用於在無線通信系統中使用提升低密度奇偶校驗碼來時空編碼的方法和裝置的製作方法
2023-05-25 03:13:46 1
專利名稱：用於在無線通信系統中使用提升低密度奇偶校驗碼來時空編碼的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及使用多根天線的無線通信系統的編碼器/解碼器，尤其涉及用於使用低密度(low density)奇偶校驗碼時空編碼/解碼的方法和裝置。
背景技術：
根據時空編碼技術，以在時域中使用的編碼模式也可以在空間區域中實現的方式，通過多個發送天線發送通過編碼模式輸出的信號，由此獲得低差錯率。
圖1是圖解使用時空模式的發送器/接收機的視圖。參照圖1，發送器/接收機包括時空編碼器100、時空解碼器102、用於發送從時空編碼器輸出的信號的多個發送天線110到114和用於接收從發送天線110-114輸出的信號的多個接收天線120-124。發送天線110-114的數量可以與接收天線120-124的數量不同。
時空編碼器100根據預定編碼率編碼輸入信號(輸入數據)。如果輸入數據的數量是k，並且從時空編碼器100輸出的數據量是N，則時空編碼器100的編碼率是k/N。
發送天線110到114順序發送從時空編碼器100輸出的碼元。如果通過NT發送天線發送碼元，則時空編碼器100的編碼率是 每個接收天線120-124接收通過發送天線110-114發送的碼元。第一接收天線120接收通過第一到NT發送天線110到114發送的碼元。第二接收天線122接收通過第一到NT發送天線110到114發送的碼元。NR接收天線124接收通過第一到NT發送天線110到114發送的碼元。
時空解碼器102根據預定解碼率解碼通過接收天線120到124接收的碼元。根據時空編碼器100的編碼率來確定時空解碼器102的解碼器。即，如果時空編碼器100的編碼率是k/N，則時空編碼器的編碼率是N/k。
時空解碼器102通過解碼所接收的碼元來搜索從發送天線110到114發送的信號。在下面更詳細的描述時空編碼器100。
圖2是顯示常規分層(layered)時空編碼器的視圖。術語「分層」表示根據預定模式通過每個發送天線發送信道編碼的數據。
參照圖2，在分層時空編碼器中使用的信道編碼器利用預定編碼模式。分層時空編碼器的編碼率是NT×R，其中R是信道編碼器的編碼率，並且NT是天線數量。分層的時空編碼器包括信道編碼器200、用於將串行信號轉換為並行信號的串/並轉換器202、多根天線交錯器204到206、用於每根天線的信號映射單元208到210，和多根天線212到214。在圖2中，П1是第i天線交錯器，根據多根天線212到214的數量確定天線交錯器204到206和信號映射單元208到210的數量。
通過信道編碼器200編碼輸入數據以便產生具有高可靠性的信號。信道編碼器200的輸出數據通過串/並轉換器202以便發送到NT天線。串/並轉換器202的輸出數據輸入到天線交錯器204到206，它們順序交錯輸入數據。
此外，在輸出數據發送到發送天線之前，天線交錯器204到206的輸出數據通過信號映射單元208到210映射為期望的信號。信號映射單元208到210根據對應於k位的組的星座(constellation)將輸入位碼元確定為要通過發送天線發送的信號。
因此，可以根據輸入位的規模n，即數量來改變星座。例如，如果值為1，可以通過BPSK(二進位相移鍵控)模式實現星座，其中在BPSK中，對應於發送碼使用具有恆定幅度和頻率的載波轉換信號的相位。如果n的值為2，可以通過QPSK(正交相移鍵控)模式來實現星座。此外，如果n的值為3，則可以通過8QAM(正交幅度調製)模式來實現星座。
圖3是圖解常規分層時空解碼器的視圖。更具體地說，對應於圖2所示的分層時空編碼器，圖3所示的時空解碼器稱為「分層時空解碼器」。
參照圖3，在預定接收天線中接收通過多個發送天線發送的幀數據數組。如果提供了3個接收天線，則所有三個接收天線都可以接收通過三個發送天線發送的數據數組。分層時空解碼器包括NR接收天線300到302、檢測器304、解碼器312、NR去交錯器306到308、NR天線交錯器316到318、並/串轉換器310和串/並轉換器314。
NR接收天線300至302中的每一個接收從每個發送天線發送的信號。由檢測器304檢測在接收天線300到302中接收的數據，並且檢測每個發送天線的發送信號。檢測器304的輸出數據輸入到對應於分層時空編碼器的天線交錯器204到206的天線去交錯器306到308。即，去交錯分層時空編碼器的天線交錯的數據來獲得原始數據。
天線去交錯器的輸出數據輸入到並/串轉換器310，它將並行數據轉換為串行數據。此外，並/串轉換器310的輸出數據輸入到解碼器312。解碼器312對應於分層時空編碼器的編碼器，並且用於可靠地恢復信號。
如果信道環境沒有引起錯誤，則解碼器312的輸出數據等同於在發送器中沒有解碼的信號。然而，如果由於信道環境發生差錯，則執行迭代解碼以便精確解碼接收信號。
因此，解碼器312的輸出數據通過用於將串行數據轉換為並行數據的串/並轉換器314，並且輸入到天線交錯器316到318。天線交錯器的輸出數據再次輸入到檢測器，並且執行迭代解碼。迭代解碼可以提高所恢復的數據的可靠性。
如果通過在解碼器312中迭代解碼(iterative decoding)可靠地恢復了信號，則解碼器312的輸出確定為接收信號。
下一代無線移動通信系統的目標是使用地面通信網絡和衛星通信網絡來提供多媒體服務。為了提供多媒體服務，需要高傳輸速率和低錯誤率。因此，為了在差發送環境中連續發送具有高質量和高可靠性的數據，在時空編碼中必須使用有效的信道編碼技術。
根據信道的特性可以改變信道編碼技術。例如，差錯校正碼用於信道編碼技術。差錯校正碼的目標是在差信道環境中獲得可靠的通信。即，在通過信道發送數據之前使用信道碼編碼數據，然後從接收端輸出的信道中提取等同於原始信息的信息。
這種系統的基本特性基於香農信道編碼理論。根據香農信道編碼理論，如果關於信息執行最佳編碼，則存在降低在具有噪聲的信道中出現的差錯而不引起信息傳輸速率損失的極限。該編碼理論已經發展了數十年。
在使用卷積碼的連結碼中，提供使用迭代解碼技術的turbo碼，用於第三代無線通信IMT-2000的高可靠性信道編碼技術，它提供幾百Kbps到數Mbps的語音和低速多媒體服務。在1993年問世的turbo碼可以通過使用並行連結的RSC(遞歸系統卷積)碼執行編碼操作，並且通過迭代解碼技術執行解碼操作。此外，如果交錯器的規模很大，並且充分執行迭代解碼，則在位差錯率(BER)方面turbo碼顯示出逼近香農極限的優異性能。
然而，如果採用turbo碼，則可能增加操作量，由此增加複雜性。此外，由於交錯器的數量和迭代解碼操作增加，可能產生延時，導致很難實時處理。
已經開發了第四代移動通信系統以便提供語音和高速多媒體服務。仍然沒有確定用於第四代無線移動通信系統的差錯校正碼。由於第四代無線移動通信系統需要更低的差錯率(語音和數據10-6到10-9)，需要提供一種新的差錯校正碼。
因此，已經提出了低密度奇偶校驗(LDPC)碼。在複雜度和性能方面，與常規turbo碼相比，LDPC碼具有更好的編碼特性。LDPC碼是線性分組碼，其中奇偶校驗矩陣(H)的大多數元素是「0」。由於解碼的複雜性在本發明的時期不能在技術上實現LDPC碼。結果，很長時間不能實現LDPC碼。
Mackay和Neal重新獲得了LDPC碼並發現如果使用Gallager的簡單概率(probabilistic)編碼技術，則LDPC碼錶現出優越性。
更具體地說，由隨機奇偶校驗矩陣H限定LDPC碼，在矩陣中稀疏分布「1」。奇偶校驗矩陣H是用於確定是否關於接收信號正常執行編碼的矩陣。如果通過將編碼的接收信號與奇偶校驗矩陣H相乘獲得的值為0，則不發生差錯。
首先設計當與編碼的接收信號相乘時獲得結果數值0的預定奇偶校驗矩陣，然後根據預定奇偶校驗矩陣在發送器編碼器執行編碼操作。奇偶校驗矩陣具有如下結構特性。
首先，使用具有k權重的值「1」的元素形成每一行，其中儘可能統一形成k。
第二，使用具有j權重的值「1」形成每一列。通常j是3或4。
第三，以重疊不大於「1」的方式隨機布置兩列之間的重疊。這裡在奇偶校驗矩陣的每一列中的權重表示元素的數量，它具有大於「0」的值。此外，在兩列之間重疊表示行間的內積。因此，與編碼長度相比，行和列的權重很小。
可以使用基於和-積(sum-product)算法的迭代解碼算法以因素圖(factorgraph)解碼LDPC碼。通過採用使用基於和-積算法的迭代解碼算法的解碼技術，採用LDPC碼的解碼器具有比使用turbo碼的解碼器更低的複雜度，並且可以容易地實現並行處理解碼器。
如果以因素圖表示LDPC碼，則在LDPC碼的因素圖中形成循環。如本領域技術人員所公知的那樣，在具有循環的LDPC碼的因素圖中的迭代解碼是次最佳解碼。此外，經驗顯示出通過迭代解碼LDPC碼錶現出優越性。然而，如果在LDPC碼的因素圖中存在具有短長度的多個循環，則可能降低LDPC碼的性能。因此，已經持續進行大量研究以便設計LDPC碼，使得在LDPC碼的因素圖中不會出現具有短長度的循環。
由於生成具有高權重的矩陣的特性，使用具有低權重密度的奇偶校驗矩陣來執行LDPC碼的編碼過程。特別地，如果對應於奇偶校驗矩陣的奇偶性的部分矩陣具有統一的格式，則可以有效地編碼LDPC。
由於LDPC包括具有除了「0」之外的各種值，因此開發各種LDPC碼的有效編碼和解碼算法以便實際利用LDPC碼是很重要的。此外，由於LDPC碼的奇偶校驗矩陣可以確定LDPC碼的性能，因此設計具有優異性能的有效奇偶校驗矩陣是很重要的。即必須同時考慮具有優異性能的有效奇偶校驗矩陣和有效編碼和解碼算法以便產生具有優異性能的LDPC碼。
如上所述，由奇偶校驗矩陣限定LDPC碼，其中大多數元素具有值「0」，並且剩下的元素具有值「1」。例如，(N，j，k)LDPC碼是具有快長度N的線性分組碼，其中在每列中提供具有值「1」的j個元素，在每行中提供具有值「1」的k個元素。由具有稀疏結構(包括具有值「0」的元素)的奇偶校驗矩陣限定除了具有值「1」的元素之外的元素。
如果在奇偶校驗矩陣的每列中規則形成j權重，並且在奇偶校驗矩陣的每行中規則形成k』權重，則LDPC碼稱為「規則LDPC碼」。然而，如果在奇偶校驗矩陣的每列和每行中不規則形成權重的數量，LDPC碼稱為「不規則LDPC碼」。通常，不規則LDPC碼與規則LDPC碼相比具有優越性。在不規則LDPC碼中，奇偶校驗矩陣的每列中的權重不等同於奇偶校驗矩陣每行中的權重。因此，必須恰當調節奇偶校驗矩陣的每列和每行中的權重來確保優異性能。
因此，如果時空編碼器/解碼器使用LDPC碼執行編碼/解碼操作，則圖1和2所示的時空編碼器/解碼器可以具有優異的信道編碼/解碼性能。
常規分層時空碼關於各種天線必須執行各種信道編碼操作以便獲得最佳編碼增益。因此很難使用各種天線。即，用於兩根天線的信道編碼器不能用於三根天線。使用分層時空碼，可以在發送到天線的信號之間的高相關性之下獲得高編碼增益。然而，如果使用隨機信道編碼，則很難使發送信號間具有高相關性。
即，使用分層時空碼，信號單獨發送到天線，並且不能保證優越性。更具體地說，當使用上述LDPC時，由於通過多根天線發送的位之間的相關性變高，可以保證優越性。然而，如果隨機設計LDPC碼，很難提高發送到天線的信號之間的相關性。
發明內容
因此，本發明設計來解決在現有技術中出現的上述和其它問題，並且本發明的目的是提供在使用多根天線的無線通信系統中的使用提升(lifting)低密度奇偶校驗碼的分層時空編碼/解碼裝置和方法，用於提高通過多根天線發送的位陣列之間的相關性。
本發明的另一目標是提供用於通過提高通過多根天線發送的位陣列之間的關係來無差錯發送數據的裝置和方法。
本發明的又一目標是提供用於如果天線數量大於要在預定時間發送的位陣列的數量，則有效發送位陣列的裝置和方法。
本發明的又一目標是提供用於擴充分層時空碼並恢復通過LDPC編碼模式接收的數據，由此獲得優異的可靠性的裝置和方法。
為了實現上述和其它目標，根據本發明的第一方面，提供一種在移動通信系統中使用低密度奇偶校驗碼發送信號的方法，所述移動通信系統通過時空編碼信號來通過多個發送天線發送信號。該方法包括步驟通過使用所述多個對應於發送天線的數量的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣中的元素的值來形成提升低密度奇偶校驗矩陣；使用提升低密度奇偶校驗矩陣編碼將要發送的信號；和串/並轉換編碼信號，並且通過發送天線發送編碼信號。
根據本發明的第二方面，提供一種用於在移動通信系統中使用低密度奇偶校驗碼解碼接收信號的方法，所述移動通信系統通過時空編碼信號來通過多個發送天線發送信號。該方法包括步驟通過使用所述多個對應於發送天線的數量的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣中的元素的值來形成提升低密度奇偶校驗矩陣；使用提升低密度奇偶校驗矩陣解碼接收信號；和通過解碼的信號的硬(hard)判決來提供接收碼元。
根據本發明的第三方面，提供一種用於在移動通信系統中使用低密度奇偶校驗碼來發送信號的裝置，所述移動通信系統通過時空編碼信號來通過多個發送天線發送信號。該裝置包括提升低密度奇偶校驗編碼器，用於通過使用所述多個對應於發送天線的數量的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣中的元素的值來形成提升低密度奇偶校驗矩陣，並且使用提升低密度奇偶校驗矩陣編碼將要發送的信號；和串/並轉換器，用於將串行編碼信號轉換為並行編碼信號。
根據本發明的第四方面，提供一種用於在移動通信系統中使用低密度奇偶校驗碼來解碼接收信號的裝置，所述移動通信系統通過時空編碼信號來通過多個發送天線發送信號。該裝置包括存儲器，用於存儲通過使用所述多個對應於發送天線的數量的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣中的元素的值而形成的提升低密度奇偶校驗矩陣；和提升低密度校驗解碼器，用於通過使用存儲在存儲器中的低密度奇偶校驗矩陣來解碼接收信號。
通過結合附圖參照下面的詳細描述，本發明的上述和其它目標、特徵和優點將變得更加清楚，其中圖1是圖解使用普通時空編碼模式的常規發送器/接收機的視圖；圖2是圖解常規分層的時空編碼器的視圖；圖3是圖解常規分層的時空編碼器的視圖；圖4是圖解常規規則LDPC碼的奇偶校驗矩陣的視圖；圖5是根據圖4所示的奇偶校驗矩陣的因素圖；圖6A是圖解根據低密度奇偶校驗碼中k＝2的情況中的提升的分支變化的視圖；圖6B是圖解根據低密度奇偶校驗碼中k＝3的情況中的提升的分支變化的視圖；圖6C是圖解根據低密度奇偶校驗碼中k＝4的情況中的提升的分支變化的視圖；圖7A是圖解根據本發明第一實施例的提升低密度奇偶校驗碼的矩陣變化的視圖；圖7B是根據本發明第一實施例的提升低密度奇偶校驗矩陣因素圖；
圖8A是圖解根據本發明第二實施例的提升低密度奇偶校驗碼的矩陣變化的視圖；圖8B是根據本發明第二實施例的提升低密度奇偶校驗矩陣因素圖；圖9是圖解根據本發明實施例的使用提升低密度奇偶校驗碼的分層時空編碼器的編碼過程的流程圖；圖10是根據本發明實施例的使用提升低密度奇偶校驗碼的分層時空編碼器的方框圖；圖11是圖解根據本發明實施例的使用提升低密度奇偶校驗碼的分層時空編碼器的解碼過程的流程圖；和圖12是圖解根據本發明實施例的使用提升低密度奇偶校驗碼的分層時空編碼器的方框圖。
具體實施例方式
將參照附圖詳細描述本發明的優選實施例。此外，將省略在這裡結合的公知功能和配置的詳細描述，因為它可能混淆本發明。
本發明提供用於根據使用提升LDPC碼的時空編碼器/解碼器中的天線的數量來擴充LDPC碼的提升LDPC碼。此外，本發明提出能夠提高發送到時空編碼器/解碼器中的每根天線的信號之間的相關性的提升LDPC碼，由此確保信號的可靠編碼/解碼。
本發明不限於下列描述，而是可以應用到使用多根天線發送信號的系統中的、使用LDPC碼的各種編碼器和解碼器。
在描述根據本發明的使用提升LDPC碼的分層時空編碼器/解碼器之前，將詳細描述用於分層時空編碼器/解碼器的LDPC碼和提升LDPC碼的結構。
圖4是圖解(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣的視圖，作為(N，j，k)LDPC碼的例子。參照圖4，(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣H包括8列和4行。權重2被規則地添加到每列。由於權重被規則地添加到奇偶校驗矩陣的每列，所以(8，2，4)LDPC碼變為規則LDPC碼。而如果權重被不規則地添加到該矩陣的每一列，則(8，2，4)LDPC碼變成不規則LDPC碼。
圖5是圖4所示的規則(8，2，4)LDPC碼的因素圖(或雙向圖)。參照圖5，規則(8，2，4)LDPC碼的因素圖包括8個可變(variable)節點(如，V1500到V8514)和4個校驗節點516、518、520和522。如果在(8，2，4)LDPC碼的奇偶校驗矩陣中的第i列和第j行之間的交叉點上存在具有「1」的元素，則在可變節點Vi和第j校驗節點之間產生分支。
例如，在圖4所示的奇偶校驗矩陣的第一行中，第1、3、5和7列具有值「1」。因此，圖5所示的第一校驗節點516連接到V1500、V3504、V5508和V7512。相似地，在奇偶校驗矩陣的第二行中，第1、4、6、8列具有值「1」，而第二校驗節點518連接到V1500、V4506、V6510和V8514。因此，以上述相同的方式表示第三和第四校驗節點520和522。
由於LDPC碼的奇偶校驗矩陣具有更少量的非0元素，所以通過迭代解碼甚至可以實現以具有相對長的長度的分組碼解碼。此外，與turbo碼相似，如果分組碼的分組長度繼續增加，則LDPC碼具有優越性，即接近香農信道容量極限。此外，Mackay和Neal已經證明使用流傳送模式的LDPC碼的迭代解碼過程顯示出與turbo碼的迭代解碼過程相近的性能。
下面，將描述基於LDPC碼並用於本發明的提升LDPC碼。術語「提升」表示通過關於包括「0」和「1」的矩陣的子矩陣替換來擴充基本矩陣的規模的方法。即，根據提升LDPC碼，通過子矩陣替換來擴充LDPC碼的奇偶校驗矩陣中的每個元素的值。
將參照圖6A到6C詳細描述提升LDPC碼。
如上所述，如果在LDPC碼的奇偶校驗矩陣中的第i列和第j行之間的交叉點上存在具有權重值「1」的元素，則在可變節點Vi和第j校驗節點Cj之間產生分支。根據提升模式，在奇偶校驗矩陣中具有值「1」的元素替換為預定k×k子矩陣，使得可變節點Vi擴充為Vi，1、Vi，2、…、Vi，k，而第j校驗節點Cj擴充為Cj，1、Cj，2、…、Cj，k。
根據k×k子矩陣，可以以因素圖的形式表示擴充後的k可變節點和k校驗節點。圖6A到6C圖解當k×k子矩陣的k是2、3和4時，可變節點Vi和第j校驗節點Cj之間的分支的變化。
圖6A圖解如果奇偶校驗矩陣中的具有值「1」的元素被兩個2×2矩陣替換，校驗節點和可變節點之間的分支的變化，以便當使用兩個發送天線時使用提升LDPC碼。即，關於具有值「1」的元素，預定奇偶校驗矩陣可以擴充為圖6A所示的兩個矩陣。因此可以通過兩個因素圖表示元素，其中在一個圖中Cj，1與Vi，1形成分支，而且Cj，2與Vi，2形成分支，在另一個圖中Cj，1與Vi，2形成分支，而Cj，2與Vi，1形成分支。
圖6B圖解如果具有值「1」的元素被3×3矩陣替代，表示分支變化的因素圖，以便當使用三個發送天線時使用提升LDPC碼。參照圖6B，可以通過三個因素圖表示奇偶校驗矩陣中的具有值「1」的元素。
圖6C圖解如果具有值「1」的元素被4×4矩陣替代，表示分支變化的因素圖，以便當使用四個發送天線時使用提升LDPC碼。參照圖6C，通過4個因素圖可以表示具有值「1」的元素。
因此，除了圖6A到6C之外，其它置換矩陣也可以用於提升LDPC碼。
此外，如圖6A到6C所示，根據用來替換奇偶校驗矩陣中的元素「1」的子矩陣可以對分支進行各種改變。然後，將參照圖7A到8B描述當使用兩個發送天線時利用時空碼中的提升LDPC碼的方法。
圖7A是圖解根據本發明第一實施例的提升低密度奇偶校驗碼的矩陣變化的視圖，而圖7B是表示圖7A所示的提升低密度奇偶校驗碼的因素圖。此外，圖8A是根據本發明第二實施例的提升低密度奇偶校驗碼的矩陣變化的視圖，而圖8B是表示圖8A所示的提升低密度奇偶校驗碼的因素圖。
實施例1圖7圖解了單位矩陣放置在4×8矩陣700中的具有值「1」的元素的位置上，並且0矩陣放置在具有值「0」的元素位置上的矩陣，由此將基本4×8矩陣702提升為8×16矩陣704。參照圖7A，奇偶校驗矩陣(H)700轉換為基本的4×8矩陣702，而通過參照圖6A所述的預定方法，奇偶校驗矩陣中具有值「1」的每個元素被2×2矩陣替換。即在4×8奇偶校驗矩陣(H)700中具有值「1」的13個元素由2×2矩陣(包括S1到S13)替換，由此提升奇偶校驗矩陣(H)700。
可以以各種模式實現S1到S13的2×2子矩陣。在圖7A中，以單位矩陣的形式表示S1到S13。因此，4×8奇偶校驗矩陣(H)700提升2×2矩陣，並且產生8×16矩陣704。
此外，通過圖7B所示的因素圖可以表示如圖7A所示的提升LDPC矩陣，參見圖7B，由於奇偶校驗矩陣700中具有值1元素被單位矩陣替換，所以因素圖708可以表示為兩個因素圖，這是通過擴充因素圖706兩次而獲得的。因此，在提升執行之前，因素圖708表示為兩個因素圖706。
在因素圖708中，涉及Vi，1的部分指示通過第一天線發送的數據，而涉及Vi，2的部分指示通過第二天線發送的數據。
實施例2然後，將參照圖8A和8B描述用於提高要發送到每根天線的位陣列之間的相關性的本發明的第二實施例。
通常，在解碼過程中連接到同一校驗節點的可變節點相互之間具有高相關性。因此，在根據本發明第二實施例的、使用提升LDPC碼的分層時空碼中，發送到不同天線的數據連接到同一校驗節點，由此提高發送到多根天線的數據之間的相關性。例如，與圖7A和7B所示的第一實施例不同，圖8A和8B所示的第二實施例不使用單位矩陣替代具有值「1」的元素，但是使用置換矩陣替代元素，由此提高發送信號之間的相關性。
此外，如方程(1)所示，兩個2×2置換矩陣可以用作置換矩陣。
P1=1001---P2=0110......(1)]]>因此，如果4×8矩陣800中具有值「1」的元素被方程(1)所示的P1和P2順序替換，則可以獲得提升矩陣802和804。
參照圖8A，在形成4×8奇偶校驗矩陣H 800之後，通過結合圖6A所述的方法，使用2×2矩陣替換奇偶校驗矩陣H 800中具有值「1」的元素。即，在奇偶校驗矩陣H 800中具有值「1」的13個元素被擴充為2×2子矩陣S1到S13，由此提升奇偶校驗矩陣H 800。
可以以各種模式實現2×2子矩陣S1到S13。在圖8A中，以置換矩陣P1和P2的形式表示S1到S13。因此，4×8奇偶校驗矩陣(H)800提升2×2矩陣，使得產生8×16矩陣804。即，根據本發明第二實施例，P1施加到S2、S3、S5、S8、S9和S12，而P2應用到S1、S4、S6、S7、S10、S11和S13。
置換矩陣P1和P2可以交替映射到奇偶校驗矩陣的相一位置上。當子矩陣映射到「1」的位置上時，至少在一行中提供的元素之一必須與子矩陣的其它元素不同，例如包含S3、S7和S12的第一行的S7。
圖8A所示的提升LDPC矩陣可以表示為圖8B所示的因素圖。參照圖8，由於提升奇偶校驗矩陣中具有值「1」的元素被置換矩陣P1或P2替換，所以因素圖808可以表示為兩個因素圖，這是通過擴充因素圖806兩次而獲得的。此外，與圖7B所示的第一實施例不同，根據本發明第二實施例的擴充的兩個因素圖相互具有相關性，由此形成圖8B所示的分支。
更具體地說，在圖8B中，由實線表示的部分是連接到發送到第一天線的數據的分支，而虛線表示的部分是連接到發送到第二天線的數據的分支。因此，與圖7B所示的因素圖708中的位陣列不同，從使用置換矩陣的提升矩陣的因素圖808可知從每根天線發送的位陣列連接到同一校驗節點。即，第一校驗節點C1，1與V3，1、V5，2和V8，1一起根據圖8A所示的提升LDPC矩陣形成分支。由實線表示的連接到的V3，1和V8，1的分支連接到發送到第一天線的數據。此外，由虛線表示的連接到V5，2的分支連接到發送到第二天線的數據。因此，可以理解從兩根天線發送的位陣列連接到同一校驗節點。相同的規則應用到剩餘的校驗節點C1，2到C4，2。
總之，當根據本發明的第二實施例形成提升LDPC矩陣時，可以提高從每根天線發送的位陣列之間相關性。當然，可以通過除了上述方法以外的各種方法來提高從每根天線發送的位陣列之間的相關性。例如當提升LDPC矩陣時，可以通過不同地形成子矩陣來提高位陣列之間的相關性。
雖然關於兩根天線描述了本發明的第一和第二實施例，但是當提供3根天線或更多天線時，通過轉換提升矩陣的規模也可以應用本發明。如果提供3根天線，則LDPC矩陣的元素擴充為3×3的子矩陣。如果提供n天線，LDPC矩陣的元素擴充為n×n子矩陣。因此，可以使用各種子矩陣來提高通過每根天線發送的數據之間的關係。
圖9是圖解根據本發明實施例的使用提升低密度奇偶校驗碼的時空編碼器的編碼過程的流程圖。參照圖9，在步驟900，對要從多根天線發送的數據執行提升LDPC編碼處理。提升LDPC編碼模式等同於參照圖7A到8B所述的LDPC編碼模式。在步驟902中，串行-並行轉換並分配LDPC編碼數據，以便通過多個發送天線發送。所分配的數據在步驟904可以通過發送天線交錯。然而，不是必須提供具有相同結構的發送天線交錯器。在步驟904中通過發送天線交錯步驟的數據輸入到信號映射單元，以便在步驟906關於輸入到其中的數據執行碼元映射。然後通過多發送天線發送數據。
圖10是根據本發明實施例的使用提升低密度奇偶校驗碼的時空編碼器的方框圖。在下面，使用提升低密度奇偶校驗碼的時空編碼器稱為「提升LDPC時空編碼器」。
參照圖10，提升LDPC時空編碼器包括提升LDPC編碼器1004、串/並轉換器1006和交錯器1008到1010和對應於發送天線1016到1018的信號映射單元1012到1014。此外，提升LDPC時空編碼器包括用於輸入關於發送天線數量的信息的發送天線信息單元1000和用於根據所提供的發送天線的數量控制提升的控制器。
交錯器1008到1010和信號映射單元1012到1014的數量對應於發送天線的數量。交錯器1008到1010和信號映射單元1012到1014分別具有相同的結構或不同的結構。在圖10中，發送天線的數量是NT，而交錯器的數量和信號映射單元的數量也分別是NT。
發送天線信息單元1000向控制器1002發送關於發送天線1016到1018的數量的信息以便使提升LDPC時空編碼器產生對應於發送天線1016到1018的數量的恰當提升LDPC碼。
此外，接收關於發送天線1016到1018的數量的信息的提升控制器1002控制LDPC編碼器1004，以便使提升LDPC編碼器1004根據發送天線的數量執行提升LDPC編碼。即，為了執行提升LDPC時空編碼，使用對應於發送天線的數量、在提升控制器1002的控制下具有優異性能的LDPC碼，關於輸入到提升LDPC編碼器的信號執行提升LDPC編碼，其中發送天線數量是使用來自發送天線信息單元1000的信息獲得的。
提升LDPC編碼器1004的輸出數據通過串/並轉換器1006分配到NT發送天線。通過交錯器1008到1010交錯分配到發送天線的數據。在發送到發送天線1016到1018之前，通過信號映射單元1012到1014來以碼元映射(symbol-map)通過天線交錯器1008到1010的數據。信號映射單元1012到1014可以通過各種調製模式(諸如BPSK、QPSK、16QAM、64QAM和128QAM)關於該數據執行碼元映射。通過NT發送天線1016到1018發送信號映射單元1012到1014的輸出數據。
常規LDPC編碼器將輸入信號分配到每個發送天線而不執行上述提升過程。結果，很難設計出對應於發送天線數量的LDPC碼。
然而，根據本發明，根據基於發送天線數量的預定規則來提升LDPC碼。結果可以容易地獲得LDPC編碼。此外，通過各種提升模式可以獲得提升，使得可以提高通過發送天線發送的數據之間的相關性，由此降低差信道環境引起的差錯率。
圖11是圖解根據本發明實施例的使用提升低密度奇偶校驗碼的時空編碼器的解碼過程的流程圖。參照圖11，在步驟1100，在NR接收天線中接收從NT發送天線發送的信號。每個接收天線可以接收從NT發送天線發送的所有信號。即，第一接收天線可以接收從第一到第NT發送天線發送的信號。以相同的方式，第二到第NR接收天線中的每一個可以接收從第一到第NT發送天線發送的信號。
在步驟1102，根據在每個接收天線中接收的信號通過檢測器來檢測從每個發送天線發送的信號。可以通過各種檢測模式來檢測信號。此外，由於信號的檢測模式不直接涉及本發明，所以將不在下面進一步描述。
當檢測到從第j發送天線發送的信號時，在第k時間間隔發送的數據可以表示為包括NT元素的向量xK，並且在第k時間間隔接收的數據可以表示為包括NR元素的向量yK。此外，如果衰落信道值是NR×NT矩陣(HK)，並且噪聲是包括NR元素的向量NK，則接收數據yK如方程(2)所示。
yK＝HKxK+nK……(2)如果多個位(b1j，b2j，…，bnj)形成通過NT信號映射單元從第j天線發送的信號xj，則關於第i位(bij)的檢測器的LLR(對數似然率(log likelihoodratio))如方程(3)所示。
Lij=logP(bji=+1|yk)P(bji=-1|yk)......(3)]]>在步驟1104，通過在第j天線中使用的交錯器的去交錯器來去交錯發送到第j天線的第i位(bij)的檢測值。除了發送到第j天線的第i位(bij)的檢測值，還去交錯從其它發送天線發送的數據的檢測值。
在步驟1106，通過NR天線去交錯器的數據輸入到並/串轉換器，使得並行數據轉換為串行數據。在步驟1108，根據預定提升模式，並/串轉換器的輸出值經受第一可變節點解碼，該預定提升模式可以根據發送天線的數量改變。
在已經執行可變節點編碼的情況下，在步驟1110確定是否滿足解碼中斷條件。如果滿足解碼中斷條件，則在步驟1114執行可變節點的輸出數據的硬判決來停止解碼。
此外，可以設置解碼中斷條件來匹配迭代解碼次數。即，在執行解碼過程預定次數後可以停止解碼過程。此外，可以使用其它條件來設置解碼中斷條件。在這種情況下，如果顯示出其它條件的預定值，則解碼過程將停止。
如果在步驟1110沒有滿足解碼中斷條件，在步驟1112在控制器的控制下，由交錯器根據存儲在存儲器中的奇偶校驗矩陣來交錯數據。在步驟1116，交錯器的輸出數據根據預定提升模式經受校驗節點解碼，該預定提升模式可以根據發送天線的數量而改變。
在步驟1118，在控制單元的控制下，用於校驗節點解碼的數據根據存儲在存儲器中的奇偶校驗矩陣通過去交錯器。
在步驟1120，通過上述提升模式，去交錯的數據經受第二可變節點解碼。在步驟1122，可變節點解碼值通過串/並轉換器1122轉換為並行數據，並且在步驟1124經受NT天線交錯之後，在步驟1102輸入到檢測器。
因此，重複執行解碼過程，使得可以精確解碼接收信號。在第一可變節點解碼步驟之後，通過考慮解碼中斷條件來做出解碼的信號的硬判決，由此最終輸出解碼的信號。
在上述解碼過程中，根據本發明的提升LDPC碼執行天線去交錯、天線交錯、可變節點解碼和校驗節點解碼步驟。即，根據基於發送天線的數量提升的LDPC碼來執行天線去交錯、天線交錯、可變節點解碼和校驗節點解碼步驟。
由於從發送天線發送並從解碼器的接收天線中接收到的信號中檢測的信號相互具有高相關性，所以，即使從發送天線發送的信號的信道環境相互不同，也可以有效執行解碼。
圖12是圖解根據本發明實施例的使用提升低密度奇偶校驗碼的時空編碼器的方框圖。參照圖12，提升LDPC時空解碼器包括NR多個接收天線1200到1202、檢測器1204、NR天線去交錯器1206到1208、並/串轉換器1210、第一可變節點編碼器1212、第二可變節點編碼器1224、校驗節點解碼器1220、交錯器1214、去交錯器1222、串/並轉換器1226和硬判決單元1234。此外，提供存儲器1216、交錯器控制器1218和提升控制器1232以便執行根據本發明的提升LDPC時空解碼。
此外，天線交錯器1228到1230和天線去交錯器1206到1208可以處理每個發送天線的發送信號。最好，天線交錯器1228到1230的數量和天線去交錯器1206到1208的數量等於發送天線的數量。
存儲器1216在提升前存儲LDPC碼的奇偶校驗矩陣，並且交錯器控制器1218使用存儲在存儲器1216中的奇偶校驗矩陣來控制交錯器1214和去交錯器1222。此外，提升控制器1232根據預定提升模式控制可變節點解碼器1212和1214和校驗節點解碼器1220，該提升模式可以根據發送天線的數量的變換而改變。
如上所述，多個接收天線1200到1202中的每一個可以接收從多個發送天線發送的所有信號。即，第一多接收天線1200可以接收從圖10所示的NT發送天線1010到1012發送的所有信號，並且第NR多接收天線1202也接收從圖10所示的NT發送天線1010到1012發送的所有信號。
在接收天線中接收的信號輸入到檢測器1204，而檢測器1204根據所接收的信號檢測從發送天線1014到1016發送的信號，並且通過上述檢測模式輸出天線交錯器1228到1230的輸出數據。檢測器1204的輸出數據輸入到NT天線去交錯器1206到1208。
天線去交錯器1206對應於圖10所示的天線交錯器1006，並且將交錯數據恢復為原始數據。天線去交錯器1206到1208的輸出數據輸入到並/串轉換器1210，使得從並/串轉換器1210輸出串行數據。此外，並/串轉換器的輸出數據輸入到第一可變節點解碼器1212。第一可變節點解碼器1212計算輸入到其中的信號的概率(probability)值，並且更新和輸出信號的概率值。
提升控制器1232根據關於發送天線的信息，以第一可變節點解碼器1212可以根據發送天線的數量執行可變節點解碼的方式控制第一可變節點解碼器1212。如參照圖7A到8B所述，一個可變節點和一個校驗節點可以根據預定提升模式分別擴充為NT可變節點和NT校驗節點，同時形成可變節點和校驗節點之間的分支。
根據通過在可變節點和校驗節點之間形成的分支傳送的信號的概率值來執行第一可變節點解碼器1212的可變節點編碼。根據預定提升模式從NT可變節點向NT校驗節點傳送信號的概率值。
第一可變節點解碼器1212的輸出數據輸入到交錯器1214。通過校驗節點解碼器1220解碼通過交錯器1214的輸出數據。
校驗節點解碼器1220根據校驗節點更新規則更新並輸出信號的概率值。相似地，通過提升控制器1232提供的提升模式可以獲得從校驗節點向可變節點傳送的信號的概率值。
根據存儲在存儲器1216中的LDPC碼的奇偶校驗矩陣，校驗節點解碼器1220的輸出數據在交錯器控制器1218的控制下通過去交錯器1222，並且輸入到第二可變節點解碼器。第二可變節點解碼器1224基於從校驗節點傳送到其中的概率值，根據更新規則來計算將要傳送到檢測器1204的概率值。
還根據與發送天線數量匹配的提升模式，使用第二可變節點解碼器1224來執行可變節點解碼。第二可變節點解碼器1224的輸出數據通過串/並轉換器126輸出為並行數據，而該並行數據輸入到NT天線交錯器1228到1230。天線交錯器1228到1230具有與圖10所示的那些天線交錯器相同的功能。
天線交錯器1228到1230的輸出數據再次輸入到檢測器，用於迭代解碼。通過上述過程執行迭代解碼，可以獲得具有高可靠性的提升LDPC時空解碼。如上所述，重複執行迭代解碼。當完成迭代解碼時，硬判決單元1234決定可變節點解碼器1212的輸出數據的硬判決，並且輸出最終的解碼信號。
如上所述，根據本發明，提升LDPC碼用於時空編碼，以便提高從多根天線發送的位陣列之間的關係，由此可以無差錯地發送數據。由於有效的天線分集的緣故，可以精確恢復所接收的數據，並且可以獲得優異的可靠性。
此外，本發明通過簡單的編碼/解碼模式提供具有優越性的時空碼。本發明可應用於包括多個發送/接收天線的系統。
儘管已參照本發明的特定優選實例表示和描述了本發明，但本領域內的普通技術人員將理解的是，可在不背離由所附權利要求書限定的本發明宗旨和範圍的前提下對本發明進行各種形式和細節上的修改。
權利要求
1.一種在移動通信系統中使用低密度奇偶校驗碼發送信號的方法，所述移動通信系統通過時空編碼信號來通過多個發送天線發送信號，該方法包括步驟通過使用所述多個對應於發送天線的數量的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣中的元素的值來形成提升低密度奇偶校驗矩陣；使用提升低密度奇偶校驗矩陣來編碼信號；串/並轉換編碼信號；和通過發送天線發送編碼信號。
2.如權利要求1所述的方法，其中當多個發送天線的數量是NT時，子矩陣規模為NT×NT。
3.如權利要求1所述的方法，其中通過子矩陣擴充的提升低密度奇偶校驗矩陣包括低密度奇偶校驗矩陣。
4.如權利要求1所述的方法，其中如果低密度校驗矩陣的元素的值為「0」，則用於擴充元素的值的子矩陣包括「0」矩陣。
5.如權利要求1所述的方法，其中如果低密度校驗矩陣的元素的值為「1」，則用於擴充元素的值的子矩陣包括單位矩陣。
6.如權利要求1所述的方法，其中如果低密度校驗矩陣的元素值為「1」，則用於擴充元素值的子矩陣包括從通過交換單位矩陣的行形成的置換矩陣中選擇的矩陣。
7.如權利要求6所述的方法，其中使用與置換矩陣不同的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣的行中的具有值「1」的至少一個元素。
8.一種用於在移動通信系統中使用低密度奇偶校驗碼來解碼接收信號的方法，所述移動通信系統通過時空編碼信號來通過多個發送天線發送信號，該方法包括步驟通過使用所述多個對應於發送天線的數量的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣中的元素的值來形成提升低密度奇偶校驗矩陣；使用提升低密度奇偶校驗矩陣解碼接收信號；和通過解碼信號的判決來提供接收碼元。
9.如權利要求8所述的方法，其中當多個發送天線的數量是NT時，子矩陣規模為NT×NT。
10.如權利要求8所述的方法，其中通過子矩陣擴充的提升低密度奇偶校驗矩陣包括低密度奇偶校驗矩陣。
11.如權利要求8所述的方法，其中如果低密度校驗矩陣的元素的值為「0」，則用於擴充元素的值的子矩陣包括「0」矩陣。
12.如權利要求8所述的方法，其中如果低密度校驗矩陣的元素的值為「1」，則用於擴充元素的值的子矩陣包括單位矩陣。
13.如權利要求8所述的方法，其中如果低密度校驗矩陣的元素值為「1」，用於擴充元素值的子矩陣包括從通過交換單位矩陣的行形成的置換矩陣中選擇的矩陣。
14.如權利要求13所述的方法，其中使用與置換矩陣不同的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣的行中的具有值「1」的至少一個元素。
15.如權利要求8所述的方法，還包括將接收信號分為幾組的步驟，在解碼接收信號之前，這幾組中的每一個分配到多個發送天線的每一個中。
16.如權利要求8所述的方法，還包括在解碼接收數據之後通過重複校驗節點的解碼步驟、根據低密度奇偶校驗碼的解碼模式執行迭代解碼的步驟。
17.如權利要求8所述的方法，其中判決是硬判決。
18.一種用於在移動通信系統中使用低密度奇偶校驗碼來發送信號的裝置，所述移動通信系統通過時空編碼信號來通過多個發送天線發送信號，該裝置包括提升低密度奇偶校驗編碼器，用於使用對應於所述多個發送天線的數量的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣中的元素的值來形成提升低密度奇偶校驗矩陣，並且使用提升低密度奇偶校驗矩陣編碼將要發送的信號；和串/並轉換器，用於將串行編碼信號轉換為並行編碼信號。
19.如權利要求18所述的裝置，還包括提升控制器，用於根據關於多個發送天線的數量的信息來控制提升低密度奇偶校驗編碼器。
20.如權利要求18所述的裝置，還包括多個交錯器，用於根據多個發送天線交錯通過多個發送天線中的每一個發送的信號以便區分信號，其中所述信號在串/並轉換器中被串/並轉換；和多個信號映射單元，用於使用預定碼元映射從每個交錯器輸出的信號。
21.如權利要求18所述的裝置，其中當多個發送天線的數量是NT時，子矩陣規模為NT×NT。
22.如權利要求18所述的裝置，其中通過子矩陣擴充的提升低密度奇偶校驗矩陣包括低密度奇偶校驗矩陣。
23.如權利要求18所述的裝置，其中如果低密度校驗矩陣的元素的值為「0」，則用於擴充元素的值的子矩陣包括「0」矩陣。
24.如權利要求18所述的裝置，其中如果低密度校驗矩陣的元素的值為「1」，則用於擴充元素的值的子矩陣包括單位矩陣。
25.如權利要求18所述的裝置，其中如果低密度校驗矩陣的元素值為「1」，用於擴充元素值的子矩陣包括從通過交換單位矩陣的行形成的置換矩陣中選擇的矩陣。
26.如權利要求25所述的方法，其中使用與置換矩陣不同的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣的行中的具有值「1」的至少一個元素。
27.一種用於在移動通信系統中使用低密度奇偶校驗碼來解碼接收信號的裝置，所述移動通信系統通過時空編碼信號來通過多個發送天線發送信號，該裝置包括存儲器，用於存儲用來通過使用所述多個對應於發送天線的數量的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣中的元素的值來形成提升低密度奇偶校驗矩陣的提升低密度奇偶校驗矩陣；和提升低密度校驗解碼器，用於通過使用存儲在存儲器中的低密度奇偶校驗矩陣來解碼接收信號。
28.如權利要求27所述的裝置，還包括硬判決單元，用於通過由提升低密度奇偶校驗解碼器解碼的信號的硬判決來提供接收碼元。
29.如權利要求27所述的裝置，還包括提升控制器，用於根據關於多個發送天線的數量的信息來控制提升低密度奇偶校驗解碼器。
30.如權利要求27所述的裝置，還包括檢測器，用於通過根據多個發送天線將信號分為幾組來檢測通過接收天線接收的信號。
31.如權利要求30所述的裝置，還包括多個去交錯器，用於通過等同於編碼器的交錯模式的去交錯模式來去交錯信號，其中通過檢測器、根據多個發送天線將信號分為幾組。
32.如權利要求27所述的裝置，其中提升低密度奇偶校驗解碼器包括第一可變節點解碼器，用於根據提升低密度奇偶矩陣關於接收信號執行低密度奇偶可變節點解碼；校驗節點解碼器，用於交錯第一可變節點解碼器的輸出信號以便關於輸出信號執行低密度奇偶校驗節點解碼；和第二可變節點解碼器，用於交錯校驗節點解碼器的輸出信號以便關於校驗節點解碼器的輸出信號執行低密度奇偶可變節點解碼。
33.如權利要求32所述的裝置，其中提升低密度校驗解碼器包括交錯器，用於根據多個發送天線的數量控制交錯和去交錯。
34.如權利要求32所述的裝置，其中串/並轉換並交錯第二可變節點解碼器的輸出信號，並且由檢測器檢測經轉換並交錯的輸出信號以便執行迭代解碼。
35.如權利要求34所述的裝置，其中當迭代解碼執行了預定次數時，第一可變解碼器的輸出信號確定為最終解碼信號。
36.如權利要求35所述的裝置，還包括硬判決單元，用於通過經由第一可變節點解碼器解碼的信號的硬判決提供接收碼元。
37.如權利要求27所述的裝置，其中當多個發送天線的數量是NT時，子矩陣規模為NT×NT。
38.如權利要求27所述的裝置，其中通過子矩陣擴充的提升低密度奇偶校驗矩陣包括低密度奇偶校驗矩陣。
39.如權利要求27所述的裝置，其中如果低密度校驗矩陣的元素的值為「0」，則用於擴充元素的值的子矩陣包括「0」矩陣。
40.如權利要求27所述的裝置，其中如果低密度校驗矩陣的元素的值為「1」，則用於擴充元素的值的子矩陣包括單位矩陣。
41.如權利要求27所述的裝置，其中如果低密度校驗矩陣的元素值為「1」，用於擴充元素值的子矩陣包括從通過交換單位矩陣的行形成的置換矩陣中選擇的矩陣。
42.如權利要求41所述的方法，其中使用與置換矩陣不同的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣的行中的具有值「1」的至少一個元素。
全文摘要
用於通過時空編碼信號來通過多個發送天線發送信號的移動通信系統和方法。使用低密度奇偶校驗碼來發送信號。通過擴充對應於發送天線的數量的子矩陣擴充低密度奇偶校驗矩陣中的元素的值來形成提升低密度奇偶校驗矩陣。通過使用提升低密度奇偶校驗矩陣來編碼要發送的信號。然後串/並轉換編碼信號，並且通過發送天線發送該編碼信號。
文檔編號H04J99/00GK1868145SQ200480029995
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月12日 優先權日2003年10月13日
發明者鄭鴻實, 金宰烈, 蔡贊秉 申請人:三星電子株式會社