CN101091320B - 用于通信信号的纠错的方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

为通信信号的编码处理提供一种方法和装置。3-条奇偶校验矩阵由吉尔伯特低密度奇偶校验码的奇偶校验矩阵产生，而吉尔伯特低密度奇偶校验码的奇偶校验矩阵具有包含单位矩阵的第一条和包含循环置换矩阵的第二条。增加第三条而形成3-条奇偶校验矩阵，该矩阵可被用于通信信道中信息的编码处理。

Description

用于通信信号的纠错的方法、装置和系统
技术领域
本发明的实施例通常涉及通信信号的纠错。
背景技术
通信信道(无论是传送大量数据系统中的光纤信道、同轴信道、有线信道、无线信道，还是总线连接位置)会将噪声和错误加到在信道传输的信息上。为了纠正由通信信道所添加的错误，信息能以码字形式发送，而各个码字包含相同总量的比特，其中，一些比特是信息(消息)比特，而一些比特用于纠错。n比特长的码字包括k比特和r(r＝n-k)冗余比特，k个比特为代码的消息长度。r比特用于纠正，是r奇偶校验比特。奇偶校验矩阵H包含一组奇偶校验方程，该方程根据如下关系式确定码字：
HCT＝0，
式中，C是码字比特的n维矢量。在接收器处，如果此关系式未满足，则所接收的码字无效，必须纠正或重发。
通过通信信道传送的码字的解码方案有许多。某些方案可以达到准确，另一些方案则可以达到高速解码。在高速数据通信中，所需要的是，高速、精确且实施复杂性不大的解码方案。
发明内容
根据第一实施例，本发明提供了一种用于通信信号的纠错的方法，包括如下操作：
提供吉尔伯特低密度奇偶校验码的奇偶校验矩阵，所述奇偶校验矩阵具有形成2-条吉尔伯特码的含单位矩阵的第一条和含循环置换矩阵的第二条；
增加第三条到所述奇偶校验矩阵上以形成具有相对于所述2-条吉尔伯特码的最小距离而增加的最小距离的3-条奇偶校验矩阵；以及
将所述3-条奇偶校验矩阵用于通信信道中信息的编码处理。
根据优选实施例，增加第三条到所述奇偶校验矩阵以形成3-条奇偶校验矩阵的操作包含：将所述第三条加到所述奇偶校验矩阵，以形成不含权重为4的码字的所述3-条奇偶校验矩阵。
根据优选实施例，增加第三条到所述奇偶校验矩阵以形成3-条奇偶校验矩阵的操作包含：将所述第三条加到所述奇偶校验矩阵以形成所述3-条奇偶校验矩阵，从而给代码提供至少为6的最小距离。
根据优选实施例，增加第三条到所述奇偶校验矩阵的操作包含：增加具有形成为自乘的循环置换矩阵的分量的所述第三条，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条。
根据优选实施例，增加第三条的操作包含：选择循环置换矩阵分量的一个或多个指数，以使该选择可形成不含权重为4的码字的所述3-条奇偶校验矩阵。
根据优选实施例，选择一个或多个指数的操作包含：选择所述第三条中第j分量位置的循环置换矩阵的各指数ij，使得ij≠j。
根据优选实施例，将所述3-条奇偶校验矩阵用于编码处理的操作包含：基于所述3-条奇偶校验矩阵将所述信息解码，以提供含该信息的有效码字。
根据优选实施例，将所述3-条奇偶校验矩阵用于编码处理的操作包含：基于所述3-条奇偶校验矩阵将所述信息编码。
根据第二实施例，本发明提供了一种用于通信信号的纠错的方法，包括如下操作：
接收来自通信信道的信号；
通过应用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵将所述信号解码，以产生有效码字，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵除了含有吉尔伯特低密度奇偶校验码的2-条奇偶校验矩阵的第一和第二条之外还含有第三条，所述第三条被加到2-条吉尔伯特低密度奇偶校验矩阵上以形成具有相对于2-条吉尔伯特码的最小距离而增加的最小距离的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵；以及
从所述码字提取消息。
根据优选实施例，应用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的操作包含：应用不合权重为4的码字的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵。
根据优选实施例，应用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的操作包含：应用其第三条具有多个分量的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，各分量形成为自乘的循环置换矩阵，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条，在所述第三条中第j位置的第j循环置换矩阵的各指数ij具有使ij≠j的值。
根据第三实施例，本发明提供了一种用于通信信号的纠错的方法，包括如下操作：
接收信息；
将所述信号编码以形成与3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵对应的码字，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵除了含有吉尔伯特低密度奇偶校验码的2-条奇偶校验矩阵的第一和第二条之外还含有第三条，所述第三条被加到所述2-条奇偶校验矩阵上以形成具有相对于所述吉尔伯特码的最小距离而增加的最小距离的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵；以及
将所述码字发送到通信信道中。
根据优选实施例，应用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的操作包含：应用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，以给代码提供至少为6的最小距离。
根据优选实施例，应用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的操作包含：应用其第三条具有多个分量的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，各分量形成为自乘的循环置换矩阵，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条，在所述第三条中第j位置的第j个循环置换矩阵的各指数ij具有使ij≠j的值。
根据第四实施例，本发明提供了一种用于通信信号的纠错的装置，包括：
从通信信道接收信号的接收机；以及
具有3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的低密度奇偶校验解码器，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵除了含有吉尔伯特低密度奇偶校验码的2-条奇偶校验矩阵的第一和第二条之外还含有第三条，使得所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵具有相对于2-条吉尔伯特低密度奇偶校验码的最小距离而增加的最小距离；所述低密度奇偶校验解码器与所述接收机连接，以从所述信号产生有效码字。
根据优选实施例，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括不含权重为4的码字的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵。
根据优选实施例，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括其第三条具有多个分量的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，各分量形成为自乘的循环置换矩阵，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条，在所述第三条中第j位置的第j循环置换矩阵的各指数ij具有使ij≠j的值。
根据优选实施例，所述装置包括：
低密度奇偶校验编码器，用以产生根据所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的经编码的消息；以及
发送含有经编码的消息的输出信号的发射机。
根据第五实施例，本发明提供了一种用于通信信号的纠错的装置，包括：
根据3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵将消息编码而产生码字的低密度奇偶校验编码器，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵除了含有吉尔伯特低密度奇偶校验码的2-条奇偶校验矩阵的第一和第二条之外还含有第三条，使得所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵具有相对于2-条吉尔伯特低密度奇偶校验码的最小距离而增加的最小距离；以及
发送含所述码字的信号的发射机。
根据优选实施例，低密度奇偶校验编码器产生一组具有至少为6的最小距离的码字。
根据优选实施例，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括不含权重为4的码字的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵。
根据优选实施例，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括其第三条具有多个分量的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，各分量形成为自乘的循环置换矩阵，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条，在所述第三条中第j位置的第j循环置换矩阵的各指数ij具有使ij≠j的值。
根据第六实施例，本发明提供了一种用于通信信号的纠错的系统，包括具有与有线通信网络连接的连接部的装置，所述装置包括：
从所述有线通信网络接收信号的接收机；
具有3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的低密度奇偶校验解码器，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵除了含有吉尔伯特低密度奇偶校验码的2-条奇偶校验矩阵的第一条和第二条之外还含有第三条，使得所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵具有相对于2-条吉尔伯特低密度奇偶校验码的最小距离而增加的最小距离，所述低密度奇偶校验解码器与所述接收机连接以由所述信号产生有效码字；以及
与所述装置在通信上连接的主系统。
根据优选实施例，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括不含权重为4的码字的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵。
根据优选实施例，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括其第三条具有多个分量的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，各分量形成为自乘的循环置换矩阵，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条，在所述第三条中第j位置的第j循环置换矩阵的各指数ij具有使ij≠j的值。
根据优选实施例，所述装置包括网络接口卡。
根据优选实施例，所述装置包括与10GBase-T相符合的网络接口。
根据优选实施例，所述主系统包括计算机、交换机、路由器或服务器中的至少一个。
根据优选实施例，所述装置包括将信息信号连接到所述接收机的总线，所述总线与PCI兼容。
根据优选实施例，所述装置包括将信息信号连接到所述接收机的总线，所述总线与PCI express兼容。
根据优选实施例，所述系统包括：
低密度奇偶校验编码器，根据所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵将消息编码来产生输出码字；以及
发送含有所述输出码字的输出信号的发射机。
根据第七实施例，本发明提供了一种用于通信信号的纠错的系统，包括：
全向天线；
与全向天线连接而接收信号的接收机；以及
具有3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的低密度连接校验解码器，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵除了含有吉尔伯特低密度奇偶校验码的2-条奇偶校验矩阵的第一和第二条之外还含有第三条，使得所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵具有相对于2-条吉尔伯特低密度奇偶校验码的最小距离而增加的最小距离，所述低密度奇偶校验解码器与所述接收机连接，以由所述信号产生有效码字。
根据优选实施例，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括不含权重为4的码字的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵。
根据优选实施例，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括其第三条具有多个分量的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，各分量形成为自乘的循环置换矩阵，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条。在所述第三条中第j位置的第j循环置换矩阵的各指数ij具有使ij≠j的值。
根据优选实施例，所述系统包括：
低密度奇偶校验编码器，根据所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵将消息编码来产生输出码字；以及发送含有所述输出码字的输出信号的发射机。
附图说明
图1是表示可改进吉尔伯特码结构的编码方法实施例的流程图。
图2表示吉尔伯特码中权重4码字用的奇偶校验矩阵中的一个循环。
图3表示加到2-条奇偶校验矩阵以在图2的吉尔伯特奇偶校验矩阵中中断循环的第3-条的实施例的示例说明。
图4表示相对于AWGN信道情况的标准吉尔伯特码的3-条吉尔伯特码实施例的模拟结果。
图5是表示包含解码器的装置的实施例框图，该解码器适于对由通信信道接收到的3-条吉尔伯特LDPC码进行解码。
图6是表示包含编码器的装置的实施例框图，该编码器适于相对于3-条吉尔伯特LDPC码对消息编码，以形成通信信道中传送的码字。
图7是表示通信网的实施例的框图，该通信网具有实施3-条吉尔伯特LDPC码的实施例的系统。
图8是表示系统800的实施例的框图，该系统将3-条吉尔伯特LDPC码的实施例应用于网络中的通信。
具体实施方式
以下参照附图进行详细说明，讨论具体细节和本发明可实施的实施例。对这些实施例作了充分详细的描述，以使本领域技术人员能实施本发明。可以采用其它的实施例，它们具有结构、逻辑和电气上改变但不偏离本发明的范围。一些公开实施例能与一个或多个其它公开实施例相结合而形成新的实施例，因此，本文公开的各种各样的实施例未必相互排斥。以下的详细说明不含限制意义，本发明实施例的范围仅由附加的权利要求及其所有等同要求所规定。
由于在加性高斯白噪声(AWGN)信道中所取得的解码复杂性和误码率都低，低密度奇偶校验(LDPC)码提供一种强有力的前向纠错工具。LDPC码使用一个低密度奇偶校验矩阵，含有占大部分的0和有限数量的1。一个二进制常规(n，γ，p)LDPC码具有n比特码字长或块长和奇偶校验矩阵，该矩阵每列恰好有γ个1而每行恰好有p个1。此外，该码有一个比率R，定义为R＝k/n，其中k为n比特码字中信息(消息)比特数。已知的LDPC解码器的实例尤其包括最小和算法(min-sum algorithm)、后验概率(APP)解码算法以及均匀最大功效(UMP)解码器。
密度奇偶校验码提供错误检验码，在称为瀑布区(waterfallregion)的区域，该错误检验码适合于非常快的解码程序和有效的误码性能(error performance)。在瀑布区，二进制误码率(BER)随着信噪比(SNR)的增加而迅速降低。但是，某些LDPC码会具有差的最小距离。距离构成块码中码字之间差分的度量。两个码字间的汉明间距是其中两个码字不相同的对应位置数。一个代码的最小距离可以推导为码块中各个码字之间距离集合的最小值。
吉尔伯特码是一种可被作为LDPC码结构应用的、一直适用于纠正突发误码(bursts of errors)的代码，LDPC码结构可以用LDPC解码器进行解码。吉尔伯特码能作为具有奇偶校验矩阵的准循环块码(quasi-cyclic block codes)来实现，该奇偶校验矩阵形成为具有2条的矩阵：1条含有单位矩阵，1条含有循环置换矩阵。奇偶校验矩阵含有成行的0和1。1条是在奇偶校验矩阵中的一行的块。各块可排成一个矩阵。吉尔伯特LDPC码的奇偶校验矩阵的实例可以用以下等式(1)和(2)表示：
H l = I m I m I m . . . I m I m C C 2 . . . C l - 1 - - - ( 1 ) ,
C = 0 0 0 . . . 0 1 1 0 0 . . . 0 0 0 1 0 . . . 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 0 0 . . . 1 0 - - - ( 2 ) .
其中，Im项为m×m单位矩阵，C为循环置换矩阵。作为循环置换矩阵，C具有的特性是，矢量乘以C与在一个位置上循环移位相同。Ci项表示C相乘i次(自乘C到i次幂)，与在i个位置上循环移位是相同。因此，奇偶校验矩阵Hl，可看成是具有2条即2层的矩阵。第一条具有l个如以上所示的链接单位矩阵。第二条具有一个单位矩阵和l-1个循环置换矩阵Ci，其中i的范围是1至l-1。选择l和m的不同数值，供有不同参数的不同的吉尔伯特码结构之用。此外，除了确定应用中使用的单位矩阵的大小之外，在一个码长为n的相关码字中，m与消息比特数k有关，其中k＝n-2m+1。l的值是奇偶校验矩阵的一行中的块数，且与码长n有关，而n又与消息比特数k有关。l的值小于m。
如上指出，吉尔伯特码可提供一种纠正突发误码的手段。但是，在纠正独立个体差错(independent individual errors)中，由于具有非常小的最小汉明距离，吉尔伯特LDPC码结构的性能降低了，这类代码的最小汉明距离为4。纠正独立差错的实例包括，在诸如AWGN信道这类无记忆信道中和在具有交织程序的通信系统中纠正独立差错。
在一实施例中，LDPC码结构是通过将第三条加到吉尔伯特码的奇偶校验矩阵而产生的。文中，LDPC码系指3-条吉尔伯特LDPC码。该第三条可形成为某次幂的循环置换矩阵的链接。3-条吉尔伯特LDPC码的实施例可实现具有相对于相关吉尔伯特码增强的参数的LDPC码方案，如增加的最小距离。
图1是可改进吉尔伯特码结构的编码方法实施例的流程图。这样的改进可以提供对独立差错的纠错。在步骤110，提供吉尔伯特LDPC码的奇偶校验矩阵。此处，奇偶校验矩阵具有第一条和第二条，分别含有单位矩阵和循环置换矩阵。在步骤120，第三条被到奇偶校验矩阵上，以形成3-条奇偶校验矩阵。3-条吉尔伯特码结构的奇偶校验矩阵的一实施例可以用如下的式(3)实现：
H l 3 = I m I m . . . I m I m C . . . C l - 1 C i 0 C i 1 . . . C i l - 1 - - - ( 3 ) .
循环置换矩阵的指数ij通常为非负整数。该指数ij可以在0到m-1的范围内。就ij大于m-1的实施例来说，对于0和m-1之间的某个k，C的ij次幂等于Ck，这样，k＝ij，模m。第三条可被形成为产生没有长度为4的循环的3-条奇偶校验矩阵。可以增加第三条以提供最小距离大于4的代码。在一实施例中，产生一个具有形成为被自乘的循环置换矩阵的分量的第三条，其中，循环置换矩阵从2-条吉尔伯特奇偶校验矩阵中的第二条取得。在一实施例中，给第三条中第j分量处的循环置换矩阵选择各指数ij，使ij≠j。在步骤130，3-条奇偶校验矩阵被应用于通信信道中信息的编码处理。该编码处理可以是对解码器中接收信号的解码。该编码处理可以是将消息比特编码为与3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵相关联的码字。
在一个图示说明的实施例中，考虑了吉尔伯特码中的权重4码字。码字的权重是该码字包含的非零元的数量。在吉尔伯特码中，权重4是码字的最小非零权重。虽然一实施例的如下图示说明的例子涉及权重为4的码字，但也可应用具有其它权重的代码的实施例。
图2表示吉尔伯特码中权重4的码字用的奇偶校验矩阵205中的一个循环。奇偶校验矩阵205中圈线所示的非零入口可被认为是图的结点，在这样的结点之间水平和垂直绘出的虚线可被认为是该图的边。那么，码字的存在意味着在如图2例示的图中闭合循环的存在。含有垂直虚线的210-0、210-1、210-2、210-3各列的模2和与确定码字的零列相等。图2表示一个长度为4的循环，这里，循环长与码字的权重对应。长度为4的循环与权重为4的码字对应。本循环有8根虚线(如图2所示)：4根垂直4根水平，其中4根垂直虚线确定码字的权重。如果将第三条加到2-条吉尔伯特码的奇偶校验矩阵，最小权重的码字与第一/第二条对中的循环和第一/第三条对中的循环都对应。最小权重的码字是全部码字中具有最少非零元数量的非零码字。因此，如果一些列在第一条和第二条中形成循环，而不在第一条和第三条中形成循环，则该组列不代表所述码字。
图3所示的实施例中，第三条被加到一个2-条奇偶校验矩阵上，以将图2的吉尔伯特奇偶校验矩阵中的循环割断。在一实施例中，第三条中的块可构造为出自第二条的次数的排列(permutation ofdegrees)。这样的3-条奇偶校验矩阵中的码字可以由一个图中的两个循环确定：一个循环在第一条310和第二条320中，另一循环在第一条310和第三条330中。图3中的圆圈与结点对应，而虚线与图的边对应。这些循环的垂直边应属于奇偶校验矩阵中的相同列。图3中，对于3-条奇偶校验矩阵305的相同列，在第一条310和第二条320中存在循环，而在第一条310和第三条330中不存在循环。在某一组列中的第一条310和第二条320中显示一个循环，但是如线335和线340所示，第一条310和第三条330中相同列不形成循环。线335表明在前一块中1没有在对应列里，而线340表明1从完成循环的块中的对应位置345中失去。因此，虽然如图2所示这些列能确定2-条吉尔伯特码中的码字，但是这些列不确定3-条码中的码字。
关于等式(3)的3-条奇偶校验矩阵，在第三条中适当地选择次数i0......il-1就能在奇偶校验矩阵中除去所有长度为4的循环。正如图3所示，线335、340表示第三条中割断的循环。因为在第一条和第二条中有循环而在第一条和第三条(在相同的列上)没有循环，所以在3-条奇偶校验矩阵的场合，权重4的码字从这些列里除去。在头两条中，每个权重4的码字发生的情况相同。除去所有的长度为4的循环，将产生自相关的2-条码的最小距离增加的最小距离。在一实施例中，在ij≠j的式(3)的3-条奇偶校验矩阵中，在奇偶校验矩阵中除去所有长度为4的循环是充分的。
在一实施例中，增加第三条而产生改进的吉尔伯特码。如果通过增加第三条，所有权重4的码字被除去(即：在第一和第二条中有循环的列上，在第一和第三条中没有循环。)，那么，非零码字的最小权重就增加。这样的增加最小权重可以至少为6。结果，因为代码最小距离等于非零码字的最小权重。代码的最小距离也增加。通过增加第三条，可以获得码率范围比只用2条更大的一族代码。另外，增加第三条使改进的吉尔伯特码切实可行地用于无记忆信道。在该无记忆信道中，没有第三条，吉尔伯特码较小的最小距离将引起较高的解码错误概率。一般对于纠正独立差错，代码的最小距离为4被认为非常小。因此，吉尔伯特码(2-条奇偶校验矩阵)可能不适合于纠正独立差错。
图4表示对于AWGN信道的场合所用的标准吉尔伯特码的3-条吉尔伯特码的实施例的模拟结果。曲线410代表的所述3-条吉尔伯特码中，消息长为206，码字长为255，比率为0.8078。曲线420代表的对应的吉尔伯特码中，消息长为201，码字长为250，比率为0.8040。比较这两个可比较的比率约为0.8的代码，所述3-条吉尔伯特码显示有关BER-SNR关系的性能比标准吉尔伯特码增强了。
图5表示包含解码器510的装置500的实施例的框图，该解码器500适于对从通信信道接收到的3-条吉尔伯特LDPC码进行解码。解码器510可实现为低密度奇偶校验解码器，该解码器用H-矩阵结构520对来自接收器505的接收信号进行解码，以从有效码字产生消息。在一实施例中，H-矩阵结构520可以是3-条吉尔伯特LDPC码的3-条奇偶校验矩阵。尽管装置500的性能会有突发误码纠正的能力，但是使用3-条吉尔伯特LDPC码为独立差错纠正创造了条件。H-矩阵结构520可作为定义所述3-条奇偶校验吉尔伯特矩阵的一组参数来实现，该3-条奇偶校验吉尔伯特矩阵作为解码器510的组成部分或解码器510的外部被存储。装置500的补充细节没有示出，以突现3-条吉尔伯特LDPC码实施例的应用。装置500的实施例可以包括(但不限于)在数据传送中为纠错提供保证的高速调制调解器、10千兆比特以太网装置、无线以太网装置和/或其它通信系统。
图6是表示包含编码器610的装置600实施例的框图。该编码器610适用于对于3-条吉尔伯特LDPC码将消息编码，以形成通信信道中传送的码字。编码器610可以用低密度奇偶校验编码器的形式实现，该编码器相对于H-矩阵结构620从接收信息产生码字，将来自发射机605的信号传送到通信信道里。在一实施例中，H-矩阵结构620可以是3-条吉尔伯特LDPC码的奇偶校验矩阵。H-矩阵结构620可作为定义3-条奇偶校验吉尔伯特矩阵的一组参数来实现，而该3-条奇偶校验吉尔伯特矩阵作为解码器610的组成部分或在解码器610的外部存储。装置600的补充细节没有示出，以突出3-条吉尔伯特LDPC码实施例的应用。装置600的实施例可以包括(但不限于)在数据传送中为纠错提供保证的高速调制调解器、10千兆比特以太网装置、无线以太网装置和/或其它通信系统。
产生并应用3-条吉尔伯特LDPC码的装置和方法的许多实施例或组合实施例，能以硬件设备、软件设备和软硬件结合的形式实现。这些设备可以包括具有计算机执行指令的计算机可读介质，该介质具有实施其中3-条吉尔伯特LDPC码被产生和/或应用的实施例的计算机可执行指令。在一实施例中，一个计算机可读介质将存储这样的指令，该指令在由机器执行时使机器提供吉尔伯特低密度奇偶校验码的奇偶校验矩阵(该奇偶校验矩阵有第一条和第二条，它们分别含有单位矩阵和循环置换矩阵)，将第三条加到奇偶校验矩阵以形成3-条奇偶校验矩阵，并将该3-条奇偶校验矩阵应用到通信信道中的编码处理。在一实施例中，所述3-条奇偶校验矩阵是没有长度为4的循环的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵。所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵可以有多个分量，其中各分量排成被自乘的循环置换矩阵。循环置换矩阵可以取自奇偶校验矩阵的第二条。在一实施例中，第三条第j位置的第j循环置换矩阵的每个指数ij有一个数值，且ij≠j。计算机可读介质不限订于任何一种介质。所用的计算机可读介质将取决于采用3-条吉尔伯特LDPC码的实施例的应用。
图7是表示通信网700的实施例的框图，该通信网具有实施3-条吉尔伯特LDPC码的实施例的系统。通信网700可以包括网络节点701，该网络节点701包含带编码器715的装置703，编码器715用H-矩阵结构725实施3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的实施例。信道730可以将网络节点701与网络节点702分开。网络节点702包含带解码器710的装置704，解码器710用H-矩阵结构720实施3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的实施例。对于网络节点701和702之间传送的消息，H-矩阵结构725和H-矩阵结构720可包含装置704中信号解码用的一组相同的参数，装置704提供在装置703中被解码的信息比特。在一实施例中，装置703和704可各包含一个编码器和一个解码器。装置703和704可作为使用3-条奇偶校验矩阵解码和编码方法的装置的一个或多个实施例来实现，如图5和6的实施例。
在装置703中，编码器715和H-矩阵结构725可以用单个部件实现，或者，H-矩阵结构725也可配置在编码器715的外部。装置703可包括发射机或收发机。装置710可以向信道730里产生载有数据的信号。该数据可提供源自与装置703通信耦合的主系统745或网络节点701处的其它系统的信息。主系统可在节点处提供一个或多个功能。主系统可在节点处直接控制其它系统和/或装置的运行。作为与装置703耦合的一部分，主系统745可以包含有线或无线的外部连接。或者，主系统745也可包含装置705。主系统745可作为开关、路由器、计算机、服务器或这些装置的组合来实现。主系统745可以经由与外围部件互连(PCI)或高速外围部件互连(PCI express)兼容的介质耦合到装置703。
在装置704中，解码器710和H-矩阵结构720可作为单个部件实现，或者，H-矩阵结构720也可配置在解码器710的外部。装置704可包括接收机或收发机。装置704可从信道730接收载有数据的信号。数据可被解码为适当的码字，以向与装置704通信耦合的主系统740或网络节点702处的其它系统提供信息。作为与装置704耦合的一部分，主系统740可包含有线或无线的外部连接。或者，主系统740也可包含装置704。主系统740可作为开关、路由器、计算机、服务器或这些装置的组合来实现。主系统740可以经由与外围部件互连(PCI)或PC express兼容的介质耦合到装置704。
网络节点701、702可以各表示具有物理层(PHY)实体的处理系统，该PHY实体配置成可根据例如IEEE 802.3系列标准所规定的10GBase-T进行操作。在IEEE结构中10GBase-T PHY可以与例如10G介质接入控制(MAC)和数字介质独立接口(XGMII)接口。例如，10GBase-T PHY可以包含网络接口卡(NIC)的一部分。节点701、702可以包含处理系统和/或适于和10GBase-T装置一起使用的通信设备。例如，节点701、702可实现为一对开关、一对路由器、一对服务器、一个开关和一个路由器、一个开关和一个服务器、一个服务器和一个路由器以及其他等等。另外，节点701、702也可为一个调制系统的一部分，其中，10GBase-T是系统的高速连接。在一实施例中，网络节点701、702设置得可使得主系统734和主系统740配置成单个主系统。节点701、702的另外的实例可以包括高端服务器、超级计算机、群集器、网格计算、工作组交换机上行链路、聚集上行链路、存储系统等等。实施例不限于这个范围。作为可选方案，节点701、702也可以各表示具有物理层(PHY)实体的处理系统，该PHY实体配置成可根据IEEE 802.11系列标准所规定的10GBase-T进行操作。如本领域技术人员所知，网络节点701、702和装置703、704中可能有另一些用于网络通信的部件没有在文中说明或讨论，以突现3-条吉尔伯特LDPC码在通信网络中的应用。
图8是表示系统800的实施例的框图，该系统将3-条吉尔伯特LDPC码的实施例用于网络中的通信。系统800包括控制器805、存储器820和总线815，其中，总线815在控制器805和存储器820之间和控制器805和通信装置810之间实现电连接。通信装置810可以是与有线网络耦合的网络接口或与无线网络耦合的网络接口。或者，通信装置810也可以是与有线网络耦合的网络接口并与无线网络耦合的网络接口。有线网络可以包括具有有线信道、光纤信道和/或同轴信道的网络。
在一实施例中，通信装置810可包括网络接口卡。在一实施例中，通信装置810可包括与10GBase-T装置相一致的通信设备。在一实施例中，通信装置810可包括一个到有线网络的连接部845。在一无线实施例中，通信装置810可与天线850耦合。在一实施例中，天线850可基本上是全向天线。系统800可包括(但不限于)信息处理装置、无线系统、远距离通信系统、光纤系统、光电系统和计算机。
在一实施例中，控制器810是处理器。在一实施例中，通信装置810包括让系统800与其它系统通信的收发机。在图5和图6的装置500和装置600的各种适当改进的实施例组合中，通信装置810可包括编码装置和解码装置。或者，解码装置和编码装置也可包含在配置成通信接口的通信装置810的外围设备825中。
存储器820可包括任何形式的计算机可读介质，该计算机可读介质含有计算机可执行指令，它们根据3-条吉尔伯特LDPC码编码和解码的各种实施例，对使用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的数据进行编码和解码。一实施例可包括与总线815耦合的附加外围设备825。总线815可与PCI或PCI express兼容。外围设备825还可包括显示器、附加存储器或可与控制器805一起工作的其它控制设备。或者，外围设备825也可包括显示器、附加存储器或可与控制器805、通信装置810和/或存储器820一起工作的其它控制设备。
包括具有3-条吉尔伯特LDPC码编码和解码装置的系统的实施例，可应用于与通信信道共同运行的任何系统。通信信道可以是地面通信网络或无线通信网络。确实，实施例可完全实现为任何使用多载波无线通信信道的无线系统(例如，正交频分复用(OFDM)、离散多音频调制(DMT)等等)的一部分，例如可以(但不限于)在无线个人局域网(WPAN)、无线局域网(WLAN)、无线城域网(WMAN)、蜂窝网络、第三代网络(3G)、第四代网络(4G)、通用移动电话系统(UMTS)等类似的通信系统中使用。
3-条吉尔伯特LDPC码的各种实施例，为相对于关联的标准2-带吉尔伯特码的最小距离而增加最小距离创造了条件。对于编码参数和高速解码程序，因为在3-条奇偶校验矩阵中非零元的数量仍然是低的，这样的实施例提供增强的灵活性。使用3-条吉尔伯特LDPC码可以在通信信道中提供增强的有效性能。
虽然在本文已图示说明和描述了具体实施例本领域技术人员应懂得，适于实现相同目标的任何配置均可代替所示的特定实施例。本申请有意涵盖本发明实施例的任何修改和变化。应该懂得，上述说明是描述性的而非限制性的，且本文的用词和术语是为了描述而不是限定。本领域技术人员在审阅上述说明时显然明白上述实施例与其它实施例的结合。本发明的范围包括采用上述结构和制造方法的任何其它应用。本发明的实施例的范围仅由附加的权利要求及其等同要求加以规定。

Claims (35)

1.一种用于通信信号的纠错的方法，包括如下操作：
提供吉尔伯特低密度奇偶校验码的奇偶校验矩阵，所述奇偶校验矩阵具有形成2-条吉尔伯特码的含单位矩阵的第一条和含循环置换矩阵的第二条；
增加第三条到所述奇偶校验矩阵上以形成具有相对于所述2-条吉尔伯特码的最小距离而增加的最小距离的3-条奇偶校验矩阵；以及
将所述3-条奇偶校验矩阵用于通信信道中信息的编码处理。
2.权利要求1所述的方法，其中，增加第三条到所述奇偶校验矩阵以形成3-条奇偶校验矩阵的操作包含：将所述第三条加到所述奇偶校验矩阵，以形成不含权重为4的码字的所述3-条奇偶校验矩阵。
3.权利要求1所述的方法，其中，增加第三条到所述奇偶校验矩阵以形成3-条奇偶校验矩阵的操作包含：将所述第三条加到所述奇偶校验矩阵以形成所述3-条奇偶校验矩阵，从而给代码提供至少为6的最小距离。
4.权利要求1所述的方法，其中，增加第三条到所述奇偶校验矩阵的操作包含：增加具有形成为自乘的循环置换矩阵的分量的所述第三条，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条。
5.权利要求4所述的方法，其中，增加第三条的操作包含：选择循环置换矩阵分量的一个或多个指数，以使该选择可形成不含权重为4的码字的所述3-条奇偶校验矩阵。
6.权利要求5所述的方法，其中，选择一个或多个指数的操作包含：选择所述第三条中第j分量位置的循环置换矩阵的各指数ij，使得ij≠j。
7.权利要求1所述的方法，其中，将所述3-条奇偶校验矩阵用于编码处理的操作包含：基于所述3-条奇偶校验矩阵将所述信息解码，以提供含该信息的有效码字。
8.权利要求1所述的方法，其中，将所述3-条奇偶校验矩阵用于编码处理的操作包含：基于所述3-条奇偶校验矩阵将所述信息编码。
9.一种用于通信信号的纠错的方法，包括如下操作：
接收来自通信信道的信号；
通过应用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵将所述信号解码，以产生有效码字，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵除了含有吉尔伯特低密度奇偶校验码的2-条奇偶校验矩阵的第一和第二条之外还含有第三条，所述第三条被加到2-条吉尔伯特低密度奇偶校验矩阵上以形成具有相对于2-条吉尔伯特码的最小距离而增加的最小距离的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵；以及
从所述码字提取消息。
10.权利要求9所述的方法，其中，应用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的操作包含：应用不含权重为4的码字的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵。
11.权利要求9所述的方法，其中，应用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的操作包含：应用其第三条具有多个分量的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，各分量形成为自乘的循环置换矩阵，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条，在所述第三条中第j位置的第j循环置换矩阵的各指数ij具有使ij≠j的值。
12.一种用于通信信号的纠错的方法，包括如下操作：
接收信息；
将所述信号编码以形成与3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵对应的码字，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵除了含有吉尔伯特低密度奇偶校验码的2-条奇偶校验矩阵的第一和第二条之外还含有第三条，所述第三条被加到所述2-条奇偶校验矩阵上以形成具有相对于所述吉尔伯特码的最小距离而增加的最小距离的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵；以及
将所述码字发送到通信信道中。
13.权利要求12所述的方法，其中，应用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的操作包含：应用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，以给代码提供至少为6的最小距离。
14.权利要求12所述的方法，其中，应用3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的操作包含：应用其第三条具有多个分量的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，各分量形成为自乘的循环置换矩阵，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条，在所述第三条中第j位置的第j个循环置换矩阵的各指数ij具有使ij≠j的值。
15.一种用于通信信号的纠错的装置，包括：
从通信信道接收信号的接收机；以及
具有3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的低密度奇偶校验解码器，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵除了含有吉尔伯特低密度奇偶校验码的2-条奇偶校验矩阵的第一和第二条之外还含有第三条，使得所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵具有相对于2-条吉尔伯特低密度奇偶校验码的最小距离而增加的最小距离；所述低密度奇偶校验解码器与所述接收机连接，以从所述信号产生有效码字。
16.权利要求15所述的装置，其中，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括不含权重为4的码字的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵。
17.权利要求15所述的装置，其中，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括其第三条具有多个分量的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，各分量形成为自乘的循环置换矩阵，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条，在所述第三条中第j位置的第j循环置换矩阵的各指数ij具有使ij≠j的值。
18.权利要求15所述的装置，其中，所述装置包括：
低密度奇偶校验编码器，用以产生根据所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的经编码的消息；以及
发送含有经编码的消息的输出信号的发射机。
19.一种用于通信信号的纠错的装置，包括：
根据3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵将消息编码而产生码字的低密度奇偶校验编码器，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵除了含有吉尔伯特低密度奇偶校验码的2-条奇偶校验矩阵的第一和第二条之外还含有第三条，使得所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵具有相对于2-条吉尔伯特低密度奇偶校验码的最小距离而增加的最小距离；以及
发送含所述码字的信号的发射机。
20.权利要求19所述的装置，其中，低密度奇偶校验编码器产生一组具有至少为6的最小距离的码字。
21.权利要求19所述的装置，其中，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括不含权重为4的码字的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵。
22.权利要求19所述的装置，其中，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括其第三条具有多个分量的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，各分量形成为自乘的循环置换矩阵，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条，在所述第三条中第j位置的第j循环置换矩阵的各指数ij具有使ij≠j的值。
23.一种用于通信信号的纠错的系统，包括具有与有线通信网络连接的连接部的装置，所述装置包括：
从所述有线通信网络接收信号的接收机；
具有3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的低密度奇偶校验解码器，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵除了含有吉尔伯特低密度奇偶校验码的2-条奇偶校验矩阵的第一条和第二条之外还含有第三条，使得所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵具有相对于2-条吉尔伯特低密度奇偶校验码的最小距离而增加的最小距离，所述低密度奇偶校验解码器与所述接收机连接以由所述信号产生有效码字；以及
与所述装置在通信上连接的主系统。
24.权利要求23所述的系统，其中，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括不含权重为4的码字的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵。
25.权利要求23所述的系统，其中，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括其第三条具有多个分量的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，各分量形成为自乘的循环置换矩阵，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条，在所述第三条中第j位置的第j循环置换矩阵的各指数ij具有使ij≠j的值。
26.权利要求23所述的系统，其中，所述装置包括网络接口卡。
27.权利要求23所述的系统，其中，所述装置包括与10GBase-T相符合的网络接口。
28.权利要求23所述的系统，其中，所述主系统包括计算机、交换机、路由器或服务器中的至少一个。
29.权利要求23所述的系统，其中，所述装置包括将信息信号连接到所述接收机的总线，所述总线与PCI兼容。
30.权利要求23所述的系统，其中，所述装置包括将信息信号连接到所述接收机的总线，所述总线与PCI express兼容。
31.权利要求23所述的系统，其中，所述系统包括：
低密度奇偶校验编码器，根据所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵将消息编码来产生输出码字；以及
发送含有所述输出码字的输出信号的发射机。
32.一种用于通信信号的纠错的系统，包括：
全向天线；
与全向天线连接而接收信号的接收机；以及
具有3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵的低密度连接校验解码器，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵除了含有吉尔伯特低密度奇偶校验码的2-条奇偶校验矩阵的第一和第二条之外还含有第三条，使得所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵具有相对于2-条吉尔伯特低密度奇偶校验码的最小距离而增加的最小距离，所述低密度奇偶校验解码器与所述接收机连接，以由所述信号产生有效码字。
33.权利要求32所述的系统，其中，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括不含权重为4的码字的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵。
34.权利要求32所述的系统，其中，所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵包括其第三条具有多个分量的3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵，各分量形成为自乘的循环置换矩阵，所述循环置换矩阵取自所述奇偶校验矩阵的第二条。在所述第三条中第j位置的第j循环置换矩阵的各指数ij具有使ij≠j的值。
35.权利要求32所述的系统，其中，所述系统包括：
低密度奇偶校验编码器，根据所述3-条吉尔伯特奇偶校验矩阵将消息编码来产生输出码字；以及
发送含有所述输出码字的输出信号的发射机。
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