CN103460607B - 在使用低密度奇偶校验码的通信系统中映射和解映射信号的装置和方法 - Google Patents

在使用低密度奇偶校验码的通信系统中映射和解映射信号的装置和方法 Download PDF

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Abstract

提供了在使用低密度奇偶校验（LDPC）码的系统中用于映射和解映射信号的装置和方法。在该方法中，LDPC码字比特被按列写入并按行读出，通过使用多路分解方案将所读出的比特进行多路分解来生成子流，并且包括在每个子流中的比特被映射到信号星座图上的符号，其中，多路分解方案对应于信号发送器中使用的调制方案、LDPC码字的长度、和子流的数目来确定。

Description

在使用低密度奇偶校验码的通信系统中映射和解映射信号的 装置和方法
技术领域
本发明涉及在使用低密度奇偶校验（LDPC）码的系统中用于映射和解映射信号的装置和方法。
背景技术
在通信系统中，链路性能可能因信道的噪声、衰落、和符号间干扰（ISI）而极大地降低。因此，下一代通信系统积极地考虑使用LDPC码作为纠错码。
图1示出了传统的LDPC编码操作。
参考图1，LDPC编码器110将长度为Kldpc的信息字矢量编码为LDPC码字矢量信息字矢量包括Kldpc个信息比特。也就是说，信息字矢量的每个元素是信息比特。
LDPC编码器110使用具有Nldpc列的奇偶校验矩阵生成长度为Nldpc-Kldpc的奇偶矢量并且使用信息字矢量和奇偶矢量生成LDPC码，即，LDPC码字矢量
随着对高速率数据传输和硬件开发的持续增长的需求，下一代通信系统积极地考虑使用在频谱效率方面很优异的正交幅度调制（QAM）。在QAM中，包括在一个QAM符号（symbol）中的不同的调制比特具有不同的错误概率。
包括在LDPC码字矢量中的每个LDPC码字比特的纠错能力是根据对应于LDPC码字比特的变量节点的度数确定的。
因而，即使使用了相同的LDPC码，QAM符号的错误概率仍然根据LDPC码字比特所映射到的QAM符号的调制比特而变化。因此，存在对于用于将LDPC码字比特映射到QAM符号的调制比特的、最小化QAM符号的错误概率的技术的需要。
发明内容
因此，本发明的实施例被设计来解决至少上述问题和/或缺点，并且提供至少下述优点。
本发明的一个方面是提供在使用LDPC码的系统中用于映射和解映射信号的装置和方法。
本发明的另一个方面是提供在使用LDPC码的系统中用于LDPC码字和QAM符号之间的映射和解映射的装置和方法。
根据本发明的一个方面，信号发送器被提供来在使用LDPC码的系统中使用。信号发送器包括：交织器，用于将LDPC码字比特按列写入并将所写入的LDPC码字比特按行读出；多路分解器，其通过使用多路分解方案将读出的比特进行多路分解来生成子流；以及符号映射器，用于将包括在每个子流中的比特映射到信号星座图上的符号，其中多路分解方案对应于信号发送器中使用的调制方案、LDPC码字的长度、和子流的数目来确定。
根据本发明的另一个方面，信号接收器被提供来在使用LDPC码的系统中使用。信号接收器包括：多路复用器，其使用多路复用方案对子流进行多路复用；解交织器，用于将多路复用的比特解交织；以及LDPC解码器，其通过对解交织的比特进行LDPC解码生成LDPC码字比特，其中多路复用方案对应于信号发送器中使用的多路分解方案来确定，而多路分解方案对应于信号发送器中使用的调制方案、LDPC码字的长度、和子流的数目来确定。
根据本发明的另一个方面，信号映射方法被提供用于使用LDPC码的系统中的信号发送器。在该方法中，LDPC码字比特被按列写入并按行读出，通过使用多路分解方案将所读出的比特进行多路分解来生成子流，并且包括在每个子流中的比特被映射到信号星座图上的符号，其中多路分解方案对应于信号发送器中使用的调制方案、LDPC码字的长度、和子流的数目来确定。
根据本发明的又一个实施例，信号解映射方法被提供用于使用LDPC码的系统中的信号接收器。在该方法中，使用多路复用方案对子流进行多路复用，多路复用的比特被解交织，通过对解交织的比特进行LDPC解码来生成LDPC码字比特，其中多路复用方案对应于信号发送器中使用的多路分解方案来确定，而多路分解方案对应于信号发送器中使用的调制方案、LDPC码字的长度、和子流的数目来确定。
附图说明
从下面结合附图的详细描述，本发明的某些实施例的以上及其它方面、特征、和优点将变得更加清楚，其中：
图1示出传统的LDPC编码操作；
图2是示出根据本发明的示范性实施例的、在使用LDPC码的系统中的信号发送器的框图；
图3示出根据本发明的实施例的16进制QAM（16-QAM）信号星座图；
图4示出根据本发明的实施例的64进制QAM（64-QAM）信号星座图；
图5示出根据本发明的实施例的256进制QAM（256-QAM）信号星座图；
图6示出根据本发明的实施例的、图2中所示的交织器的操作；
图7示出根据本发明的实施例的、图2中所示的多路分解器（DEMUX）单元的操作；
图8示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了16-QAM时DEMUX单元的操作；
图9示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了64-QAM时DEMUX单元的操作；
图10示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了16-QAM时DEMUX单元的另一个操作；
图11示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了16-QAM时DEMUX单元的另一个操作；
图12示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了64-QAM时DEMUX单元的另一个操作；
图13示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了64-QAM时DEMUX单元的另一个操作；
图14示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了16-QAM时DEMUX单元的进一步操作；
图15示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了256-QAM时DEMUX单元的操作；
图16示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了256-QAM时DEMUX单元的操作；
图17是示出根据本发明的实施例的、在使用LDPC码的系统中的信号接收器的框图；
图18是示出根据本发明的实施例的、图2中所示出的DEMUX单元的框图；以及
图19是示出根据本发明的实施例的、图17中所示出的多路复用器（MUX）单元的框图。
贯穿附图，相同的附图参考数字将被理解为指代相同的元素、特征、和结构。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的各种实施例。在下面的描述中，诸如详细配置和组件的特定细节仅仅被提供用来帮助对本发明的这些实施例的总体理解。因此，本领域技术人员应当清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。此外，为了清晰和简明，将省略对熟知功能和结构的描述。
根据本发明的一个实施例，提供了在使用LDPC码的系统中用于映射和解映射信号的装置和方法。
根据本发明的另一个实施例，提供了用于LDPC码字和QAM符号之间的映射和解映射的装置和方法。
本发明的下面的描述被提供用于使用LDPC码的系统，例如，诸如数字视频广播（DVB）-下一代手持（NGH）的广播系统，或者诸如运动图象专家组（MPEG）媒体传输（MMT）、演进分组系统（EPS）、长期演进（LTE）、和电气与电子工程师协会（IEEE）802.16m的通信系统。
虽然本发明是在LDPC码和QAM调制方案的背景下描述的，但是应当清楚地理解，本发明的装置和方法也可以应用在其它编码和其它调制方案中。
图2是示出根据本发明的实施例的、在使用LDPC码的系统中的信号发送器的框图。
参考图2，信号发送器包括LDPC编码器210、预处理器220、交织器230、DEMUX单元240、和符号映射器250。
LDPC编码器210生成包括Nldpc-Kldpc个奇偶比特的奇偶矢量然后通过对信息字矢量进行编码生成长度为Nldpc的LDPC码字矢量。预处理器220通过使用预定的预处理方案对从LDPC编码器210接收的LDPC码字矢量Λ进行预处理来生成矢量可替换地，预处理器220可以被省略或者其功能可以被合并到交织器230中。这里不提供对预处理方案的详细描述。
交织器230将从预处理器220接收的矢量U按列写入Nc列中，并且按行读出矢量U，从而将矢量输出到DEMUX单元240。DEMUX单元240将矢量V多路分解为Nsubstreams个子流(i=0,1,…,Nsubstreams-1)，每一个子流具有Nc个比特。符号映射器250为输入的Nsubstreams个子流中的每一个的比特生成长度为ηMOD的单元字并且将该单元字映射到信号星座图上的信号点，从而产生符号Z。这里，ηMOD是Nsubstreams的约数。
图3、图4、和图5根据本发明的实施例，分别示出16-QAM、64-QAM、和64-QAM中的单元字和信号星座图之间的映射关系。
图6示出根据本发明的实施例的、图2中示出的交织器230的操作。具体地，在图6中，假设交织器230具有Nc行x Nldpc/Nc列。
如果Nldpc=16200，则如表格1中所示给出针对16-QAM和64-QAM的行数目Nr和列数目Nc。
表格1
调制方案 Nr Nc
16-QAM 8100 8
64-QAM 5400 12
交织器230将所接收的矢量U按列顺序地写入Nc列中，并且按行读出所写入的矢量。这里，每个列的第一存储位置可以按扭曲参数tc移位。当Nldpc=16200时，例如，扭曲参数tc可以具有如表格2中所示的针对16-QAM和64-QAM的值。
表格2
图7示出根据本发明的实施例的、图2中所示的DEMUX单元的操作。
参考图7，DEMUX单元240的操作可以表达成在Vi(i=0,1,...,Nldpc-1)与bj(j=0,1,...,Nsubstreams-1)之间的关系，如果Nldpc是Nsubstreams的倍数，则其可以以相同的规则进行扩展。
图8示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了16-QAM时DEMUX单元240的操作。
参考图8，假设Nsubstreams=8，则DEMUX单元240将输入比特v0至v7映射到输出比特b0至b7。具体地，DEMUX单元240将比特v0映射到比特b2，将比特v1映射到比特b4，将比特v2映射到比特b5，将比特v3映射到比特b0，将比特v4映射到比特b7，将比特v5映射到比特b1，将比特v6映射到比特b3，以及将比特v7映射到比特b6。
图9示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了64-QAM时DEMUX单元240的操作。
参考图9，假设Nsubstreams=12，则DEMUX单元240将输入比特v0至v11映射到输出比特b0至b11。具体地，DEMUX单元240将比特v0映射到比特b4，将比特v1映射到比特b0，将比特v2映射到比特b1，将比特v3映射到比特b6，将比特v4映射到比特b2，将比特v5映射到比特b3，将比特v6映射到比特b8，将比特v7映射到比特b9，将比特v8映射到比特b7，将比特v9映射到比特b5，将比特v10映射到比特b10，以及将比特v11映射到比特b11。
图10示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了16-QAM时DEMUX单元240的另一个操作。
参考图10，假设Nsubstreams=8，则DEMUX单元240将输入比特v0至v7映射到输出比特b0至b7。具体地，DEMUX单元240将比特v0映射到比特b2，将比特v1映射到比特b4，将比特v2映射到比特b5，将比特v3映射到比特b1，将比特v4映射到比特b6，将比特v5映射到比特b0，将比特v6映射到比特b7，以及将比特v7映射到比特b3。
图11示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了16-QAM时DEMUX单元240的另一个操作。
参考图11，假设Nsubstreams=8，则DEMUX单元240将输入比特v0至v7映射到输出比特b0至b7。具体地，DEMUX单元240将比特v0映射到比特b2，将比特v1映射到比特b0，将比特v2映射到比特b1，将比特v3映射到比特b3，将比特v4映射到比特b6，将比特v5映射到比特b4，将比特v6映射到比特b7，以及将比特v7映射到比特b5。
图12示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了64-QAM时DEMUX单元240的另一个操作。
参考图12，假设Nsubstreams=12，则DEMUX单元240将输入比特v0至v11映射到输出比特b0至b11。具体地，DEMUX单元240将比特v0映射到比特b4，将比特v1映射到比特b2，将比特v2映射到比特b0，将比特v3映射到比特b5，将比特v4映射到比特b6，将比特v5映射到比特b1，将比特v6映射到比特b3，将比特v7映射到比特b7，将比特v8映射到比特b8，将比特v9映射到比特b9，将比特v10映射到比特b10，以及将比特v11映射到比特b11。
图13示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了64-QAM时DEMUX单元240的另一个操作。
参考图13，假设Nsubstreams=12，则DEMUX单元240将输入比特v0至v11映射到输出比特b0至b11。具体地，DEMUX单元240将比特v0映射到比特b4，将比特v1映射到比特b0，将比特v2映射到比特b1，将比特v3映射到比特b6，将比特v4映射到比特b2，将比特v5映射到比特b3，将比特v6映射到比特b5，将比特v7映射到比特b8，将比特v8映射到比特b7，将比特v9映射到比特b10，将比特v10映射到比特b9，以及将比特v11映射到比特b11。
图14示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了64-QAM时DEMUX单元240的另一个操作。
参考图14，假设Nsubstreams=8，则DEMUX单元240将输入比特v0至v7映射到输出比特b0至b7。具体地，DEMUX单元240将比特v0映射到比特b2，将比特v1映射到比特b0，将比特v2映射到比特b4，将比特v3映射到比特b1，将比特v4映射到比特b6，将比特v5映射到比特b5，将比特v6映射到比特b7，以及将比特v7映射到比特b3。
图15示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了256-QAM时DEMUX单元240的操作。
参考图15，假设Nsubstreams=8，则DEMUX单元240将输入比特v0至v7映射到输出比特b0至b7。具体地，DEMUX单元240将比特v0映射到比特b4，将比特v1映射到比特b0，将比特v2映射到比特b1，将比特v3映射到比特b2，将比特v4映射到比特b5，将比特v5映射到比特b3，将比特v6映射到比特b6，以及将比特v7映射到比特b7。
图16示出根据本发明的实施例的、当Nldpc=16200并且使用了256-QAM时DEMUX单元240的另一个操作。
参考图16，假设Nsubstreams=8，则DEMUX单元240将输入比特v0至v7映射到输出比特b0至b7。具体地，DEMUX单元240将比特v0映射到比特b4，将比特v1映射到比特b0，将比特v2映射到比特b5，将比特v3映射到比特b1，将比特v4映射到比特b2，将比特v5映射到比特b3，将比特v6映射到比特b6，以及将比特v7映射到比特b7。
如上所述，根据本发明的实施例，DEMUX单元根据预定映射规则，将LDPC码字比特提供给符号映射器。因此，当LDPC码字比特被映射到符号（例如，QAM信号星座图上的符号）时，所述符号根据不同的映射规则而具有不同的性能。
图17是示出根据本发明的实施例的、在使用LDPC码的系统中的信号接收器的框图。
参考图17，信号接收器包括比特度量计算器1710、MUX单元1720、解交织器1730、后处理器1740、和LDPC解码器1750。
当接收到长度为Nldpc/ηMOD的符号矢量时，比特度量计算器1710计算Nsubstreams个子流(i=0,1,…,Nsubstreams-1)的比特度量估计(i=0,1,…,Nsubstreams-1)。比特度量用于对LDPC码进行解码。例如，对数似然比（LLR）可以用作比特度量。
MUX单元1720通过将从比特度量计算器1710接收的比特度量估计i=0,1,…,Nsubstreams-1进行多路复用，生成长度为Nldpc的比特度量矢量估计解交织器1730使用对应于信号发送器中使用的交织方案的解交织方案来解交织比特度量矢量估计从而产生的比特度量矢量估计
后处理器1740通过使用对应于信号发送器的预处理器（即，如图2中所示的预处理器220）中使用的预处理方案的后处理方案来处理比特度量矢量估计从而生成所发送的LDPC码字的比特度量矢量估计LDPC解码器1740通过LDPC解码将比特度量矢量解码，从而生成信息字矢量的估计
图18是示出根据本发明的实施例的、图2中所示的DEMUX单元240的框图。
参考图18，DEMUX单元240包括DEMUX1811和选择信号生成器1813。
DEMUX1811使用接收自选择信号生成器1813的选择信号，来从接收自交织器230的矢量V生成Nsubstreams个子流。选择信号生成器1813确定矢量V的每个比特将要被分配给的子流，然后通过读取存储在存储装置（例如，存储器）中的值或者通过使用预定规则来生成信号从而输出选择信号。从选择信号生成器1813输出的选择信号根据在系统中使用的纠错码的类型、码字长度、码率、和调制方案来确定。选择信号是影响系统的纠错能力的重要因素。
图19是示出根据本发明的示范性实施例的、图17中所示的MUX单元1720的框图。
参考图19，MUX单元1720包括MUX1911和选择信号生成器1913。MUX1911使用接收自选择信号生成器1913的选择信号来输出来自Nsubstreams个子流的交织的码字的估计。选择信号生成器1913确定从其中获取估计的交织的码字的每个比特的子流。选择信号生成器1913通过读取存储在存储器中的值或者通过使用预定规则来生成信号从而输出选择信号。MUX单元1720使用对应于如图2中所示的DEMUX单元240的多路分解的方式来执行多路复用。
从以上描述将清楚，本发明的各种实施例能够最小化使用LDPC码的系统的错误概率，并且因而，通过使得能够根据使用的调制方案将LDPC码字比特映射到调制符号来提高总体的系统性能。
虽然已经参考本发明的某些实施例具体地示出和描述了本发明，本领域普通技术人员将理解，可以在这里进行各种形式和细节上的改变而不脱离如所附权利要求及其等效物所定义的本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种信号发送器的子流生成方法，该子流生成方法包括：
按列写入低密度奇偶校验LDPC码字比特；
按行读出所写入的LDPC码字比特；以及
通过将所读出的比特进行多路分解来生成子流，
其中，如果64进制正交幅度调制(64-QAM)被用作调制方案，LDPC码字的长度Nldpc是16200(Nldpc＝16200)，子流的数目Nsubstreams是12(Nsubstreams＝12)，则所读出的比特v0至v11被分配给12个子流b0至b11，生成子流包括将v0分配给b4，将v1分配给b2，将v2分配给b0，将v3分配给b5，将v4分配给b6，将v5分配给b1，将v6分配给b3，将v7分配给b7，将v8分配给b8，将v9分配给b9，将v10给比特b10，以及将v11分配给b11。
2.一种信号发送器的子流生成方法，该子流生成方法包括：
按列写入低密度奇偶校验LDPC码字比特；
按行读出所写入的LDPC码字比特；以及
通过将所读出的比特进行多路分解来生成子流，
其中，如果64进制正交幅度调制(64-QAM)被用作调制方案，LDPC码字的长度Nldpc是16200(Nldpc＝16200)，子流的数目Nsubstreams是12(Nsubstreams＝12)，则所读出的比特v0至v11被分配给12个子流b0至b11，生成子流包括将v0分配给b4，将v1分配给b0，将v2分配给b1，将v3分配给b6，将v4分配给b2，将v5分配给b3，将v6分配给b5，将v7分配给b8，将v8分配给b7，将v9分配给b10，将v10分配给b9，以及将v11分配给b11。
3.一种信号发送器的子流生成方法，该子流生成方法包括：
按列写入低密度奇偶校验LDPC码字比特；
按行读出所写入的LDPC码字比特；以及
通过将所读出的比特进行多路分解来生成子流，
其中，如果256进制正交幅度调制(256-QAM)被用作调制方案，LDPC码字的长度Nldpc是16200(Nldpc＝16200)，子流的数目Nsubstreams是8(Nsubstreams＝8)，则所读出的比特v0至v7被分配给8个子流b0至b7，生成子流包括将v0分配给b4，将v1分配给b0，将v2分配给b1，将v3分配给b2，将v4分配给b5，将v5分配给b3，将v6分配给b6，以及将v7分配给b7。
4.一种信号发送器的子流生成方法，该子流生成方法包括：
按列写入低密度奇偶校验LDPC码字比特；
按行读出所写入的LDPC码字比特；以及
通过将所读出的比特进行多路分解来生成子流，
其中，如果256进制正交幅度调制(256-QAM)被用作调制方案，LDPC码字的长度Nldpc是16200(Nldpc＝16200)，子流的数目Nsubstreams是8(Nsubstreams＝8)，则所读出的比特v0至v7被分配给8个子流b0至b7，生成子流包括将v0分配给b4，将v1分配给b0，将v2分配给b5，将v3分配给b1，将v4分配给b2，将v5分配给b3，将v6分配给b6，以及将v7分配给b7。
5.一种适应于执行权利要求1到4之一的方法的信号发送器。
6.一种信号接收器的多路复用的比特生成方法，该多路复用的比特生成方法包括：
通过对基于低密度奇偶校验LDPC码字比特生成的子流进行多路复用来生成多路复用的比特，
其中，如果64进制正交幅度调制(64-QAM)被用作信号发送器中的调制方案，LDPC码字的长度Nldpc是16200(Nldpc＝16200)，子流的数目Nsubstreams是12(Nsubstreams＝12)，则12个子流b0至b11被分配给多路复用的比特v0至v11，对子流进行多路复用包括将b0分配给v2，将b1分配给v5，将b2分配给v1，将b3分配给v6，将b4分配给v0，将b5分配给v3，将b6分配给v4，将b7分配给v7，将b8分配给v8，将b9分配给v9，将b10分配给v10，以及将b11分配给v11。
7.一种信号接收器的多路复用的比特生成方法，该多路复用的比特生成方法包括：
通过对基于低密度奇偶校验LDPC码字比特生成的子流进行多路复用来生成多路复用的比特，
其中，如果64进制正交幅度调制(64-QAM)被用作信号发送器中的调制方案，LDPC码字的长度Nldpc是16200(Nldpc＝16200)，子流的数目Nsubstreams是12(Nsubstreams＝12)，则12个子流b0至b11被分配给多路复用的比特v0至v11，对子流进行多路复用包括将b0分配给v1，将b1分配给v2，将b2分配给v4，将b3分配给v5，将b4分配给v0，将b5分配给v6，将b6分配给v3，将b7分配给v8，将b8分配给v7，将b9分配给v10，将b10分配给v9，以及将b11分配给v11。
8.一种信号接收器的多路复用的比特生成方法，该多路复用的比特生成方法包括：
通过对基于低密度奇偶校验LDPC码字比特生成的子流进行多路复用来生成多路复用的比特，
其中，如果256进制正交幅度调制(256-QAM)被用作信号发送器中的调制方案，LDPC码字的长度Nldpc是16200(Nldpc＝16200)，子流的数目Nsubstreams是8(Nsubstreams＝8)，则8个子流b0至b7被分配给多路复用的比特v0至v7，对子流进行多路复用包括将b0分配给v1，将b1分配给v2，将b2分配给v3，将b3分配给v5，将b4分配给v0，将b5分配给v4，将b6分配给v6，以及将b7分配给v7。
9.一种信号接收器的多路复用的比特生成方法，该多路复用的比特生成方法包括：
通过对基于低密度奇偶校验LDPC码字比特生成的子流进行多路复用来生成多路复用的比特，
其中，如果256进制正交幅度调制(256-QAM)被用作信号发送器中的调制方案，LDPC码字的长度Nldpc是16200(Nldpc＝16200)，子流的数目Nsubstreams是8(Nsubstreams＝8)，则8个子流b0至b7被分配给多路复用的比特v0至v7，对子流进行多路复用包括将b0分配给v1，将b1分配给v3，将b2分配给v4，将b3分配给v5，将b4分配给v0，将b5分配给v2，将b6分配给v6，以及将b7分配给v7。
10.一种适应于执行权利要求6到9之一的方法的信号接收器。
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