CN105144616A - 用于对包括互补低密度奇偶校验编码的带内同频无线电信号的发送和接收的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种发送数字信息的方法，包括：接收代表音频信息和/或数据的多个信息位；利用互补低密度奇偶校验编码来编码信息位，以产生复合码字和多个可独立解码的半码字；利用前向纠错位调制至少一个载波信号；及发送(一个或多个)载波信号。还提供了实现该方法的发送器，以及接收由该方法产生的信号的接收器。

Description

用于对包括互补低密度奇偶校验编码的带内同频无线电信号的发送和接收的方法及装置
技术领域
本发明涉及用于数字无线电广播系统中无线电信号的发送和接收的方法及装置。
背景技术
数字无线电广播技术向移动、便携式和固定接收器递送数字音频和数据服务。被称为带内同频(IBOC)数字音频广播(DAB)的一种数字无线电广播使用现有的中频(MF)和极高频(VHF)无线电频带中的地面发送器。由iBiquityDigital公司开发的HDRadioTM技术是用于数字无线电广播和接收的IBOC实现的一个例子。IBOCDAB信号可以以包括模拟调制载波结合多个数字调制载波的混合格式或者以其中模拟调制载波不被使用的全数字格式发送。利用混合模式，广播者可以同时以更高的质量和更健壮的数字信号连续发送模拟AM和FM，从而允许它们自己和它们的收听者进行从模拟到数字无线电的转换，同时维持它们当前的频率分配。
数字发送系统的一个特征是同时发送数字化的音频和数据的固有能力。因此，该技术还允许来自AM和FM无线电台的无线数据服务。广播信号可以包括元数据，诸如艺术家、曲名或者电台呼号。还可以包括关于事件、交通和天气的特殊消息。例如，交通信息、天气预报、新闻和体育得分全都可以在用户收听无线电台的同时跨无线电接收器的显示器滚动。
本设计通过提供三种新波形类型(混合、扩展混合和全数字)提供了过渡到数字广播系统的灵活手段。混合和扩展混合类型保留模拟FM信号，而全数字类型不保留。所有这三种波形类型都符合目前分配的频谱发射限制。
数字信号是利用正交频分复用(OFDM)被调制的。OFDM是并行调制方案，其中数据流调制大量同时发送的正交子载波。OFDM固有地是灵活的，很容易允许逻辑信道到不同子载波组的映射。
HD无线电系统允许多个服务共享单个电台的广播能力。数字发送系统的一个特征是同时发送数字化的音频和数据两者的固有能力。因此，该技术还允许来自AM和FM无线电台的无线数据服务。第一代(核心)服务包括主节目服务(MPS)和电台信息服务(SIS)。被称为高级应用服务(AAS)的第二代服务包括新的信息服务，提供例如多播节目、电子节目指南、导航地图、交通信息、多媒体节目和其它内容。AAS框架提供了支持这些服务的开发者的公共基础设施。AAS框架为用于地面无线电的大量服务提供商和服务提供了平台。这为要通过该系统部署的大量服务(音频和数据两者)开拓了众多的机会。
国家无线电系统委员会，由国家广播协会和消费电子协会资助的标准制定组织，在2005年9月采纳了被指定为NRSC-5A的IBOC标准。其公开内容通过引用被结合于此的NRSC-5A阐述了用于经AM和FM广播信道广播数字音频和辅助数据的要求。该标准的当前版本是NRSC-5C，其也通过引用被结合于此。该标准及其参考文献包含RF/发送子系统以及传输和服务复用子系统的详细说明。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种发送数字信息的方法，包括：接收代表音频信息和/或数据的多个信息位；利用互补低密度奇偶校验编码来编码信息位，以产生复合码字和多个可独立解码的半码字；利用半码字的码位调制至少一个载波信号；以及发送(一个或多个)载波信号。
另一方面，本发明提供了一种用于广播数字无线电信号的发送器。发送器包括用于接收代表音频信息和/或数据的多个信息位、利用互补低密度奇偶校验编码来编码信息位以产生复合码字和多个可独立解码的半码字的处理器；以及利用可独立解码的半码字调制至少一个载波信号以产生输出信号的调制器。
另一方面，本发明提供了一种用于接收数字无线电信号的接收器。接收器包括用于接收包括至少一个载波的无线电信号的输入装置，载波由代表音频信息和/或数据的多个信息位调制，其中信息位以复合码字和多个可独立解码的互补低密度奇偶校验半码字来编码；以及用于响应于接收到的无线电信号而产生输出信号的处理器。
另一方面，本发明提供了一种方法，包括：通过生成具有第一码率的第一码字来构造互补低密度奇偶校验码字；以及通过将第一码字的位组分配给四个四分之一分区来分割第一码字，其中每个四分之一分区包括四个可独立解码的半码字当中一个的一半的位，其中所述四个可独立解码的半码字每个都具有比第一码率大的第二码率。
另一方面，本发明提供了一种方法，包括：通过生成包括信息位和第一奇偶校验位的第一半码字来构造互补低密度奇偶校验码字；置换并重新编码第一半码字的信息位，以产生第二奇偶校验位并形成包括信息位和第二奇偶校验位的第二半码字；根据第一半码字的信息位加上来自第一半码字和第二半码字中的每一个的奇偶校验位的前一半来生成第三半码字；以及根据第一半码字的信息位加上来自第一半码字和第二半码字中的每一个的奇偶校验位的后一半来生成第四半码字。
附图说明
图1是在带内同频数字无线电广播系统中使用的发送系统的框图。
图2是混合FMIBOC波形的示意性表示。
图3是另一混合FMIBOC波形的示意性表示。
图4是另一混合FMIBOC波形的示意性表示。
图5是示出FMIBOC发送器中信号处理的一部分的图。
图6是码字分割的例子的示意性表示。
图7是互补低密度奇偶校验(CLDPC)前向纠错(FEC)信号流的例子的框图。
图8是码字分割的另一个例子的示意图。
图9是CLDPCFEC信号流的另一个例子的框图。
图10是码字分割的另一个例子的示意图。
图11是CLDPCFEC信号流的另一例子的框图。
图12是码字分割的另一个例子的示意图。
图13是CLDPCFEC信号流的另一例子的框图。
图14是码字分割的另一个例子的示意性表示。
图15是CLDPCFEC信号流的另一例子的框图。
图16是码字分割的另一个例子的示意性表示。
图17是FMIBOCDAB接收器的功能框图。
具体实施方式
参考附图，图1是可以被用来广播FMIBOC信号的演播室站点10、FM发送器站点12和演播室发送器链路(STL)14的相关部件的功能框图。除其它的之外，演播室站点还包括演播室自动化装备34、总操作中心(EOC)16和STL发送器48，其中EOC16包括导入器18、导出器20、激励器辅助服务单元(EASU)22。发送器站点包括STL接收器54、包括激励器引擎(exgine)子系统58和模拟激励器60的数字激励器56。虽然在图1中导出器驻留在无线电台的演播室站点并且激励器位于发送站点，但是这些元件可以共同位于发送站点。
在演播室站点，演播室自动化装备向EASU提供主节目服务(MPS)音频42、向导出器提供MPS数据40、向导入器提供补充节目服务(SPS)音频38，并且向导入器提供SPS数据36。MPS音频充当主音频节目源。在混合模式下，它在模拟和数字发送中都保留现有的模拟无线电节目格式。也被称为节目服务数据(PSD)的MPS数据包括诸如音乐标题、艺术家、专辑名称等信息。补充节目服务可以包括补充音频内容以及与节目关联的数据。
导入器包含用于供给高级应用服务(AAS)的硬件和软件。“服务”是经由IBOC广播递送给用户的内容，并且AAS可以包括没有被归类为MPS、SPS或电台信息服务(SIS)的任何类型的数据。SIS提供电台信息，诸如呼号、绝对时间、与GPS相关的位置，等等。AAS数据的例子包括实时交通和天气信息、导航地图更新或其它图像、电子节目指南、多媒体节目、其它音频服务和其它内容。用于AAS的内容可以由服务提供商44提供，其中服务提供商44经由应用编程接口(API)向导入器提供服务数据46。服务提供商可以是位于演播室站点的广播者或者是服务和内容的外部来源的第三方提供商。导入器可以在多个服务提供商之间建立会话连接。导入器编码并复用服务数据46、SPS音频38以及SPS数据36，以产生导出器链路数据24，导出器链路数据24经由数据链路被输出到导出器。
导出器20包含供给用于广播的主节目服务和SIS所必需的硬件和软件。导出器经音频接口接受数字MPS音频26并且压缩音频。导出器还复用MPS数据40、导出器链路数据24以及压缩的数字MPS音频，以产生激励器链路数据52。此外，导出器经其音频接口接受模拟MPS音频28并且对其施加预编程的延迟，以产生延迟的模拟MPS音频信号30。这种模拟音频可以作为混合IBOC广播的备份信道来广播。延迟补偿数字MPS音频的系统延迟，从而允许接收器在数字和模拟节目之间的混合，而没有时间偏移。在AM发送系统中，延迟的MPS音频信号30被导出器转换为单声道信号并且作为激励器链路数据52的一部分直接发送到STL。
EASU22从演播室自动化装备接受MPS音频42，把其速率转换成正确的系统时钟，并且输出信号的两个拷贝，一个数字的(26)和一个模拟的(28)。EASU包括连接到天线25的GPS接收器。GPS接收器允许EASU导出主时钟信号，通过使用GPS单元，该信号被同步到激励器的时钟。EASU提供由导出器使用的主系统时钟。EASU还在导出器具有灾难性故障并且不再工作的情况下被用来使模拟MPS音频走旁路(或重定向)避免通过导出器。走旁路的音频32可以直接馈入STL发送器，从而消除停播(dead-air)事件。
STL发送器48接收延迟的模拟MPS音频50和激励器链路数据52。它经STL链路14输出激励器链路数据和延迟的模拟MPS音频，这可以是单向的或者双向的。STL链路可以是数字微波或以太网链路，例如，并且可以使用标准的用户数据报协议或标准TCP/IP。
发送器站点包括STL接收器54、激励器56和模拟激励器60。STL接收器54经STL链路14接收激励器链路数据，包括音频和数据信号以及命令和控制消息。激励器链路数据被传递到激励器56，激励器56产生IBOC波形。激励器包括主机处理器、数字上变频器、RF上变频器以及exgine子系统58。exgine接受激励器链路数据并且调制IBOC波形的数字部分。激励器56的数字上变频器把exgine输出的基带部分从数字的转换成模拟的。数模转换是基于GPS时钟，该时钟与从EASU得出的导出器的基于GPS的时钟是共同的。因此，激励器56包括GPS单元和天线57。激励器的RF上变频器把模拟信号上变频到正确的带内信道频率。然后，上变频的信号被传递到高功率放大器62和天线64，用于广播。在AM发送系统中，exgine子系统固有地以混合模式向数字波形添加备份模拟MPS音频；因此，AM发送系统不包括模拟激励器60。此外，激励器56产生相位和幅值信息并且模拟信号被直接输出到高功率放大器。
IBOC无线电系统的发送器和接收器中的信号处理都可以利用多层逻辑协议栈来实现。逻辑协议栈的例子在美国专利No.8,111,716中示出，该专利通过引用被结合于此。在以下图5中描述的信号处理可以在逻辑协议栈的层1(即，物理层)中执行。
利用各种波形，IBOC信号可以在AM和FM无线电频带两者中发送。波形包括FM混合IBOC波形、FM全数字IBOC波形、AM混合IBOC波形以及AM全数字IBOC波形。
图2是混合FMIBOC波形70的示意图。波形包括位于广播信道74的中心的模拟调制的信号72、上边带78中的第一多个均匀隔开的正交频分复用的子载波76、以及下边带82中的第二多个均匀隔开的正交频分复用的子载波76。数字调制的子载波被分成分区并且不同的子载波被指定为参考子载波。频率分区是19个OFDM子载波的组，包括18个数据子载波和一个参考子载波。
混合波形包括模拟FM调制的信号，加上数字调制的初级(primary)主子载波。子载波位于均匀隔开的频率位置。子载波位置从-546至+546编号。在图2的波形中，子载波在位置+356至+546和-356至-546。每个初级主边带由十个频率分区组成。也包括在初级主边带中的子载波546和-546是附加的参考子载波。每个子载波的振幅可以由振幅缩放因子缩放。
图3是扩展的混合FMIBOC波形90的示意图。扩展的混合波形是通过把初级扩展边带92、94添加到在混合波形中存在的初级主边带来创建的。一个、两个或四个频率分区可以被添加到每个初级主边带的内边缘。扩展的混合波形包括模拟FM信号加上数字调制的初级主子载波(子载波+356至+546和-356至-546)以及一些或全部初级扩展子载波(子载波+280至+355和-280至-355)。
上部初级扩展边带包括子载波337至355(一个频率分区)、318至355(两个频率分区)，或者280至355(四个频率分区)。下部初级扩展边带包括子载波-337至-355(一个频率分区)、-318至-355(两个频率分区)，或者-280至-355(四个频率分区)。每个子载波的振幅由振幅缩放因子缩放。
图4是扩展的混合FMIBOC波形100的示意图。扩展的混合波形通过把初级扩展边带102、104添加到在混合波形中存在的初级主边带来创建。一个、两个或四个频率分区可以添加到每个初级主边带的内边缘。扩展的混合波形包括模拟FM信号加上数字调制的初级主子载波(子载波+356至+546和-356至-546)以及一些或全部初级扩展子载波(子载波+318至+355和-318至-355)。
上部初级扩展边带包括子载波337至355(一个频率分区)，或者318至355(两个频率分区)。下部初级扩展边带包括子载波-337至-355(一个频率分区)，或-318至-355(两个频率分区)。每个子载波的振幅由振幅缩放因子缩放。
在图2-4的每个波形当中，数字信号利用正交频分复用(OFDM)被调制。OFDM是并行调制方案，其中数据流调制大量被同时发送的正交子载波。OFDM固有地是灵活的，从而容易允许逻辑信道映射到不同的子载波组。
在所说明的混合波形中，数字信号在模拟FM信号的任一侧的边带中的多个子载波上发送。每个边带的功率水平明显低于模拟FM信号中的总功率。模拟信号可以是单声道的或立体声的，并且可以包括辅助通信授权(SCA)信道。
这里给出用于IBOC(带内同频)数字无线电系统的前向纠错(FEC)技术。这种FEC码被称为互补低密度奇偶校验(CLDPC)编码。CLDPC编码被设计为适应在IBOC广播信道中遇到的可能干扰场景。
低密度奇偶校验码是一种大块前向纠错(FEC)码。因为它们的大尺寸(通常每个码字中有好几千个位)，所以它们的纠错性能可以接近理论(Shannon)限值。众所周知，非常大的码可以接近这个理论性能限值，但是在几十年前，当发现了用于特殊构造的LDPC码的实际迭代解码技术时，常见的编码和解码这些码的技术被认为是不实际的。这种次优的迭代解码技术是基于“置信传播”，并且，通过要求稀疏奇偶校验矩阵连同一些规则来确保所有输入信息位都在稀疏奇偶校验中被充分表示，复杂性大幅减小。现在众所周知，具有构造约束、低密度和简单次优迭代解码规则的这种LDPC码仍然可以实现接近理论限值的性能。LDPC码的性能和迭代性质类似于被称为“Turbo码”的另一类迭代卷积码。
LDPC码是利用各种方法开发的。存在利用各种构造技术创建的规则和不规则LDPC码。存在系统和非系统LDPC码，其中，系统码在码字中包含所有原始信息位，以及另外的奇偶校验码位，而非系统LDPC码仅包括奇偶校验码位。不太常见的是，LDPC码可以被构造为卷积码，并且可以作为块终止，并且利用咬尾终止被解码。卷积LDPC码与分组码具有类似的性能，但在编码块的大小方面稍微更灵活一些，因为它可以以几乎任意大小被终止。LDPC分组码的大小对于每个码(奇偶校验矩阵)是固定的，而卷积LDPC码的大小可以以不同的长度被终止，而无需改变生成器(奇偶校验)。所有这些LDPC码构造方法都可以适用于在此描述的CLDPC码。
频率和时间分集都可以在IBOC发送的信号中被采用，以便在存在干扰或衰落的情况下产生高性能。数字信号调制技术是编码正交频分复用(COFDM)。这种技术在信道带宽的任一端上放置多个窄带子载波，从而产生下边带(LSB)和上边带(USB)。对于时间分集，在IBOC信号上发送的信息被划分成主信道和备份信道。主信道和备份信道在时间上分开。对于频率分集，主信道和备份信道信息在下边带和上边带两者中的子载波上发送。
由于LSB或USB可以被第一相邻信号破坏(由于在相邻城市中的频谱拥挤和频率分配)，因此，当一个边带被破坏时，被用来发送主信道和备份信道信息的码应允许在另一个边带上充分解码。相同的信息在每个边带上被携带，但是它们每个使用一半的CLDPC分组码，而破坏的一半被有效地打孔(punctured)。每个边带上的半尺寸分组码被定义为半码字。CLDPC中初始的C指包括复合CLDPC码字的半码字对的互补性质。因此，每个半码字也必须自身是好的LDPC码。当两个边带都可用时，复合CLDPC码字比半码字更强大。跨越两个边带的完整CLDPC码具有优于一个边带的3dB能源优势，加上如果半码字未被确切重复时的另外的编码增益。当然，边带分集增益在不均匀干扰以及频率选择性衰落当中也是优点。
时间分集也可以被用来改善衰落中的性能并适应短的信号遮挡(例如，在桥下行驶)。时间分集部分地是通过块交织来完成的。但是，如果CLDPC码被再次分成两个或更多个半码字，则一些另外的优点得以实现。一个半码字(代表被定义为主半码字并且缩写为M的主信道信息)首先利用相对长的交织器发送，而第二个半码字(代表被定义为备份半码字并且缩写为B的备份信道信息)在几秒钟之后以较短的交织器被发送。这个短交织器应当是大约100毫秒(而不是几秒钟)，以最小化调谐时间并适应备份信道上的快速获取。这个时间分集在衰落中提供了改进的性能，其中主半码字和备份半码字两者不太可能被同时破坏。当汽车在桥下行驶时失去信号时，它还提供保障。小于分集延迟的持续时间的完整信号中断是可以容忍的。以下描述另外的半码字L(代表要在下边带上发送的信息)和U(代表要在上边带上发送的信息)。
对CLDPC码的基本要求包括在各种可能重叠的码分区中分离原始码的能力，其中每个分区包括半码字。半码字被定义为主、备份，下和上(在本文中被称为M、B、L和U分区)。重叠的码分区是包括至少一些公共位的码分区。每个分区必须作为好的代码生存。
优化作为一对大致对称、互补的非重叠分区的主分区和备份分区的性能是重要的。非重叠的分区是不包含公共位的分区。当下边带和上边带都被使用时，优化作为一对大致对称、互补的非重叠分区的下边带和上边带的性能也是重要的。
当然，所有的码分区都应当是非灾难性代码。
在一个实施例中，CLDPC码可以通过较长(较低码率，例如，R＝1/3)LDPC码的分割来创建。但是，也可以通过从较短(较高码率)码来创建这种较低码率的码，以确保它能够被分割。FEC码需要适当的打孔模式，以提供良好的结果。打孔模式将为上边带和下边带互补成分提供码位。在一个边带被破坏的情况下，需要另一个边带提供良好质量的码。为了分集，码也必须被分割为具有主成分和备份成分。每个互补成分将利用更高码率(例如，码率2/3)的码进行编码，从而产生较低的组合码率(例如，1/3)。
FEC打孔模式在主信道与备份信道之间分布。备份信道用于快速调谐并且提供时间分集，以减轻间歇式遮蔽的影响。图5是示出FMIBOC发送器当中信号处理的一部分的图。音频和数据信息如由箭头110所示的那样被输入。这种信息被组装成如在方框112中所示的音频包和数据的帧。参考载波(如在标题为“CoherentTrackingForFMIn-BandOn-ChannelReceivers”的美国专利No.7,305,056中所描述的)如在方框114中所示的那样生成并且与音频和数据帧同步。音频和数据帧中的信息可以如在方框116中所示的那样被扰码，并且可选地如在方框118中所示的那样被编码和交织(如果诸如ReedSolomon码的外码是期望的)。这产生被输入到CLDPC编码器120的k个信息(加上可选的RS)位/码字。
CLDPC编码器处理进入的位，以产生具有n个位/码字的多个半码字。这些CLDPC半码字代表要在主M分区和备份B分区以及U分区和L分区上发送的信息。
半码字的位组被分配给备份上部四分之一分区BU、备份下部四分之一分区BL、主上部四分之一分区MU和主下部四分之一分区ML。下部四分之一分区中的位要在IBOC信号的下边带中的子载波上发送，并且上部四分之一分区中的位要在IBOC信号的上边带中的子载波上发送。上部备份四分之一分区和下部备份四分之一分区相对于上部主四分之一分区和下部主四分之一分区被延迟122，并且如方框124中所示的那样被交织。交织的BL四分之一分区被映射126到带内同频无线电信号的下边带中的OFDM子载波，并且交织的BU信息被映射128到带内同频无线电信号的上边带中的OFDM子载波。
主要信息如方框130中所示的那样交织。交织的ML四分之一分区被映射126到带内同频无线电信号的下边带中的OFDM子载波，并且交织的MU四分之一分区被映射128到带内同频无线电信号的上边带中的OFDM子载波。然后，下边带符号在线路132上递送，并且上边带符号在线路134上递送。子载波如方框136中所示那样被调制并且接受峰均功率比抑制，以便在线路138上产生可以被上变频的信号，用于作为带内同频无线电信号利用例如图1中所示的发送器发送。
CLDPC复合码字被分割成可独立解码的“半码字”。半码字被分成四分之一分区，其中由于干扰和衰落造成的破坏通常不相关。这优于随机交织(不分区)，因为半码字也是好的LDPC码。软判决解码可以用于整个码字，而被破坏的成分被适当地加权或擦除。
这允许在最有可能受损的情况下进行解码，从而留下至少一个可行的半码字。当两个半码字都可用时，复合码字具有另外的能量和编码增益。
通常有两种技术用于创建CLDPC码。第一种技术以低码率码字(例如，R＝1/3)开始。这种低码率码字随后被分割成半码字(其可以被指定为L、U、M和B)，使得半码字(例如，R＝2/3)可以以“良好的”性能独立解码。然后，半码字的位组被分配给4个四分之一分区：BL、BU、ML和MU，其中L＝BL+ML，U＝BU+MU，M＝ML+MU，和B＝BL+BU。由于半码字一般不是系统的，因此半码字的性能应当被检查。这种技术应该导致具有最高组合性能的CLDPC码，但是具有可能不是最佳的半码字，因为它们受分割的限制。系统CLDPC码在每个码字中包含信息位，而非系统CLDPC码仅包括奇偶校验位。半码字的性能可以利用例如计算机搜索来检查。
第二种技术以生成B半码字开始。然后，相同的信息位被置换(permute)和重新编码，以产生新的奇偶校验位，来形成互补M半码字。然后，根据原始信息位加上来自每个B和M的奇偶校验位的一半生成L半码字。接下来，根据原始信息位加上奇偶校验位的剩余一半生成U半码字(或者对于非系统码仅仅是奇偶校验位)。然后，L和U的性能被验证，并且，如果性能是不能接受的，则奇偶校验位被重新分割。这应当导致对于B和M具有最高半码字性能的CLDPC码字，但组合性能不是最佳，因为信息位出现了两次。如果单边带破坏比暂时屏蔽更有可能，则用来创建L和U的构造技术可以与用来创建B和M的技术交换。系统CLDPC码在每个码字中包含信息位，而非系统CLDPC码仅包括奇偶校验位。
图6是使用技术1的码率1/3CLDPC码的码字分割的例子的示意图。在本例中，码字150包括4608个信息位和9216个奇偶校验位。信息位被分成四组，每组1152位。校验位被分成四组，每组2304位。信息位组中的一组和奇偶校验位组中的一组被映射到每个BL(备份下部)四分之一分区、BU(备份上部)四分之一分区、ML(主下部)四分之一分区和MU(主上部)四分之一分区。位被选择为使得它们形成非系统码率2/3非灾难性半码字，半码字被标识为由椭圆152、154、156和158包含的位。这些半码字可以在图4中所示的带内同频无线电信号中被发送，该信号包括84-kHz的上边带和下边带，每个边带都具有229个子载波。信息吞吐量约为100kbps。半码字可以在接收器被组合，以产生复合码率1/3码字。在这个例子中，半码字L包括每个半码字B和M的位的一半，并且半码字U包含每个半码字B和M的位的另一半。
图6还示出了2维重叠码字分割。频率分集由发送半码字U和L的上边带和下边带提供。时间分集由主/备份半码字M和B提供。BL、BU、ML和MU代表重叠的四分之一分区。每个四分之一分区包含2个半码字的一半。每个码字位被分配给BL、BU、ML或MU。复合码字由半码字组成：B＝BL+BU，M＝ML+MU，L＝BL+ML和U＝BU+MU。半码字B可以在M之后发送，具有大约4秒的分集延迟。半码字B由BL和BU组成。
图7是CLDPC前向纠错(FEC)信号流的例子的框图。在这个例子中，4608个信息位在线路160上被输入，并且利用码率1/3码生成器162被编码，以便在线路164上产生具有13824位的CLDPC码字。CLDPC码字被解复用166，以产生图6中所示的四组信息位和奇偶校验位。这四组位被复用168，以便在线路170、172、174和176上产生被映射到BL、BU、ML和MU四分之一分区的四组位。分集延迟178和180被添加到用于BU和BL分区的位。
图8是利用技术2的利用码率1/2CLDPC码(加上冗余信息位)的码字分割的另一个例子的示意图。在这个例子中，码字190包括4608个信息位和4608个奇偶校验位。信息位被分成两组，每组2304位。奇偶校验位被分成四组，每组1152位。信息位组中的一组和奇偶校验位组中的一组被映射到每个BL、BU、ML和MU四分之一分区。注意，两组2304个信息位每个都冗余地映射到两个四分之一分区。位被选择并映射，使得它们形成系统码率2/3非灾难性半码字，半码字被标识为由椭圆192、194、196和198包含的位。这些半码字可以在图4中所示的带内同频无线电信号中被发送，该信号包括84-kHz的上边带和下边带，每个边带都具有229个子载波。信息吞吐量约为100kbps。半码字可以在接收器被组合，以产生复合码率1/3码字。
图9是CLDPC前向纠错(FEC)信号流的例子的框图。在这个例子中，4608个信息位在线路200上被输入，并且利用码率1/2码生成器202被编码，以便在线路204上产生具有9216位的CLDPC码字。CLDPC码字被解复用206，以产生图8中所示的四组信息位和奇偶校验位。这四组位被复用到四分之一分区208，以便在线路210、212、214和216上产生被映射到BL、BU、ML和MU四分之一分区的四组位。分集延迟218和220被添加到用于BU和BL四分之一分区的位。
图10是利用码率1/2CLDPC码进行码字分割的另一个例子的示意图。除奇偶校验位生成的方式之外，该图非常类似于图8的码字分割。我们以生成R＝2/3CLDPC码字开始，然后通过简单地置换信息位以形成一组新的奇偶校验位来创建第二CLDPC码字。这导致具有冗余信息位的第二R＝2/3CLDPC码字。这个结果与图8的分割几乎相同。这里的优点是我们仅需要定义单个好的R＝2/3LDPC码，因为第二个码字是通过复制的信息位的置换来创建的。在这个例子中，码字230包括4608个信息位和两组2304个奇偶校验位。信息位被分成两组，每组2304位。奇偶校验位被分成四组，每组1152位。信息位组中的一组和奇偶校验位组中的一组被映射到每个BL、BU、ML和MU四分之一分区。注意，两组2304个信息位每个都被冗余地映射到两个四分之一分区。位被选择为使得它们形成系统码率2/3非灾难性半码字，半码字被标识为由椭圆232、234、236和238包含的位。这些半码字可以在图4中所示的带内同频无线电信号中被发送，该信号包括84kHz的上边带和下边带，每个边带都具有229个子载波。信息吞吐量约为100kbps。半码字可以在接收器被组合，以产生复合码率1/3码字。
图11是CLDPC前向纠错(FEC)信号流的例子的框图。在这个例子中，4608个信息位在线路250上被输入并且利用码率2/3码生成器252被编码，以便在线路254上产生具有6912位的CLDPC码字。信息位还如方框256中所示的那样被置换并且利用2/3码生成器被编码，以便在线路258上产生2304个奇偶校验位(未使用信息位)。CLDPC码字和奇偶校验位被解复用260，以产生如图10中所示的四组信息位和奇偶校验位。这四组位被复用到四分之一分区262，以便在线路264、266、268和270上产生被映射到BL、BU、ML和MU四分之一分区的四组位。分集延迟272和274被添加到用于BU和BL分区的位。
图11以一个系统半码字(例如，B，R＝2/3)开始，置换相同的信息位，并且重新编码它们以产生新的奇偶校验位。使用相同的信息位以及这些奇偶校验位形成互补半码字M，其中B是M的补。
图12是使用技术1和码率2/5CLDPC码的码字分割的另一个例子的示意图。除生成频谱效率更高的更高码率CLDPC码(R＝2/5，而不是R＝1/3)之外，该图类似于图6的分割。在这个例子中，码字280包括4608个信息位和6912的奇偶校验位。信息位被分成四组，每组1152位。校验位被分成四组，每组1728位。信息位组中的一组和奇偶校验位组中的一组被映射到每个BL、BU、ML和MU四分之一分区。位被选择使得它们形成非系统码率4/5非灾难性半码字，所述半码字被标识为由椭圆282、284、286和288包含的位。这些半码字可以在图2中所示的带内同频无线电信号中被发送，该信号包括70-kHz的上边带和下边带，每个边带都具有191个子载波。信息吞吐量约为100kbps。半码字可以在接收器被组合，以产生复合码率2/5码字。
图13是CLDPC前向纠错(FEC)信号流的例子的框图。在这个例子中，4608个信息位在线路290上被输入并且利用码率2/5码生成器292被编码，以便在线路294上产生具有11520位的CLDPC码字。CLDPC码字被解复用296，以产生如图12中所示的四组信息位和奇偶校验位。这四组位被复用到四分之一分区298，以便在线路300、302、304和306上产生被映射到BL、BU、ML和MU四分之一分区的四组位。分集延迟308和310被添加到用于BU和BL四分之一分区的位。
图14是使用技术2和码率2/5的LDPC码的码字分割的另一个例子的示意图。除生成较低码率的CLDPC码之外，它类似于图8的分割。在这个例子中，码字320包括4608个信息位和6912个奇偶校验位。信息位被分成两组，每组2304位，它们被复制，以产生四组，每组2304位。奇偶校验位被分成四组，每组1728位。信息位组中的一组和奇偶校验位组中的一组被映射到每个BL、BU、ML和MU四分之一分区。位被选择，使得它们形成系统码率4/7非灾难性半码字，所述半码字被标识为由椭圆322、324、326和328包含的位。这些半码字可以在图3中所示的带内同频无线电信号中被发送，该信号包括98-kHz的上边带和下边带，每个边带都具有267个子载波。信息吞吐量约为100kbps。半码字可以在接收器被组合，以产生复合码率2/7码字。作为替代实施例，以与图10和图11中所示相同的方式，分割可以以码率4/7码开始并且信息位可以被置换，以产生另外的奇偶校验位。
图15是CLDPC前向纠错(FEC)信号流的例子的框图。在这个例子中，4608个信息位在线路330上被输入并且利用码率2/5码生成器332被编码，以便在线路334上产生具有11520位的CLDPC码字。CLDPC码字被解复用336，以产生图14中所示的四组信息位和奇偶校验位。这四组位被复用到四分之一分区338，以便在线路340、342、344和346上产生被映射到BL、BU，ML和MU四分之一分区的四组位。分集延迟348和350被添加到用于BU和BL四分之一分区的位。
除使用非系统CLDPC码之外，图16类似于图6，其中码字中的信息位被奇偶校验码位替代。图16是使用技术1的码率1/3CLDPC码的码字分割的例子的示意图。在这个例子中，码字320包括13824个奇偶校验位。奇偶校验位被分成四组，每组3456位。一组奇偶校验位被映射到每个BL(备份下部)、BU(备份上部)、ML(主下部)和MU(主上部)分区。位被选择为使得它们形成非系统码率2/3非灾难性半码字，所述半码字被标识为由椭圆322、324、326和328包含的位。这些半码字可以在图4所示的带内同频无线电信号中被发送，该信号包括84-kHz的上边带和下边带，每个边带都具有229个子载波。信息吞吐量约为100kbps。半码字可以在接收器被组合，以产生复合码率1/3码字。在这个例子中，半码字L包括每个半码字B和M的位的一半，并且半码字U包括每个半码字B和M的位的另一半。
图16还示出了2维重叠码字分割。频率分集由发送半码字U和L的上边带和下边带提供。时间分集由主/备份半码字M和B提供。BL、BU、ML和MU代表重叠的四分之一分区。每个四分之一分区包含2个半码字的一半。每个码字位被分配给BL、BU、ML或MU。复合码字由半码字组成：B＝BL+BU，M＝ML+MU，L＝BL+ML和U＝BU+MU。半码字B可以在M之后被发送，具有大约4秒的分集延迟。半码字B由BL和BU组成。
表1总结在上述各个实施例中使用的示例LDPC码。
表1潜在LDPC码的比较
*系统半码字导致全码中的冗余信息位。编码器复制这些冗余信息位，解码器在解码之前组合冗余信息软位(soft-bit)。然后，由于这种冗余性，代码生成器码率大于全码率。
**利用信息位置换利用码率2/3生成器生成并且随后除去一组信息位的码率1/2码
图17是FMIBOC接收器370的简化功能框图。接收器包括连接到天线374的输入372和调谐器或前端376。接收到的信号被提供给模数转换器和数字下变频器378，以便在输出380产生包括一系列复信号样本的基带信号。信号样本是复数，因为每个样本都包括“实”部和“虚”部，其中虚部是与实部正交采样的。模拟解调器382解调基带信号的模拟调制部分，以便在线路384上产生模拟音频信号。接下来，被采样的基带信号的数字调制部分被边带隔离滤波器386滤波，其中边带隔离滤波器386具有包括在接收到的OFDM信号中存在的子载波f1-fn的总集的通带频率响应。滤波器388抑制第一相邻干扰的影响。复信号418被路由到获取模块416的输入，其中获取模块416获取或恢复OFDM符号定时偏移或者来自接收到的OFDM符号的误差和载波频率偏移或误差，如在接收到的复信号中所表示的。获取模块416发展出符号定时偏移Δt和载波频率偏移Δf，以及状态和控制信息。然后，信号被解调(方框392)，以解调基带信号的数字调制部分。然后，数字信号由去交织器394去交织，并且由Viterbi解码器396解码。服务解复用器398分离主和补充节目信号与数据信号。处理器4002处理主和补充节目信号，以便在线路402上产生数字音频信号。模拟和主数字音频信号如方框404中所示的那样被混合，或者使补充节目信号通过，以便在线路406上产生音频输出。数据处理器408处理数据信号并且在线路410、412和414上产生数据输出信号。数据信号可以包括例如电台信息服务(SIS)、主节目服务数据(MPSD)、补充节目服务数据(SPSD)以及一个或多个高级应用服务(AAS)。
在实践中，许多上述信号处理功能以及发送器和接收器的功能可以利用一个或多个处理器或其它部件来实现。这种部件可以包括集成电路。如本文所使用的，术语“处理器”包括一个或多个处理器或者被编程或以其它方式被配置为执行所述功能的其它部件。
上面描述的实施例涉及互补低密度奇偶校验码在FMIBOC无线电系统中的使用。但是，应当理解，互补低密度奇偶校验码还可以在AMIBOC无线电系统、单载波无线电信号或其它数字信号中使用或与其一起使用。
虽然本发明已经依据几个实施例进行了描述，但是本领域技术人员将理解，在不背离如权利要求中所阐述的本发明范围的情况下，可以对所述实施例进行各种修改。

Claims (39)

1.一种发送数字信息的方法，包括：
接收代表音频信息和/或数据的多个信息位；
利用互补低密度奇偶校验编码来编码所述信息位，以产生复合码字和多个可独立解码的半码字；
利用所述半码字的码位调制至少一个载波信号；及
发送所述载波信号。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
将半码字对中的码位分配给备份分区和主分区。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
将半码字对中的码位分配给下部分区和上部分区。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
将每个半码字中的码位组分配给下部备份四分之一分区、上部备份四分之一分区、下部主四分之一分区和上部主四分之一分区；
将下部备份四分之一分区和下部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波；及
将上部备份四分之一分区和上部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
将每个半码字中的信息位组分配给下部备份四分之一分区、上部备份四分之一分区、下部主四分之一分区和上部主四分之一分区；
将每个半码字中的奇偶校验位组分配给下部备份四分之一分区、上部备份四分之一分区、下部主四分之一分区和上部主四分之一分区；
将下部备份四分之一分区和下部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波；及
将上部备份四分之一分区和上部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波。
6.如权利要求5所述的方法，其中：
下部备份四分之一分区和下部主四分之一分区中的码位的组合形成可独立解码的下部半码字；
上部备份四分之一分区和上部主四分之一分区中的码位的组合形成可独立解码的上部半码字；
下部备份四分之一分区和上部备份四分之一分区中的码位的组合形成可独立解码的备份半码字；及
下部主四分之一分区和上部主四分之一分区中的码位的组合形成可独立解码的主半码字。
7.如权利要求6所述的方法，其中：
下部半码字分区和上部半码字分区中的码位的组合形成可独立解码的复合CLDPC码字；及
主半码字分区和备份半码字分区中的码位的组合形成可独立解码的复合CLDPC码字。
8.如权利要求5所述的方法，还包括：
延迟下部备份四分之一分区和上部备份四分之一分区的位；
交织下部备份四分之一分区的位，以产生交织的下部备份四分之一分区；
交织上部备份四分之一分区的位，以产生交织的上部备份四分之一分区；
交织下部主四分之一分区的位，以产生交织的下部主四分之一分区；及
交织上部主四分之一分区的位，以产生交织的上部主四分之一分区；
其中包括步骤：将下部备份四分之一分区和下部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波，并将上部备份四分之一分区和上部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波；将交织的下部备份四分之一分区映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波；将交织的上部备份四分之一分区映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波；将交织的下部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波；将交织的上部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波；以及发送所述带内同频无线电信号。
9.如权利要求5所述的方法，其中：
下部备份四分之一分区的位和上部备份四分之一分区的位是利用第一交织器交织的；及
下部主四分之一分区的位和上部主四分之一分区的位是利用第二交织器交织的，其中第一交织器比第二交织器短。
10.一种用于广播数字无线电信号的发送器，该发送器包括：
处理器，用于接收代表音频信息和/或数据的多个信息位；并且利用互补低密度奇偶校验编码来编码信息位，以产生复合码字和多个可独立解码的半码字；及
调制器，用于利用可独立解码的半码字来调制至少一个载波信号，以产生输出信号。
11.如权利要求10所述的发送器，其中处理器将半码字对中的码位分配给备份分区和主分区。
12.如权利要求10所述的发送器，其中处理器将半码字对中的码位分配给下部分区和上部分区。
13.如权利要求10所述的发送器，其中处理器将每个半码字中的码位组分配给下部备份四分之一分区、上部备份四分之一分区、下部主四分之一分区和上部主四分之一分区；将下部备份四分之一分区和下部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波；以及将上部备份四分之一分区和上部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波。
14.如权利要求10所述的发送器，其中处理器将每个半码字中的信息位组分配给下部备份四分之一分区、上部备份四分之一分区、下部主四分之一分区和上部主四分之一分区；将每个半码字中的奇偶校验位组分配给下部备份四分之一分区、上部备份四分之一分区、下部主四分之一分区和上部主四分之一分区；将下部备份四分之一分区和下部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波；以及将上部备份四分之一分区和上部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波。
15.如权利要求14所述的发送器，其中：
下部备份四分之一分区和下部主四分之一分区中的码位的组合形成可独立解码的下部半码字；
上部备份四分之一分区和上部主四分之一分区中的码位的组合形成可独立解码的上部半码字；
下部备份四分之一分区和上部备份四分之一分区中的码位的组合形成可独立解码的备份半码字；及
下部主四分之一分区和上部主四分之一分区中的码位的组合形成可独立解码的主半码字。
16.如权利要求15所述的发送器，其中：
下部半码字分区和上部半码字分区中的码位的组合形成可独立解码的复合CLDPC码字；及
主半码字分区和备份半码字分区中的码位的组合形成可独立解码的复合CLDPC码字。
17.如权利要求14所述的发送器，其中处理器延迟下部备份四分之一分区和上部备份四分之一分区的位；交织下部备份四分之一分区的位，以产生交织的下部备份四分之一分区；交织上部备份四分之一分区的位，以产生交织的上部备份四分之一分区；交织下部主四分之一分区的位，以产生交织的下部主四分之一分区；及交织上部主四分之一分区的位，以产生交织的上部主四分之一分区；将下部备份四分之一分区和下部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波，并将上部备份四分之一分区和上部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波；将交织的下部备份四分之一分区映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波；将交织的上部备份四分之一分区映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波；将交织的下部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波；将交织的上部主四分之一分区映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波。
18.如权利要求14所述的发送器，其中：
下部备份四分之一分区的位和上部备份四分之一分区的位是利用第一交织器交织的；及
下部主四分之一分区的位和上部主四分之一分区的位是利用第二交织器交织的，其中第一交织器比第二交织器短。
19.如权利要求13所述的发送器，其中：
每个半码字中的信息位组中的每一组包括相同数量的位；及
每个半码字中的奇偶校验位组中的每一组包括相同数量的位。
20.一种用于接收数字无线电信号的接收器，该接收器包括：
输入装置，用于接收包括至少一个载波的无线电信号，所述载波由代表音频信息和/或数据的多个信息位调制，其中所述信息位以复合码字和多个可独立解码的互补低密度奇偶校验半码字来编码；及
处理器，用于响应于接收到的无线电信号而产生输出信号。
21.如权利要求20所述的接收器，其中半码字对中的码位包含在备份分区和主分区中。
22.如权利要求20所述的接收器，其中半码字对中的码位包含在下部分区和上部分区中。
23.如权利要求20所述的接收器，其中每个半码字中的码位包含在下部备份四分之一分区、上部备份四分之一分区、下部主四分之一分区和上部主四分之一分区中；下部备份四分之一分区和下部主四分之一分区中的码位被映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波；以及上部备份四分之一分区和上部主四分之一分区中的码位被映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波。
24.如权利要求20所述的接收器，其中每个半码字中信息位组包含在下部备份四分之一分区、上部备份四分之一分区、下部主四分之一分区和上部主四分之一分区中；每个半码字中奇偶校验位组包含在下部备份四分之一分区、上部备份四分之一分区、下部主四分之一分区和上部主四分之一分区中；下部备份四分之一分区和下部主四分之一分区中的码位被映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波；以及上部备份四分之一分区和上部主四分之一分区中的码位被映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波。
25.如权利要求24所述的接收器，其中：
下部备份四分之一分区和下部主四分之一分区中码位的组合形成可独立解码的下部半码字；
上部备份四分之一分区和上部主四分之一分区中码位的组合形成可独立解码的上部半码字；
下部备份四分之一分区和上部备份四分之一分区中码位的组合形成可独立解码的备份半码字；及
下部主四分之一分区和上部主四分之一分区中码位的组合形成可独立解码的主半码字。
26.如权利要求25所述的接收器，其中：
下部半码字分区和上部半码字分区中码位的组合形成可独立解码的复合码字；及
主半码字分区和备份半码字分区中码位的组合形成可独立解码的复合码字。
27.如权利要求24所述的接收器，其中下部备份四分之一分区和上部备份四分之一分区的码位被延迟；下部备份四分之一分区的码位被交织，以产生交织的下部备份四分之一分区；上部备份四分之一分区的码位被交织，以产生交织的上部备份四分之一分区；下部主四分之一分区的码位被交织，以产生交织的下部主四分之一分区；及上部主四分之一分区的码位被交织，以产生交织的上部主四分之一分区；下部备份四分之一分区和下部主四分之一分区中的码位被映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波，上部备份四分之一分区和上部主四分之一分区中的码位被映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波；交织的下部备份四分之一分区中的码位被映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波；交织的上部备份四分之一分区中的码位被映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波；交织的下部主四分之一分区中的码位被映射到带内同频无线电信号的下边带中的子载波；以及交织的上部主四分之一分区中的码位被映射到带内同频无线电信号的上边带中的子载波。
28.如权利要求24所述的接收器，其中：
下部备份四分之一分区的位和上部备份四分之一分区的位是利用第一交织器交织的；及
下部主四分之一分区的位和上部主四分之一分区的位是利用第二交织器交织的，其中第一交织器比第二交织器短。
29.如权利要求24所述的接收器，其中：
每个半码字中的信息位组中的每一组包括相同数量的位；及
每个半码字中的奇偶校验位组中的每一组包括相同数量的位。
30.一种方法，包括：
通过生成具有第一码率的第一码字来构造互补低密度奇偶校验码字；及
通过将第一码字的位组分配给四个四分之一分区来分割第一码字，其中每个四分之一分区包括四个可独立解码的半码字当中一个的一半的位，其中所述四个可独立解码的半码字每个都具有比第一码率大的第二码率。
31.如权利要求30所述的方法，其中第一码字包括信息位和奇偶校验位，并且其中被分配给所述四个四分之一分区当中每一个的所述位组包括信息位组和奇偶校验位组。
32.如权利要求30所述的方法，还包括：
在带内同频信号的下边带中的子载波上发送所述四个四分之一分区当中第一四分之一分区和第二四分之一分区的位；及
在带内同频信号的上边带中的子载波上发送所述四个四分之一分区当中第二四分之一分区和第三四分之一分区的位。
33.如权利要求30所述的方法，其中第一码字包括系统码字。
34.如权利要求30所述的方法，其中第一码字包括非系统码字。
35.如权利要求30所述的方法，还包括：
对半码字进行性能检查；及
如果半码字不满足预定的性能标准，则重新分割第一码字。
36.一种方法，包括：
通过生成包括信息位和第一奇偶校验位的第一半码字来构造互补低密度奇偶校验码字；
置换并重新编码第一半码字的信息位，以产生第二奇偶校验位并且形成包括信息位和第二奇偶校验位的第二半码字；
根据第一半码字的信息位加上来自第一半码字和第二半码字当中每一个的奇偶校验位的前一半来生成第三半码字；及
根据第一半码字的信息位加上来自第一半码字和第二半码字当中每一个的奇偶校验位的后一半来生成第四半码字。
37.如权利要求36所述的方法，还包括：
将第一码字、第二码字、第三码字和第四码字的位组分配给四个四分之一分区当中每一个，其中每个四分之一分区包括第一码字、第二码字、第三码字和第四码字当中一个的一半的位。
38.如权利要求36所述的方法，还包括：
在带内同频信号的下边带中的子载波上发送所述四个四分之一分区当中第一四分之一分区和第二四分之一分区的位；及
在带内同频信号的上边带中的子载波上发送四个四分之一分区当中第二四分之一分区和第三四分之一分区的位。
39.如权利要求36所述的方法，还包括：
对第一半码字和第二半码字进行性能检查；及
如果第一半码字和第二半码字不满足预定的性能标准，则重新分割第二半码字的奇偶校验位。
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