一種基于低密度校驗(yàn)碼的高階編碼調(diào)制方法

專利名稱：一種基于低密度校驗(yàn)碼的高階編碼調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域信道糾錯(cuò)低密度校驗(yàn)碼(LDPC碼(LowDensity Parity Code))的高階編碼調(diào)制技術(shù)。特別是，涉及基于低密度校驗(yàn)碼的高階編碼調(diào)制方法。
背景技術(shù)：
LDPC碼是近十年來重新發(fā)現(xiàn)的一種強(qiáng)有力的前向糾錯(cuò)編碼方法，在長碼構(gòu)造條件下已經(jīng)逼近香農(nóng)限，因而被認(rèn)為是Turbo碼的有效替代技術(shù)，很有可能被用于下一代移動(dòng)通信和深空通信。圖1給出了用二部圖來表示低密度校驗(yàn)碼的一個(gè)簡單示例。LDPC碼是一種基于稀疏校驗(yàn)矩陣的線性分組碼。1981年，Tanner提出了用二部圖來表示一個(gè)低密度的線性分組碼，從此二部圖成為了分析LDPC碼的主要工具。設(shè)一個(gè)LDPC碼，信息位長為K，碼長為N，校驗(yàn)位為M＝N-K，則該碼的校驗(yàn)矩陣A是一個(gè)大小為M*N的矩陣。二部圖表述如下二部圖下邊的N個(gè)節(jié)點(diǎn)代表N個(gè)碼字，成為信息節(jié)點(diǎn)(message node)；上邊M個(gè)節(jié)點(diǎn)代表M個(gè)校驗(yàn)式，稱為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)(check node)。當(dāng)下邊的信息節(jié)點(diǎn)和上邊的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)存在于同一個(gè)校驗(yàn)式時(shí)，就用邊(edge)將兩者連接。將和每個(gè)節(jié)點(diǎn)相連的線的個(gè)數(shù)稱為該節(jié)點(diǎn)的度(degree)。LDPC碼的譯碼采用和積(Sum-Product)算法，整個(gè)譯碼過程可以看作在Tanner的二部圖上的BP算法的應(yīng)用[參見后面所列出的文獻(xiàn)1-22]。
為了進(jìn)一步提高頻譜效率，人們又引入高階調(diào)制技術(shù)，如8PSK，16QAM，64QAM和256QAM[文獻(xiàn)28Stephen G.Wilson，DigitalModulation and Coding，Prentice-Hall，1996]。在高階調(diào)制的星座圖上，每個(gè)調(diào)制符號(hào)由若干個(gè)比特組成，如8PSK，16QAM，64QAM和256QAM的調(diào)制符號(hào)分別由3，4，6和8個(gè)比特組成。為了降低誤碼率，由比特串到調(diào)制符號(hào)的映射通常采用Golay映射。圖2給出了16QAM格雷(Golay)編碼的星座映射圖，每一個(gè)星座點(diǎn)由四個(gè)比特(a1a2a3a4)表示。其中，X軸分量(I路)由a1a2表示，Y軸分量(Q路)由a3a4表示，星座圖的能量歸一化因子是c=110.]]>圖3給出了64QAM格雷(Golay)編碼的星座映射圖，每一個(gè)星座點(diǎn)由六個(gè)比特(a1a2a3a4a5a6)表示。其中，X軸分量(I路)由a1a2a3表示，Y軸分量(Q路)由a4a5a6表示，星座圖的能量歸一化因子是c=142.]]>Golay映射對比特串中的每個(gè)比特的保護(hù)能力是不均等的，有些比特具有強(qiáng)的保護(hù)能力，而一些比特的保護(hù)能力比較弱。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可知，各個(gè)比特的保護(hù)能力是由各個(gè)比特的漢明距離之和確定的，其漢明距離之和越大，則該比特位的保護(hù)能力越弱。具體的推導(dǎo)過程可參見后面列出的文獻(xiàn)28和29。當(dāng)然，也可以根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的其他方法來判斷比特位的保護(hù)能力強(qiáng)弱。例如，對于圖2所示的16QAM格雷(Golay)編碼的的星座映射圖，a1a3是強(qiáng)比特，而a2a4是弱比特。對于圖3所示的64QAM格雷(Golay)編碼的星座映射圖，a1a4是強(qiáng)比特，而a3a6是弱比特，a2a5居中。
在傳統(tǒng)的基于比特交織編碼調(diào)制(BICM)的LDPC高階調(diào)制方法中，只是將LDPC信道編碼器和高階調(diào)制器通過隨機(jī)化的信道交織器串行級(jí)聯(lián)起來，而沒有將兩者有效的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，如圖4所示。按照目前流行的觀點(diǎn)[文獻(xiàn)22-26]，認(rèn)為對于非規(guī)則LDPC碼，比特節(jié)點(diǎn)的度數(shù)越高，該比特的保護(hù)能力越強(qiáng)，比特誤碼率越低。因而，在最近的基于比特可信度映射(Bit-Reliability Mapping)的LDPC編碼調(diào)制方法[文獻(xiàn)22]中，將度數(shù)高的比特映射到高階調(diào)制中的強(qiáng)比特位置，而將度數(shù)低的比特映射到高階調(diào)制中的弱比特位置，如圖5所示。然而，我們知道，根據(jù)經(jīng)典理論[文獻(xiàn)27]，決定比特的保護(hù)能力的是其分離距離所標(biāo)志的保護(hù)等級(jí)，而非度數(shù)。在一些文獻(xiàn)中，高度數(shù)節(jié)點(diǎn)之所以有較低誤碼率，是因?yàn)檫@些文獻(xiàn)特意選擇的非規(guī)則LDPC碼的比特節(jié)點(diǎn)度數(shù)分布極其懸殊，這導(dǎo)致了極高度數(shù)的節(jié)點(diǎn)相對于極低度數(shù)節(jié)點(diǎn)具有較高的平均保護(hù)等級(jí)。另外，即使比特節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)分布多項(xiàng)式都給定，構(gòu)造出來的LDPC碼的監(jiān)督矩陣也是多種多樣的，因而其比特誤碼率性能也有很大差異。而另一方面，對于比特節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)分布多項(xiàng)式都給定的LDPC碼，上述方法其實(shí)是無差別的，所以該方法不可能是一種通用的準(zhǔn)確的方法。而且，眾所周知，LDPC碼的糾錯(cuò)性能很大程度上取決于代表其構(gòu)造細(xì)節(jié)的要素圖(factor graph)，亦即二分圖(bipartite graph)，尤其在高信噪比區(qū)間取決于二分圖上的短環(huán)(short cycle)。上述方法顯然也無法精確反映LDPC碼的二分圖的幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所以，上述方法雖然能夠在一定程度上反映了LDPC碼的非等錯(cuò)保護(hù)(UEP)特性，但該方法不是一種精確的方法，對于LDPC碼UEP性能的預(yù)測存在不確定性，尤其是不能用來分析規(guī)則LDPC碼的UEP特性。所以，這種編碼調(diào)制方法在糾錯(cuò)性能的改善方面存在一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種有效的LDPC碼的高階編碼調(diào)制方法，最大程度地降低比特誤碼率。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提出了一種基于低密度校驗(yàn)碼LDPC碼的高階編碼調(diào)制方法，包括以下步驟對信源數(shù)據(jù)塊進(jìn)行LDPC編碼，生成編碼后的數(shù)據(jù)塊；按照保護(hù)能力強(qiáng)弱的順序，對編碼后的數(shù)據(jù)塊中的各個(gè)編碼比特位進(jìn)行排序；按照保護(hù)能力強(qiáng)弱的順序，對調(diào)制符號(hào)中的各個(gè)符號(hào)比特位進(jìn)行排序；根據(jù)符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)，對排序后的編碼比特位序列進(jìn)行分塊，將排序后的編碼比特位序列等分為與符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)相等的子塊；并行地對各個(gè)編碼子塊進(jìn)行交織；將由保護(hù)能力強(qiáng)的編碼比特位組成的、交織后的編碼子塊映射到保護(hù)能力弱的符號(hào)比特位上，將由保護(hù)能力弱的編碼比特位組成的、交織后的編碼子塊映射到保護(hù)能力強(qiáng)的符號(hào)比特位上；以及由并行的各個(gè)符號(hào)比特位構(gòu)成一個(gè)調(diào)制符號(hào)，以及將各個(gè)調(diào)制符號(hào)高階調(diào)制成最終的調(diào)制符號(hào)塊。
優(yōu)選地，并行地對各個(gè)編碼子塊進(jìn)行交織的步驟包括將屬于同一個(gè)校驗(yàn)式的比特位設(shè)置于彼此遠(yuǎn)離的位置上。
優(yōu)選地，各個(gè)編碼比特位的保護(hù)能力強(qiáng)弱是由其分離距離確定的，其中分離距離越大，該比特位的保護(hù)能力越強(qiáng)。
優(yōu)選地，各個(gè)編碼比特位的分離距離等于其在二分圖上所處的最短環(huán)的周長的一半。
優(yōu)選地，各個(gè)符號(hào)比特位的保護(hù)能力強(qiáng)弱是由各個(gè)符號(hào)比特位的漢明距離之和確定的，其中漢明距離之和越大，該比特位的保護(hù)能力越弱。
優(yōu)選地，如果排序后的編碼比特位序列不能被等分為與符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)相等的子塊，則根據(jù)需要，在排序后的編碼比特位序列的末尾添加空閑比特位，使其能夠被等分為與符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)相等的子塊。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提出了種接收根據(jù)前述高階編碼調(diào)制方法而產(chǎn)生的調(diào)制符號(hào)塊的高階譯碼解調(diào)方法，包括以下步驟接收調(diào)制符號(hào)塊，對接收到的調(diào)制符號(hào)塊進(jìn)行高階解調(diào)，生成解調(diào)子塊，每一符號(hào)比特位的位置對應(yīng)于一個(gè)解調(diào)子塊；并行地對所有解調(diào)子塊進(jìn)行解交織；按照各個(gè)符號(hào)比特位與各個(gè)編碼比特位之間的對應(yīng)關(guān)系，合并解交織后的子塊，生成編碼比特位序列；對編碼比特位序列進(jìn)行解排序；以及對解排序后的編碼比特位序列進(jìn)行LDPC譯碼，生成譯碼數(shù)據(jù)塊。
根據(jù)本發(fā)明的第三方案，提出了一種基于低密度校驗(yàn)碼LDPC碼的正交對稱高階編碼調(diào)制方法，其中采用m階調(diào)制，m＝2N，N是自然數(shù)，包括以下步驟對信源數(shù)據(jù)塊進(jìn)行LDPC編碼，生成編碼后的數(shù)據(jù)塊；按照保護(hù)能力強(qiáng)弱的順序，對編碼后的數(shù)據(jù)塊中的各個(gè)編碼比特位進(jìn)行排序；按照保護(hù)能力強(qiáng)弱的順序，對調(diào)制符號(hào)中的各個(gè)符號(hào)比特位進(jìn)行排序，其中由于m是偶數(shù)，第i個(gè)符號(hào)比特位與第N+i個(gè)符號(hào)比特位具有相同的保護(hù)能力，i是大于等于1且小于等于N的自然數(shù)；根據(jù)符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)m，對排序后的編碼比特位序列進(jìn)行分塊，將排序后的編碼比特位序列等分為與符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)的一半N相等的子塊；并行地對各個(gè)編碼子塊進(jìn)行交織；將每個(gè)交織后的編碼子塊轉(zhuǎn)換為兩個(gè)大小相同的編碼數(shù)據(jù)流；將由保護(hù)能力強(qiáng)的編碼比特位組成的編碼數(shù)據(jù)流映射到保護(hù)能力弱的符號(hào)比特位上，將由保護(hù)能力弱的編碼比特位組成的編碼數(shù)據(jù)流映射到保護(hù)能力強(qiáng)的符號(hào)比特位上，其中將來自同一個(gè)交織后的編碼子塊的兩個(gè)編碼數(shù)據(jù)流分別映射到保護(hù)能力相同的第i個(gè)和第N+i個(gè)符號(hào)比特位上；以及由并行的各個(gè)符號(hào)比特位構(gòu)成一個(gè)調(diào)制符號(hào)，以及將各個(gè)調(diào)制符號(hào)高階調(diào)制成最終的調(diào)制符號(hào)塊。
優(yōu)選地，并行地對各個(gè)編碼子塊進(jìn)行交織的步驟包括將屬于同一個(gè)校驗(yàn)式的比特位設(shè)置于彼此遠(yuǎn)離的位置上。
優(yōu)選地，各個(gè)編碼比特位的保護(hù)能力強(qiáng)弱是由其分離距離確定的，其中分離距離越大，該比特位的保護(hù)能力越強(qiáng)。
優(yōu)選地，各個(gè)編碼比特位的分離距離等于其在二分圖上所處的最短環(huán)的周長的一半。
優(yōu)選地，各個(gè)符號(hào)比特位的保護(hù)能力強(qiáng)弱是由各個(gè)符號(hào)比特位的漢明距離之和確定的，其中漢明距離之和越大，該比特位的保護(hù)能力越弱。
優(yōu)選地，如果排序后的編碼比特位序列不能被等分為與符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)的一半N相等的子塊，則根據(jù)需要，在排序后的編碼比特位序列的末尾添加空閑比特位，使其能夠被等分為與符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)的一半N相等的子塊。
優(yōu)選地，如果每個(gè)交織后的編碼子塊不能被轉(zhuǎn)換為兩個(gè)大小相同的編碼數(shù)據(jù)流，則根據(jù)需要，在每個(gè)交織后的編碼子塊的末尾添加空閑比特位，使其能夠被轉(zhuǎn)換為兩個(gè)大小相同的編碼數(shù)據(jù)流。
根據(jù)本發(fā)明的第四方案，提出了一種接收根據(jù)前述正交對稱高階編碼調(diào)制方法而產(chǎn)生的調(diào)制符號(hào)塊的高階譯碼解調(diào)方法，包括以下步驟接收調(diào)制符號(hào)塊，對接收到的調(diào)制符號(hào)塊進(jìn)行高階解調(diào)，生成解調(diào)子塊，每一符號(hào)比特位的位置對應(yīng)于一個(gè)解調(diào)子塊；將與保護(hù)能力相同的第i個(gè)和第N+i個(gè)符號(hào)比特位的位置相對應(yīng)的兩個(gè)解調(diào)子塊合并為同一個(gè)解調(diào)子塊；并行地對所有合并后的解調(diào)子塊進(jìn)行解交織；按照各個(gè)符號(hào)比特位與各個(gè)編碼比特位之間的對應(yīng)關(guān)系，合并解交織后的子塊，生成編碼比特位序列；對編碼比特位序列進(jìn)行解排序；以及對解排序后的編碼比特位序列進(jìn)行LDPC譯碼，生成譯碼數(shù)據(jù)塊。


下面將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，其中圖1給出了用二部圖來表示低密度校驗(yàn)碼的一個(gè)簡單示例。
圖2給出了16QAM格雷(Golay)編碼的星座映射圖，每一個(gè)星座點(diǎn)由四個(gè)比特(a1a2a3a4)表示。
圖3給出了64QAM格雷(Golay)編碼的星座映射圖，每一個(gè)星座點(diǎn)由六個(gè)比特(a1a2a3a4a5a6)表示。
圖4給出了傳統(tǒng)的基于比特交織編碼調(diào)制(BICM)的LDPC高階調(diào)制方法的示意圖。
圖5給出了傳統(tǒng)的基于比特可信度映射的LDPC高階調(diào)制方法的示意圖。
圖6給出了本發(fā)明的基于非等錯(cuò)特性匹配的分層交織的LDPC高階調(diào)制方法的示意圖。
圖7給出了長度為4的短環(huán)，用于說明LDPC碼的分離距離和二分圖上的最短環(huán)周長之間的關(guān)系。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的通用LDPC碼的高階調(diào)制方法的示意圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的I/Q路對稱調(diào)制的LDPC碼的高階調(diào)制方法的示意圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的16QAM調(diào)制的LDPC碼的高階調(diào)制方法的示意圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的通用LDPC碼的高階調(diào)制的接收方法的示意圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的I/Q路對稱調(diào)制的LDPC碼的高階調(diào)制的接收方法的示意圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的16QAM調(diào)制的LDPC碼的高階調(diào)制接收方法的示意圖。
圖14是[2000，1000]規(guī)則LDPC碼的16QAM和64QAM的性能比較圖。
圖15是[3000，1000]非規(guī)則LDPC碼的16QAM和64QAM的性能比較圖。
圖16給出了[2000，1000]規(guī)則LDPC碼的不同分離距離的誤碼率性能圖。
圖17給出了多個(gè)短環(huán)的分離距離示意圖，用于說明LDPC碼的分離距離和二分圖上的最短環(huán)周長之間以及比特的強(qiáng)弱與分離距離之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作具體說明。應(yīng)該指出，所描述的實(shí)施例僅是為了說明的目的，而不是對本發(fā)明范圍的限制。所描述的各種數(shù)值并非用于限定本發(fā)明，這些數(shù)值可以根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的需要進(jìn)行任何適當(dāng)?shù)男薷摹Ｔ诒菊f明書中，以I/Q路對稱調(diào)制和16QAM調(diào)制為例，描述本發(fā)明。但應(yīng)當(dāng)清楚的是，本發(fā)明可以應(yīng)用于采用如64QAM等其他M-QAM(M＝2m)調(diào)制方式的通信系統(tǒng)。
LDPC碼具有非等錯(cuò)保護(hù)的特性，而通常的高階調(diào)制也有強(qiáng)弱比特之分。按照線性非等錯(cuò)保護(hù)編碼(LUEPLinear Unequal ErrorProtection)的經(jīng)典理論[文獻(xiàn)27]，對于一般的線性分組碼，各比特i可用分離距離si表明其保護(hù)能力。si≡min{w(X)/AX＝0，xi＝1}，其中A為監(jiān)督矩陣，X是碼字，xi表示比特i，w(X)表示碼字X的碼重。si是令比特xi為1且滿足監(jiān)督矩陣的所有碼字的最小碼重。更進(jìn)一步，定義 為xi比特的保護(hù)能力或者保護(hù)等級(jí)(Protection Level)。ti表示當(dāng)傳輸?shù)拇a字出現(xiàn)的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)不大于ti時(shí)，最大似然譯碼一定能夠正確糾正比特xi的誤碼。si或者ti越小，其保護(hù)能力越弱，或者稱為弱比特。
基于上述的UEP保護(hù)等級(jí)的概念，本發(fā)明提出了一種新的基于非等錯(cuò)特性匹配的分層交織的LDPC高階調(diào)制方法，如圖6所示，將LDPC碼中保護(hù)等級(jí)低的比特映射到高階調(diào)制中保護(hù)能力越強(qiáng)的比特上。尤其是，屬于LDPC最小碼重碼字的比特都應(yīng)映射到高階調(diào)制中的最強(qiáng)比特位上。簡而言之，就是將LDPC碼的弱比特映射到高階調(diào)制符號(hào)的強(qiáng)比特位，而將LDPC碼的強(qiáng)比特映射到高階調(diào)制符號(hào)的弱比特位。這樣，就可以將LDPC碼的非等錯(cuò)保護(hù)特性和高階調(diào)制的非等錯(cuò)保護(hù)特性有效的進(jìn)行匹配，從而降低誤碼率，獲得編碼調(diào)制增益。
通過研究，發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)LDPC碼的分離距離和二分圖上的短環(huán)存在密切關(guān)系對于由環(huán)路所構(gòu)成的二分圖，一個(gè)比特的分離距離等于其所在的最短環(huán)的周長的一半。例如對于圖7所示的長度為4的短環(huán)，比特b1和b2都為1時(shí)，滿足校驗(yàn)式c1和c2的約束，因而比特b1和b2的分離距離都為2，正好是其所在最短環(huán)的周長的一半。所以，與基于比特可信度映射的LDPC高階調(diào)制方法相比，本發(fā)明的方法能夠準(zhǔn)確地反映LDPC碼二分圖的結(jié)構(gòu)特征，不僅可以適用于非規(guī)則的LDPC碼，也能適用于規(guī)則LDPC碼。對于比特節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)度數(shù)分布都給定的不同的LDPC碼，由于其不同的監(jiān)督矩陣對應(yīng)于不同的二分圖，因而保護(hù)等級(jí)也是不同的，所以本發(fā)明的方法對于LDPC碼有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，對其UEP特性的判定也更準(zhǔn)確。
圖16給出了[2000，1000]規(guī)則LDPC碼的不同分離距離的誤碼率性能圖。采用二進(jìn)制移相鍵控(BPSKBanary Phase Shift Keying)調(diào)制，加性白高斯噪聲(AWGNAddative White Gaussian Noise)信道。LDPC碼是二分之一碼率的[2000，1000]規(guī)則碼，所有長度為4的短環(huán)被刪除。圖中給出了平均的誤碼率，以及分離距離是3和4的比特誤碼率。從圖中可以看到，分離距離對誤碼率的性能有較大的影響，分離距離越大，誤碼率越低。
圖17給出了多個(gè)短環(huán)的分離距離示意圖。在圖中，存在兩個(gè)短環(huán)b1c1b2c2b1和b2c2b3c3b4c4b2。b1僅存在于周長為4的短環(huán)b1c1b2c2b1，所以b1的分離距離是2。b3和b4都僅存在于周長為6的短環(huán)b2c2b3c3b4c4b2，所以b3和b4的分離距離是3。而b2存在于兩個(gè)短環(huán)中，分離距離應(yīng)取其最小者(短環(huán)b1c1b2c2b1)周長的一半，所以b2的分離距離是2。綜上所述，b1和b2的分離距離都是2，應(yīng)該是弱比特；而b3和b4的分離距離都是3，應(yīng)該是強(qiáng)比特。
本發(fā)明的理論基礎(chǔ)我們知道，對于一個(gè)二元域上的線形碼C[N，K，d]，d是最小碼距，假設(shè)其重量分布函數(shù)F(C)=Σi=dAixi,]]>并以全零碼字為參考，設(shè)γ=EsNo]]>是AWGN信道下的能噪比(energy-to-noise ratio)。假設(shè)C碼字在二進(jìn)制移相鍵控(BPSKBanary Phase Shift Keying)調(diào)制的加性白高斯噪聲(AWGNAddative White Gaussian Noise)信道下采用軟判決的最大似然譯碼(Max-Likelihood decodidng based on softdesicion)，那么利用基于成對錯(cuò)誤概率的一致界的經(jīng)典分析方法(Union bound based on pair-wise error probability)，容易得到其誤塊率PwAdQ(2dγ)≤Pw≤Σi=dAiQ(2iγ)]]>其誤碼率PbdNAdQ(2dγ)≤Pd≤Σi=diNAiQ(2iγ)]]>在信噪比較高時(shí)，其誤塊率和誤碼率的漸進(jìn)特性(asymptoticperformance)取決于首項(xiàng) 通常，對于高階解調(diào)得到的比特級(jí)的LLR值可以建模成AWGN信道下的輸出值，并經(jīng)過適當(dāng)?shù)男诺姥a(bǔ)償方法輸入信道譯碼器。由于采用格雷編碼的M-QAM(M＝2m)高階調(diào)制的每個(gè)比特的保護(hù)能力是不一樣的，其輸出信噪比也不一樣。可以理解，高階調(diào)制中的強(qiáng)比特的輸出信噪比要大于弱比特的輸出信噪比，因而其解調(diào)誤碼率低。設(shè)每個(gè)比特i輸出的信噪比是γi，那么高階調(diào)制輸出的平均信噪比γ‾=Σi=1mγim.]]>再假設(shè)保護(hù)能力最強(qiáng)的比特輸出的信噪比是γmax。那么可知，γmax＞γ。
當(dāng)采用傳統(tǒng)的基于比特交織編碼調(diào)制(BICM)的LDPC高階調(diào)制方法時(shí)，其誤塊率和誤碼率的漸進(jìn)特性取決于 當(dāng)采用新的基于非等錯(cuò)特性匹配的分層交織的LDPC高階調(diào)制方法時(shí)，由于LDPC最小碼重上的比特都映射到高階調(diào)制上的最強(qiáng)比特位，所以最小碼重上的比特的調(diào)制輸出信噪比應(yīng)為γmax，因而其誤塊率和誤碼率的漸進(jìn)特性取決于首項(xiàng) 因而，本發(fā)明的方法相對于傳統(tǒng)方法有漸進(jìn)編碼增益ACG(Asymptotic Coding Gain)ACG=γmaxγ‾.]]>實(shí)施例1圖8給出了通用LDPC碼的高階調(diào)制方法的示意圖。首先，假定高階調(diào)制是m階的，亦即由m個(gè)比特(a1…am)選擇星座圖上的一個(gè)調(diào)制符號(hào)，并設(shè)a1到am是由強(qiáng)到弱的排序。信源數(shù)據(jù)塊S，經(jīng)過LDPC編碼后得到編碼數(shù)據(jù)塊U，對編碼數(shù)據(jù)塊各比特的保護(hù)能力從小到打進(jìn)行排序得到排序數(shù)據(jù)塊V。這里的保護(hù)能力相當(dāng)于上文所述的[文獻(xiàn)27]定義的各比特的保護(hù)等級(jí)，可以事先計(jì)算出并得到一個(gè)固定的排序表，每次排序相當(dāng)于一次交織操作。將排序后的數(shù)據(jù)塊V等分成m個(gè)排序子數(shù)據(jù)塊，V＝{V1，V2，…，Vm)(如果V不能被m整除，可以適當(dāng)添加無實(shí)際含義的編碼比特(全1或全0或其他適當(dāng)?shù)谋忍匦蛄?，從而使其能夠被m整除)。這里，從V1到Vm是低保護(hù)能力到高保護(hù)能力的排序。每個(gè)排序子數(shù)據(jù)塊Vi(1≤i≤m)經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換后，再進(jìn)行各自的交織，得到交織子數(shù)據(jù)塊Wi。這里的交織應(yīng)保證屬于同一個(gè)校驗(yàn)式的比特置于遠(yuǎn)離的位置上，以取得理想的時(shí)間分集效果。然后再將每個(gè)交織子數(shù)據(jù)塊Wi并行輸入高階調(diào)制中的ai比特位，并行的m個(gè)比特(a1…am)選擇星座圖上的一個(gè)調(diào)制符號(hào)，得到最終的調(diào)制符號(hào)塊T。
圖11給出了通用LDPC碼的高階調(diào)制的接收方法。與圖8相對應(yīng)，首先假設(shè)接收到信道輸出的調(diào)制符號(hào)塊 調(diào)制符號(hào)塊 經(jīng)過高階解調(diào)后，從a1到am的比特位置分別相應(yīng)輸出了從 到 的解調(diào)輸出子塊。每個(gè)解調(diào)輸出子塊 (1≤i≤m)再經(jīng)過相應(yīng)的解交織得到解交織子塊 對所有解交織子塊進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換以后，再合并得到合并塊V^={V^1,V^2,···,V^m}.]]>然后，對合并塊 進(jìn)行解排序得到解排序塊 最后，對解排序塊 進(jìn)行LDPC譯碼，得到譯碼塊 實(shí)施例2在實(shí)踐應(yīng)用中，高階調(diào)制通常采用I/Q路對稱調(diào)制的方式。如圖2所示的16QAM和圖3所示的64QAM，I和Q路所采用的格雷映射是一樣的。不失一般性，假設(shè)m階的高階調(diào)制中，I路采用 比特位，而Q路采用 比特位，從a1到 是由強(qiáng)到弱的順序，且 和 是完全對稱的。所以，對稱方式下的高階調(diào)制比特位有 個(gè)等級(jí)。
圖9給出了I/Q路對稱調(diào)制的LDPC碼的高階調(diào)制方法。信源數(shù)據(jù)塊S，經(jīng)過LDPC編碼后得到編碼數(shù)據(jù)塊U，對編碼數(shù)據(jù)塊各比特的保護(hù)能力從小到大進(jìn)行排序得到排序數(shù)據(jù)塊V?？梢允孪扔?jì)算出并得到一個(gè)固定的排序表，每次排序相當(dāng)于一次交織操作。將排序數(shù)據(jù)塊V等分成 個(gè)排序子數(shù)據(jù)塊，V={V1,V2,···,Vm2}]]>(如果V不能被m/2整除，可以適當(dāng)添加無實(shí)際含義的編碼比特(全1或全0或其他適當(dāng)?shù)谋忍匦蛄?，從而使其能夠被m/2整除)。這里，從V1到 是低保護(hù)能力到高保護(hù)能力的排序。每個(gè)排序子數(shù)據(jù)塊Vi經(jīng)過串(1≤i≤m2)]]>并轉(zhuǎn)換后，再進(jìn)行各自的交織，得到交織子數(shù)據(jù)塊Wi。這里的交織應(yīng)保證屬于同一個(gè)校驗(yàn)式的比特置于遠(yuǎn)離的位置上。然后，將每個(gè)交織子數(shù)據(jù)塊Wi串/并轉(zhuǎn)換成兩個(gè)大小相同的數(shù)據(jù)流(如果交織子數(shù)據(jù)塊Wi不能被轉(zhuǎn)換為大小相同的數(shù)據(jù)流，可以適當(dāng)添加無實(shí)際含義的編碼比特(全1或全0或其他適當(dāng)?shù)谋忍匦蛄?，從而使其能夠被轉(zhuǎn)換為大小相同的數(shù)據(jù)流)，分別輸入高階調(diào)制中的ai和 比特位。最后，并行的m個(gè)比特(a1…am)選擇星座圖上的一個(gè)調(diào)制符號(hào)，得到最終的調(diào)制符號(hào)塊T。
圖12給出了I/Q路對稱調(diào)制的LDPC碼的高階調(diào)制的接收方法。與圖9相對應(yīng)，首先假設(shè)接收到信道輸出的調(diào)制符號(hào)塊 調(diào)制符號(hào)塊 經(jīng)過高階解調(diào)后，I路ai比特位上輸出的數(shù)據(jù)流和對稱的Q路 比特位上輸出的數(shù)據(jù)流經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換后，得到解調(diào)輸出子塊 這里，1≤i≤m2.]]>每個(gè)解調(diào)輸出子塊 再經(jīng)過相應(yīng)的解交織得到解交織子塊 接著，對所有解交織子塊進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換以后，再合并得到合并塊V^={V^1,V^2,···,V^m2}.]]>然后，對合并塊 進(jìn)行解排序得到解排序塊 最后，對解排序塊 進(jìn)行LDPC譯碼，得到譯碼塊 實(shí)施例3圖10是16QAM調(diào)制的LDPC碼的高階調(diào)制方法。16QAM采用圖2所示的16QAM格雷(Golay)編碼的星座映射圖。信源數(shù)據(jù)塊S，經(jīng)過LDPC編碼后得到編碼數(shù)據(jù)塊U，對編碼數(shù)據(jù)塊各比特的保護(hù)能力從小到大進(jìn)行排序得到排序數(shù)據(jù)塊V?？梢允孪扔?jì)算出并得到一個(gè)固定的排序表，每次排序相當(dāng)于一次交織操作。將排序數(shù)據(jù)塊V等分成2個(gè)排序子數(shù)據(jù)塊，V＝{V1，V2}。其中，V1是保護(hù)能力低的數(shù)據(jù)塊，而V2是保護(hù)能力高的數(shù)據(jù)塊。每個(gè)排序子數(shù)據(jù)塊經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后，再進(jìn)行各自的交織，得到交織子數(shù)據(jù)塊W1和W2。這里的交織應(yīng)保證屬于同一個(gè)校驗(yàn)式的比特置于遠(yuǎn)離的位置上。然后，交織子數(shù)據(jù)塊W1串/并轉(zhuǎn)換分成兩個(gè)數(shù)據(jù)流，分別輸入高階調(diào)制中的a1和a3比特位，而交織子數(shù)據(jù)塊W2串/并轉(zhuǎn)換分別輸入到a2和a4比特位。最后，并行的4個(gè)比特(a1a2a3a4)選擇星座圖上的一個(gè)調(diào)制符號(hào)，得到最終的調(diào)制符號(hào)塊T。
圖13是16QAM調(diào)制的LDPC碼的高階調(diào)制接收方法。與圖10相對應(yīng)，首先假設(shè)接收到信道輸出的調(diào)制符號(hào)塊 調(diào)制符號(hào)塊 經(jīng)過高階解調(diào)后，I路a1比特位上輸出的數(shù)據(jù)流和對稱的Q路a3比特位上輸出的數(shù)據(jù)流經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換后，得到解調(diào)輸出子塊 同理，I路a2比特位上輸出的數(shù)據(jù)流和對稱的Q路a4比特位上輸出的數(shù)據(jù)流經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換后，得到解調(diào)輸出子塊 解調(diào)輸出子塊 和 再經(jīng)過相應(yīng)的解交織分別得到解交織子塊 和 對所有解交織子塊進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換以后，再合并得到合并塊V^={V^1,V^2}.]]>然后，對合并塊 進(jìn)行解排序得到解排序塊 最后，對解排序塊 進(jìn)行LDPC譯碼，得到譯碼塊 圖14給出了[2000，1000]規(guī)則LDPC碼的16QAM和64QAM的性能比較圖。采用BPSK調(diào)制，AWGN信道。LDPC碼是二分之一碼率的[2000，1000]規(guī)則碼，信息塊長度為1000比特，而編碼塊長度是2000比特，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)是6，信息節(jié)點(diǎn)的度數(shù)是3。16QAM和64QAM采用格雷映射，分別如圖2和圖3所示。由于是規(guī)則LDPC碼，比特可信度的方法失效，通過比較傳統(tǒng)的比特交織編碼調(diào)制(BICM)和本發(fā)明方法的性能(本發(fā)明)。從圖中可以看出，對于規(guī)則LDPC碼，相對于傳統(tǒng)的比特交織編碼調(diào)制方法，本發(fā)明方法在高信噪比區(qū)間能夠顯著改善比特誤碼率性能。
圖15給出了[3000，1000]非規(guī)則LDPC碼的16QAM和64QAM的性能比較圖。采用BPSK調(diào)制，AWGN信道。LDPC碼是三分之一碼率的[3000，1000]非規(guī)則碼，信息塊長度為1000比特，而編碼塊長度是3000比特，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)是4，信息節(jié)點(diǎn)的度數(shù)分布多項(xiàng)式是f(x)=13x2+23x3.]]>16QAM和64QAM采用格雷映射，分別如圖2和圖3所示。由于是非規(guī)則LDPC碼，比特可信度的方法(BR)可用，將比特可信度的方法(BR)、比特交織編碼調(diào)制(BICM)以及本發(fā)明方法(本發(fā)明)的性能進(jìn)行比較。從圖中可以看出，對于非規(guī)則LDPC碼，相對于傳統(tǒng)的比特交織編碼調(diào)制方法，本發(fā)明方法在高信噪比區(qū)間也能夠顯著改善比特誤碼率性能。而比特可信度的方法(BR)在低信噪比區(qū)域略有效果，而在高信噪比區(qū)域不如傳統(tǒng)方法。
總之，無論對于規(guī)則LDPC碼還是非規(guī)則LDPC碼，本發(fā)明方法在高信噪比區(qū)間都能夠顯著改善比特誤碼率性能。
盡管已經(jīng)針對典型實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其他的改變、替換和添加。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被理解為被局限于上述特定實(shí)例，而應(yīng)當(dāng)由所附權(quán)利要求所限定。
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權(quán)利要求
1.一種基于低密度校驗(yàn)碼LDPC碼的高階編碼調(diào)制方法，包括以下步驟對信源數(shù)據(jù)塊進(jìn)行LDPC編碼，生成編碼后的數(shù)據(jù)塊；按照保護(hù)能力強(qiáng)弱的順序，對編碼后的數(shù)據(jù)塊中的各個(gè)編碼比特位進(jìn)行排序；按照保護(hù)能力強(qiáng)弱的順序，對調(diào)制符號(hào)中的各個(gè)符號(hào)比特位進(jìn)行排序；根據(jù)符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)，對排序后的編碼比特位序列進(jìn)行分塊，將排序后的編碼比特位序列等分為與符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)相等的子塊；并行地對各個(gè)編碼子塊進(jìn)行交織；將由保護(hù)能力強(qiáng)的編碼比特位組成的、交織后的編碼子塊映射到保護(hù)能力弱的符號(hào)比特位上，將由保護(hù)能力弱的編碼比特位組成的、交織后的編碼子塊映射到保護(hù)能力強(qiáng)的符號(hào)比特位上；以及由并行的各個(gè)符號(hào)比特位構(gòu)成一個(gè)調(diào)制符號(hào)，以及將各個(gè)調(diào)制符號(hào)高階調(diào)制成最終的調(diào)制符號(hào)塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高階編碼調(diào)制方法，其特征在于并行地對各個(gè)編碼子塊進(jìn)行交織的步驟包括將屬于同一個(gè)校驗(yàn)式的比特位設(shè)置于彼此遠(yuǎn)離的位置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高階編碼調(diào)制方法，其特征在于各個(gè)編碼比特位的保護(hù)能力強(qiáng)弱是由其分離距離確定的，其中分離距離越大，該比特位的保護(hù)能力越強(qiáng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高階編碼調(diào)制方法，其特征在于各個(gè)編碼比特位的分離距離等于其在二分圖上所處的最短環(huán)的周長的一半。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高階編碼調(diào)制方法，其特征在于各個(gè)符號(hào)比特位的保護(hù)能力強(qiáng)弱是由各個(gè)符號(hào)比特位的漢明距離之和確定的，其中漢明距離之和越大，該比特位的保護(hù)能力越弱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高階編碼調(diào)制方法，其特征在于如果排序后的編碼比特位序列不能被等分為與符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)相等的子塊，則根據(jù)需要，在排序后的編碼比特位序列的末尾添加空閑比特位，使其能夠被等分為與符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)相等的子塊。
7.一種接收根據(jù)權(quán)利要求1～6之一所述的高階編碼調(diào)制方法而產(chǎn)生的調(diào)制符號(hào)塊的高階譯碼解調(diào)方法，包括以下步驟接收調(diào)制符號(hào)塊，對接收到的調(diào)制符號(hào)塊進(jìn)行高階解調(diào)，生成解調(diào)子塊，每一符號(hào)比特位的位置對應(yīng)于一個(gè)解調(diào)子塊；并行地對所有解調(diào)子塊進(jìn)行解交織；按照各個(gè)符號(hào)比特位與各個(gè)編碼比特位之間的對應(yīng)關(guān)系，合并解交織后的子塊，生成編碼比特位序列；對編碼比特位序列進(jìn)行解排序；以及對解排序后的編碼比特位序列進(jìn)行LDPC譯碼，生成譯碼數(shù)據(jù)塊。
8.一種基于低密度校驗(yàn)碼LDPC碼的正交對稱高階編碼調(diào)制方法，其中采用m階調(diào)制，m＝2N，N是自然數(shù)，包括以下步驟對信源數(shù)據(jù)塊進(jìn)行LDPC編碼，生成編碼后的數(shù)據(jù)塊；按照保護(hù)能力強(qiáng)弱的順序，對編碼后的數(shù)據(jù)塊中的各個(gè)編碼比特位進(jìn)行排序；按照保護(hù)能力強(qiáng)弱的順序，對調(diào)制符號(hào)中的各個(gè)符號(hào)比特位進(jìn)行排序，其中由于m是偶數(shù)，第i個(gè)符號(hào)比特位與第N+i個(gè)符號(hào)比特位具有相同的保護(hù)能力，i是大于等于1且小于等于N的自然數(shù)；根據(jù)符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)m，對排序后的編碼比特位序列進(jìn)行分塊，將排序后的編碼比特位序列等分為與符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)的一半N相等的子塊；并行地對各個(gè)編碼子塊進(jìn)行交織；將每個(gè)交織后的編碼子塊轉(zhuǎn)換為兩個(gè)大小相同的編碼數(shù)據(jù)流；將由保護(hù)能力強(qiáng)的編碼比特位組成的編碼數(shù)據(jù)流映射到保護(hù)能力弱的符號(hào)比特位上，將由保護(hù)能力弱的編碼比特位組成的編碼數(shù)據(jù)流映射到保護(hù)能力強(qiáng)的符號(hào)比特位上，其中將來自同一個(gè)交織后的編碼子塊的兩個(gè)編碼數(shù)據(jù)流分別映射到保護(hù)能力相同的第i個(gè)和第N+i個(gè)符號(hào)比特位上；以及由并行的各個(gè)符號(hào)比特位構(gòu)成一個(gè)調(diào)制符號(hào)，以及將各個(gè)調(diào)制符號(hào)高階調(diào)制成最終的調(diào)制符號(hào)塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的正交對稱高階編碼調(diào)制方法，其特征在于并行地對各個(gè)編碼子塊進(jìn)行交織的步驟包括將屬于同一個(gè)校驗(yàn)式的比特位設(shè)置于彼此遠(yuǎn)離的位置上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的正交對稱高階編碼調(diào)制方法，其特征在于各個(gè)編碼比特位的保護(hù)能力強(qiáng)弱是由其分離距離確定的，其中分離距離越大，該比特位的保護(hù)能力越強(qiáng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的正交對稱高階編碼調(diào)制方法，其特征在于各個(gè)編碼比特位的分離距離等于其在二分圖上所處的最短環(huán)的周長的一半。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的正交對稱高階編碼調(diào)制方法，其特征在于各個(gè)符號(hào)比特位的保護(hù)能力強(qiáng)弱是由各個(gè)符號(hào)比特位的漢明距離之和確定的，其中漢明距離之和越大，該比特位的保護(hù)能力越弱。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的正交對稱高階編碼調(diào)制方法，其特征在于如果排序后的編碼比特位序列不能被等分為與符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)的一半N相等的子塊，則根據(jù)需要，在排序后的編碼比特位序列的末尾添加空閑比特位，使其能夠被等分為與符號(hào)比特位的個(gè)數(shù)的一半N相等的子塊。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的正交對稱高階編碼調(diào)制方法，其特征在于如果每個(gè)交織后的編碼子塊不能被轉(zhuǎn)換為兩個(gè)大小相同的編碼數(shù)據(jù)流，則根據(jù)需要，在每個(gè)交織后的編碼子塊的末尾添加空閑比特位，使其能夠被轉(zhuǎn)換為兩個(gè)大小相同的編碼數(shù)據(jù)流。
15.一種接收根據(jù)權(quán)利要求8～14之一所述的正交對稱高階編碼調(diào)制方法而產(chǎn)生的調(diào)制符號(hào)塊的高階譯碼解調(diào)方法，包括以下步驟接收調(diào)制符號(hào)塊，對接收到的調(diào)制符號(hào)塊進(jìn)行高階解調(diào)，生成解調(diào)子塊，每一符號(hào)比特位的位置對應(yīng)于一個(gè)解調(diào)子塊；將與保護(hù)能力相同的第i個(gè)和第N+i個(gè)符號(hào)比特位的位置相對應(yīng)的兩個(gè)解調(diào)子塊合并為同一個(gè)解調(diào)子塊；并行地對所有合并后的解調(diào)子塊進(jìn)行解交織；按照各個(gè)符號(hào)比特位與各個(gè)編碼比特位之間的對應(yīng)關(guān)系，合并解交織后的子塊，生成編碼比特位序列；對編碼比特位序列進(jìn)行解排序；以及對解排序后的編碼比特位序列進(jìn)行LDPC譯碼，生成譯碼數(shù)據(jù)塊。
全文摘要
一種基于LDPC碼的高階編碼調(diào)制方法，包括將LDPC碼中保護(hù)能力低的比特映射到高階調(diào)制中誤碼率低的強(qiáng)比特上，而將LDPC碼中保護(hù)能力高的比特映射到高階調(diào)制中誤碼率高的弱比特上。尤其是，屬于LDPC最小碼重碼字的比特都應(yīng)映射到高階調(diào)制中的最強(qiáng)比特位上。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明的方法在高信噪比區(qū)間能夠顯著改善比特誤碼率性能。
文檔編號(hào)H04L1/00GK101043483SQ20061007141
公開日2007年9月26日 申請日期2006年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者吳湛擊, 李繼峰 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社