移动通信系统的快速增长产生了对于开发在无线网络中以堪比有线网络 的容量级发送大量数据的技术的需要。这要求能够处理和发送各种信息，如 图像数据、无线数据，以及语音中心的业务的高速、高容量通信系统。因此， 有必要利用合适的信道编码方案来增加该系统传输效率，以便提高系统性能。 然而，移动通信系统在数据传输期间不可避免的经历由于多种因素，包括噪 音、干扰、衰落和信道状况而发生的差错。这些差错可引起信息数据的丢失。
通过使用各种基于信道特性的差错控制方案，以减小由于发生差错而造 成信息数据丢失，从而可以改善该移动通信系统的可靠性。最广泛使用的差 错控制技术利用纠错码。现在将描述作为典型的纠错码的Turbo码和低密度 奇偶检验(LDPC)码。
众所周知，在高速数据传输时，Turbo码与常规用于纠错的卷积码相比 在性能增益上是优异的。Trubo码的优点在于，它能有效地纠正由在传输信道 中发生的噪音引起的差错，由此提高数据传输的可靠性。可以利用基于因子 图(factor graph)上的和-积算法的迭代译码算法对LDPC码译码。在LDPC 码的译码器使用基于和-积算法的迭代译码算法的情况下，它比Turbo码的 译码器复杂度更低。另外，与用于Turbo码的译码器相比，用于该LDPC码 的译码器更容易实施为并行处理译码器。
香农信道编码定理显示了只有在数据速率不超过信道容量时，可靠的通 信才是可能的。然而，香农信道编码定理没有建议具体的信道编码/译码方 法来支持等于最大信道容量极限的数据速率。尽管具有非常大的分组大小的 随机码通常显示出接近香农信道编码定理的信道容量极限的性能，但是当使 用极大后验(MAP)或极大似然(ML)译码方案时，因为它繁重的计算负载， 不可能实施该译码方案。
由Berrou、Glavieux和Thitimajshima在1993提出Turbo码，并且具有 接近香农信道编码定理的信道容量极限的优异性能。使用Turbo码的提议激 起关于对迭代译码和代码的图形表示的积极研究。由Gallager在1962年提出 的LDPC码在该研究中被重新注意。在Turbo码和LDPC码的因子图上存在 循环(cycle)，并且众所周知在存在循环的LDPC码的因子图上的迭代译码是 次优的。术语“循环”是指在LDPC代码的因子图中由将变量节点与校验节 点相连的边形成的回路，并且该循环的长度定义为形成该循环的边的数量。 通过试验也证明该LDPC码通过迭代译码具有优良的性能。公知的具有最高 性能的LDPC码曾经显示使用107的分组大小，在10-5误比特率下与香农信 道编码定理的信道容量极限仅相差0.04[dB]的性能。另外，尽管在q＞2的 Galois域(GF)(即，GF(q))中定义的LDPC码其译码处理的复杂度增加， 但它在性能上比二进制码优异。然而，对于GF(q)中定义的LDPC码通过迭 代译码来成功译码，还没有提出满意的理论说明。
由Gallager提出的LDPC码是由奇偶校验矩阵定义的，在该矩阵中多数 元素具有值0，而除了具有值0的元素以外的少数元素具有值1。例如，(N，j，k) LDPC码是具有分组长度N的线性分组码，并且由稀疏奇偶校验矩阵定义， 在该矩阵中，每列具有j个值为1的元素，每行具有k个值为1的元素，并 且除了值为1的元素以外的所有元素都具有值0。
规则LDPC码是奇偶校验矩阵中每列的加权固定为j并且在该奇偶校验 矩阵中每行的加权固定为k的LDPC码。其中，术语“加权”是指形成生成 矩阵和奇偶校验矩阵的元素当中具有非零值的元素的数量。与规则LDPC码 不同，不规则LDPC码是奇偶校验矩阵中每列的加权或奇偶校验矩阵中每行 的加权不固定的LDPC码。众所周知，不规则LDPC码性能胜过规则LDPC 码。在不规则LDPC码中，奇偶校验矩阵中每列的加权或每行的加权不固定， 它们是不规则的。因此，奇偶校验矩阵中每列的加权或奇偶校验矩阵中每行 的加权必须进行适当的调整，以保证不规则LDPC码的优异性能。
参考图1，下面描述作为(N，j，k)LDPC码的范例的(8，2，4)LDPC 码的奇偶校验矩阵。
图1示出了通常的(8，2，4)LDPC码的奇偶校验矩阵。
参考图1，(8，2，4)LDPC码的奇偶校验矩阵H包括8列和4行，其 中每列的加权固定为2，并且每行的加权固定为4。由于在该奇偶校验矩阵中 每列的加权和每行的加权是规则的，因此图1所示的(8，2，4)LDPC码是 规则LDPC码。
图2示出了图1的(8，2，4)LDPC码的因子图。参考图2，该(8，2， 4)LDPC码的因子图包括8个变量节点x1 211、x2 213、x3 215、x4 217、x5 219、 x6 221、x7 223和x8 225，和4个校验节点227、229、231和233。当在该(8， 2，4)LDPC码的奇偶校验矩阵的第i行和第j列的交叉点存在具有值1(即， 非零值)的元素时，在变量节点xi和第j校验节点之间产生分支。
由于该LDPC码的奇偶校验矩阵具有如上所述非常小的加权，因此甚至 在具有相对长的长度的分组码中也可以执行迭代译码，当不断增加该分组码 的分组长度时，其显示了像Turbo码那样接近香农信道的容量极限的性能。 MacKay和Neal证明使用流传送方案的LDPC码的迭代译码处理的性能接近 Turbo码的迭代译码处理。
为了产生高性能LDPC码，必须满足下列条件。
(1)必须考虑在LDPC码的因子图上的循环。
循环长度长意味着该LDPC码的因子图中形成回路的、连接变量节点与 校验节点的边的数量大。相反，循环长度短意味着该LDPC码的因子图中形 成回路的、连接变量节点与校验节点的边的数量小。
当该LDPC码的因子图中的循环变长时，该LDPC码的性能效率由于下 列原因增加。当在该LDPC码的因子图中产生长循环时，有可能防止当该 LDPC码的因子图中存在太多具有短长度的循环时发生的性能降低，如差错 低限(error floor)。
(2)必须考虑LDPC码的高效编码。
与卷积码或Turbo码相比，因为它的高编码复杂度，LDPC码经历实时 编码很困难。为了降低LDPC码的编码复杂度，提出重复累积(RA)码。然 而，RA码在降低LDPC码的编码复杂度的方面也有限。因此，必须考虑LDPC 码的高效编码。
(3)必须考虑LDPC码的因子图上的度分布(degree distribution)。
通常，不规则LDPC码性能胜过规则LDPC码，因为不规则LDPC码的 因子图具有各种度。术语“度”是指在LDPC码的因子图中与节点(即，变 量节点和校验节点)相连的边的数量。在LDPC码的因子图上的短语“度分 布”是指具有特定度的节点数量与节点的总数的比例。由Richardson证明， 具有特定度分布的LDPC码性能更优异。
然而，在使用LDPC码的常规通信系统中，没有考虑基于LDPC码特性 的具体信道交织/解交织方法。因此，在使用LDPC码的常规通信系统中需 要基于LDPC码特性的具体信道交织/解交织方法。

因此，本发明的目的是提供一种在利用低密度奇偶校验(LDPC)码的通 信系统中的信道交织/解交织装置及其控制方法。
本发明的另一个目的是提供一种在利用低密度奇偶校验(LDPC)码的通 信系统中可以最小化差错率的的信道交织/解交织装置及其控制方法。
根据本发明的一方面，提供一种在利用低密度校验(LDPC)码的通信系 统中的信道交织装置，包括：编码器，当输入信息数据比特时，用于以预置 编码方案编码信息数据比特，并且产生LDPC码字；信道交织器，用于根据 预置信道交织规则交织LDPC码字；和调制器，用于在预置调制方案中调制 经信道交织的LDPC码，并产生调制符号。
根据本发明的另一方面，提供一种在利用低密度奇偶校验(LDPC)码的 通信系统中的信道解交织装置，包括：解调器，用于以与应用于信道交织装 置的调制方案相关的解调方案解调接收信号，该信道交织装置与该信道解交 织装置相关；信道解交织器，用于以与应用于信道交织装置的信道交织方案 相关的信道解交织方案对解调的信号进行解交织；和译码器，用于以与应用 于信道交织装置的LDPC码字的编码方案相关的译码方案来译码信道解交织 信号和恢复信息数据比特。
根据本发明的其他方面，提供一种在利用低密度奇偶校验(LDPC)码的 通信系统中的信道交织方法，包括：当输入信息数据比特时，以预置编码方 案对信息数据比特进行编码，和产生LDPC码字；根据预置信道交织规则交 织该LDPC码字；和以预置调制方案调制经信道交织的LDPC码字并产生调 制符号。
根据本发明的其他方面，提供一种在利用低密度奇偶校验(LDPC)码的 通信系统中的信道解交织方法，包括：以与在信道交织时应用的调制方案相 关的解调方案解调接收的信号；以与在信道交织时应用的信道交织方案相关 的信道解交织方案解交织该解调信号；和以与在信道交织时应用的LDPC码 字的编码方案相关的译码方案对信道解交织信号进行译码，和恢复信息数据 比特。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，将更清楚的理解本发明的上述和其他目 的、特征和优点，其中：
图1示出通常的(8，2，4)低密度奇偶校验(LDPC)码的奇偶校验矩 阵；
图2示出图1的(8，2，4)LDPC码的因子图；
图3是示出根据本发明利用LDPC码的通信系统的结构的示意图；
图4示出基于常规16-正交幅度调制(16QAM)方案的调制星座；
图5是示出LDPC码的每比特的误比特率(BER)的图表，该LDPC码 中码字长度是576，并且编码率是1/2；
图6是示出基于由本发明提出的规则1的信道交织器设计规则的示意图； 和
图7是示出基于由本发明提出的规则2和规则3的信道交织器设计规则 的示意框图。

下面将参考附图详细描述本发明的优选实施例。在下面本发明的描述中， 为了清楚和简明，将忽略所结合的公知功能和结构的详细描述。
本发明提供一种在利用低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统中的信道 交织/解交织装置及其控制方法，其能最小化误码率。尤其是，本发明提供 一种信道交织/解交织装置及其控制方法，其通过调制符号映射和信道交织 能最大化编码性能，从而当调制编码的LDPC码字时，最小化差错率。
图3是示出根据本发明的利用LDPC的通信系统的结构的示意图。
参考图3，该通信系统具有发射机300和接收机350。发射机300包括编 码器311、信道交织器313和调制器315。该接收机350包括解调器351、信 道解交织器353和译码器355。
下面描述发射机300。
当输入信息数据比特时，将它们传送给编码器311。编码器311接收传送 的信息数据比特，通过以预置编码方案对信息数据比特进行编码而产生码字， 然后向信道交织器313输出产生的码字。在此，编码器311是LDPC编码器， 因而从该编码器311产生的码字为LDPC码字。
信道交织器313接收从编码器311输出的LDPC码字。它以预置信道交 织方案交织LDPC码字，并且向调制器315输出经交织的LDPC码字。在此， 信道交织器313以信道交织方案对从该编码器311输出的LDPC码字进行交 织，以防止由于包括(但不限于)衰落的许多因素引起的突发差错。根据本 发明的信道交织器设计规则，执行该信道交织器313的信道交织操作，下面 将对其进行详细描述。
调制器315以预置调制方案调制从信道交织器313输出的信号，即经信 道交织的LDPC码字，并且通过发射天线(Tx.Ant)向接收机350发送调制 后的LDPC码字。在此，信道交织器313执行信道交织操作，使得将信道交 织LDPC码字分配给调制符号以便当执行调制方案时最小化差错率。利用下 面特性设计信道交织器313，即，LDPC码字比特之间的可靠性根据LDPC码 字的循环特性、加权分布和与码字比特相关的变量节点的度而不同。这将在 下面进行详细描述。
接收机350描述如下。
通过接收天线(Rx.Ant)接收来自发射机300发送的信号。通过Rx.Ant 接收的信号传送给解调器351。解调器351以与在调制器315中应用的调制 方案相关的解调方案解调通过Rx.Ant接收的信号，并且向信道解交织器353 输出解调信号。
信道解交织器353以与在发射机300的交织器313中应用的信道交织方 案相关的信道解交织方案解交织从解调器351中输出的信号，并且向译码器 355输出解交织信号。在此，同样根据本发明的信道交织器设计规则执行信 道解交织器353的信道解交织操作。这将在下面详细描述。
译码器355以与在发射机300的编码器311中应用的编码方案相关的译 码方案执行译码操作，并且恢复最终信息数据比特。
尽管图3中没有示出在调制器315之后的用于处理和发射射频(RF)信 号的发射机结构以及在解调器351之前的用于接收和处理RF信号的接收机 结构，但是从调制器315输出的信号在RF信号处理之后通过发射机300发 送，并且接收信号在RF信号处理之后通过接收机350提供给解调器351。
已经参考图3描述了根据本发明的利用LDPC码的通信系统的结构。接 下来，将参考图4描述基于常规的16正交幅度调制(16QAM)方案的调制 星座。
图4示意性示出了基于常规的16QAM方案的调制星座。
如图4示出，映射到一个调制符号的比特(S3、S2、S1、S0)具有不同的 可靠性。在图4中，具有实值的i1和i2映射到调制符号S1和S2。其中，比特 S3被映射为具有相对于Y轴(对应于虚轴)对称的值0和1。然而，比特S1 映射为在与y轴相邻的区域中具有值0，和在远离y轴的区域中具有值1。在 接收机中，0被检测为1的概率高于1被检测为0的概率。由于不对称性， 映射为比特S1的值具有高差错概率，因此它的可靠性降低。
在图4中，具有虚值的q1和q2被映射为调制符号的S2和S0。因为S2和 S0类似于S3和S1，因此S2的可靠性高于S0。
在本发明中，利用上述高阶调制方案的不等差错特性设计信道交织器。 下面将参考图5描述LDPC码的每比特的误比特率(BER)，在该LDPC码中 码字长度是576，编码率是1/2。
图5是示出LDPC码的每比特BER的曲线图，在该LDPC码中码字长度 是576，并且编码速率是1/2。
参考图5，x轴表示映射到奇偶校验矩阵的第1到第576列的第1到第 576比特。接着，y轴表示第1到第576比特的BER。
在码字长度是576和编码速率是1/2的LDPC码中，第1到第192比特 被映射为3度的变量节点，第193到第288比特被映射为6度的变量节点， 并且剩余的比特被映射为2或3度的变量节点。其中，变量节点的度对应于 相关列的加权，并且术语“加权”是指形成LDPC码的生成矩阵和奇偶校验 矩阵的元素当中具有非零值的元素数。
从图5中，可以看出映射为低度变量节点的第1到第192比特和第289 到第576比特的BER高于映射为高度变量节点的第193到288比特的BER。 从图5中，可以看出BER是不同的，这是因为在与每个节点相连的循环结构 中的循环大小和循环的数量即使在映射为相同度的变量节点的比特中也是不 同的。
利用基于因子图上的和-积算法的迭代译码算法可以译码该LDPC码。 在该和-积算法特性中，每个编码比特的可靠性受循环结构影响。许多与短 长度循环相连的比特具有低可靠性。因此，使用平均循环值作为测量可靠性 的准则。可以通过将与映射为编码比特的相关因子图的变量节点相连的所有 循环的长度总和除以循环的数量计算平均循环值。由此，与小平均循环值有 关的变量节点的编码比特的可靠性低，而与大平均循环值相关的变量节点的 编码比特的可靠性高。
LDPC码的可靠性也受与变量节点相连的校验节点的数量(即，变量节 点的度)影响。映射为高度的变量节点的编码比特的可靠性高。
因此，通过考虑循环大小和节点度的特性，本发明提供一种LDPC码的 信道交织器。信道交织器设计规则如下。
信道交织器设计规则
规则1：具有低可靠性的低度变量节点映射为调制符号比特中具有高可 靠性的比特。
规则2：具有短平均循环长度的变量节点映射为调制符号比特中具有高 可靠性的比特。其中，平均循环表示通过将与变量节点相连的所有循环的长 度总和除以所有循环的总数而得到的值。
规则3：形成一个短循环的变量节点被设置为具有预置距离值(d)或者 更大。短长度循环是小于预置长度的循环。例如，预置长度可以小于循环8。
规则1的详细描述如下所述。
在组成码字中，即在LDPC码字中，具有低度的变量节点被映射为调制 符号中高可靠性的比特，从而可以进一步提高可靠性，由此提高BER特性。 即，可以提高其中在LDPC码字的编码比特之间频繁发生差错的变量节点的 可靠性。
规则2的详细描述如下。
实际通信系统不需要检测LDPC码字的所有循环来应用规则2。同样， 该通信系统只检测具有短长度的循环(例如，短于10循环长度)，并且具有 许多短长度循环的变量节点映射为调制符号中高可靠性的比特。
规则3的详细描述如下所述。
再次，与短长度循环相连的变量节点具有低可靠性。由此，规则3包括 在不同循环中的变量节点，以提高变量节点的可靠性，由此减小各个变量节 点的依赖性。与短长度循环相连的变量节点在因子图上距离短。因此，在LDPC 码字上，它们相互最大地分离。与短长度循环相连的变量节点在LDPC码字 上相互最大分离的原因是，可以防止在发生突发差错的信道中(如在衰落信 道中)连续产生具有低可靠性的比特。因此，提高相关比特的可靠性。
为了提高LDPC码的性能，最好利用密度演变方案实施显示最佳性能的 度分布。可以理解，由于在因子图和硬件实施上对循环结构的各种约束，实 施具有显示最佳性能的度分布的LDPC码和应用基于规则1和规则3的所有 信道交织器设计规则是困难的。然而，如果可能，最好通过使用信道交织器 设计规则提高该性能。因为利用密度演变方案计算具有最佳性能的度分布的 操作与本发明没有直接关系，在此将省略其详细描述。
下面将参考图6描述基于规则1的信道交织器设计规则。
图6示意性描述了基于本发明的规则1的信道交织器设计规则。
在描述图6之前，假设当奇偶校验矩阵定义为H时，奇偶校验矩阵H包 括具有低度的第1到第4列和具有高度的第5到第8列。假设16QAM方案 应用于利用如图4所示的LDPC码的通信系统，调制符号的比特S3和S2的可 靠性高于调制符号的比特S1和S0。根据规则1的信道交织器设计规则，映射 为具有低度的变量节点的第一到第四比特被映射为具有高可靠性的S1和S0， 并且映射为具有高度的第5到第8比特被映射为具有低可靠性的S3和S2。
当交织奇偶校验矩阵H的第3到第6比特时，可以满足信道交织器设计 规则的规则1。即，奇偶校验矩阵H的第1、2、3、4、5、6、7和8列被置 换，使得产生由第1、2、5、6、3、4、7和8列形成的新奇偶校验矩阵H’。 当对于新奇偶校验矩阵H’执行信道交织处理时，BER被最小化，并且提高 了LDPC码的性能。结果，信道交织函数(CI)由如下等式(1)定义。
CI＝[12563478]                   (1)
已经参考图6描述了基于本发明的规则1的信道交织器设计规则。下面， 将参考图7描述基于本发明的规则2和规则3的信道交织器设计规则。
图7是示出基于本发明的规则2和规则3的信道交织器设计规则的示意 性框图。
参考图7，奇偶校验矩阵H具有一个奇偶校验矩阵，其中变量节点v1、 v2和v3，即，第1到第3列，具有如因子图所示的循环4的结构。根据信道 交织器设计规则的规则2，具有短循环的变量节点映射为具有高可靠性的S3 和S2。在此，在根据信道交织器设计规则的规则3信道交织之后，与相同循 环4相连的两个变量节点v1和v2或v2和v3相互分开预定距离d或更远。 预定距离d是由LDPC码的分组大小，即，码字长度确定的。
本发明通过考虑不均等的可靠性特性和控制利用LDPC码的通信系统中 的信道交织过程来提高LDPC码的可靠性。尤其是，通过对于在构造LDPC 码的比特中具有低可靠性的比特执行信道交织过程，和增强具有发生突发差 错的高概率的无线信道环境(如衰落信道中)的健壮性，本发明提高可靠性。 可靠的LDPC码的发送和接收能降低整个系统的差错率，并允许在高速率下 进行可靠的通信。
尽管参考特定优选实施例已经显示和描述了本发明，但应当理解，本领 域技术人员将清楚各种修改、添加和删减是可能的，只要不脱离附加权利要 求所公开的本发明的宗旨和范围，包括其等同物的全部范围。