1』的個數等於奇偶校驗矩陣的每個行的權重。因此，校驗節點解碼器927根據奇偶校驗矩陣的行的權重來進行不同內部操作。
接著，交織器919在控制器921的控制下根據事先設置的方案交織加法器925的輸出信號，並且將交織信號輸出到加法器915和變量節點解碼器911。這裡，控制器921讀取與基於根據本發明設計的奇偶校驗矩陣存儲在存儲器925中的交織方案有關的信息，並且控制交織器919的交織。並且，當解碼是第一次解碼時，自然，必須認為去交織器917的輸出信號是0。
這裡，如上所述，根據本發明的與具有不等出錯概率值的代碼有關的奇偶校驗矩陣被事先存儲在存儲器中，並且去交織器遵從基於存儲在存儲器中的奇偶校驗矩陣的在控制器中設置的方案。
通過重複執行上面的過程，可以實現不出錯的高可靠性解碼。在進行重複解碼預定次數之後，開關913切斷變量節點解碼器911和加法器915之間的連接，並接通變量節點解碼器911和硬判決單元929之間的連接，以便可以將從變量節點解碼器911輸出的信號輸入硬判決單元929。硬判決單元929硬判決從變量節點解碼器911輸出的信號並且輸出硬判決結果，這是最後解碼值。
同時，將根據本發明實施例的不等LDPC碼存儲在存儲器923中。這裡，存儲的不等LDPC碼是在考慮了發送信息位的重要程度之後為LDPC編碼和解碼設置的代碼。因此，當有關發送信息位的重要程度的序列發生變化時，可以交換LDPC碼的列，或可以根據本發明改變映射序列。
在如上所述的根據本發明的移動通信系統中，利用具有各種各樣程度的LDPC碼設計具有不等出錯概率值的代碼，將它們用在諸如控制信息之類具有不同重要程度的編碼信息中，從而提高了系統的性能。
雖然通過參照本發明的某些優選實施例，已經對本發明進行了圖示和描述，但本領域的普通技術人員應該明白，可以在形式和細節上對其作各種各樣的改變，而不偏離所附權利要求書所限定的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中、在用具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼編碼信息位之後發送信息位的設備，該設備包括LDPC編碼器，用於將高信息位映射到低變量節點和將低信息位映射到高變量節點，在信息位當中，高信息位具有高重要性優先級和低信息位具有低重要性優先級，其中，在LDPC碼的要素圖中，低變量節點是具有低出錯概率值的變量節點和高變量節點是具有高出錯概率值的變量節點。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，每個變量節點的出錯概率值由每個變量節點的程度決定。
3.根據權利要求2所述的設備，其中，每個變量節點的程度越高，每個變量節點的出錯概率值就越小。
4.根據權利要求1所述的設備，其中，每個變量節點的出錯概率值由每個變量節點的循環決定。
5.根據權利要求4所述的設備，其中，每個變量節點的循環越長，每個變量節點的出錯概率值就越小。
6.根據權利要求1所述的設備，進一步包括調製器，用於調製和發送根據重要性優先級映射和輸出的信息位。
7.根據權利要求1所述的設備，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，交換LDPD碼的奇偶校驗矩陣的列。
8.根據權利要求1所述的設備，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，固定LDPC碼，並且根據信息位的重要性優先級重新排列信息位。
9.根據權利要求1所述的設備，進一步包括位排列控制器，用於控制映射，以便根據信息位的重要性優先級將信息位映射到LDPC碼。
10.一種在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中、接收用具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼編碼的信息位的設備，該設備包括LDPC解碼器，用於與將高信息位映射到低變量節點和將低信息位映射到高變量節點的預定編碼器相對應地反映射，在信息位當中，高信息位具有高重要性優先級和低信息位具有低重要性優先級，其中，在LDPC碼的要素圖中，低變量節點是具有低出錯概率值的變量節點和高變量節點是具有高出錯概率值的變量節點。
11.根據權利要求10所述的設備，其中，每個變量節點的出錯概率值由每個變量節點的程度決定。
12.根據權利要求11所述的設備，其中，每個變量節點的程度越高，每個變量節點的出錯概率值就越小。
13.根據權利要求10所述的設備，其中，每個變量節點的出錯概率值由每個變量節點的循環決定。
14.根據權利要求13所述的設備，其中，每個變量節點的循環越長，每個變量節點的出錯概率值就越小。
15.根據權利要求10所述的設備，進一步包括解調器，用於根據與發送信息位的發送方的調製方案相對應的解調方案來解調信息位。
16.根據權利要求10所述的設備，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，交換LDPD碼的奇偶校驗矩陣的列。
17.根據權利要求10所述的設備，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，固定LDPC碼，並且根據信息位的重要性優先級重新排列信息位。
18.根據權利要求10所述的設備，進一步包括位排列控制器，用於控制映射，以便根據信息位的重要性優先級將信息位映射到LDPC碼。
19.一種在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中、在用具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼編碼信息位之後發送信息位的方法，該方法包括如下步驟將信息位當中具有高重要性優先級的信息位映射到LDPC碼的要素圖中具有低出錯概率值的變量節點；和將信息位當中具有低重要性優先級的信息位映射到LDPC碼的要素圖中具有高出錯概率值的變量節點。
20.根據權利要求19所述的方法，其中，每個變量節點的出錯概率值由每個變量節點的程度決定。
21.根據權利要求20所述的方法，其中，每個變量節點的程度越高，每個變量節點的出錯概率值就越小。
22.根據權利要求19所述的方法，其中，每個變量節點的出錯概率值由每個變量節點的循環決定。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，每個變量節點的循環越長，每個變量節點的出錯概率值就越小。
24.根據權利要求19所述的方法，進一步包括如下步驟調製和發送根據重要性優先級映射和輸出的信息位。
25.根據權利要求19所述的方法，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，交換LDPD碼的奇偶校驗矩陣的列。
26.根據權利要求19所述的方法，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，固定LDPC碼，並且根據信息位的重要性優先級重新排列信息位。
27.根據權利要求19所述的方法，進一步包括如下步驟控制映射，以便根據信息位的重要性優先級將信息位映射到LDPC碼。
28.一種在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中、接收用具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼編碼的信息位的方法，該方法包括如下步驟與將信息位當中具有高重要性優先級的信息位映射到LDPC碼的要素圖中具有低出錯概率值的變量節點的預定規則相對應地反映射信息位；和與將信息位當中具有低重要性優先級的信息位映射到LDPC碼的要素圖中具有高出錯概率值的變量節點的預定規則相對應地反映射信息位。
29.根據權利要求28所述的方法，其中，每個變量節點的出錯概率值由每個變量節點的程度決定。
30.根據權利要求29所述的方法，其中，每個變量節點的程度越高，每個變量節點的出錯概率值就越小。
31.根據權利要求28所述的方法，其中，每個變量節點的出錯概率值由每個變量節點的循環決定。
32.根據權利要求31所述的方法，其中，每個變量節點的循環越長，每個變量節點的出錯概率值就越小。
33.根據權利要求28所述的方法，進一步包括如下步驟根據與發送信息位的發送方的調製方案相對應的解調方案解調信息位。
34.根據權利要求28所述的方法，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，交換LDPD碼的奇偶校驗矩陣的列。
35.根據權利要求28所述的方法，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，固定LDPC碼，並且根據信息位的重要性優先級重新排列信息位。
36.根據權利要求28所述的方法，進一步包括如下步驟控制映射，以便根據信息位的重要性優先級將信息位映射到LDPC碼。
37.一種在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中編碼和發送數據的方法，該方法包括如下步驟生成信息位並且根據生成信息位的重要性優先級將生成信息位映射到編碼器的輸入節點；按照不等低密度奇偶校驗編碼器的編碼進行映射信息位的信道編碼；信號映射信道編碼信息位並且根據在移動通信系統中事先設置的方案調製來映射信號；和發送調製之後輸出的最後數據。
38.根據權利要求37所述的方法，其中，當根據信息位的重要性優先級將信息位映射到編碼器的輸入節點時，重要性優先級對應於變量節點的出錯概率值，每個出錯概率值由每個變量節點的程度決定。
39.根據權利要求38所述的方法，其中，每個變量節點的程度越高，每個變量節點的出錯概率值就越小。
40.根據權利要求37所述的方法，其中，當根據信息位的重要性優先級將信息位映射到編碼器的輸入節點時，重要性優先級對應於變量節點的出錯概率值，每個出錯概率值由每個變量節點的循環決定。
41.根據權利要求40所述的方法，其中，每個變量節點的循環越長，每個變量節點的出錯概率值就越小。
42.根據權利要求37所述的方法，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，交換LDPD碼的奇偶校驗矩陣的列。
43.根據權利要求37所述的方法，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，固定LDPC碼，和根據信息位的重要性優先級重新排列信息位。
44.根據權利要求37所述的方法，進一步包括如下步驟控制映射，以便根據信息位的重要性優先級將信息位映射到LDPC碼。
45.一種在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中解碼接收數據的方法，該方法包括如下步驟接收通過信道從發送方發送的信號，並且根據與最初應用於信號的調製方案相對應的解調方案解碼接收信號；反向映射解碼數據，並且通過根據反向映射信號的重要性優先級將反向映射信號映射到具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼進行信道解碼；和輸出信道解碼數據作為最後輸出數據。
46.根據權利要求45所述的方法，其中，當根據信息位的重要性優先級映射信息位時，重要性優先級對應於變量節點的出錯概率值，每個出錯概率值由每個變量節點的程度決定。
47.根據權利要求46所述的方法，其中，每個變量節點的程度越高，每個變量節點的出錯概率值就越小。
48.根據權利要求45所述的方法，其中，當根據信息位的重要性優先級映射信息位時，重要性優先級對應於變量節點的出錯概率值，每個出錯概率值由每個變量節點的循環決定。
49.根據權利要求48所述的方法，其中，每個變量節點的循環越長，每個變量節點的出錯概率值就越小。
50.根據權利要求45所述的方法，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，交換LDPD碼的奇偶校驗矩陣的列。
51.根據權利要求45所述的方法，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，固定LDPC碼，和根據信息位的重要性優先級重新排列信息位。
52.根據權利要求45所述的方法，進一步包括如下步驟控制映射，以便根據信息位的重要性優先級將信息位映射到LDPC碼。
53.一種在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中，根據信息位的重要性優先級將信息位映射到低密度奇偶校驗(LDPC)碼的方法，該方法包括如下步驟(a)根據程度最高的變量在任何其它變量之前的序列排列LDPC碼的奇偶校驗矩陣的要素圖中的變量節點，並且為具有高優先級的信息位的指定設置第一序列索引；(b)從未指定變量節點當中建立包括程度最高的變量節點的變量節點組，並且確認變量節點組的元素；(c)當變量節點組包括單個變量節點時，將單個變量節點指定給信息位，並且當變量節點組包括多個元素時，為包括在變量節點組中的信息位的指定設置第二序列索引；和(d)根據第二序列索引確定最高程度的變量節點，並且將信息位指定給具有相同程度的變量節點當中循環最長的變量節點。
54.根據權利要求53所述的方法，進一步包括如下步驟將第二序列索引與變量節點組中的元素的數量相比較，當信息位已經指定給變量節點組中的所有變量節點時將第一序列索引與輸入位的個數相比較，並且當已經指定了所有輸入信息位時根據信息位的序列排列奇偶校驗矩陣的變量節點的映射序列。
55.根據權利要求53所述的方法，進一步包括如下步驟將第二序列索引與變量節點組的元素的數量相比較，當第二序列索引小於變量節點組的元素的數量時將第二序列索引加1，並且重複步驟a到e。
56.根據權利要求53所述的方法，進一步包括如下步驟將第一序列索引與輸入位的個數相比較，當第一序列索引小於輸入位的個數時將變量節點組的元素的數量與第一序列索引相加，並且重複步驟a到e。
57.根據權利要求53所述的方法，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，固定LDPC碼，並且根據信息位的重要性優先級重新排列信息位。
58.根據權利要求53所述的方法，其中，當根據重要性優先級映射信息位時，固定輸入信息位，並且交換LDPD碼的奇偶校驗矩陣的列。
59.一種在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中解碼具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼的設備，該設備包括變量節點解碼器，用於根據列的權重將變量節點與LDPC碼的校驗矩陣的列相聯繫，從而獲得概率值；第一加法器，用於從變量節點解碼器的輸出信號中減去在先前解碼中生成的信號；去交織器，用於按照奇偶校驗矩陣去交織第一加法器的輸出信號；校驗節點解碼器，用於根據列的權重將校驗節點與LDPC碼的校驗矩陣的列相聯繫，從而獲得從去交織器輸出的信號的概率值；第二加法器，用於從校驗節點解碼器的輸出信號中減去去交織器的輸出信號；交織器，用於按照奇偶校驗矩陣交織第二加法器的輸出信號；控制器，用於生成奇偶校驗矩陣並且按照奇偶校驗矩陣控制去交織和交織；和存儲器，用於存儲具有不等出錯概率值的LDPC碼的奇偶校驗矩陣，以便根據信息位的重要性優先級編碼或解碼信息位，其中，去交織器由控制器根據存儲在存儲器中的奇偶校驗矩陣控制。
全文摘要
本發明公開了一種在信道編碼和發送信息位的無線通信系統中、在用具有不等出錯概率值的低密度奇偶校驗(LDPC)碼編碼信息位之後發送信息位的設備。該設備包含將高信息位映射到低變量節點和將低信息位映射到高變量節點的LDPC編碼器，在信息位當中，高信息位具有高重要性優先級和低信息位具有低重要性優先級，其中，在LDPC碼的要素圖中，低變量節點是具有低出錯概率值的變量節點和高變量節點是具有高出錯概率值的變量節點。
文檔編號H03M13/35GK1898891SQ200480038055
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月20日 優先權日2003年12月19日
發明者鄭鴻實, 慶奎範, 金宰烈, 樸聖恩 申請人:三星電子株式會社