使用低密度奇偶校验码的通信系统中的信道编码和解码的方法和装置 |
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| 申请号 | CN200980114592.7 | 申请日 | 2009-02-26 | 公开(公告)号 | CN102017426B | 公开(公告)日 | 2013-08-28 |
| 申请人 | 三星电子株式会社; 浦项工科大学校产学协力团; | 发明人 | 明世澔; 权桓准; 金庆中; 梁景喆; 梁贤九; 金宰烈; 李学周; | ||||
| 摘要 | 本 申请 提供在使用低 密度 奇偶校验(LDPC)码的通信系统中对信道进行编码和解码的方法和装置。编码方法包括：确定用于发送码元的调制方案；考虑所确定的调制方案确定缩短样式；将与LDPC码的奇偶校验矩阵中的信息字对应的列分成多个列组；将所述列组排序；确定想要通过缩短所述信息字得到的结果信息字的范围；基于所述结果信息字的范围，根据所确定的缩短样式，对所述信息字的经排序的列组执行逐个列组的缩短；以及对被缩短的信息字进行LDPC编码。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种在通信系统中使用低密度奇偶校验LDPC码进行信道编码的方法，该方法包括： |
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| 说明书全文 | 使用低密度奇偶校验码的通信系统中的信道编码和解码的方法和装置 技术领域[0001] 本发明一般地涉及使用低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check，LDPC)码的通信系统，并且，更具体来说，涉及用于从高阶调制方案中给定的LDPC码产生具有各种码字长度和码率的LDPC码的信道编码/解码装置和方法。 背景技术[0002] 在无线通信系统中，由于信道中的各种噪声、衰落现象以及码元间干扰(Inter-Symbol Interference，ISI)所致，链路性能显著下降。因此，为了提供例如下一代移动通信、数字广播和便携式互联网这样的要求高数据吞吐率和可靠性的高速数字通信系统，开发用于克服所述信道噪声、衰落和ISI的技术很重要。近来已对作为通过有效地恢复失真信息来提高通信可靠性的方法进行了密集的研究。 [0003] LDPC码是一种纠错码，其一般被定义为奇偶校验矩阵，并且可以使用被称作Tanner图的二部图(bipartite graph)表示。二部图意指构成图的顶点被划分为两个不同的类型，并且LDPC码通过由顶点组成的二部图表示，所述顶点中的一些被称为变量节点(variable node)，并且所述顶点中其他顶点被称为校验节点(check node)。变量节点被一对一映射到编码比特。 [0004] 图1示出了4行8列的LDPC码奇偶校验矩阵H1的例子。 [0005] 参照图1，因为列数是8，所以奇偶校验矩阵H1是产生长度为8的码字的LDPC码，并且列被映射到8个编码比特。 [0006] 图2示出与图1的奇偶校验矩阵H1对应的Tanner图。 [0007] 参照图2，该LDPC码的Tanner图包括8个变量节点x1(202)、x2(204)、x3(206)、x4(208)、x5(210)、x6(212)、x7(214)和x8(216)，以及四个校验节点218、220、222和224。LDPC码的奇偶校验矩阵H1中的第i列和第j行被分别映射到变量节点xi和第j个校验节点。此外，在LDPC码的奇偶校验矩阵H1中第i列和第j行彼此相交的点处的值1，即非零值，指示在图2中所示的Tanner图上在变量节点xi与第j个校验节点之间存在边。 [0008] 在LDPC码的Tanner图中，变量节点和校验节点的度(degree)指示连接到每一相应节点的边的数量，并且所述度等于与LDPC码的奇偶校验矩阵中的相关节点相对应的列或者行中的非零项的数量。例如，在图2中，变量节点x1(202)、x2(204)、x3(206)、x4(208)、x5(210)、x6(212)、x7(214)，和x8(216)的度分别是4、3、3、3、2、2、2和2，并且校验节点218、220、222和224的度分别是6、5、5和5。此外，与图2的变量节点对应的、图1的奇偶校验矩阵H1的列中的非零项的数量分别与图2的变量节点的度4、3、3、3、2、2、2和2一致，并且与图2的校验节点对应的、图1的奇偶校验矩阵H1的行中的非零项的数量分别与图2的校验节点的度6、5、5和5一致。 [0009] 为了表示LDPC码的节点的度分布，度为i的变量节点的数量与变量节点的总数的比被定义为fi，并且度为j的校验节点的数量与校验节点的总数的比被定义为gj。例如，对于与图1和图2对应的LDPC码，f2＝4/8、f3＝3/8、f4＝1/8，并且对于i≠2、3、4，fi＝0；以及g5＝3/4、g6＝1/4，并且对于j≠5、6，gj＝0。当LDPC码的长度也即列的数量被定义为N并且行的数量被定义为N/2时，具有上面的度分布的整个奇偶校验矩阵中的非零项的密度如公式(1)那样计算。 [0010] [0011] 在公式(1)中，随着N增大，在奇偶校验矩阵中1的密度降低。一般地，关于LDPC码，因为码字长度N与非零项的密度成反比，所以具有大的N的LDPC码具有非常低的非零项密度。在LDPC码的名称中的术语“低密度”源自上述关系。 [0012] 图3示意性地示出了在作为欧洲数字广播标准之一的第二代数字视频广播-卫星nd传输(Digital Video Broadcasting-Satellite transmission 2 generation，DVB-S2)中作为标准技术采用的LDPC码。 [0013] 在图3中，N1和K1分别表示LDPC码的码字长度和信息长度(或者信息字的长度)，并且(N1-K1)提供了奇偶性长度。此外，整数M1和q满足q＝(N1-K1)/M1。优选地，K1/M1是整数。 [0014] 参照图3，在奇偶校验矩阵中，奇偶性部分，即第K1列到第(N1-1)列，的结构具有双对角线形状。因此，关于与奇偶性部分对应的列上的度分布，除了最后一列度为1之外，其他所有列的度都为2。 [0015] 在奇偶校验矩阵中，使用下列规则创建信息部分，即第0列到第(K1-1)列。 [0016] 规则1：将奇偶校验矩阵中与信息字对应的K1列分组为多个组，每一组均包括M1列，由此产生总共K1/M1个列组。用于形成属于每一个列组的列的方法遵循下面的规则2。 [0017] 规则2：首先确定在第i列组(其中i＝1，...，K1/M1)中每一个第0列中的‘1’的位置。当每一个第i列组中的第0列的度由Di表示时，如果假设具有1的行的位置是则在第i个列组中的第j列(其中j＝1，2，...，M1-1)中的具有1的行的位置 如公式(2)中所示那样定义。 [0018] [0019] k＝1，2，...，Di，i＝1，...，K1/M1，j＝1，...，M1-1 ..........(2)[0020] 根据上面的规则，可以理解，属于第i个列组的列的度全部等于Di。为了更好地理解根据以上规则存储有关奇偶校验矩阵的信息的DVB-S2 LDPC码的结构，下面将给出更为详细的例子。 [0021] 举一个具体例子，对于N1＝30、K1＝15、M1＝5和q＝3，用于关于3个列组中第0列的、具有1的行的位置的信息的三个序列可以如下表示。这里，这些序列被称为“权重 1位置序列”。 [0022] [0023] [0024] [0025] 关于每一个列组中第0列的权重1位置序列，针对每一个列组，可以仅仅将对应的位置序列如下表示。例如： [0026] 0 1 2 [0027] 0 11 13 [0028] 0 10 14. [0029] 也即，第i行中的第i个权重1位置序列顺序地表示关于第i个列组的具有1的行的位置的信息。 [0030] 通过使用与所述具体例子以及规则1和2对应的信息形成奇偶校验矩阵，可以产生具有与图4所示的DVB-S2 LDPC码相同概念的LDPC码。 [0031] 已知使用结构形状能够有效地编码根据规则1和2设计的DVB-S2 LDPC码。下面将通过举例描述使用基于DVB-S2的奇偶校验矩阵执行LDPC编码的过程中的各个步骤。 [0032] 举个具体例子，在下列描述中，具有N1＝16200、K1＝10800、M1＝360和q＝15的DVB-S2 LDPC码经历编码过程。为了方便，具有长度K1的信息比特被表示为并且具有长度(N1-K1)的奇偶性比特被表达为 [0033] 步骤1：LDPC编码器如下初始化奇偶性比特： [0034] [0035] 步骤2：LDPC编码器从所存储的指示奇偶校验矩阵的序列的第0个权重1位置序列读取关于列组中1所位于的行的信息。 [0036] 0 2084 1613 1548 1286 1460 3196 4297 2481 3369 3451 4620 2622[0037] [0038] [0039] [0040] LDPC编码器使用读取的信息和第一信息比特i0，根据公式(3)更新特定的奇偶性比特px。这里，x是的 k＝1，2，...，13的值。 [0041] p0＝p0⊕i0， p2084＝p2064⊕i0，p1613＝p1613⊕i0， [0042] p1548＝p1548⊕i0，p1286＝p1286⊕i0，p1460＝p1460⊕i0， [0043] p3196＝p3196⊕i0，p4297＝p4297⊕i0，p2481＝p2481⊕i0，.........(3)[0044] p3369＝p3369⊕i0，p3451＝p3451⊕i0，p4620＝p4620⊕i0， [0045] p2622＝p2622⊕i0 [0046] 在公式(3)中，px＝px⊕i0也可以表示为px←px⊕i0，并且⊕表示二进制加法。 [0047] 步骤3：LDPC编码器确定对于在i0之后的接下来的359个信息比特im(其中m＝1、2、...、359)，公式(4)的值。 [0048] {x+(m mod M1)×q}mod(N1-K1)，M1＝360，m＝1，2，...，359 ........[0049] (4)[0050] 在公式(4)中，x是 的值。应该注意，公式(4)具有与公式(2)相同的概念。 [0051] 接着，LDPC编码器使用在公式(4)中找到的值执行与公式(3)类似的操作。也即，LDPC编码器针对im更新奇偶性比特 例如，对于m＝1，即对于i1，LDPC编码器如公式(5)中定义的那样更新奇偶性比特 [0052] p15＝p15⊕i1， p2099＝p2099⊕i1，p1628＝p1628⊕i1， [0053] p1563＝p1563⊕i1，p1301＝p1301⊕i1，p1475＝p1475⊕i1， [0054] p3211＝p3211⊕i1，p4312＝p4312⊕i1，p2496＝p2496⊕i1，.........(5)[0055] p3384＝p3384⊕i1，p3466＝p3466⊕i1，p4635＝p4635⊕i1， [0056] p2637＝p2637⊕i1 [0057] 在公式(5)中，q＝15。以与如上所述相同的方式，LDPC编码器针对m＝1、2、...、359执行上面的过程。 [0058] 步骤4：与步骤2中一样，LDPC编码器读取用于第361个信息比特i360的第1个权重1位置序列 的信息，并更新特定的px，其中x是 LDPC编码器通过类似地将公式(4)应用于在i360之后的接下来的359个信息比特i361、i362、...、i719来更新 m＝361，362，...，719。 [0059] 步骤5：LDPC编码器针对各自均具有360个信息比特的所有组重复步骤2、3和4。 [0060] 步骤6：最后，LDPC编码器使用公式(6)确定奇偶性比特。 [0061] pi＝pi⊕pi-1，i＝1，2，...，N1-K1-1 .........(6) [0062] 公式(6)的奇偶性比特pi经过了LDPC编码。 [0063] 如上所述，DVB-S2执行步骤1到6中所述的编码。 发明内容[0064] 技术问题 [0065] 为了将LDPC码应用到实际的通信系统，LDPC码应该被设计成适用于通信系统中所要求的数据速率。具体来说，在采用混和自动重传请求(Hybrid Automatic Retransmission Request，HARQ)和自适应调制和编码(Adaptive Modulation and Coding，AMC)的自适应通信系统中，还有在支持各种广播服务的通信系统中，根据系统要求需要具有各种码字长度的LDPC码来支持各种数据速率。 [0066] 但是，如上所述，在DVB-S2系统中使用的LDPC码因其有限的使用所致而只具有两种类型的码字长度，并且每一类型的LDPC码均使用独立的奇偶校验矩阵。因此，本领域中一直需要一种用于支持各种码字长度以提高系统的可扩展性和灵活性的方法。具体来说，在DVB-S2系统中，为了传输信令信息，需要传输数百到数千比特的数据。但是，因为对于DVB-S2LDPC码的长度只有16200和64800可用，所以仍需要对于各种码字长度的支持。但是，因为针对LDPC码的各个码字长度存储独立的奇偶校验矩阵会降低存储器效率，所以还需要能够从现有奇偶校验矩阵有效地支持各种码字长度而无需新的奇偶校验矩阵的方案。 [0067] 需要注意，与在仅采用二相相移键控(BPSK)或正交相移键控(QPSK)的通信系统中应用高阶调制时不同，当在需要具有不同码字长度的LDPC码的通信系统中使用高阶调制时，包括在高阶调制码元中的比特的可靠性是不同的。 [0068] 为了解释高阶调制中的可靠性差别，下面将对正交幅度调制(QAM)的信号星座图进行说明，QAM是一种在通信系统中常用的高阶调制。经QAM调制的码元包括实部和虚部，并且可以通过区别调制码元实部和虚部的幅度和符号来生成各种调制码元。将与QPSK调制一起说明QAM，以便更加清楚地提供QAM特征的细节。 [0069] 图5的(a)示意性地示出了传统QPSK调制的信号星座图。 [0070] 参照图5的(a)，y0确定实部的符号，y1确定虚部的符号。也即，实部的符号对于y0＝0是正(+)，对于y0＝1是负(-)。而且，虚部的符号对于y1＝0是正(+)，对于y1＝1是负(-)。因为y0和y1是分别表示实部和虚部的符号的符号指示比特，所以它们在错误发生概率上相等，因此与一个调制信号相应的(y0，y1)比特的可靠性在QPSK调制中是相等的。对于y0，q和y1，q来说，第二下标q表示包括在调制信号中的比特的第q个输出。 [0071] 图5的(b)示意性地示出传统的16-QAM调制的信号星座图。 [0072] 参照图5的(b)，(y0，y1，y2，y3)对应于一个调制信号的比特。更加具体来说，比特y0和y2分别确定实部的符号和幅度，而比特y1和y3分别确定虚部的符号和幅度。也就是说，y0和y1确定调制信号的实部和虚部的符号，而y2和y3确定调制信号的实部和虚部的幅度。因为区分经调制信号的符号比区分经调制信号的幅度容易，因此y2和y3比y0和y1的错误发生概率高。因此，就比特的无错误发生概率(也即，可靠性)方面来说，y0＝y1＞y2＝y3。也就是说，与QPSK调制信号中的比特不同，包括在QAM调制信号中的比特(y0，y1，y2，y3)具有不同的可靠性。 [0073] 在16-QAM调制中，在组成信号的4比特中，2比特确定信号的实部和虚部的符号，而其余2比特仅需要确定信号的实部和虚部的幅度。因此，(y0，y1，y2，y3)的顺序(order)和各个比特的角色有所改变。 [0074] 图5的(c)示意性地示出传统的64-QAM调制的信号星座图。 [0075] 在对应于一个调制信号的比特的(y0，y1，y2，y3，y4，y5)中，比特y0、y2和y4确定实部的幅度和符号，y1、y3和y5确定虚部的幅度和符号。这里，y0和y1分别确定实部和虚部的符号，y2和y4的组合以及y3和y5的组合分别确定实部和虚部的幅度。如上所述，因为区分经调制信号的符号比区分经调制信号的幅度容易，所以y0和y1的可靠性比y2、y3、y4和y5的可靠性高。 [0076] 根据经调制码元的幅度是大于还是小于4来确定比特y2和y3，并且根据经调制码元的幅度是以4和0之间的2为中心更接近于4还是0、还是以6为中心更接近于4还是8来确定比特y4和y5。从而y2和y3所确定的幅度的范围是4，而y4和y5的范围是2。因此，y2和y3在可靠性上高于y4和y5。结果是，就比特的无错误发生概率(也即，可靠性)方面来说，y0＝y1＞y2＝y3＞y4＝y5。 [0077] 在64-QAM调制中，在组成信号的6比特中，2比特确定信号的实部和虚部的符号，4比特只需要确定信号的实部和虚部的幅度。因此，(y0，y1，y2，y3，y4，y5)的顺序(order)和每比特的角色有所变化。即使在256-QAM或者更高的信号星座图中，组成调制信号的比特的角色和可靠性也是不同的，如上所述。因此，这里将略去对其的详细描述。 [0078] 简言之，在BPSK或QPSK调制中，因为由于包括在码元中的比特的可靠性相等，于是在经历了缩短或删余的LDPC码字中码字比特的可靠性也是相等的，所以不需要在确定缩短和删余样式时考虑调制方案。但是，在诸如16-QAM、64-QAM和256-QAM这样的高阶调制中，因为包括在码元中的比特的角色和可靠性是不同的，所以在确定了调制方案和信号星座图/比特映射(比特映射到信号星座图上)方案之后，经历了缩短或删余之后的LDPC码字中每个码字比特的可靠性与经历缩短或删余之前的LDPC码字不同。 [0079] 因此，需要一种考虑高阶调制使用缩短或删余来生成LDPC码的装置和方法。 [0080] 技术解决方案 [0081] 本发明已被设计成至少解决以上问题和/或缺点，并至少提供下面描述的优点。因此，本发明的实施例的一个方面是提供一种在通信系统中使用考虑高阶调制而确定的缩短或删余，从给定LDPC码中生成具有不同码字长度的LDPC码，并且使用所生成的LDPC码对信道进行编码和解码的信道编码/解码方法和装置。 [0082] 本发明的实施例的另一个方面是提供一种在使用LDPC码的通信系统中考虑DVB-S2结构提供最优性能的信道编码/解码方法和装置。 [0083] 依照本发明的实施例的一个方面，提供了一种在使用低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统中对信道进行编码的方法，其中：确定码元的传输调制方案；将与LDPC码的奇偶校验矩阵中的信息字对应的列分成多个列组；将所述列组排序；确定想要通过缩短得到的信息字的范围；基于信息字的范围，根据考虑所确定的调制方案确定的缩短样式，以一定次序对列组执行逐个列组的缩短；以及对被缩短的信息字进行LDPC编码。 [0084] 根据本发明的实施例的另一个方面，提供了一种在使用低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统中对信道进行编码的装置。该装置包括：奇偶校验矩阵提取器，用于确定码元的传输调制方案，将与LDPC码的奇偶校验矩阵中的信息字对应的列分成多个列组，以及将所述列组排序；缩短样式施加器，用于确定想要通过缩短得到的信息字的范围，以及基于信息字的范围，根据考虑所确定的调制方案而确定的缩短样式，以一定次序对所述列组执行逐个列组的缩短；以及LDPC编码器，用于对被缩短的信息字进行LDPC编码。 [0085] 根据本发明的实施例的另一个方面，提供了一种在使用低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统中对信道进行解码的方法，其中：对从发射机发送的信号进行解调；确定在解调后的信号中是否有至少一个被缩短的比特；当有至少一个被缩短的比特时，通过估计有关缩短样式的信息来确定被缩短信息比特的位置；以及使用所确定的被缩短信息比特的位置来对数据进行解码。有关缩短样式的信息包括考虑调制方案而确定的缩短样式。 [0086] 根据本发明的实施例的另一个方面，提供了一种在使用低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统中对信道进行解码的装置。该装置包括：缩短样式估计器，用于对从发射机发送的信号进行解调，确定解调后信号中是否存在至少一个被缩短比特，通过估计有关缩短样式的信息来确定被缩短的信息比特的位置；和解码器，用于使用所确定的被缩短信息比特的位置来对数据进行解码。有关缩短样式的信息包括考虑调制方案而确定的缩短样式。 [0087] 有益效果 [0088] 本发明能够使用有关在使用高阶调制和LDPC码的通信系统中给定的奇偶校验矩阵的信息生成具有不同码字长度的独立的LDPC码。 [0090] 从以下结合附图的描述，本发明的特定实施例的上述以及其他方面、特征和优点将变得更为清晰，在附图中： [0091] 图1示出长度为8的LDPC码的奇偶校验矩阵的例子； [0092] 图2示出用于长度为8的LDPC码的奇偶校验矩阵的Tanner图； [0093] 图3示出DVB-S2 LDPC码的示意性结构； [0094] 图4示出DVB-S2 LDPC码的奇偶校验矩阵的例子； [0095] 图5(a)示意性示出在数字通信系统中使用的传统的QPSK调制的信号星座图； [0096] 图5(b)示意性示出在数字通信系统中使用的传统的16-QAM调制的信号星座图； [0097] 图5(c)示意性示出在数字通信系统中使用的传统的64-QAM调制的信号星座图； [0098] 图6是使用LDPC码的通信系统中的收发机的框图； [0099] 图7(a)示出在16-QAM调制中信号星座图/比特映射的例子； [0100] 图7(b)示出在16-QAM调制中通过缩短修正的信号星座图/比特映射的例子； [0101] 图8(a)示出在64-QAM调制中的信号星座图/比特映射的例子； [0102] 图8(b)示出在64-QAM调制中通过缩短修正的信号星座图/比特映射的例子； [0103] 图9示出根据本发明的实施例的、从所存储的LDPC码的奇偶校验矩阵产生具有不同码字长度的LDPC码的过程； [0104] 图10示出根据本发明的实施例的、使用所提出的缩短的LDPC码的发射装置的框图； [0105] 图11示出根据本发明的实施例的、使用所提出的缩短/删余的LDPC码的发射装置的框图； [0106] 图12示出根据本发明的实施例的、使用被施加了所提出的缩短的LDPC码的接收装置的框图； [0107] 图13示出根据本发明的实施例的、使用被施加了所提出的缩短和删余二者的LDPC码的接收装置的框图；和 [0108] 图14示出根据本发明的实施例的接收装置的接收操作的流程图。 [0109] 贯穿附图，相同的附图参考数字将被理解成指示相同的元件、特征和结构。 具体实施方式[0110] 参照附图提供以下说明，以帮助全面理解如权利要求及其等价物所定义的本发明的实施例。其包括各种具体细节以帮助理解，但是这些具体细节不应当解释为限制。因此，本领域的普通技术人员将认识到，可以对这里所描述的实施例进行各种变化和修改而不脱离本发明的范围和精神。此外，为了清楚和简洁起见，略去了对公知功能和结构的描述。 [0111] 而且，以下的描述和权利要求中所使用的术语和词语并不局限于书面意义，而是由发明人用来使人能够清楚和一致地理解本发明。因此，对于本领域技术人员来说应当清楚的是，提供对本发明实施例的以下描述仅仅出于说明的目的，而不是出于限制权利要求及其等价物所限定的发明的目的。 [0112] 以下对本发明具体实施例的描述提供了使用具有特定形式的结构化LDPC码的奇偶校验矩阵，支持具有适用于高阶调制的各种码字长度的LDPC码的方法。此外，对本发明具体实施例的描述提供了在使用特定形式的LDPC码的通信系统中根据高阶调制支持各种码字长度的装置以及控制该装置的方法。具体来说，对本发明具体实施例的描述提供了使用给定LDPC码的奇偶校验矩阵生成LDPC码的方法及其装置，所生成的LDPC码小于给定的LDPC码。 [0113] 图6是使用LDPC码的通信系统中的收发机的框图。 [0114] 参照图6，消息u在被发送到接收机630之前被输入给发射机610中的LDPC编码器611。LDPC编码器611对输入的消息u进行编码，并将编码后的信号c输出到调制器613。调制器613调制编码信号c，并通过无线信道620将经调制的信号s发送到接收机630。接收机630中的解调器631对接收信号r进行解调，并将解调信号x输出到LDPC解码器633。 LDPC解码器633基于通过无线信道620接收到的数据，解码解调信号x，从而得到所述消息的估计u。 [0115] LDPC编码器611使用预先设置的方案，根据通信系统所要求的码字长度产生奇偶校验矩阵。具体来说，根据本发明的实施例，LDPC编码器将使用LDPC码支持各种码字长度而不单独需要额外存储的信息。 [0116] 根据本发明的实施例，从给定LDPC码获得各种码字长度的方法使用缩短或删余。目前已知依照码率或码字长度向LDPC码施加缩短或删余从而使性能最优化的方法。但是，在多数情况下，因为确定缩短和删余样式的已知方法仅考虑二相相移键控(BPSK)或正交相移键控(QPSK)来执行最优化过程，所以对于给定LDPC码，仅存在一个最优化的缩短和/或删余样式。 [0117] 但是，在确定了高阶调制的信号星座图/比特映射方案时最优化的删余和缩短样式可能不同于针对BPSK或QPSK调制的最优化删余和缩短样式。 [0118] 在BPSK或QPSK调制中，因为包括在码元中的比特的可靠性是相等的，所以在经历了缩短或删余之后LDPC码字中的码字比特的可靠性也是相等的。因此，不需要在确定缩短和删余样式的过程中考虑调制方案。但是，如上所述，在诸如16-QAM、64-QAM和256-QAM这样的高阶调制中，因为包括在码元中的比特的可靠性是不同的，所以当确定了调制方案和信号星座图/比特映射方案时，在经历了缩短或删余之后LDPC码字中的每个码字比特的可靠性会与经历缩短或删余之前LDPC码字的不同。 [0119] 图7的(a)、图7的(b)、图8的(a)和图8的(b)分别示出了对于16-QAM和64-QAM，根据LDPC码字中变量节点的度将比特映射到码元的比特映射例子。更加具体来说，图7的(a)示出了在16-QAM调制中的信号星座图/比特映射的例子，图7的(b)示出了在16-QAM调制中通过缩短修正的信号星座图/比特映射的例子。为了方便起见，LDPC码字在这里被分为8或12比特的部分块。 [0120] 参照图7，y0和y1分别表示确定16-QAM码元中实部和虚部的符号的高可靠性比特。也就是说，比特之间的可靠性关系为y0＝y1＞y2＝y3。在图7的(a)中，因为y1和y3被映射到与最高度数变量节点对应的LDPC码字比特部分，所以1/2的最高度数变量节点被映射到高可靠性部分，而另外1/2被连接到低可靠性部分。 [0121] 假设最高度数变量节点中的半数经历了如图7的(b)中所示的缩短，当在缩短的LDPC码字中考虑与未缩短的最高度数变量节点对应的码元比特时，7/8的最高度数变量节点被映射到y3，而另外的1/8被映射到y1。也就是说，比特比率(bit ratio)与缩短之前有很大不同。 [0122] 类似地，图8的(a)示出了在64-QAM调制中的信号星座图/比特映射的例子，图8的(b)示出了在64-QAM调制中通过缩短修正的信号星座图/比特映射的例子。 [0123] 在图8的(a)中，包括在码元中的比特之间的可靠性关系是y0＝y1＞y2＝y3＞y4＝y5。在这种情况下，可以理解，LDPC码字中具有最高度数的变量节点1/3被映射到最低可靠性比特y5。但是，当2/3的最高度数变量节点经历了缩短时，如图8的(b)中所示，能够理解，5/6的剩余未缩短的最高度数变量节点被映射到最低可靠性比特y5，因此比特比率与缩短之前的不同。 [0124] 当如上所述高阶调制方案和信号星座图/比特映射方案对于给定LDPC码是固定的时候，因为映射到调制码元的每个比特的LDPC码字比特的比率根据缩短技术而有很大不同，所以在BPSK或QPSK调制中使用的缩短或删余样式可能并不合适。 [0125] 还已知在LDPC码的情况下，其最优化的LDPC码的奇偶校验矩阵的度分布根据调制方案而有很大不同。也就是说，针对BPSK或QPSK调制最优化的LDPC码的度分布与针对16-QAM、64-QAM和256-QAM最优化的LDPC码的度分布全部都不同。 [0126] 出于类似原因，很明显，当假设给定具有一个度分布的LDPC码时，最优化的缩短或删余样式根据高阶调制方案而有所不同。因此，缩短样式应当考虑想要的调制方案来确定，以便找出LDPC码的最优化缩短或删余样式。 [0127] 在给出对考虑调制方案来确定缩短或删余样式的方法的描述之前，将在下面描述缩短。术语“缩短”，如这里所用，指的是在通过执行LDPC编码从给定的特定奇偶校验矩阵产生LDPC码字以后，实际上不传送该LDPC码字的指定部分的方法。为了更好地理解“缩短”，下面将更为详细地描述图3中所示的DVB-S2 LDPC码的奇偶校验矩阵。 [0128] 对于图3中所示的DVB-S2 LDPC码的奇偶校验矩阵来说，总长度为N1，长度为K1的信息比特 与奇偶校验矩阵的前面部分对应，并且长度为(N1-K1)的奇偶性比特 与奇偶校验矩阵的后面部分对应。通常，信息比特自由地具有值0或 1，并且缩短技术限制经历缩短的特定部分中信息比特的值。例如，缩短Ns个信息比特i0至iNs-1通常意指i0＝i1＝iNs-1＝0。也就是说，通过将Ns个信息比特i0至iNs-1的值限制为 0，缩短技术能够得到像实际上不使用图3中所示的DVB-S2 LDPC码的奇偶校验矩阵中的前Ns个列一样的效果。术语“缩短”实际上源自上述的限制操作。因此，施加缩短在这里还意指将被缩短的信息比特的值看作是0。 [0129] 对于缩短技术，当建立系统时，发射机和接收机可以针对被缩短的信息比特共享或生成相同的位置信息。因此，虽然发射机没有发送被缩短的比特，但是接收机已经得知与被缩短比特对应的位置中的信息比特的值为0，从而能够执行解码。 [0130] 在缩短技术中，因为发射机实际上发送的码字的长度为N1-Ns并且信息字的长度为K1-Ns，所以码率变为(K1-Ns)/(N1-Ns)，其总是小于第一给定码率K1/N1。 [0131] 一般地，删余技术可以既施加于信息比特，也施加于奇偶性比特。虽然删余技术和缩短技术同样减少码字长度，但是与上面所述的缩短技术不同，删余技术不限制具体比特的值。 [0132] 更加具体来说，删余技术是一种简单地不发送特定信息比特或者所产生的奇偶性比特的特定部分，以使接收机能够擦除对应比特的方法。也就是说，通过简单地不发送所产生的长度为N1的LDPC码字中Np个预先定义的位置中的比特，删余技术获得了与通过发送长度为(N1-Np)的LDPC码字所获得的相同的效果。因为与奇偶校验矩阵中被删余的比特对应的列全都在解码过程中被原封不动地使用，所以删余技术区别于缩短技术。 [0133] 而且，根据本发明的实施例，因为当建立系统时被删余比特的位置信息可以被发射机和接收机共享或者共同地估计，所以在解码之前接收机可以只擦除对应的被删余比特。 [0134] 在删余技术中，因为发射机实际发送的码字的长度是N1-Np，并且信息字的长度恒定为K1，所以码率变为K1/(N1-Np)，其总是大于第一给定码率K1/N1。 [0135] 现在将描述适于DVB-S2 LDPC码的缩短技术和删余技术。如上所述，DVB-S2 LDPC码是具有特定结构的LDPC码。因此，与正常LDPC码相比，DVB-S2 LDPC码能够经历更有效的缩短和删余。 [0136] 为了本例的方便，假设DVB-S2 LDPC码的码字长度和信息长度分别是N1和K1，并且想要使用缩短技术和删余技术最终从DVB-S2LDPC码得到的LDPC码的码字长度和信息长度分别是N2和K2。 [0137] 如果给出N1-N2＝N并且K1-K2＝K的定义，则通过从DVB-S2LDPC码的奇偶校验矩阵缩短K比特和删余N-K比特，可以产生码字长度和信息长度分别是N2和K2的LDPC码。对于产生的具有N＞0或者K＞0的LDPC码，因为其码率 一般不同于DVB-S2 LDPC码的码率K1/N1，所以其代数特性发生改变。对于NΔ＝KΔ，通过不执行缩短和删余，或者通过只执行缩短，产生LDPC码。 [0138] 但 是，对 于 DVB-S2LDPC 码，如 规 则 1 和 2 中 所 述，由 于 一 个值对应于M1列，因此总共K1/N1个列组各自具有一结构形状(structural shape)。因此，如果不使用一个 值，则DVB-S2 LDPC码等于不使用M1列的LDPC码。考虑这些特征提出下面将参照图9描述的缩短过程。 [0139] 图9示出根据本发明的实施例从所存储的LDPC码的奇偶校验矩阵中生成具有不同码字长度的LDPC码的过程。 [0140] 参照图9，LDPC编码器在步骤901中确定码元的传输调制方案，并且在步骤903中读取将经历缩短的DVB-S2 LDPC码的列组信息。也就是说，LDPC编码器读取所存储的奇偶校验矩阵信息。此后，LDPC编码器在步骤905中基于DVB-S2 LDPC码的列组信息，确定码字长度N2和信息长度K2。此后，LDPC编码器执行步骤907至913的缩短过程，其中LDPC编码器基于所读取的所存储的奇偶校验矩阵的信息，执行与LDPC码的所需信息长度对应的缩短。 [0141] 缩短步骤1：LDPC编码器在步骤907中确定 其中 是小于或等于x的最大整数。 [0142] 缩短步骤2：LDPC编码器在步骤909中选择用于 个列组中的(A+1)个列组的序列。所选择的序列被定义为 LDPC编码器认为除了 序列 中的部分序列 之外没有序列用于剩余的K1/M1-A-1个列组。 [0143] 缩短步骤3：LDPC编码器在步骤911中从在缩短步骤2中选择的(A+1)个列组的序列 确定与DVB-S2 LDPC码的信息字对应的列组的位置，生成缩短的DVB-S2 LDPC码。应当注意，缩短的LDPC码的信息长度为(A+1)M1，其总是大于或等于K2。 [0144] 缩短步骤4：LDPC编码器在步骤913中额外地从在缩短步骤3中生成的缩短的LDPC码缩短(A+1)M1-K2列。 [0145] 在缩短步骤4中，如果从获得(achieve)额外缩短的列组的后面或前面按顺序执行额外缩短过程，则额外缩短较为易于实施。 [0146] 如上所述，本发明实施例应用了一种有效的缩短技术，与传统的通常用于缩短DVB-S2 LDPC码的逐比特(bit-by-bit)缩短技术相比，该缩短技术不使用依赖于DVB-S2 LDPC码的结构特征的有关DVB-S2 LDPC码的列组的信息。 [0147] 在DVB-S2 LDPC码的缩短过程中的步骤2中，用于列组的序列选择准则可以总结如下。 [0148] 准则1：LDPC编码器选择这样的用于列组的缩短样式序列：其被定义为使得通过考虑针对码字长度为N2且信息长度为K2的正常LDPC码给出的调制方案可得到的最优度分布，与通过对码字长度为N1且信息长度为K1的DVB-S2 LDPC码执行缩短而得到的码字长度为N2且信息长度为K2的缩短的LDPC码的度分布尽可能相似。 [0149] 准则2：LDPC编码器选择这样的用于列组的缩短样式序列：其被定义为提供按照准则1选择的缩短码中的、在Tanner图上具有良好环特性的码。依照本发明的实施例，关于环特性的准则，LDPC编码器选择这样的序列：Tanner图中的最小长度环尽可能大而最小长度环的数量尽可能小。 [0150] 可以使用密度演进(density evolution)分析方法(其各种实施方式已为本领域所知)在准则1中找出考虑了调制方案的正常LDPC码的最优度分布。但是，因为使用密度演进方法确定度分布的过程对于理解本发明来说并非关键，所以将不提供对其的详细描述。 [0151] 如果用于列组的所有可能的(缩短样式)序列的数量不大，则LDPC编码器可以通过充分搜索所有序列来选择具有最佳性能的、用于列组的(缩短样式)序列，而不管准则1和2。但是，当用于列组的所有可能(缩短样式)序列的数量太大时，在缩短步骤2中针对DVB-S2 LDPC码应用的针对列组的选择准则，使得能够通过选择满足两个条件的LDPC码来有效选择(缩短样式)序列。 [0152] 当N2和K2为固定值时，应用准则1和准则2。但是，如果系统中所需要的N2和K2的值变化时，根据K2的值最优化的缩短样式可能没有相互关联。也就是说，当系统中所需要的N2和K2的值变化时，根据K2的值最优化的所有缩短样式都应当分别存储，以实现最优化的性能。 [0153] 因此，为了系统效率，当系统中所需要的N2和K2的值变化时，可以找出次最优的缩短样式，如下所述。 [0154] 找出次最优的缩短样式序列 [0155] 假设需要选择一个列组用于缩短，因为可选择列组的数量只有一个，所以可以选择具有最佳性能的列组。当需要选择两个列组用于缩短时，连同已选择的列组一起，显示出最佳性能的一个列组被从剩余列组中选出。类似地，当需要i个列组用于缩短时，连同在之前步骤中已选择的(i-1)个用于缩短的列组一起，显示出最佳性能的一个列组被从剩余列组中选出。 [0156] 尽管上述方法不能保证对于所有情况都是最优选择，但是其根据具有一种常规规则的缩短样式而具有相对稳定的性能，而不论K2的值如何变化。因此，上述方法具有相对稳定的性能以及缩短样式容易存储的优点。 [0157] 下面将通过举例描述总共具有与信息比特对应的G个列组的DVB-S2 LDPC码。假设将经历依照确定缩短样式的方法进行缩短的列组的次序被设为B1，B2，B3，...，BX，当仅存储表示该列组次序的序列时，通过缩短步骤1至缩短步骤4，可以对于任意K2进行有效缩短。 [0158] 为了示出使用上述方法根据相应调制方案找出的缩短样式之间的差异的例子，下面的表1A和表1B示出对于码字长度N1＝16200且信息长度K1＝7200的DVB-S2 LDPC码，针对BPSK/QPSK、16-QAM和64-QAM调制次最优化的缩短方法和缩短样式。 [0159] 表1A [0160] [0161] 表1B [0162] [0163]π(0) π(1) π(2) π(3) π(4) π(5) π(6) π(7) π(8) π(9) 4 3 18 17 2 16 15 14 13 12 π(10) π(11) π(12) π(13) π(14) π(15) π(16) π(17) π(18) π(19) 11 10 9 1 8 7 6 5 19 0 [0164] 参照表1A和表1B，能够理解，当确定了待缩短的信息比特的长度时，通过预先确定的过程执行缩短方法而不管调制方案为何，但是表示最优化缩短样式的置换函数之间的关系根据调制方案而全都不相同。也就是说，在不考虑调制方案应用缩短方法时，可能会根据调制方案而发生显著的性能变差。 [0165] 图1B中所示的为表1A中的缩短方法找到的次最优化缩短样式，根据寻找缩短样式的条件可以不是唯一的。例如，在如上所述的中间过程中，也即，在寻找次最优化缩短样式序列的过程中，可能存在显示出类似性能的若干列组。在这种情况下，因为对下一列组的选择可能根据列组的选择而不同，所以次最优化缩短样式根据缩短过程的性能差别可能不是唯一的。实际上，表1C中所示的缩短样式也提供了优秀的性能，类似于表1A中所示的缩短方法性能。 [0166] 表1C [0167] [0168]π(0) π(1) π(2) π(3) π(4) π(5) π(6) π(7) π(8) π(9) 18 17 16 4 15 14 13 12 3 11 π(10) π(11) π(12) π(13) π(14) π(15) π(16) π(17) π(18) π(19) 10 9 2 8 7 1 6 5 19 0 [0169] 与表1C的16-QAM和64-QAM调制所使用的信号星座图对应的比特映射方法是通过应用与图7的(a)、图7的(b)、图8的(a)和图8的(b)中所示相同的比特映射方法而得到的结果。 [0170] 再参照图9，在步骤913之后，在步骤915中，当需要删余时，LDPC编码器在LDPC编码过程中应用删余。下面将描述删余方法。 [0171] 假设本发明想要使用缩短技术和删余技术最终从码字长度和信息长度分别是N1和K1的DVB-S2LDPC码得到LDPC码的码字长度和信息长度分别是N2和K2的LDPC码，并且给出N1-N2＝N且K1-K2＝K的定义，则可以通过从DVB-S2 LDPC码的奇偶校验矩阵缩短K比特和删余(N-K)比特，来产生码字长度和信息长度分别是N2和K2的LDPC码。为了方便起见，当假设只对奇偶性部分施加删余技术时，因为奇偶性长度是N1-K1，所以存在可能的每(N1-K1)/(N-K)比特从奇偶性部分中删余1比特的方法。但是，各种其它删余方法也是可行的。 [0172] 图10示出了根据本发明的实施例的、使用缩短的LDPC码的发射装置的框图。 [0173] 参照图10，发射装置包括控制器1010、缩短样式施加器1020、LDPC码奇偶校验矩阵提取器1040、以及LDPC编码器1060。LDPC码奇偶校验矩阵提取器1040提取经历了缩短的LDPC码奇偶校验矩阵。LDPC码奇偶校验矩阵可以使用存储器提取，可以在发射装置中给出，或者可以在发射装置中产生。此外，LDPC码奇偶校验矩阵提取器1040确定用于传输码元的传输调制方案，将与LDPC码的奇偶校验矩阵中的信息字对应的列分为多个列组，并且将这些列组排序。 [0174] 缩短样式施加器1020确定它想要通过缩短得到的信息字的范围，并且基于信息字的范围，根据考虑所确定的调制方案而确定的缩短样式，以一定次序对列组逐个列组地执行缩短。 [0175] 控制器1010控制缩短样式施加器1020根据传输调制方案和信息长度确定缩短样式，并且缩短样式施加器1020将值为0的比特插入与被缩短比特对应的位置中，或者从给定LDPC码的奇偶校验矩阵去除与被缩短比特对应的列。缩短样式可以是存储在存储器中的缩短样式，使用序列发生器(未示出)产生的缩短样式，或者使用用于奇偶校验矩阵和给定信息长度的密度演进分析算法得到的缩短样式。 [0176] LDPC编码器1060基于由控制器1010和缩短样式施加器1020缩短的LDPC码来执行编码。 [0177] 图11示出了用于使用缩短和删余二者的DVB-S2 LDPC码的发射装置的框图。更加具体来说，图11的发射装置与图10的发射装置相比，还包括删余样式施加器1180。 [0178] 参照图11，缩短在LDPC编码器1060的输入级执行，而删余在LDPC编码器1060的输出级执行。删余样式施加器1180将删余施加到LDPC编码器1060的输出。上面已经在图9的步骤915中描述了施加删余的方法。 [0179] 图12示出了根据本发明的实施例的、使用被施加了缩短的LDPC码的接收装置的框图。更具体地，图12中示出了接收装置的例子，该接收装置接收从使用被缩短的DVB-S2 LDPC码的通信系统发射的信号，并且当它从接收到的信号中检测到传输调制方案以及被缩短的DVB-S2 LDPC码的长度时，该接收装置从接收到的信号恢复用户想要的数据。 [0180] 参照图12，接收装置包括控制器1210、缩短样式确定/估计单元1220、解调器1230和LDPC解码器1240。解调器1230接收和解调被缩短的LDPC码，并将解调后信号提供给缩短样式确定/估计单元1220和LDPC解码器1240。缩短样式确定/估计单元1220在控制器1210的控制下从所述解调后信号估计或确定关于LDPC码的缩短样式的信息，并将被缩短的比特的位置信息提供给LDPC解码器1240。在缩短样式确定/估计单元1220中确定或者估计缩短样式可以使用存储在存储器中的缩短样式，可以使用序列发生器(未示出)产生缩短样式，或者可以使用用于奇偶校验矩阵和给定信息长度的密度演进分析算法得到缩短样式。 [0181] 控制器1210控制缩短样式确定/估计单元1220根据调制方案和信息长度将缩短样式传递给LDPC解码器1240。因为被缩短比特的值将是零的概率是1(即100％)，所以LDPC解码器1240根据被缩短比特是零的概率值1确定其是否将允许被缩短比特参与其解码操作。 [0182] 当LDPC解码器1240接收到关于被缩短样式确定/估计单元1220缩短的DVB-S2 LDPC码的长度的信息时，其从接收到的信号恢复用户期望的数据。 [0183] 图13示出了根据本发明的实施例的、使用被施加了缩短和删余的LDPC码的接收装置的框图。更加具体来说，图13中所示的接收装置包括缩短/删余样式确定/估计单元1320，其取代了图12中所示的接收装置中的缩短样式确定/估计单元1220。 [0184] 参照图13，当发射装置中既应用缩短也应用删余时，接收装置中的缩短/删余样式确定/估计单元1320可以首先对缩短执行样式确定或估计，首先对删余执行样式确定或估计，或者对缩短和删余二者都进行样式确定或估计。 [0185] LDPC解码器1240应当具有关于缩短和删余的信息以执行解码。 [0186] 图14示出了根据本发明的实施例的接收装置的接收操作的流程图。 [0187] 参照图14，在步骤1401中，解调器1230接收和解调被缩短的LDPC码。在步骤1403中，缩短样式确定/估计单元1220从解调后的信号中确定或估计缩短/删余样式。 [0188] 缩短样式确定/估计单元1220在步骤1405中确定是否存在有被缩短或被删余的比特。如果没有被缩短或被删余比特，则在步骤1411中，LDPC解码器1240执行解码。但是如果有被缩短或被删余比特，则在步骤1407中，缩短样式确定/估计单元1220将被缩短/删余比特的位置信息传递给LDPC解码器1240。 [0189] 在步骤1409中，基于被缩短/被删余比特的位置信息，LDPC解码器1240确定被缩短比特的值为0的概率是1，并确定被删余比特是被擦除的比特。此后，在步骤1411中，LDPC解码器1240执行LDPC解码。 [0190] 虽然已经参照本发明的特定实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，可以对其做出形式和细节上的各种变化，而不偏离由权利要求限定的本发明的精神和范围。 |
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