CN100479334C - 映射使用ldpc码的编码比特的方法以及发送和接收设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种映射使用低密次数奇偶校验(LDPC)码的编码比特的方法，这种方法包括下列步骤：用LDPC码对信息比特编码，产生编码比特；按照由LDPC码的奇偶校验矩阵表示的变量节点的次数对编码比特排序；按照一个使用调制方案将排好的编码比特分成多个组；以及考虑每个组的抗错性和相应调制信号点的抗错性而将编码比特映射到各自的调制信号点。

Description

映射使用LDPC码的编码比特的方法以及发送和接收设备
相关申请的相互参考
本申请基于2004年3月24日提交的在先日本专利申请No.2004-88088，要求该申请的优先权，该申请的全部内容在此引用作为参考。
技术领域
本发明涉及无线电数字通信领域，具体地说，涉及以数字数据纠错及其调制方案为特征的映射使用低密次数奇偶校验(LDPC)码的编码比特的方法，以及采用这种方法的发送设备和接收设备和执行这种方法的程序。
背景技术
在使用某一个调制方案时，指配给各个调制信号点的编码比特序列在一个通信信道的这些调制信号点上通常具有不同的抗错性。此外，在这种情况下，由于调制，多个发送编码比特序列含有一些在这个通信信道内呈现高抗误码性的部分和一些呈现低抗误码性的部分。如果一些呈现低抗误码性的部分连续，在对编码数字信息解码时就有可能使误码率特性恶化。
在传统的无线电通信系统内，为了解决这个问题，通过交织打乱编码比特序列，从而使得在接收方在一个通信信道内出现的连续误码分散。这抑制了通信信道内连续误码对解码的影响。这种方法在发送方所用的编码方案为所有的比特序列提供均匀的抗错性时是行之有效的。
LDPC码是一种纠错码，被认为是替代Turbo码的技术。此外，可以知道LDPC码具有出色的渐近性能，例如可参见日本专利申请KOKAI公报No.2003-115768。然而，每个LDPC码本身呈现为具有不同的抗错性。因此，简单地将不均匀的抗错性分散在各调制信号点上，并不总是能充分利用LDPC码的特性。
如上所述，在传统的无线电通信系统内，执行对数字数据的编码和交织，使得在一个通信信道内一些调制信号点上的错误对编码比特序列的影响均匀地分散。然而，如果将呈现为具有不同的抗错性的LDPC码用于一个编码比特序列，它就不能充分地展现它的特性。此外，在构造LDPC编码器时，没有考虑在一个通信信道内的抗错性，因此在LDPC编码器内所用的LDPC码并不总是适合于通信信道的特性。
发明内容
按照本发明的第一方面，提供了一种映射使用低密次数奇偶校验(LDPC)码的编码比特的方法，这种方法包括下列步骤：用LDPC码对信息比特编码，产生编码比特；按照由LDPC码的奇偶校验矩阵表示的变量节点的次数对编码比特排序；按照一个使用调制方案将排好的编码比特分成多个组；以及考虑每个组的抗错性和相应调制信号点的抗错性而将编码比特映射到各自的调制信号点。
按照本发明的第二方面，提供了一种发送编码数据的发送设备，这种发送设备包括：一个用低密次数奇偶校验(LDPC)码对信息比特编码、产生编码比特的编码器；一个配置成按照由LDPC码的奇偶校验矩阵表示的变量节点的次数对编码比特排序的排序单元；一个配置成按照一个使用调制方案将排好的编码比特分成多个组的划分单元；一个配置成考虑每个组的抗错性和相应调制信号点的抗错性而将编码比特映射到各自的调制信号点、以提供各足够的抗错性的映射单元；一个配置成用所述调制方案调制映射的编码比特的调制单元；以及一个配置成发送经调制的映射编码比特的发送单元。
按照本发明的第三方面，提供了一种接收设备，这种接收设备包括一个配置成接收来自第二方面的发送设备的经调制的映射编码比特的接收单元。
按照本发明的第四方面，提供了一种存储在一个计算机可读媒体内的映射使用低密次数奇偶校验(LDPC)码的编码比特的程序，这种程序包括：命令计算机用LDPC码对信息比特编码、产生编码比特的装置；命令计算机按照由LDPC码的奇偶校验矩阵表示的变量节点的次数对编码比特排序的装置；命令计算机按照一个使用调制方案将排好的编码比特分成多个组的装置；以及命令计算机考虑每个组的抗错性和相应调制信号点的抗错性将编码比特映射到各自的调制信号点的装置。
按照本发明的第五方面，提供了一种存储在一个计算机可读媒体内的映射使用低密次数奇偶校验(LDPC)码的编码比特的程序，这种程序包括：命令计算机用LDPC码对信息比特编码、产生编码比特的装置；命令计算机按照由LDPC码的奇偶校验矩阵表示的变量节点的次数对编码比特排序的装置；命令计算机按照一个使用调制方案将排好的编码比特分成多个组的装置；命令计算机检测一个发送设备与一个接收设备之间的通信信道状态的装置；以及命令计算机考虑每个组的抗错性、相应调制信号点的抗错性和检测到的通信信道状态而将编码比特映射到各自的调制信号点的装置。
附图说明
图1为例示按照本发明第一实施例设计的无线电发送设备和无线电接收设备的方框图；
图2为例示所有变量节点具有相同的次数的情况的偶图；
图3A例示了在所有的变量节点具有相同的次数时使用的奇偶校验矩阵的例子；
图3B例示了在变量节点具有不同的次数时使用的奇偶校验矩阵的例子；
图4为例示删除、添加和转换路径的偶图；
图5为有利于说明图4的对奇偶校验矩阵的操作的示意图；
图6为有利于说明图1中的LDPC解码器的解码处理的偶图；
图7为例示包括具有不同的次数的变量节点的情况的偶图；
图8为例示调制方案为4元PAM时所得到的调制信号点和它们的抗错性的示意图；
图9为例示图1中的无线电发送设备的工作情况的流程图；
图10为例示对4元PAM内的调制信号点执行标记的不同方式的示意图；
图11为例示在调制方案为8元PSK时使用标记的映射的方式的示意图；
图12为例示按照本发明第二实施例设计的无线电发送设备和无线电接收设备的方框图；
图13为例示图12中的无线电发送设备的工作情况的流程图；
图14为有利于说明根据频基通信信道状态确定映射模式的示意图；
图15为有利于说明根据时基通信信道状态确定映射模式的示意图；
图16为有利于说明按通信信道状态对LDPC比特序列的映射控制的示意图；
图17为例示图12所示的无线电发送设备和无线电接收设备的工作实例的示意图；
图18为例示按照本发明第三实施例设计的无线电发送设备和无线电接收设备的方框图；
图19为例示按照本发明第三实施例的变型设计的无线电发送设备和无线电接收设备的方框图；
图20为例示按照本发明第四实施例设计的无线电发送设备和无线电接收设备的方框图；
图21为有利于说明图20中所示的无线电发送设备执行的排序、分组和映射的偶图；
图22为例示按照本发明第四实施例的第一变型设计的无线电发送设备和无线电接收设备的方框图；
图23为有利于说明图22中所示的无线电发送设备执行的排序、分组和映射的偶图；
图24为例示按照本发明第四实施例的第二变型设计的无线电发送设备和无线电接收设备的方框图；
图25为有利于说明图24中所示的无线电发送设备执行的排序、分组和映射的偶图；
图26为例示按照本发明第五实施例设计的无线电发送设备和无线电接收设备的方框图；以及
图27为例示图26中所示的无线电发送设备执行的收缩的模式的偶图。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明按照本发明的实施例设计的映射使用LDPC码的编码比特的方法、发送和接收设备以及执行这种方法的程序。
首先，说明这些实施例所涉及的用低密次数奇偶校验(LDPC)码作为纠错码的无线电数字通信系统。在这种系统中，无线电发送设备通过向一个LDPC编码器输入数字数据和将它们指配给各自的调制信号点，产生一系列编码比特序列。另一方面，无线电接收设备根据无线电发送设备指配给调制信号点的每个编码比特序列与相应的纠错码之间的关系从由调制信号点接收的信息获取每个编码比特序列的似然信息。此后，无线电接收设备用似然信息对每个接收到的编码比特序列解码，得到想要的数字数据。
在这种无线电通信系统内，用例如M元相移键控(PSK)、M元正交调幅(QAM)、M元脉冲幅次数调制(PAM)、M元调幅/调相(AMPM)、M元脉冲位置调制(PPM)、正交频分多路复用(OFDM)、码分多址(CDMA)或超宽带调制(UWB)设置上面提到的调制信号点。
第一实施例
下面将结合图1说明按照第一实施例设计的无线电发送设备和无线电接收设备。图1为无线电发送设备和无线电接收设备的方框图。
标为10的无线电发送设备适当地将用LDPC编码器编码的各比特序列映射到一些调制信号点，以使它们的抗错性最佳化。由图1可见，无线电发送设备10包括LDPC编码器11、排序单元12、交织单元13、映射单元14和多元发射信号调制器15。
LDPC编码器11接收到发送数据后，根据生成矩阵G对它进行LDPC编码。生成矩阵G定义为一个在一个预定的奇偶校验矩阵H下满足HxG＝0的矩阵。执行LDPC编码后得到满足VxG＝C的C，其中V表示构成发送数据的一个数字数据序列。这个“C”是一个LDPC编码比特序列，称为编码比特序列。
排序单元12按照从奇偶校验矩阵H得到的变量节点的次数对所得到的编码比特序列排序。从奇偶校验矩阵H得出的每个变量节点的次数与奇偶校验矩阵H的相应列向量内为“1”的元的个数相应。具体将就图3A和图3B所示的奇偶校验矩阵H进行说明。在这两个图中，奇偶校验矩阵H的每个列与一个变量节点相应，即第一至第六列与变量节点n1，n2，...，n6相应。在图3A所示的奇偶校验矩阵中，所有的变量节点n1，n2，...，n6的次数都为2。可是，在图3B所示的奇偶校验矩阵中，变量节点n1、n2、n3、n4、n5和n6的次数分别为3、3、3、1、1和1。在如图3B所示的不是所有的变量节点具有相同的次数的情况下，排序单元12就对所得到的编码比特序列排序。
此外，每个用从奇偶校验矩阵H得到的生成矩阵G编码的比特与一个变量节点相应。因此，奇偶校验矩阵H内的每个变量节点的次数可以认为与每个编码比特序列的每个比特相应。排序单元12考虑每个变量节点的次数是相应编码比特的次数，从而对编码比特序列排序。排序按照升幂或降幂的次序执行。在图3B所示的这个例子中，在按升幂执行排序时，变量节点排成n6、n5、n4、n3、n2和n1的次序。
排序单元12还将每个排好的编码比特序列分成与无线电发送设备10内所用的调制方案相应的预定个组。与调制方案相应的组数例如为在调制信号点之间不同的抗错级别数。例如，在4元PAM的情况下，每个排好的编码比特序列分成两个组，而在8元PSK的情况下分成三个组。
交织单元13以排序单元12分好的编码比特序列组为单位执行交织。交织单元13不是一个必需的单元，可以省去。也就是说，经排序单元12处理的编码比特序列可以直接输出给映射单元14。
映射单元14为每个调制信号点指配一组编码比特序列。具体地说，按照与发送方所用的调制方案相应的抗错级别将编码比特序列组指配给各自的调制信号点。例如，如图11所示，用标志X、Y和Z进行标记。在上面提到的有n6和n5、n4和n3、n2和n1三个组的情况下，将它们分别指配给X、Y和Z。怎样为标志指配组由调制方案和/或通信信道确定。例如，某一个指配结果对一个高斯噪声通信信道呈现为具有很好的特性，但是对于一个例如存在衰落的通信信道就不总是呈现具有最佳特性。在图11这种情况下，标志Z呈现最低的抗错性，而标志X和Y呈现相同的高于标志Z的抗错性。图11中的编码比特的次数按照n6和n5、n4和n3、n2和n1的次序减小。此外，一个编码比特的次数越大，校正错误的可能性就越高。这是因为次数越大，一个通信信道上可用的似然信息通常就越多。在图11的情况下，具有最低通信抗错性的编码比特序列组指配给具有最高通信抗错性的标志。类似，具有第二最低通信抗错性的编码比特序列组指配给具有第二最高通信抗错性的标志。也就是说，在这种情况下，将一个编码比特序列内的一个呈现高抗错性的变量节点，即一个具有高的次数的变量节点，指配给一个状况不良的副载波。相反，将一个编码比特序列内的一个呈现低抗错性的变量节点，即一个具有低的次数的变量节点，指配给一个状况良好的副载波。因此，整个系统的抗错性得到增强。
如上面所述那样映射LDPC编码器编码的比特序列避免了LDPC编码器11将一个低抗错的比特序列，如随机交织编码比特序列，草率地指配给发送方的一个低抗错的调制信号点。这样，可以建立一个更为可靠的用LDPC码的通信系统。
多元发射信号调制器15用排序单元12执行分组时所参考的调制方案和映射单元14执行映射时所参考的调制方案对映射单元14输出的信号进行调制。所得到的调制信号发送给无线电接收设备50。
另一方面，无线电接收设备50包括接收信号解调器51、检波器52、去交织单元53、反排序单元54和LDPC解码器55，如图1中所示。
接收信号解调器51接收到无线电发送设备10发送的信号后，就对它进行解调。检波器52指定指配给每个调制信号点的编码比特，得出每个与所指定的编码比特相应的接收比特的似然值。一个接收比特的似然值为指出这个比特是否为0(或者是否为1)的概率。
去交织单元53对接收比特序列的各比特的似然值执行去交织。去交织单元53与交织单元13相应。如果没有交织单元13，就不用去交织单元53。在这种情况下，检波器52的输出直接输入反排序单元54。
反排序单元54用与经去交织的比特序列相应的变量节点的次数对经去交织的比特序列执行反排序。结果，将排序单元12所排的编码比特序列的比特的次序恢复到原来的次序。
LDPC解码器55将从每个调制信号点接收到的编码比特的似然值指配给一个变量节点，根据最后汇聚的似然值估计出一个编码比特序列C′，满足C′xH＝0，输出所估计的编码比特序列C′。
下面将结合图2和图3A说明LDPC编码情况。
LDPC编码是一种根据例如如图2所示的偶图的编码方法。在LDPC编码方法中，构成与图2的偶图相应的奇偶校验矩阵H后，得出满足HxG＝0的生成矩阵G。然后，得出满足VxG＝C的编码比特序列C，其中V为一个发送数字数据序列。编码比特序列C指配和发送给一个调制信号点。此时，编码比特序列满足CxH＝0。在接收方，通过选择一个满足C′xH＝0的比特序列执行解码，其中C′表示从调制信号点接收到的含有一个错误的编码比特序列的似然性。因此，得到一个想要的数据序列。
可以产生一个与图2类似的偶图，与一个奇偶校验矩阵相应。也就是说，如果给定了一个偶图，就可以确定一个奇偶校验矩阵，反之亦然。例如，可以根据图2的这个偶图得到一个如图3A所示的奇偶校验矩阵。此外，在图2这个偶图中，图3A所示的奇偶校验矩阵H的这些列向量与图2所示的各变量节点相应，而图3A内的行向量与图2内的校验节点相应。此外，在奇偶校验矩阵H内为“1”的元的位置与将变量节点与校验节点连接的路径相应。例如，如果某一个元“1”的位置在矩阵的第二行与第三列的交点处，这就意味着在偶图内第二校验节点接到第三变量节点上。
利用以符号方式指出LDPC编码器11的编码操作的偶图可以获得与用变量节点的次数执行排序再按照通信信道状态执行分组相同的效果。这种方法下面将结合图4和5进行说明。
与排序相同的效果可以通过改变偶图内的路径获得。在这种情况下，由于可以通过改变奇偶校验矩阵H内元“1”的位置来改变次数的分布，因此可以省略用排序标记抗错性。此外，在这种情况下，必须按照奇偶校验矩阵H的改变情况改变生成矩阵G的元。可以通过按照通信信道状态改变奇偶校验矩阵的元“1”的数目来改变抗错性。
下面将具体以图4所示的另一个偶图为例进行说明。图4示出了删除、添加和转换路径的情况。此外，图5示出了与删除、添加和转换图4的分部图中的路径相应的奇偶校验矩阵的改变。也就是说，在增加一个路径时，相应的矩阵元从“0”改变为“1”。在转换路径时，相应的两个的“0”和“1”互换。此外，在删除一个路径时，相应的矩阵元从“1”改变为“0”。由此可见，用变量节点的次数排序相当于置换列向量。
下面将结合图6说明LDPC解码器55的解码情况。图6为一个有利于说明LDPC解码器55解码情况的偶图。
通过沿偶图内变量节点与校验节点之间的路径重复传送接收数据的似然信息对一个LDPC编码比特序列进行解码。在这种情况下，每个从一个调制信号点接收到的似然性指配给相应的变量节点，从而从最后汇聚的似然值估计出一个满足C′xH＝0的C′，作为解码结果输出。
下面将结合图7说明由于解码导致的各变量节点之间不同的抗误码性。
在与图7不同的图2这个偶图中，每个变量节点具有两个路径，而每个校验节点具有四个路径。在这种情况下，所有变量节点的似然信息从两个校验节点获得，而所有校验节点利用来自四个变量节点的似然信息。由于在每双节点之间传送相同的信息量，因此在编码比特序列之间可以获得相同的抗错性。
相比之下，在图7这个偶图(与图3B所示的奇偶校验矩阵相应)中，从校验节点传送给变量节点不同的似然信息量。例如，在图7这个偶图中，左边三个变量节点各有三个路径，而右边三个变量节点各只有一个路径。因此，所涉及的右边三个变量节点它们的似然值，即它们的编码比特，根据比左边三个变量节点的情况少的似然信息量估计。这意味着这些变量节点具有不同的抗错性。
假设，一个无线电通信系统使用一种具有多个调制信号点的调制方案，或者在时基域和频基域指配到一个有衰落的通信信道上的各个比特具有不同的抗错性。在这些情况下，诸如将编码比特的差错模式分散的交织方法之类的方法只注意了调制信号点和衰落差错模式而没有考虑LDPC编码比特序列内的抗错模式。因此，即使执行诸如交织之类的处理，也并不总是能实现适当地分散抗错性。此外，即使在一个通信信道上分散差错模式，也不总是能增强LDPC码的抗错性。
考虑到以上情况，第一实施例的无线电发送设备和无线电接收设备提供了一个将编码比特序列映射到调制信号点的优化模型和一个基于这种映射的交织设计模型，可用于使用LDPC码的无线电通信系统。这些模型即使在LDPC编码比特序列包括具有不同抗错性的序列时也是有用的。
下面将结合图8说明采用四元PAM调制方案、使编码比特序列与各调制信号点相应的具体例子。
在如图8所示采用四元PAM调制方案的情况下，指配给各自的调制信号点的编码比特XY具有不同的抗错性。比特X只按照幅度是否低于某个元确定是否X＝0(或者是否X＝1)，而比特Y必须按照幅度是否在某个范围内确定是否Y＝0(或者是否Y＝1)。确定幅度是否在某个范围内比确定幅度是否高于某个元更为困难。前者得到一个错误的结果的可能性更高。由此可见，在图8的情况下，比特X具有比Y高的抗错性。
如果一个用LDPC编码器11编码的编码比特序列中的与具有比较少的路径的变量节点相应的比特(即具有低抗错性的比特)指配为图8中的比特Y，那么很可能相应调制信号点也具有低抗错性，从而使整个系统的性能降低。然而，如果编码比特序列指配给调制信号点的方式能使得编码比特序列的抗错性与调制信号点的抗错性不相互削弱，那么采用LDPC码的整个通信系统就可以具有高的抗错性。
下面将结合图9说明图1所示的无线电发送设备10的工作情况。
例如，按照图9所示的流程，无线电发送设备10的具有一些在所连接的路径的数目上不同(即次数不同)的变量节点的LDPC编码器用相应LDPC码的奇偶校验矩阵H对每比特序列进行编码，从而将每个编码比特序列映射到一个相应的调制信号点。
首先，从奇偶校验矩阵H得到所有的变量节点的次数(步骤S1)。每个变量节点的次数可以从偶图或者从构成奇偶校验矩阵H的每个列向量内元“1”的数目得出，因为每个变量节点的路径数与奇偶校验矩阵H的每个列向量内的元“1”的数目相应。一个用从奇偶校验矩阵H得出的生成矩阵G编码的比特序列内的比特与变量节点直接相应。因此，奇偶校验矩阵H内的每个变量节点的次数可以认为与编码比特序列的每个比特的次数相应。
接着，排序单元12按照从奇偶校验矩阵H得出的变量节点的次数对所得到的编码比特序列排序(步骤S2)。排序的次序可以是升幂或降幂的。此外，奇偶校验矩阵H的列向量可以是也可以不是按照编码比特序列的排序那样排序的。这些也都不失普遍性。
用在通信信道上相应调制信号点所要求的抗错级别，排序单元12还将根据变量节点的次数排序的编码比特序列分成一些组(步骤S3)。例如，在图6所示的四元PAM调制的情况下，指配给每个调制信号点的两个比特XY具有不同的抗错级别，即具有两个抗错级别。在图8这个例子中，排序单元12形成一个具有较大的次数的组和一个具有较小的次数的组。同样，在采用另一个调制方案的情况下，抗错级别通过配置调制信号点和将比特映射到各自的调制信号点来确定。此外，在用次数进行分组中，组内的节点是否具有相同的次数并不重要。
此后，交织单元13对编码比特以排序单元12产生的组为单位进行交织(步骤S4)。是否执行这种处理并不失普遍性。此后，映射单元14将成组的编码比特映射到各自的调制信号点(步骤S5)。在这种情况下，指配的是按照发送方所用的调制方案确定的抗错级别分组的编码比特。
下面结合图10说明根据不同的标记过程将编码比特映射到各自的调制信号点的方法的一个例子。具体地说，图10示出了受到不同的标记过程的调制信号点的四元PAM情况。
在四元PAM的情况下，灰度标记和集合划分是典型的对调制信号点执行的二进制标记过程。在图10所示的灰度标记和集合划分中，指配给每个信号点的比特X和比特Y具有不同的出错概率。图10所示的灰度标记是与图8的类似的二进制标记，其中比特X具有比Y高的抗错性。这一点很容易从上面结合图8所说明的信号点和所标记的比特的判决区域看出。
另一方面，在集合划分中，比特X的出错概率高于比特Y的出错概率。然而，如果比特X得到恰当地判定，并确定比特X的一个子集，就进一步降低了比特Y的出错概率。利用这个特征，可以规定将每个变量节点指配给灰度标志和集合分区的标准。
如果如在图1中所示的无线电接收设备50内检波器52不能接收LDPC解码器55的确定结果，从通信信道取得的比特X和比特Y的可信次数直接影响解码特性。在图10的灰度标记中，将一个包括次数高的(即路径多的)变量节点的组指配给出错概率高的比特Y。另一方面，将一个包括次数低的(即路径少的)变量节点的组指配给出错概率低的比特X。结果，可以得到出色的出错率特性。此外，在图10的集合划分中，如果将一个包括次数低的变量节点的组映射为比特Y而将一个包括次数高的变量节点映射为比特x就可以得到良好的结果。
然而，如果检波器52如在图18中所示的稍后要说明的无线电接收设备70内那样可以接收LDPC解码器55的确定结果，在将一个包括次数高的变量节点的组指配给比特Y而将一个包括次数低的变量节点的组指配给比特X时，在集合划分中可以取得良好的出错率特性。另一方面，在灰度标记中，如果在图18的无线电接收设备70内执行与在无线电接收设备50内相同的指配，就可以取得良好的出错率特性。
如上所述，通过根据变量节点的次数分组，将一个编码比特序列，即多个变量节点，指配给位于多个调制信号点的具有不同出错概率的各二进制标志。因此，按照接收方的解码处理，甚至从同一个信号点也可得到不同的出错率特性。类似，在任何其他调制方案中，必须规定怎样按照对信号点的配置、对信号点执行的标记和所用的解码方法将通过标记调制信号分组的变量节点指配给调制信号点。在这个实施例中，将变量节点分组成与多个调制方案之间的标记相应，按照所用的调制方案找出对编码比特序列分组的方法和将编码比特序列指配给信号点的最佳组合。
第二实施例
下面将结合图12说明按照本发明第二实施例设计的无线电发送设备20和无线电接收设备60。图12为例示无线电发送设备20和无线电接收设备60的配置的方框图。
第二实施例的无线电发送设备20只是在还使用一个通信信道状态接收单元21方面与第一实施例的无线电发送设备10不同。此外，第二实施例的无线电接收设备60只是在还使用一个通信信道状态发送单元61方面与第一实施例的无线电接收设备50不同。在第一和第二实施例中，同样的标号所标的是同样的组成部分，同样的说明就不再重复。
通信信道状态接收单元21从无线电接收设备60接收一个包括通信信道状态的信号。映射单元14按照接收到的通信信道状态确定需将多个编码比特序列映射到各自的调制信号点的映射模式。
通信信道状态发送单元61根据接收信号解调器51接收到的信号检测由于衰落而引起的通信信道状态，将包括通信信道状态的信号发送给无线电发送设备20的通信信道状态接收单元21。此外，通信信道状态发送单元61可以按照接收到的通信信道状态确定需将多个编码比特序列映射到各自的调制信号点的映射模式，将它发送给无线电接收设备60。在这种情况下，通信信道状态接收单元21从无线电接收设备60接收到映射模式后，映射单元14按照接收到的映射模式执行映射。
下面将结合图13说明无线电发送设备20的工作情况。图13为有利于说明无线电发送设备20的工作的流程图。
首先，通信信道状态接收单元21从无线电接收设备60接收到一个包括通信信道状态的信号，从而无线电发送设备20得知通信信道在频基或时基恶化的状态(步骤S11)。映射单元14按照检测到的通信信道状态确定编码比特序列的映射模式(步骤S12)。一种确定映射模式的方法将稍后结合图14(涉及频基状态)和图15(涉及时基状态)进行说明。
按照在步骤S12确定的映射模式，确定解码器的结构，LDPC编码器11接收发送数据，对之编码(步骤S13)。排序单元12按照从奇偶校验矩阵H得出的变量节点的次数对每个所得到的编码比特序列排序(步骤S14)。排序单元12然后将排好的编码比特序列分成与在无线电发送设备20内所用的调制方案相应的预定个组(步骤S15)。
交织单元13以排序单元12所分的组为单位交织编码比特(步骤S16)。按照在步骤S12确定的映射模式，映射单元14将每个组内的每个编码比特映射到相应的调制信号点(步骤S17)。
下面将结合图14和15说明在步骤S12所用的确定映射模式的方法。图14为有利于说明按照频基信噪比(SNR)确定将一个变量节点指配给某个副载波的示意图。图15为有利于说明按照时基SNR确定将一个变量节点指配给某个副载波的示意图。
在一个具有图14所示的频率特性的多载波通信系统内，各副载波之间SNR(即，通信信道状态)是不同的。在这种情况下，将一个次数高的即具有高抗错性的变量节点指配给一个信道状态不良的副载波，而将一个次数低的即具有低抗错性的变量节点指配给一个信道状态良好的副载波。这样就可以防止整个多载波通信系统特性的恶化。
同样，在一个具有如图15所示的变化时基特性的通信信道系统内，将一个包括在每个编码比特序列内的低抗错性的组指配给一个高SNR的时基点，而将一个高抗错性的组指配给一个低SNR的时基点。这样就可以防止整个多载波通信系统特性的恶化。
此外，在通信信道状态具有时基或频基循环的情况下，可以对以上所说明的映射方法执行适当的控制。这将结合图16进行说明。图16示出了按照通信信道状态对映射每个LDPC编码比特序列的控制。
在通信信道状态如图16所示那样改变时，通信信道状态接收单元21检测在一段目标时间内的时基通信信道状态。然后，单元21将在目标时间内的出错特性分成若干级别不同的组。排序单元12按照通信信道状态接收单元21所分的组将每个LDPC编码比特序列分组，再将这些组映射到各抗错级别。这使通信信道状态随时间的改变可以得到迅速处理，不需要按照通信信道状态改变编码器的结构，而只需要在发送方和接收方面利用涉及映射编码器的输出的信息。
在通信信道状态具有时基或频基循环的情况下，可以按照通信状态执行差错控制，不需要改变编码器和交织单元的设置，而只需要设置按照通信信道状态映射每个用变量节点的次数排序的编码比特序列的开始位置。
下面将结合图17进一步说明结合图16所说明的无线电发送设备20和无线电接收设备60的工作实例。
LDPC编码器11输出一个编码比特序列(步骤S21)，排序单元12按照相应的次数对编码比特序列排序(步骤S22)后，按照SNR将排好的编码比特序列分成一些组(步骤S23)。此后，映射单元14例如按照副载波的状态将这些组映射到各副载波(步骤S24)。多元发射信号调制器15对映射的信号进行调制后发送给无线电接收设备60(步骤S25)。
在无线电接收设备60内，接收信号解调器51接收到来自无线电发送设备20的信号(步骤S26)后，通信信道状态发送单元61检测通信信道状态(步骤S27)。此后，确定一个指出怎样按照检测到的通信信道状态将这些组的编码比特映射到调制信号点的映射模式，将它发送给无线电发送设备20(步骤S28)。接收到这个映射模式后，无线电发送设备20按照这个映射模式执行映射(步骤S29)。此外，无线电发送设备20发送给无线电接收设备60的信号从这些组通过检波器52至反排序单元54解除(步骤S30)后，再由LDPC解码器55解码(步骤S31)。
在如上所述那样工作的无线电发送设备20内，不必用上行链路发送为按照通信信道重构编码器所需的所有涉及通信信道状态的信息。无线电发送设备20只要发送涉及从分组得出的映射模式的信息就足够了。因此，在下行链路方通常可以迅速采用适合通信信道状态的编码比特序列的映射模式。在这种情况下，如果应处理更详细的通信信道状态，就将分组模式设置成产生许多组，而如果特性的恶化可以抑制在某个范围内，就将分组模式设置成产生少数几个分组。这可以尽量减小映射的处理量，有利于按照通信信道状态对比特数据编码。
按照第二实施例，采用LDPC编码的无线电通信系统使用了检测由于例如衰落而引起的时基或频基通信信道状态的改变的装置。结果，可以按照通信信道的状态控制编码比特序列的映射，从而使信息可以得到更为准确的解码。
第三实施例
下面将结合图18说明按照本发明第三实施例设计的无线电发送设备10和无线电接收设备70。图18为例示无线电发送设备10和无线电接收设备70的配置的方框图。
第三实施例的无线电发送设备10与第一实施例的无线电发送设备10类似。另一方面，第三实施例的无线电接收设备70只是在还使用排序单元71、交织单元72和加权单元73方面与第一实施例的无线电接收设备50不同。在第一和第三实施例中，同样的标号所标的是同样的组成部分，同样的说明就不再重复。
在第三实施例中，无线电接收设备70重复执行对一个接收信号的解码。
排序单元71和交织单元72具有与排序单元12和交织单元13相同的结构，分别执行与反排序单元54和去交织单元53相反的操作。具体地说，排序单元71对变量节点的似然值排序，而交织单元72交织排好的似然值。
加权单元73根据变量节点的似然值计算出需加到检波器52内的接收信号的似然值上的权，将它输出给检波器52。检波器52按照这个权校正接收信号的似然值。
因此，在第三实施例内，接收信号的似然值可以比在第一实施例内更为精确地计算，从而信息可以比在第一实施例内更为准确地得到解码。
图19示出了第三实施例的一个变型。在这个变型中，无线电发送设备和无线电接收设备还使用了一个能检测通信信道状态的单元。也就是说，这个变型是第二和第三实施例的组合，因此以与组合第二和第三实施例得到的无线电通信系统同样的方式进行工作，从而具有与第三实施例相同的优点。
如上所述，按照第三实施例设计的采用LDPC码的无线电通信系统可以更为准确地对信息解码。
第四实施例
按照第四实施例设计的无线电通信系统不仅用与包括在每个编码比特序列内的比特相应的次数执行对每个编码比特序列的分组，而且还用包括在多个编码比特序列内的比特的次数对多个编码比特序列分组。
下面将结合图20说明在第四实施例的无线电通信系统内所用的无线电发送设备30和无线电接收设备90。
第四实施例的无线电发送设备30只是在采用多个LDPC编码器、排序单元和交织单元方面与第一实施例的无线电发送设备10不同。具体地说，从图20可见，无线电发送设备30通过在无线电发送设备10上再添加另一个LDPC编码器31、排序单元32和交织单元33形成。也就是说，无线电发送设备30包括两个LDPC编码器、两个排序单元和两个交织单元。此外，第四实施例的无线电接收设备90只是在包括多个去交织单元、反排序单元和LDPC解码器方面与第一实施例的无线电接收设备50不同。在第一和第四实施例中，同样的标号所标的是同样的组成部分，同样的说明就不再重复。在无线电发送设备30内，使用数量与去交织单元、反排序单元和LDPC解码器的数量相同的LDPC编码器、排序单元和交织单元。在这个实施例中，如上所述，数量设置为两个。
在第四实施例的无线电通信系统内，多个发送数据项由各自的LDPC编码器编码。在无线电发送设备30内，以发送数据项为单位对发送数据LDPC编码、排序和分组，映射单元14将从所有发送数据项得到的编码比特序列组映射到各自的调制信号点。
具体地说，例如如图21所示，通过LDPC编码器11、排序单元12和交织单元13从两个发送数据项得到编码比特序列1和编码比特序列2。这些编码比特序列如包围变量节点的椭圆所示那样分组。编码比特序列1被分成两个组g1和g2，而编码比特序列2被分成两个分组g3和g4。此后，在映射这些组时，编码比特序列1和2的所有的组g1至g4同时映射到各自的调制信号点。
下面将结合图22说明第四实施例的第一变型。图22为例示按照第一变型设计的无线电发送设备40和无线电接收设备150的方框图。
第一变型的无线电发送设备40只是在包括多个LDPC编码器和单个排序单元和交织单元上与无线电发送设备30不同。此外，第一变型的无线电接收设备150只是在包括多个LDPC解码器和单个反排序单元和去交织单元上与无线电接收设备90不同。在第一变型和第四实施例中，同样的标号所标的是同样的组成部分，同样的说明就不再重复。无线电发送设备40使用数量与无线电接收设备150内使用的LDPC解码器的数量相同的LDPC编码器。在这个变型中，数量设置为两个。
同样在第一变型内，多个发送数据项由各自的LDPC编码器编码。然而，第一变型与第四实施例不同，在排序后不是以发送数据项为单位而是以两个LDPC编码的发送数据项为单位执行处理。
在无线电发送设备40内，每个发送数据项是LDPC编码的，而两个LDPC编码的发送数据项同时输入排序单元12。结果，以两个发送数据项为单位，由排序单元12将LDPC编码的发送数据合成并排序，再由交织单元13交织。另一方面，映射单元14同时将从所有发送数据得到的发送比特序列的组同时映射到各自的调制信号点。
具体地说，例如如图23所示，LDPC编码器11和31分别对输入的发送数据项编码，产生编码比特序列1而2。这两个编码比特序列同时输入排序单元12。在这个变型中，对编码比特序列1和2的所有变量节点，从变量节点n1到变量节点n12，进行分组。此后，在执行映射时，将从编码比特序列1和2得出的所有发送比特序列的组映射到各自的调制信号点。
下面将结合图24说明第四实施例的第二变型。图24为例示按照第二变型设计的无线电发送设备100和无线电接收设备160的方框图。
第二变型的无线电发送设备100只是在不使用LDPC编码器31上与第一变型的无线电发送设备40不同。在设备100内，输入发送数据项中的一些输入LDPC编码器11编码后，输入排序单元12。但是，其他一些输入发送数据项没有受到编码而直接输入排序单元12。
此外，第二变型的无线电接收设备160只是在不使用LDPC解码器93上与第一变型的无线电接收设备150不同。在无线电接收设备160接收到编码数据时，LDPC解码器55对接收数据解码，而在它接收到没有编码的数据时就不使用LDPC解码器55。编码数据解码后，用涉及解码数据的信息从检波器52提取没有编码的数据。
具体地说，例如如图25所示，某些发送数据作为一个不编码比特序列直接输入排序单元12，而其他发送数据首先输入LDPC编码器11，经编码后再作为一个编码比特序列输入排序单元12。排序单元12对不编码比特序列和编码比特序列排序，交织单元13将排好的比特序列交织。在排序单元12按次数对不编码比特序列和编码比特序列分组时，将不编码比特序列考虑为具有最小的次数来排序和分组。此后，映射单元14将每个编码比特序列的组映射到相应的调制信号点。
如上所述，不仅对单个编码比特序列而且也对多个编码比特序列LDPC编码的第四实施例的无线电通信系统可以更为准确地对信息解码。
第五实施例
下面将结合图26说明按照第五实施例设计的无线电发送设备110和无线电接收设备170。
第五实施例的无线电发送设备110只是在还采用一个收缩单元1101上与第一实施例的无线电发送设备10不同。此外，第五实施例的无线电接收设备170只是在还包括一个去收缩单元1701上与第一实施例的无线电接收设备50不同。在第一和第五实施例中，同样的标号所标的是同样的组成部分，同样的说明就不再重复。
收缩单元1101收缩掉由排序单元12分成的具有最高抗错性的编码比特序列组，使得无线电发送设备110不发送这个组。非常可能的是，具有最高抗错性的组可以通过纠错从一个与没有收缩掉的编码比特序列相应的接收信号中恢复。因此，不大可能数据通信由于收缩掉具有最高抗错性的组而中断。
去收缩单元1701用来使与一个收缩的编码比特序列相应的似然值可以用作一个与一个接收信号相应的似然值。
下面将结合图27说明一个编码比特序列的例子。在图27中，一个与所示变量节点n1、n2和n3相应的编码比特序列属于一个具有最高抗错性的组(次数为3)。此外，一个与变量节点n4、n5和n6相应的编码比特序列属于一个需发送的组(次数为1)。即使无线电发送设备110不发送具有最高抗错性的编码比特序列组(次数为3)，无线电接收设备170也可以对这个具有最高抗错性的编码比特序列解码。这可以通过映射一个接收到的编码比特序列组(次数为1)和通过一个接至一个包括在具有最高抗错性的组(次数为3)内的变量节点的路径接收信息来实现。在这种情况下，可以减少实际发送的信息量，从而提高了传输率。
在第五实施例中，如果用从按次数对变量节点排序得出的抗错级别的次序的信息执行分组，一个具有高抗错性的收缩模式可以很容易通过收缩一些具有高抗错性的组检测出来。
在以上所说明的按照第五实施例设计的采用LDPC码的无线电通信系统内，由于可以通过收缩减少无线电发送设备110所发送的数据量，因此可以提高数据传输速次数，而且可以准确地对发送数据解码。
这些实施例的流程图例示了按照本发明的这些实施例设计的方法和系统。可以理解，这些流程图的各个方框和流程图中的一些方框的组合可以用一些计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以加载到一个计算机或其他可编程的设备上来产生一个机器，使得这些指令在计算机或其他可编程的设备上执行时可以生成实现在流程图方框内所规定的功能的装置。这些计算机程序指令也可以存储在一个计算机可读存储器内，命令一个计算机或其他可编程设备以特定的方式操作，使得这些存储在计算机可读存储器内的指令形成一种包括实现在流程图的方框内指定的功能的指令装置的产品。计算机程序指令也可以加载到一个计算机或其他可编程的设备上，使得一系列操作步骤可在计算机或其他可编程设备上执行，产生一个计算机可编程的设备，提供各个步骤，实现在流程图的方框内指定的功能。
熟悉该技术领域的人员很容易想到其他一些优点和变型。因此，本发明并不局限于在这里所示出和所说明的具体细节和典型实施例。所以，可以在不背离如所附权利要求和与这些权利要求等效的表述所给出的本发明的精神实质和范围的情况下作出各种修改。

Claims (7)

1.一种映射使用低密次数奇偶校验LDPC码的编码比特的方法，所述方法包括下列步骤：
用LDPC码对信息比特编码，以产生编码比特；
按照由LDPC码的奇偶校验矩阵表示的变量节点的次数对编码比特排序；
按照一个使用调制方案将排好的编码比特分成多个组；以及
按照所述多个组中的每个组的次数和各调制信号点的抗错性将编码比特映射到各自的调制信号点，使得每个所述组的抗错性和相应调制信号点的抗错性不相互削弱。
2.按照权利要求1所述的方法，所述方法还包括以组为单位交织所述编码比特。
3.按照权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
检测一个发送设备与一个接收设备之间的通信信道状态；以及
考虑每个所述组的抗错性、相应调制信号点的抗错性和检测到的通信信道状态而将编码比特映射到各自的调制信号点。
4.按照权利要求3所述的方法，所述方法还包括以组为单位交织所述编码比特。
5.一种发送编码数据的发送设备，所述发送设备包括：
用低密次数奇偶校验LDPC码对信息比特编码、产生编码比特的编码器；
配置成按照由LDPC码的奇偶校验矩阵表示的变量节点的次数对编码比特排序的排序单元；
配置成按照一个使用调制方案将排好的编码比特分成多个组的划分单元；
映射单元，被配置成按照所述多个组中的每个组的次数和各调制信号点的抗错性将编码比特映射到各自的调制信号点，使得每个所述组的抗错性和相应调制信号点的抗错性不相互削弱；
配置成用所述调制方案调制所映射的编码比特的调制单元；以及
配置成发送经调制的映射编码比特的发送单元。
6.按照权利要求5所述的设备，所述设备还包括配置成以组为单位交织所述编码比特的交织单元。
7.一种接收设备，所述接收设备包括配置成接收来自权利要求5所述的发送设备的经调制的映射编码比特的接收单元。
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