CN101461208A - 使用以高码率代码编码的码字的无线通信 - Google Patents

使用以高码率代码编码的码字的无线通信 Download PDF

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CN101461208A CNA2007800208008A CN200780020800A CN101461208A CN 101461208 A CN101461208 A CN 101461208A CN A2007800208008 A CNA2007800208008 A CN A2007800208008A CN 200780020800 A CN200780020800 A CN 200780020800A CN 101461208 A CN101461208 A CN 101461208A
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Abstract

本发明的实施例提供了使用带有高码率代码的码字的无线通信的方法和装置。可描述并要求保护其他实施例。

Description

使用以高码率代码编码的码字的无线通信
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2006年6月8日提交的题为“LDPC Codes with Both LowComplexity and Incremental Redundancy(具有低复杂度和递增冗余的LDPC码)”美国专利申请No.60/812,458的优先权。
技术领域
[0002]本发明的实施例一般涉及无线通信领域，尤其涉及用于提供带有有限复杂度的递增冗余能力的码字大小选择的方法和装置。
背景
[0003]利用递增冗余的系统通常要忍受不必要的复杂度，因为带有低码率母码的代码被用于大多数传输。至今，通常使用的代码的例子是Turbo码，且解码通常以低母码码率进行，这给高吞吐量系统的解码器提出了高处理要求。
附图简要说明
[0004]通过以下结合附图的详细描述将容易地理解本发明的实施例。为了便于该描述，相似的附图标记指示相似的结构元件。本发明的实施例作为例子而不是作为附图的限制示出。
[0005]图1是根据本文披露的方法和装置的实施例的示例无线通信系统的示意图表示；
[0006]图2是图1的示例无线通信系统的示例基站的框图表示；
[0007]图3示出根据各实施例的支持递增冗余或码率调节的LDPC奇偶校验矩阵的基本配置；
[0008]图4示意性示出使用本地高码率代码的系统和使用低码率母码的系统之间的码字比特差(和相关联的支持存储器)；
[0009]图5示意性示出根据本发明的各实施例的码字解码；以及
[0010]图6是可用于实现本发明的各方面的示例处理器系统的框图表示。
本发明的实施例的详细描述
[0011]在以下的详细描述中，对构成本发明的一部分的附图进行参照，其中在整个附图中相似的附图标记指示相似的部件，并且作为可实施本发明的说明性实施例示出。应理解可利用其他实施例且可在不背离本发明的精神和范围的情况下进行结构或逻辑的改变。因此，以下的详细描述不应被认为是限制的意思，且根据本发明的实施例的范围由所附权利要求书及其等效技术方案所限定。
[0012]可按照有助于理解本发明的实施例的方式将各操作描述为多个按顺序的分立操作，；然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作依赖顺序的。
[0013]对本发明而言，短语“A/B”表示A或B。对本发明而言，短语“A和/或B”表示(A)、(B)或(A和B)。对本发明而言，短语“A、B和C中的至少一个”表示“(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)”。对本发明而言，短语“(A)B”表示“(B)或(AB)”，即A是任选元素。
[0014]说明书中可使用短语“在一实施例中”或“在实施例中”，它们可各自涉及一个或多个相同或不同的实施例。此外，如参照本发明的实施例使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词。
[0015]本发明的实施例提供了用于提供带有有限复杂度的递增冗余能力的码字大小选择的方法和装置。
[0016]参照图1，根据本发明的各实施例的示例无线通信系统100可包括一个或多个无线通信网络，一般示为110、120和130。具体地，无线通信系统100可包括无线个人区域网(WPAN)110、无线局域网(WLAN)120以及无线城域网(WMAN)130。尽管图1示出了三个通信网络，但无线通信系统100可包括附加的或更少的无线通信网络。例如，无线通信网络100可包括附加的WPAN、WLAN和/或WMAN。本文描述的方法和装置不限于这方面。
[0017]无线通信系统100还可包括一个或多个用户站，一般示为140、142、144、146和148。例如，用户站140、142、144、146和148可包括无线电子设备，诸如台式计算机、膝上型计算机、手持式计算机、平板计算机、蜂窝电话、寻呼机、音频和/或视频播放器(例如，MP3播放器或DVD播放器)、游戏设备、摄像机、数码相机、导航设备(例如，GPS设备)、无线外围设备(例如，打印机、扫描仪、头戴式耳机、键盘、鼠标等)、医疗设备(例如，心率监视器、血压监视器等)和/或其他合适的固定、便携或移动电子设备。尽管图1描绘了五个用户站，但无线通信系统100可包括更多或更少的用户站。
[0018]用户站140、142、144、146和148可使用各种调制技术，诸如扩展频谱调制(例如，直接序列码分多址(DS-CDMA)和/或跳频码分多址(FH-CDMA))、时分复用(TDM)调制、频分复用(FDM)调制、正交频分复用(OFDM)调制、多载波调制(MDM)和/或其他适当的调制技术，以便经由无线链路通信。在一个示例中，膝上型计算机140可根据需要很低功率的适当无线通信协议工作，这些无线通信协议诸如Bluetooth
Figure A200780020800D0007141610QIETU
(蓝牙)、超宽带(UWB)和/或射频识别(RFID)，以实现WPAN 110。具体地，膝上型计算机140可经由无线链路与诸如摄像机142和/或打印机144之类的与WPAN 110相关联的设备通信。
[0019]在另一个例子中，膝上型计算机140可使用直接序列扩频(DSSS)调制和/或跳频扩频(FHSS)调制来实现WLAN 120(例如，由电气与电子工程师协会(IEEE)开发的802.11族标准和/或这些标准的变化和演变)。例如，膝上型计算机140可经由无线链路与诸如打印机144和/或手持式计算机146之类的WPAN 120相关联的设备通信。膝上型计算机140还可经由无线链路与接入点(AP)150通信。如以下详细描述的，AP 150可在操作上耦合至路由器150。或者，可将AP 150和路由器152集成为单个设备(例如，无线路由器)。
[0020]膝上型计算机140可使用OFDM调制，通过将射频信号分成多个小的子信号又将这些子信号以不同频率同时发送来发送大量数字数据。具体地，膝上型计算机140可使用OFDM调制来实现WMAN 130。例如，膝上型计算机140可根据由IEEE开发的802.16族标准工作，以用于固定、便携和/或移动宽带无线接入(BWA)网络(例如，IEEE标准802.16-2004(2004年9月18日出版)、IEEE标准802.16e(2006年2月28日出版)、IEEE标准802.16f(2005年12月1日出版)等)以经由无线链路与一般示为160、162和164的基站通信。
[0021]尽管以上参照IEEE开发的标准描述了某些以上示例，但本文披露的方法和装置容易地适用于由其他专用业务组和/或标准开发组织开发的很多规范和标准(例如，无线保真(Wi-Fi)联盟、微波存取全球互通(WiMAX)论坛、红外数据协会(IrDA)、第三代合作伙伴计划(3GPP)等)。本文描述的方法和装置不限于这方面。
[0022]WLAN 120和WMAN 130可经由至以太网的连接、数字用户线路(DSL)、电话线、同轴电缆和/或任何无线连接等，操作上耦合至普通的公用网络或专用网络170，诸如因特网、电话网(例如，公用交换电话网(PSTN))、局域网(LAN)、电缆网和/或另一个无线网络。在一个例子中，WLAN 120可经由AP150和/或路由器152操作上耦合至普通的公用网络或专用网络170。在另一个例子中，WLAN 130可经由基站160、162和/或164操作上耦合至普通的公用网络或专用网络170。
[0023]无线通信系统100可包括其他适当的无线通信网络。例如，无线通信系统100可包括无线广域网(WWAN)(未示出)。膝上型计算机140可根据其他无线通信协议工作以支持WWAN。具体地，这些无线通信协议可基于模拟、数字和/或双模通信系统技术，诸如全球移动通信系统(GSM)技术、宽带码分多址(WCDMA)技术、通用分组无线业务(GPRS)技术、增强数据GSM环境(EDGE)技术、世界移动通信系统(UMTS)技术、第三代合作伙伴计划(3GPP)技术、基于这些技术的标准、这些标准的变化和演变、和/或其他适当的无线通信标准。尽管图1示出WPAN、WLAN和WMAN，但无线通信系统100可包括WPAN、WLAN、WMAN和/或WWAN的其他组合。本文描述的方法和装置不限于这方面。
[0024]无线通信系统100可包括其他WPAN、WLAN、WMAN和/或WWAN设备(未示出)，诸如网络接口设备和外部设备(例如，网络接口卡(NIC))、接入点(AP)、重新分配点、端点、网关、网桥、集线器等，以实现蜂窝电话系统、卫星系统、个人通信系统(PCS)、双向无线电系统、单向寻呼机系统、双向寻呼机系统、个人计算机(PC)系统、个人数据助理(PDA)系统、个人计算附件(PCA)系统和/或其他适当的通信系统。尽管以上描述了某些示例，但本公开内容的覆盖范围不限于此。
[0025]参照图2，基站200可包括网络接口设备(NID)240、处理器250和存储器260。NID 240、处理器250和存储器260可经由总线270在操作上相互耦合。尽管图2示出了经由总线270相互耦合的基站200的组件，但这些组件可经由其他适当的直接或间接连接(例如，点对点连接或点对多点连接)操作上相互耦合。
[0026]NID 240可包括接收机242、发射机244和天线246。基站200可分别经由接收机242和发射机244接收和/或发射数据。天线246可包括一个或多个定向天线或全向天线，诸如偶极天线、单极天线、接线天线、环形天线、微带天线和/或适用于发射射频(RF)信号的其他类型的天线。尽管图2示出了单个天线，但基站200可包括附加天线。例如，基站200可包括多个天线以实现多输入多输出(MIMO)系统。
[0027]尽管图2所示的组件被示为基站200内的独立框，但这些框中的某些执行的功能可集成在单个半导体电路中或者可利用两个或多个独立的集成电路来实现。例如，尽管接收机242和发射机244被示为NID240内的独立框，但可将接收机242集成到发射机244中(例如收发机)。本文描述的方法和装置不限于这方面。
[0028]根据本发明的各实施例，具有递增冗余能力的低密度奇偶校验(LDPC)码被用于无线网络内的通信。LDPC的复杂度受到最大码字大小的选择的限制。这使得高码率码字仍能以其最大效率配置发射，即最长的码字大小，且仅对所发射的比特进行解码计算，并且在需要时与较短的码字一起使用递增冗余。这在复杂度、性能和对递增冗余的使用之间提供了符合需要的折衷，而这一点通过任何其他装置都是很难实现的。尽管参照LDPC码描述了本发明，但本领域的技术人员将理解根据本发明的各实施例可使用其他类型的代码。
[0029]使用递增冗余的当前系统(例如，高速下行链路分组存取(HSDPA))通常使用码率R＝1/3母码的Turbo码。这意味着所有的分组都必需以R＝1/3码率解码，而不管传输中所使用的码率如何。对于高码率，如R＝1/2、3/4或更高，将母码穿孔至合需要的码率。对于包括权利要求的本申请而言，术语高码率应表示R>1/3。在解码器中，穿孔的比特被恢复为最小度量比特并解码为码率R＝1/3码字。这意味着如果信道吞吐量速率是100Mbps(每秒百万比特)(如3GPP/LTE(第三代合作伙伴计划/长期发展版)所需要的)，则解码器必需处理300Mbps的经编码的比特，而不管发射的码率如何。然而，该方案使得递增冗余能相对容易地使用。
[0030]根据本发明的各实施例，将LDPC码用于无线网络内通信，仅需要处理发射的比特。所以如果将解码器设计成仅具有足以处理最大信道比特率(例如，120Mbps)的处理能力，则解码器必须处理网络中发射的任何码率码字。这种情况利用电气与电子工程师(IEEE)802.16e(2006)和802.11n(工作组)中指定的类型的结构代码而可能存在，它还允许灵活的块大小。然而，这种方案一般不能很好地适于递增冗余，因为H矩阵不支持附加奇偶比特的计算，且解码器将不得不被过度设计(如同Turbo码)以便能够在接收器中处理它们。
[0031]图3示出根据各实施例的支持递增冗余或码率调节的LDPC奇偶校验矩阵的基本配置。矩阵的奇偶校验部分中的双对角结构使得在达到所需要的码率时停止奇偶校验比特计算。根据各实施例，随后可通过奇偶校验比特的继续计算而降低码率。根据各实施例，在解码器中仅需要计算H矩阵的填充部分，所以解码器仅需要计算发射的比特。
[0032]图4示出使用本地高码率代码(如LDPC)的系统(400)和使用低码率母码(如Turbo码)的系统(402)之间的码字比特差(和相关联的支持存储器)。对于低码率母码的情况，解码器中也必需计算穿孔的区域，即使它不包含信息。
[0033]参照图5，根据本发明的各实施例，将固定量的存储器(500)N个比特分配用于解码器中的码字处理，且这限制了无线网络的复杂度(和最大的编码增益)。当需要高码率、高效率分组时，且认为这是诸如3GPP/LTE之类的系统的大部分通信量所期望的，则根据各实施例，可调节H矩阵的高码率部分的扩展因子以利用码字存储器的全部长度，并可实现最大性能(502)。当需要递增冗余(IR)时，根据各实施例，可减小扩展因子，以使得需要的母码码率(例如，R＝1/2或R＝1/3)适合最大母码字长度为N比特的码字存储器(504)。以某些高初始码率初始发射的码字可比N比特短，但如果IR重发最终填充了整个N比特，则解码器仍将具有解码它的能力。
[0034]根据各实施例，还可基于本文讨论的因子编码码字。这些因子包括但不限于需要的递增冗余、码率级别、效率等。根据各实施例，以诸如LDCP码之类的本地高码率代码编码码字并在无线通信系统内发射。
[0035]尽管本文描述的方法和装置可与长期发展版(LTE)的第三代合作伙伴计划(3GPP)相关联，但本文描述的方法和装置可容易地适用于其它适当的无线技术、协议和/或标准。本文描述的方法和装置不限于这方面。
[0036]图6是适于实现本文公开的方法和装置的示例处理器系统2000的框图。处理器系统2000可以是台式计算机，膝上型计算机、手持式计算机、平板计算机、PDA、服务器、因特网设备、基站、接入点和/或任何其它类型的计算设备。
[0037]图6所示的处理器系统2000包括芯片组2010，其包括存储器控制器2012和输入/输出(I/O)控制器2014。芯片组2010可提供由处理器2020访问或使用的存储器和I/O管理功能以及多个通用和/或专用寄存器、计时器等。在各实施例中，可赋予芯片组2010的I/O控制器2014全部或部分上述本发明的教义。可使用一个或多个处理器、WLAN组件、WMAN组件、WWAN组件和/或其它适当的处理组件来实现处理器2020。例如，可使用
Figure A200780020800D0011153609QIETU
技术、
Figure A200780020800D0011153621QIETU
技术、
Figure A200780020800D0011153630QIETU
 CentrinoTM技术、
Figure A200780020800D0011153641QIETU
 XeonTM技术和/或
Figure A200780020800D0011153652QIETU
技术来实现处理器2020。或者，可使用其它处理技术实现处理器2020。处理器2020可包括高速缓存2022，它可使用第一级统一高速缓存(L1)、第二级统一高速缓存(L2)、第三级统一高速缓存(L3)和/或其它适当的结构来存储数据。
[0038]存储器控制器2012可执行使处理器2020能经由总线2040访问包括易失性存储器2032和非易失性存储器2034的主存储器2030或与之通信的功能。易失性存储器2030可由同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)和/或任何其它类型的随机存取存储器。非易失性存储器2034可利用闪存、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和/或其它期望类型的存储器。
[0039]处理器系统2000还可包括耦合至总线2040的接口电路2050。接口电路2050可利用诸如以太网接口、通用串行总线(USB)、第三代输入/输出接口(3GIO)接口和/或任何其它类型的接口来实现。在各实施例中，可赋予接口电路2050全部或部分上述本发明的教义。
[0040]一个或多个输入设备2060可连接至接口电路2050。输入设备2060允许个人将数据和命令输入处理器2020。例如，输入设备2060可由键盘、鼠标、触控式显示器、跟踪板、跟踪球、等点鼠标(isopoint)和/或语音识别系统。
[0041]一个或多个输出设备2070也可连接至接口电路2050。例如，输出设备2070可由显示器(例如，发光显示器(LED)、液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)显示器、打印机和/或扬声器)实现。接口电路2050可尤其包括图形驱动器卡。
[0042]处理器系统2000还可包括一个或多个大容量存储设备2080用于存储软件和数据。这种大容量存储设备2080的例子包括软盘和驱动器、硬盘驱动器、紧致盘和驱动器以及数字通用盘(DVD)和驱动器。
[0043]接口电路2050还可包括诸如调制解调器或网络接口卡之类的通信设备以便于经由网络与外部计算机交换数据。处理器系统2000和网络之间的通信链路可以是任何类型的网络连接，诸如以太网连接、数字用户线路(DSL)、电话线、蜂窝电话系统、同轴电缆等。在各实施例中，可赋予接口电路2050全部或部分上述本发明的教义。
[0044]可由I/O控制器2014控制对输入设备2060、输出设备2070、大容量存储设备2080和/或网络的访问。具体地，I/O控制器2014可执行使处理器2020能经由总线2040和接口电路2050与输入设备2060、输出设备2070、大容量存储设备2080和/或网络通信的功能。
[0045]尽管图6所示的组件被示为处理器系统2000内的分离框，但这些框中的某些执行的功能可集成在单个半导体电路中或者可利用两个或多个分离的集成电路来实现。例如，尽管存储器控制器2012和I/O控制器2014被描述为芯片组2010中的分离框，但存储器控制器2012和I/O控制器2014可集成在单个集成电路内。
[0046]尽管针对优选实施例的描述在本文中示出并描述了某些实施例，但本领域的普通技术人员将意识到适于实现相同目的的大量替换和/或等效实施例或实现可取代所示和所述实施例而不背离本发明的范围。本领域的技术人员将容易地意识到根据本发明的实施例可按很多种方法来实现。本申请旨在覆盖本文讨论的实施例的任何修改和变形。因此，显然希望根据本发明的实施例仅由权利要求及其等效技术方案限制。

Claims (19)

1.一种方法，其包括：
在无线通信系统内的接收器处接收以高码率代码编码且不超过所述无线通信系统的最大比特数的码字；
在所述接收器处确定所接收的码字的母码码率；以及
在所述接收器处基于所述母码码率解码所接收的码字。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述接收器处确定所接收的码字的母码码率包括基于扩展因子确定所述母码码率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述接收器处确定所接收的码字的母码码率包括基于与递增冗余的期望量和所发射信息的效率有关的扩展因子确定所述母码码率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在无线通信系统内的接收器处接收以高码率代码编码的码字包括接收以低密度奇偶校验(LDPC)码编码的码字。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述接收器处以高码率代码编码码字，并从所述接收器发射以高码率代码编码且不超过所述无线通信系统的最大比特数的码字。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高码率代码的码率R大于母码的1/3。
7.一种装置，包括：
适于接收以高码率代码编码的码字的接收块；以及
解码块，所述解码块配置有解码器存储器，所述解码器存储器的比特长度与无线网络中发射的码字的最大比特数相对应，主存所述装置的设备在所述无线网络中工作，所述解码块适于确定所接收的码字的母码码率并基于所述母码码率解码所接收的码字。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述解码块适于基于扩展因子确定所述母码码率。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述扩展因子来自包括递增冗余的期望量和所发射信息的效率的组。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述高码率代码是低密度奇偶校验码。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括适于编码带有高码率代码的码字的编码块以及适于发射不超过所述无线网络的最大比特数的经编码的码字的发射块。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述发射块和所述接收块是具有至少一个共有组件的收发器的一部分。
13.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述高码率代码的码率R大于母码的1/3。
14.一种系统，其包括：
全向天线；以及
通信耦合至所述全向天线的装置，其包括：
适于接收以高码率代码编码的码字的接收块；以及
解码块，所述解码块配置有解码器存储器，所述解码器存储器的比特长度与无线网络中发射的码字的最大比特数相对应，主存所述装置的设备在所述无线网络中工作，所述解码块适于确定所接收码字的母码码率并基于所述母码码率解码所接收的码字。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述解码块适于基于扩展因子确定所述母码码率。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述扩展因子来自包括递增冗余的期望量和所发射信息的效率的组。
17.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述高码率代码是低密度奇偶校验码。
18.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述装置还包括适于编码带有高码率代码的码字的编码块以及适于发射不超过所述无线网络的最大比特数的经编码码字的发射块。
19.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述高码率代码的码率R大于母码的1/3。
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