CN101946413B - 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 - Google Patents

Abstract

本申请提供用于使用低密度奇偶校验(LDPC)码对通信系统中的信道进行编码的装置和方法。所述方法包括：确定要经受删余的奇偶性比特的数量；以预先确定的间隔划分所述奇偶性比特；确定所述预先确定的间隔内经受删余的删余比特的数量；确定与所确定的在所述预先确定的间隔内的所述删余比特的数量对应的删余奇偶性比特的位置；和，以所述预先确定的间隔，对与所确定的位置对应的删余奇偶性比特重复地执行删余。通过将奇偶性比特的长度除以奇偶校验矩阵中一个列组的长度来确定所述预先确定的间隔。

Description

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

本发明一般地涉及使用低密度奇偶校验(Low-DensityParity-Check，LDPC)码的通信系统，并具体涉及用于产生特定类型的LDPC码的信道编码／解码方法和装置。

背景技术

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，为了实现例如下一代移动通信、数字广播和便携式国际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。近来已对纠错码(error-correcting code)作为用于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。

通常使用图表示技术来表示LDPC码，并且通过基于图论、代数学和概率论的方法可以分析很多特性。一般地，信道编码的图模型对于码的描述是有用的，并且通过将关于编码比特的信息映射到图中的顶点，并将比特之间的关系映射到图中的边，可以考虑其中顶点通过边交换预先确定的消息的通信网络，因而使得有可能导出自然解码算法。例如，从可被看作一种图的格子结构(trellis)导出的解码算法可以包括公知的Viterbi算法和Bahl、Cocke、Jelinek和Raviv(BCJR)算法。

LDPC码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)表达。所述二部图意指图的顶点被划分为两个不同的类型，并且LDPC码由包括顶点的二部图表示，所述顶点中的一些被称为可变节点(variable node)，并且所述顶点中其他的被称为校验节点(checknode)。可变节点被一对一映射到编码比特。

图1示出了包括4行8列的LDPC码奇偶校验矩阵H₁的例子。参考图1，因为列数是8，所以奇偶校验矩阵H₁指示产生长度8码字的LDPC码，并且列被映射到8个编码比特。

图2是示出与图1的H₁对应的Tanner图的图。

参考图2，LDPC码的Tanner图包括8个可变节点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行被分别映射到可变节点x_i和第j个校验节点。此外，在LDPC码的奇偶校验矩阵H₁中的第i列和第i行彼此相交的点处的值1，即非零值，指示在图2的Tanner图上在可变节点x_i与第i个校验节点之间存在边。

在LDPC码的Tanner图中，可变节点和校验节点的等级指示连接到每一相应节点的边的数量，并且所述等级等于与LDPC码的奇偶校验矩阵中的相关联节点对应的列或者行中的非零项的数量。例如，在图2中，可变节点x₁(202)、x₂(204)、x₃(206)、x₄(208)、x₅(210)、x₆(212)、x₇(214)，和x₈(216)的等级分别是4、3、3、3、2、2、2和2，并且校验节点218、220、222和224的等级分别是6、5、5和5。此外，与图2的可变节点对应的图1奇偶校验矩阵H₁的列中的非零项的数量与图2的可变节点的等级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奇偶校验矩阵H₁的行中的非零项的数量与图2的校验节点的等级6、5、5和5一致。

为了表达LDPC码的节点的等级分布，等级i可变节点的数量与可变节点的总数的比率被定义为f_i，并且等级j校验节点的数量与校验节点的总数的比率被定义为gi。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，f_i=0；以及g₅=3／4、g₆=1／4，并且对于j≠5、6，g_j＝0。当LDPC码的长度被定义为N也即列的数量被定义为N时，并且当行的数量被定义为N／2时，具有上面的等级分布的整个奇偶校验矩阵中的非零项的密度如等式(1)那样计算。

$\frac{{2f}_{2}N+{3f}_{3}N+{4f}_{4}N}{N\·N/2}=\frac{5.25}{N}..........\left(1\right)$

在等式(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，因为码长度N与非零项的密度成反比，所以具有较大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。

图3示意性地示出了在是欧洲数字广播标准之一的第二代数字视频广播-卫星传输(DigitalV_ideo Broadcasting-Satellite transmission2^ndgeneration，DVB-S2)中作为标准技术采用的LDPC码。

在图3中，Ⅳ₁代表LDPC码字的长度，K₁提供了信息字的长度，并且(Ⅳ₁-K₁)提供了奇偶性长度。此外，整数M₁和q被确定为满足q＝(N₁-K₁)／M₁。优选地，K₁／M₁也应该是整数。为了方便，图3的奇偶校验矩阵被称为第一奇偶校验矩阵H₁。

参考图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形状。因此，关于与奇偶性部分对应的列上的等级分布，除了具有等级‘1’的最后一列外，所有列都具有等级‘2’。

在奇偶校验矩阵中，使用下列规则做出信息部分即第0列到第(K₁-1)列的结构。

规则1：其通过将奇偶校验矩阵中与信息字对应的K₁列分组为多个每一个均包括M₁列的组，产生了总共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。

规则2：其首先确定在第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列的等级由D_i代表时i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

如等式(2)中所示那样定义。

$\begin{array}{c}{R}_{i,j}^{\left(k\right)}=R_{i,(j-1)}^{\left(k\right)}+q\mathrm{mod}(N_1-K_1)\\ k=\mathrm{1,2},...,D_i,i=1,...,K_1/M_1,j=1,...,M_1-1\end{array},..........\left(2\right)$

根据上面的规则，可以理解属于第i个列组的列的等级全部等于Di。

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被表达如下。这里，这些序列被称为“权重-1位置序列”。

$R_{\mathrm{1,0}}^{\left(1\right)}=0,R_{\mathrm{1,0}}^{\left(2\right)}=1,R_{\mathrm{1,0}}^{\left(3\right)}=2,$

$R_{\mathrm{2,0}}^{\left(1\right)}=0,R_{\mathrm{2,0}}^{\left(2\right)}=11,R_{\mathrm{2,0}}^{\left(3\right)}=13,$

$R_{3,0}^{\left(1\right)}=0,R_{3.0}^{\left(2\right)}=10,R_{3.0}^{\left(3\right)}=14.$

关于每一个列组中第0列的权重-1位置序列，对于每一个列组，只有对应的位置序列可以如下表达。例如：

0 1 2

0 11 13

0 10 14.

换句话说，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。

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的DVB-S2LDPC码相同概念的LDPC码。

已知使用结构形状能够有效地编码根据规则1和规则2设计的DVB-S2LDPC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编码的过程中的相应步骤。

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-S2LDPC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

步骤1：LDPC编码器如下初始化奇偶性比特：

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。

0 2084 1613 1548 1286 1460 3196 4297 2481 3369 3451 4620 2622

$R_{\mathrm{1,0}}^{\left(1\right)}=0,R_{\mathrm{1,0}}^{\left(2\right)}=2048,R_{1.0}^{\left(3\right)}=1613,R_{\mathrm{1,0}}^{\left(4\right)}=1548,R_{\mathrm{1,0}}^{\left(5\right)}=1286,$

$R_{\mathrm{1,0}}^{\left(6\right)}=1460,R_{\mathrm{1,0}}^{\left(7\right)}=3196,R_{\mathrm{1,0}}^{\left(8\right)}=4297,R_{\mathrm{1,0}}^{\left(9\right)}=2481,R_{\mathrm{1,0}}^{\left(10\right)}=3369,$

$R_{\mathrm{1,0}}^{\left(11\right)}=3451,R_{\mathrm{1,0}}^{\left(12\right)}=4620,R_{\mathrm{1,0}}^{\left(13\right)}=2622.$

LDPC编码器使用读取的信息和第一信息比特i₀，根据等式(3)更新特定的奇偶性比特p_x。这里，x是对于k＝1，2，...，13的

值。

$\begin{array}{c}{p}_0=p_0\⊕i_0,p_{2084}=p_{2064}\⊕i_0,p_{1613}=p_{1613}\⊕i_0,\\ p_{1548}=p_{1548}\⊕i_0,p_{1286}=p_{1286}\⊕i_0,p_{1460}=p_{1460}\⊕i_0,\\ p_{3196}=p_{3196}\⊕i_0,p_{4297}=p_{4297}\⊕i_0,p_{2481}=p_{2481}\⊕i_0,\\ p_{3369}=p_{3369}\⊕i_0,p_{3451}=p_{3451}\⊕i_0,p_{2481}=p_{2481}\⊕i_0,\\ p_{2622}=p_{2622}\⊕i_0\end{array},.........\left(3\right)$

在等式(3)中，也可以表达为

并且

 表示二进制加法。

步骤3：LDPC编码器首先找出在i₀之后对于接下来的359个信息比特i_m(其中m=1、2、...、359)等式(4)的值。

{x+(mmodM₁)×q}mod(N₁-K₁)，M₁=360，m＝1，２...，359........(4)

在等式(4)中，x是对于k=1，2，...，13的

值。应该注意，等式(4)具有与等式(2)相同的概念。

接着，LDPC编码器使用在等式(4)中找到的值执行与等式(3)类似的操作。即，LDPC编码器针对i_m更新例如，对于m＝1，即对于i₁，LDPC编码器如等式(5)中定义那样更新奇偶性比特

$\begin{array}{c}{p}_{15}=p_{15}\⊕i_1,p_{2099}=p_{2099}\⊕i_1,p_{1628}=p_{1628}\⊕i_1,\\ p_{1563}=p_{1653}\⊕i_1,p_{1301}=p_{1301}\⊕i_1,p_{1475}=p_{1475}\⊕i_1,\\ p_{3211}=p_{3211}\⊕i_1,p_{4312}=p_{4312}\⊕i_1,p_{2496}=p_{2496}\⊕i_{1,}\\ p_{3384}=p_{3384}\⊕i_1,p_{3466}=p_{3466}\⊕i_1,p_{4635}=p_{4635}\⊕i_1,\\ p_{2637}=p_{2637}\⊕i_1\end{array},.........\left(5\right)$

应该注意，在等式(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。

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p_x，其中x是LDPC编码器通过在i₃₆₀之后类似地将等式(4)应用于接下来的359个信息比特i₃₆₁、i₃₆₂、...、i₇₁₉更新

m＝361,362,....，719。

步骤5：LDPC编码器针对所有各自均具有360个信息比特的组重复步骤2、3和4。

步骤6：最后，LDPC编码器使用等式(6)确定奇偶性比特。

$p_i=p_i\⊕p_{i-1},i=\mathrm{1,2},...,N_1-K_1-1.........\left(6\right)$

等式(6)的奇偶性比特p_i是经过LDPC编码的奇偶性比特。

如上所述，DVB-S2通过步骤1到步骤6的过程执行编码。

为了将LDPC码应用到实际的通信系统，LDPC码应该被设计成适于通信系统中所要求的数据速率。具体来说，不仅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，而且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。

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个类型的码字长度，并且每一个类型的LDPC码均需要独立的奇偶校验矩阵。由于这些原因，本领域对于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的需求盼望已久。具体来说，在DVB-S2系统中，为了传输信令信息，需要具有数百到数千比特的数据的传输。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。

此外，因为针对LDPC码的每一个码字长度单独存储独立的奇偶校验矩阵降低了总体存储器效率，所以需要能够根据给定的现有奇偶校验矩阵有效地支持各种码字长度而无需设计新的奇偶校验矩阵的方案。

发明内容

因此，本发明已被设计成至少解决这些问题和／或缺点，并至少提供下面描述的优点。本发明的一个方面是在采用LDPC码的通信系统中使用缩短或者删余提供用于从给定LDPC码产生具有不同码字长度的LDPC码的信道编码／解码方法和装置。

本发明的另一个方面是在使用LDPC码的通信系统中提供针对DVB-S2体系结构保证最优性能的信道编码／解码方法和装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于编码使用低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统中的信道的方法。所述方法包括：确定要经受删余的奇偶性比特的数量；以预先确定的间隔划分所述奇偶性比特；确定所述预先确定的间隔内经受删余的删余比特的数量；确定与所确定的在所述预先确定的间隔内的所述删余比特的数量对应的删余奇偶性比特的位置；和，以所述预先确定的间隔，对与所确定的位置对应的删余比特重复地执行删余。通过将奇偶性比特的长度除以奇偶校验矩阵中一个列组的长度来确定所述预先确定的间隔。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于编码使用低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统中的信道的装置。所述装置包括：删余样式施加器，用于确定要经受删余的奇偶性比特的数量，以预先确定的间隔划分所述奇偶性比特以确定在所述预先确定的间隔内经受删余的删余比特的数量，确定与所确定的在所述预先确定的间隔内的删余比特的数量对应的删余奇偶性比特的位置，并以所述预先确定的间隔，对与所确定的位置对应的所述删余比特重复地执行删余。通过将所述奇偶性比特的长度除以奇偶校验矩阵中一个列组的长度来确定所述预先确定的间隔。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于解码使用低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统中的信道的方法。所述方法包括：解调从发射机发送的信号；确定在解调后的信号中是否存在被删余的比特；当存在被删余的比特时，通过估计关于删余样式的信息确定被删余奇偶性比特的位置；和，使用所确定的所述被删余奇偶性比特的位置解码数据。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于解码使用低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统中的信道的装置。所述装置包括：解调器，用于解调从发射机发送的信号；删余样式决定单元，用于通过从解调后的信号估计关于删余样式的信息确定被删余奇偶性比特的位置；和解码器，用于使用所确定的所述被删余奇偶性比特的位置解码数据。

附图说明

当结合附图时，从下列详细描述，本发明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：

图1是示出长度8的LDPC码的奇偶校验矩阵的例子的图；

图2是示出用于长度8的LDPC码的奇偶校验矩阵的例子的Tanner图的图；

图3是示意性示出DVB-S2LDPC码的结构的图；

图4是示出DVB-S2LDPC码的奇偶校验矩阵的例子的图；

图5是示出了在使用LDPC码的通信系统中的收发机的结构的框图；

图6是示出将随机删余(puncture)施加于图4的LDPC码的第一例子的图；

图7是示出将非随机删余施加于图4的LDPC码的第二例子的图；

图8是示出将非随机删余施加于图4的LDPC码的第三例子的图；

图9是示出了根据本发明的实施例的、用于从所存储的LDPC码的奇偶校验矩阵产生具有不同码字长度的LDPC码的方法的流程图；

图10是示出了根据本发明的实施例的、当施加删余样式时接收装置中的LDPC解码方法的流程图；

图11是示出应用了本发明所提出的删余和缩短的LDPC码的发射装置的结构的框图；和

图12是示出应用了本发明所提出的删余和缩短的LDPC码的接收装置的结构的框图。

贯穿附图，相同的附图参考数字将被理解成指示相同的元素、特征和结构。

具体实施方式

现在将参考附图详细地描述本发明的实施例。在下面的描述中，当包括对并入本说明书的已知功能和配置的详细描述可能模糊本领域技术人员对本发明的理解时，为了清晰和简洁起见，可能已经将其省略。

本发明的实施例提供了用于使用特定类型的结构化LDPC码的奇偶校验矩阵来支持具有各种码字长度的LDPC码的方法和装置。此外，本发明的实施例提供了用于支持使用特定类型的LDPC码的通信系统中的各种码字长度的装置以及用于控制其的方法。具体来说，本发明的实施例提供了用于使用给定LDPC码的奇偶校验矩阵产生LDPC码的方法和装置，所产生的LDPC码在长度上比给定的LDPC码更短。

图5是示出了在使用LDPC码的通信系统中的收发机的结构的框图。

参考图5，消息u在被发送到接收机530之前被输入发射机510中的LDPC编码器511。LDPC编码器511编码输入的消息u，并将经编码的信号c输出到调制器513。调制器513调制编码信号c，并在无线信道520上将经调制的信号s发送到接收机530。接收机530中的解调器531解调接收到的信号r，并将经解调的信号x输出到LDPC解码器533。LDPC解码器533基于通过无线信道520接收到的数据估计消息的估计值u。

LDPC编码器511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511可以支持使用LDPC码的各种码字长度而不单独需要额外的存储信息。

根据本发明的实施例，支持各种码字长度的方法使用缩短技术和／或删余技术。这里所使用的术语“删余技术(puncturing technique)”表示在通过执行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LDPC码字的指定部分的方法。因此，接收机确定未传送部分已被擦除。

为了更好理解删余技术，下面将更详细地描述图3和图4中示出的DVB-S2LDPC码的奇偶校验矩阵。

关于图3中示出的DVB-S2LDPC码的奇偶校验矩阵，其总长度是N₁，引导部分对应于长度K₁的信息比特

并且后面部分对应于长度(Ⅳ₁-K₁)的奇偶性比特

一般地，删余技术既可施加于信息比特，也可施加于奇偶性比特。尽管删余技术和缩短技术同样地减少码字长度，但是不像缩短技术，这里在上面描述的删余技术不限制具体比特的值。删余技术是一种只是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。换句话说，通过只是不发送所产生的长度N₁的LDPC码字中N_p个预先定义的位置中的比特，删余技术能够获得与通过发射长度(Ⅳ₁-N_p)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。

此外，根据本发明，因为当系统被建立时，被删余的比特的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。

在删余技术中，因为发射机实际发送的码字的长度是N₁-N_p，并且信息字的长度恒定为K₁，所以码比率变为K₁／(Ⅳ₁-N_p)，其总是大于第一给定码比率K₁/N₁。

现在将描述适于DVB-S2LDPC码的缩短技术和删余技术。如上所述，DVB-S2LDPC码是具有特定结构的LDPC码。因此，与正常LDPC码相比，DVB-S2LDPC码能够经历更有效的缩短和删余。

为了本例的方便，假设LDPC码的码字长度和信息长度分别是N₂和K₂。如果给出Ⅳ₁-N₂＝N_Δ并且K₁-K₂=K_Δ的定义，则通过从DVB-S2LDPC码的奇偶校验矩阵缩短K_Δ比特和删余N_p(＝V_Δ-K_Δ)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_Δ＞0或者K_Δ＞0的LDPC码，因为其码比率

一般不同于DVB-S2LDPC码的码比率K₁／Ⅳ₁，所以其代数特性改变。对于N_Δ=K_Δ，通过不执行缩短和删余，或者通过只执行缩短，产生LDPC码。

参考图4，将详细描述被施加了奇偶性删余的DVB-S2LDPC码的特性。要注意，对于图4的DVB-S2LDPC码，N₁=30、K₁=15、M₁=5并且q=3，并且在三个例子中第0列的权重-1位置序列如下：

0 1 2

0 11 13

0 10 14

在第i列中的权重-1位置序列顺序地表示关于第i个列组中具有1的行的位置的信息。

图6是示出将随机删余施加于图4的LDPC码的第一例子的图。因为在图6中被删余的奇偶性比特在解码器处要经擦除处理，所以与其他未经擦除比特相比，在LDPC解码过程中，被删余奇偶性比特在性能改善效果上并非更强，导致可靠性降低。结果，直接连接到可靠性较低的被删余奇偶性比特的其他比特在解码过程中也遭受性能改善效果上的下降。随着在Tanner图上直接连接到被删余比特的边的数量更大，性能改善效果上的下降更显著。

例如，在图6中，对应于第0列的第0信息比特直接连接到被删余奇偶性比特两次，对应于第3列的第3信息比特直接连接到被删余奇偶性比特一次，并且对应于第8列的第8信息比特直接连接到被删余奇偶性比特三次。在这种情况下，在解码过程中，第3、第0和第8信息比特按顺序在性能改善效果上由强至弱。换句话说，当可变节点的等级彼此相等时，随着所连接的被删余比特的数量增加，性能改善效果较低。

从图6可以理解，通过随机删余样式直接连接到每一个信息字的被删余奇偶性比特的数量是随机的。因此，很可能每一个信息比特的可靠性也将是随机的。换句话说，虽然某些信息比特可以获得比所需更高的解码性能，但是其他的信息比特可能遭受显著的性能退化。在解码过程中，这种随机删余样式可能导致不容忽视的信息比特可靠性的不规则性。

图7是示出将非随机删余施加于图4的LDPC码的第二例子的图。更具体地，在图7中示出的例子中施加了特定类型的相对非随机删余样式。

参考图7，尽管施加了相对非随机删余样式，但是与信息比特的连接可以根据对应的删余样式而是不规则的。与图6的随机删余样式相比，图7的非随机删余样式可以更不规则。

在具有像DVB-S2LDPC码那样特定结构的、带奇偶校验矩阵的LDPC码的情况下，信息比特和根据删余样式删余的奇偶性比特之间的连接可以被显著地改变。

本发明的实施例提出了一种删余样式：其通过使用DVB-S2LDPC码的结构特性最大限度地抑制解码过程中信息比特可靠性的不规则性来提供稳定的解码性能。

图8是示出非随机删余被施加于图4的LDPC码的第三例子的图。在图8的例子中，因为q值是3而在被删余奇偶性比特之间保持恒定间隔3的删余样式被施加于图4中示出的奇偶校验矩阵，q是组成变量之一。在图8中可以看到，所有信息比特中的每一个都平等地连接到2个被删余比特。

当因DVB-S2LDPC码的结构所致而根据q值设置被删余奇偶性比特之间的间隔时，被删余比特和信息比特之间的不规则性明显降低。这将参考图3更好地描述。

参考规则1和2以及图3，关于每一个列组，在对应列组中第一列中的‘1’的位置确定剩余列中‘1’的位置。关于模(Ⅳ₁-K₁)，1位于剩余列中的行的附标(index)与1位于第一列中的行的附标恰好相差q的倍数，其中N₁代表LDPC码字的长度，K₁表示信息字的长度。更具体地，对于模(N₁-K₁)，1位于特定列组中两个连续列中的行的附标彼此恰好相差q。

DVB-S2LDPC码的另一个特性在于与奇偶校验矩阵中奇偶性对应的子矩阵。参考图3，奇偶性部分具有下三角矩阵的结构，其中1存在于所有的对角部分中，并且在这个结构中，第i个奇偶性比特对应于位于第i行中的1。

因DVB-S2LDPC码的结构特性所致，假设特定奇偶性比特被删余，如果准确地以间隔q重复奇偶性删余，则连接到特定列组中的被删余的奇偶性比特的信息比特的边的数量是最大程度规则的。例如，假设针对0≤i＜q，第i个奇偶性比特被删余，并且对于0≤k＜M₁，第(i+kq)奇偶性比特被重复删余，则连接到第i个奇偶性比特的信息比特指示对于与对应信息比特对应的列c1，存在于第i行中。因此，可以理解，‘1’存在于根据规则1和规则2的列组中的列中的、与上面信息比特隔开k的信息比特对应的列中的第(i+kq)行中。结果，该信息比特被连接到被删余的第(i+kq)比特。

对于DVB-S2LDPC码，因为与所有信息字对应的可变节点的等级在一个列组中彼此相等，并且在一行中分布了一个和更少的‘1’，当施加删余样式时，对应于一个列组的信息比特被连接到相同数量的被删余比特。因此，被删余比特与信息比特之间的连接变得规则，所以在解码过程中可以预期稳定的解码。

施加上述删余方案的一般过程可以被概括如下。在下面的概括中，假设N1表示LDPC码字的长度，每一个列组具有M₁列，并且N_p个奇偶性比特经受删余。在图9中示出下列删余过程。

更具体地，图9是示出了根据本发明的实施例的、用于从所存储的LDPC码的奇偶校验矩阵产生具有不同码字长度的LDPC码的方法的流程图。

删余步骤1：在步骤901中，发射装置产生已经历或未经历缩短的当前DVB-S2LDPC码字。

删余步骤2：发射装置在步骤903中确定长度N_p，其将以该长度N_p执行删余，并在步骤905中计算

其中

是小于或者等于x的最大整数。

删余步骤3：在步骤907中，对于0≤x＜A和0≤i_x＜q，发射装置确定要经受删余的奇偶性比特

假设对于0≤x＜q，，考虑到性能(这里给定A≤q的关系)而预先确定i_x的值。

删余步骤4：在步骤907中，发射装置将删余施加于所有对于0≤x＜A和0≤k＜M₁的奇偶性比特

这里，常数B是预先设置的非零整数。

删余步骤5：在步骤907中，发射装置另外地删余对于0≤k＜N_p-AM₁的奇偶性比特

此后，发射装置在步骤909中发送除了被删余比特以外的比特。

可以理解，在删余过程中，在删余步骤3和删余步骤4中删余AM₁个奇偶性比特，并且在删余步骤5中删余(N_p-AM₁)个奇偶性比特，导致总共N_p个奇偶性比特被删余。至于在经历删余后被发送的DVB-S2LDPC码字，接收装置通过解码过程将接收到的信号恢复为其原始信号，下面将参考图10更详细地描述所述解码过程。

为了更好理解删余步骤3到删余步骤5的删余过程，将描述下列的具体例子。这里使用的DVB-S2LDPC码是具有N₁=16200、K₁=3240、M₁=360和q=36的码。

删余步骤1的例子：发射装置产生已经历或者未经历缩短的当前DVB-S2LDPC码字。

删余步骤2的例子：发射装置确定长度N_p，其将以该长度N_p执行删余，并计算其中

是小于或者等于x的最大整数。

删余步骤3的例子：发射装置对于0≤x＜A和0≤i_x＜q确定要经受删余的奇偶性比特

对于0≤x＜36，使用被删余奇偶性比特与奇偶性比特之间的连接以及考虑渐进性能优秀的情况的密度进化分析方法，i_x的值如下选择。

27、13、29、32、5、0、11、21、33、20、25、28、18、35、8、3、9、31、22、24、7、14、17、4、2、26、16、34、19、10、12、23、1、6、30、

在上面的序列中，第x个权重-1位置序列对应于0≤x＜36的i_x的值。

删余步骤4的例子：发射装置将删余施加于对于0≤x＜A并且0≤k＜360的所有奇偶性比特这里，B的值被设置为1。

删余步骤5的例子：发射装置补充删余对于0≤k＜N_p-360.A的奇偶性比特

从删余步骤1到删余步骤5的例子可以理解，当已知要被删余的比特数量N_p、定义i_x的值的序列信息和q值时，可以准确地定义删余样式。

当施加于删余步骤1到删余步骤5的例子的DVB-S2LDPC码的所有奇偶性比特被表示为(p₀、p₁、p₂、…、p₁₂₉₅₉)时，删余步骤的例子可以如表1中所示那样概括。

表1

举个删余步骤的另一个实施例，针对具有Ⅳ₁=16200、K₁=7200、M₁=360和q=25的DVB-S2LDPC码，可以确定表2中所示的删余样式。

表2

如上所述，本发明的实施例可以应用能够使用DVB-S2LDPC码的结构特性来稳定DVB-S2LDPC码的性能的高效删余技术，而非应用任意的删余技术或者通常用于删余DVB-S2LDPC码的简单的规则删余技术。

再次参考用于确定DVB-S2LDPC码的删余步骤3中被删余的比特的顺序的方法，所述方法通过在Tanner图上使用密度进化分析方法和循环分析方法确定被删余比特的顺序。

删余技术有助于增大的码比率，因为其改变了LDPC码字的长度并且也降低了码字长度而没有改变信息字的长度。因此，删余技术以及缩短技术可被一起应用以获得系统中所需的码比率和码字长度。

如上所述，当本发明的实施例意图使用缩短技术和删余技术最终从给定的具有码字长度N₁和信息长度K₁的LDPC码获取的LDPC码的码字长度和信息长度分别由N₂和K₂代表时，如果给出定义Ⅳ₁-N₂=N_Δ并且K₁-K₂=K_Δ，则通过从LDPC码的奇偶校验矩阵缩短K_Δ比特并删余N_p(=N_Δ-K_Δ)比特，可以产生具有码字长度N₂和信息长度K₂的LDPC码。对于生成的LDPC码，可以考虑N₂和

来设置删余和缩短长度，因为对于N_Δ＞0或者K_Δ＞0，其码比率是

图10是示出了根据本发明的实施例的接收装置中的接收方法的流程图。

参考图10，在步骤1001中，接收装置从接收到的信号确定(或估计)删余／缩短样式。此后，接收装置在步骤1003中确定是否存在有被删余或被缩短的比特。

如果不存在被删余或被缩短的比特，则接收装置在步骤1009中执行解码。但是，如果存在被缩短或者删余的比特，则在步骤1005中接收装置将删余／缩短样式传递到LDPC解码器1160。

在步骤1007中，LDPC编码器1160确定被删余比特是被擦除的比特，并确定被缩短比特的值将是零(0)的概率是1。此后，LDPC解码器1160执行解码。

图11中示出了用于实施DVB-S2LDPC码的删余过程的发射装置的详细例子。图11示出了根据本发明的实施例的、使用删余／缩短LDPC码的发射装置的结构的框图。

参考图11，发射装置包括控制器1110、缩短样式施加器1120、LDPC码奇偶校验矩阵提取器1140、LDPC编码器1160和删余样式施加器1180。

LDPC码奇偶校验矩阵提取器1140提取经历了缩短的LDPC码奇偶校验矩阵。可以使用存储器提取LDPC码奇偶校验矩阵，可以在发射装置中给出，或者可以在发射装置中产生。

控制器1110控制缩短样式施加器1120以根据信息长度确定缩短样式，并且缩短样式施加器1120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，使用序列产生器(未示出)产生，或者使用用于奇偶校验矩阵和给定信息长度的密度进化分析算法获取。

LDPC编码器1160基于通过控制器1110和缩短样式施加器1120经过了缩短的LDPC码来执行编码。

控制器1110控制删余样式施加器1180。删余样式施加器1180确定将要经受删余的比特的数量，以预先确定的间隔划分奇偶性比特，以便确定在预先确定的间隔内经受删余的奇偶性比特的数量；确定与在预先确定的间隔内确定的删余比特的数量对应的删余奇偶性比特的位置；和，以预先确定的间隔，在与所确定的位置对应的奇偶性比特上重复地执行删余。

图12是示出了根据本发明的实施例的接收装置的结构的框图。更具体地，图12中示出的接收装置接收从使用经过了删余或者缩短的DVB-S2LDPC码的通信系统发射的信号，并从接收到的信号恢复用户想要的数据。

参考图12，接收装置包括控制器1210、缩短／删余样式决定／估计单元1220、解调器1230和LDPC解码器1240。

解码器1230接收和解调经历了缩短的LDPC码，并将解调后信号传递到缩短／姗余样式决定／估计单元1220和LDPC解码器1240。

缩短／删余样式决定／估计单元1220在控制器1210的控制下从所述解调后信号确定(或者估计)关于LDPC码的删余或者缩短样式的信息，并将被删余和缩短的比特的位置信息传递到LDPC解码器1240。在缩短／姗余样式决定／估计单元1220中确定或者估计删余／缩短样式可以使用存储在存储器中的删余／缩短样式，可以使用先前实施的产生方法产生删余／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进化分析算法获取删余／缩短样式。LDPC解码器1240在被删余比特上执行擦除处理，并对其执行解码。

此外，当发射装置既应用缩短也应用删余时，接收装置中的缩短／姗余样式决定／估计单元1220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做出样式确定或估计。

LDPC解码器1240在被删余比特将是零(0)的概率和被删余比特将是1的概率都等于1／2的假设下执行解码。因为缩短比特的值将是零的概率是1(即100％)，所以LDPC解码器1240依赖于被缩短比特将是零的概率值1确定其是否将允许被缩短比特参加其解码操作。

当LDPC解码器1240获得了关于被缩短／缩样式决定／估计单元1220缩短的DVB-S2LDPC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。

从图11中示出的发射装置，可以理解，缩短在LDPC编码器1160的输入级中执行，并且删余在LDPC编码器1160的输出级执行。但是，在图12中示出的接收装置中，LDPC解码器1240应该既接收关于删余的信息又接收关于缩短的信息，以便实现解码。

从前面的描述很清楚，本发明的实施例可以使用关于在使用LDPC码的通信系统中给定的奇偶校验矩阵的信息来产生具有不同的码字长度的单独的LDPC码。

此外，本发明的实施例可以通过采用删余来优化DVB-S2LDPC码的性能。

虽然已经参考本发明的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，可以在不偏离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的条件下做出形式和细节上的各种变化。

Claims (14)

1.一种在包括删余样式施加器的发射机中关于在使用低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统中进行信道编码的删余奇偶性比特的方法，所述LDPC码包括奇偶校验矩阵，所述奇偶校验矩阵包括对应于信息比特的信息部分以及对应于奇偶性比特的奇偶性部分，所述奇偶性比特部分包括具有相等长度的奇偶性比特组，所述方法包含： 

确定用于删余的奇偶性比特的数量； 

根据用于删余的奇偶性比特的数量以及奇偶性比特组的长度来确定奇偶性比特组的数量；和 

由删余样式施加器基于奇偶性比特组的数量和将被删余的奇偶性比特组的预定次序来删余所述奇偶性部分中的奇偶性比特，每个奇偶性比特组由奇偶性比特以预定间隔形成， 

其中，所述奇偶性比特组的数量由下列公式确定： 

其中，A表示用于删余的奇偶性比特组的数量，N_p表示用于删余的奇偶性比特的数量，M₁表示一个奇偶性比特组的长度。 

2.如权利要求1所述的方法，还包含： 

如果用于删余的奇偶性比特的数量不是所述一个奇偶性比特组的长度的倍数时，则额外地删余所述奇偶性比特。 

3.如权利要求1所述的方法，还包括： 

发送除了被删余比特之外的剩余比特。 

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述奇偶性比特组由以下公式组成： 

P_j＝{p_k|j≡kmod q，0≤k＜N₁-K₁｝ 

其中，p_k表示第k个奇偶性比特，P_j表示第j个奇偶性比特组，N₁表示LDPC码字的长度，K₁表示信息字的长度，M₁表示一个奇偶性比特组的长度，q是满足q=(N₁-K₁)／M₁的值，其中，K₁／M₁是整数，并且0≤j＜q。 

5.如权利要求1所述的方法，其中，当删余施加于码字长度为16200、信息长度为3240、一个奇偶性比特组的长度为360的LDPC码时，在下列表中示出所述将被删余的奇偶性比特组的次序： 

π(0) π(1) π(2) π(3) π(4) π(5) π(6) π(7) π(8) 27 13 29 32 5 0 11 21 33 π(9) π(10) π(11) π(12) π(13) π(14) π(15) π(16) π(17) 20 25 28 18 35 8 3 9 31 π(18) π(19) π(20) π(21) π(22) π(23) π(24) π(25) π(26) 22 24 7 14 17 4 2 26 16 π(27) π(28) π(29) π(30) π(31) π(32) π(33) π(34) π(35) 34 19 10 12 23 1 6 30 15

其中，π指示定义所述预定次序的置换函数。 

6.如权利要求1所述的方法，其中，删余将施加于码字长度为16200、信息长度为7200、一个奇偶性比特组的长度为360的LDPC码时，在下列表中示出所述将被删余的奇偶性比特组的次序： 

π(0) π(1) π(2) π(3) π(4) π(5) π(6) π(7) π(8) 6 4 18 9 13 8 15 20 5 π(9) π(10) π(11) π(12) π(13) π(14) π(15) π(16) π(17) 17 2 24 10 22 12 3 16 23 π(18) π(19) π(20) π(21) π(22) π(23) π(24) - - 1 14 0 21 19 7 11 - -

其中，π指示定义所述预定次序的置换函数。 

7.如权利要求4所述的方法，其中： 

删余对应于A个奇偶性比特组P_π（0)，P_π（1)，...，P_π(A-1)的所有奇偶性比特；以及 

额外删余对应于P_π(A)的奇偶性比特当中的(N_p-360A)个奇偶性比特。 

8.一种与在使用包括奇偶校验矩阵的低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统中进行信道编码关联的删余奇偶性比特的装置，所述奇偶校验矩阵包括对应于信息比特的信息部分以及对应于奇偶性比特的奇偶性部分，所述奇偶性比特部分包括具有相等长度的奇偶性比特组，所述装置包含： 

删余样式施加器，用于基于奇偶性比特组的数量和将被删余的奇偶性比特组的预定次序来删余所述奇偶性部分中的奇偶性比特，每个奇偶性比特组由奇偶性比特以预定间隔形成， 

其中，所述奇偶性比特组的数量由下列公式确定： 

其中，A表示用于删余的奇偶性比特组的数量，N_p表示用于删余的奇偶性比特的数量，M₁表示一个奇偶性比特组的长度。 

9.如权利要求8所述的装置，其中，当用于删余的奇偶性比特的数量不是所述一个奇偶性比特组的长度的倍数时，所述删余样式施加器额外地删余所述奇偶性比特。 

10.如权利要求8所述的装置，还包括： 

发射机，用于发送除了被删余比特之外的剩余比特。 

11.如权利要求8所述的装置，其中，所述删余样式施加器形成满足以下公式的奇偶性比特组： 

Pj＝{p_k|j≡kmod q，0≤k＜N₁-K₁｝ 

其中，p_k表示第k个奇偶性比特，P_j表示第j个奇偶性比特组，N₁表示LDPC码字的长度，K₁表示信息字的长度，M₁表示一个奇偶性比特组的长度，q是满足q=(N₁-K₁)／M₁的预定间隔，其中，K₁／M₁是整数，并且0≤j＜q。 

12.如权利要求8所述的装置，其中，当删余施加于码字长度为16200、信息长度为3240、一个奇偶性比特组的长度为360的LDPC码时，在下列表中示出所述将被删余的奇偶性比特组的次序： 

π(0) π(1) π(2) π(3) π(4) π(5) π(6) π(7) π(8) 27 13 29 32 5 0 11 21 33 π(9) π(10) π(11) π(12) π(13) π(14) π(15) π(16) π(17) 20 25 28 18 35 8 3 9 31 π(18) π(19) π(20) π(21) π(22) π(23) π(24) π(25) π(26) 22 24 7 14 17 4 2 26 16 π(27) π(28) π(29) π(30) π(31) π(32) π(33) π(34) π(35) 34 19 10 12 23 1 6 30 15

其中，π指示定义所述预定次序的置换函数。 

13.如权利要求8所述的装置，其中，当删余施加于码字长度为16200、信息长度为7200、一个奇偶性比特组的长度为360的LDPC码时，在下列表中示出所述将被删余的奇偶性比特组的次序： 

π(0) π(1) π(2) π(3) π(4) π(5) π(6) π(7) π(8) 6 4 18 9 13 8 15 20 5 π(9) π(10) π(11) π(12) π(13) π(14) π(15) π(16) π(17)

17 2 24 10 22 12 3 16 23 π(18) π(19) π(20) π(21) π(22) π(23) π(24) - - 1 14 0 21 19 7 11 - -

其中，π指示定义所述预定次序的置换函数。 

14.如权利要求11所述的装置，其中： 

删余对应于A个奇偶性比特组P_π(0)，P_π(1)，...，P_π(A-1)的所有奇偶性比特；以及 

额外删余对应于P_π(A)的奇偶性比特当中的(N_p-360A)个奇偶性比特。 

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