CN110383726A - 用于长ldpc码的mcs - Google Patents

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CN110383726A CN201780087664.8A CN201780087664A CN110383726A CN 110383726 A CN110383726 A CN 110383726A CN 201780087664 A CN201780087664 A CN 201780087664A CN 110383726 A CN110383726 A CN 110383726A
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Abstract

公开了用于利用LDPC矩阵对源字编码和对码字解码的方法和设备。描述了用于生成速率1/2长度1344的LDPC码字的调制和编码方案(modulation and coding scheme,MCS)的示例实施例。

Description

用于长LDPC码的MCS
技术领域
本申请涉及移动空中接口技术，尤其涉及与长二进制低密度奇偶校检(lowdensity parity check,LDPC)码一起使用的调制和编码方案(modulation and codingscheme,MCS)。
背景技术
发射器处的LDPC编码器用于编码源字以生成码字。接收器处的LDPC解码器用于解码所接收的码字。各种速率的LDPC码已经在IEEE 802.11ad标准中采用，并且目前针对开发的IEEE 802.11ay标准提出。在“IEEE 802.11-16/0676-01-00`Length-1344-LDPC-codes-for-11ay’,2016-05-17”[REF 1]中提出了码字大小为1344位的长LDPC码。
然而，使用较长的LDPC码字长度可影响在发射器处的LDPC编码期间使用的调制和编码方案(MCS)以及接收器处的对应解码过程。因此，LDPC码字长度的改变可能需要修改用于生成LDPC码字的MCS。“IEEE标准802.11ad-2012：修订3：60GHz频段中极高吞吐量的增强”[REF 2]的第21.6.3.2.3.3节描述了与短LDPC码(大小＝672位)一起使用的编码方案。然而，这种方案可能不适合于长LDPC码，例如具有1344位码字大小的LDPC码。
因此，需要一种适用于长LDPC码的MCS。
发明内容
描述了用于生成速率1/2长度1344的LDPC码字的调制和编码方案(MCS)的示例实施例。
根据示例方面，提供了一种对源字编码以进行传输的方法，包括：将数据位流分段为336位大小的段；对每个336位大小的段添加336个填充位，以生成相应的672位大小的源字；对每个672位大小的源字应用1/2速率低密度奇偶校检LDPC编码，以生成包括672个奇偶校验位的相应的1344位大小的码字；对于每个码字，将该336个填充位替换为从该码字中包括的该数据位得出的336位，以提供1344位大小的码字，该1344位大小的码字包括该336个数据位、从该数据位得出的336位、以及672个奇偶位的拼接。
该数据位流可以有加扰，并且该方法可以包括：在将LDPC编码应用于该672位大小的源字之前，对该672位大小的源字中的该336个填充位进行加扰。在一些示例中，该填充位是零位。在一些示例中，将低LDPC编码应用于每个672位大小的源字包括应用在“IEEE802.11-16/0676-01-00`Length-1344-LDPC-codes-for-11ay’,2016-05-17”中规定的速率1/2长度1134的LDPC矩阵。在一些示例中，替换该336个填充位包括用与来自PN序列的位进行异或后的数据位来替换每个填充位。在一些示例中，将该码字映射到BPSK符号。在一些示例中，该BPSK符号被分组为数据块或正交频分复用(orthogonal frequency divisionmultiplexing,OFDM)符号块，并且该数据块或OFDM符号块被组装成802.11ay兼容帧，以分别使用单个载波或OFDM进行传输。
根据示例实施例，提供了一种用于对源字编码以进行传输的系统，包括：分段模块，被配置为：将数据位流分段为336位大小的段；向每个336位大小的段添加336个填充位，以生成相应的672位大小的源字。该系统包括：低密度奇偶校检LDPC编码模块，被配置为：对每个672位大小的源字进行编码，以生成包括672个奇偶校验位的相应的1344位大小的码字；以及对于每个码字，将该336个填充位替换为从该码字中包括的该数据位得出的336位，以提供1344位大小的码字，该1344位大小的码字包括该336个数据位、从该数据位得出的该336位、以及672个奇偶校验位的拼接。
附图说明
现在将通过示例的方式参考示出本申请的示例实施例的附图，并且其中：
图1A是示出了根据本公开的一个实施方式的示例通信系统的框图；
图1B是示出了根据本公开的一个实施方式的示例处理系统的框图；
图2A是示出802.11ad的示例单载波帧格式的示意图；
图2B是示出802.11ad的单载波帧格式的数据块的示例结构的示意图；
图3A是表示本公开的发射器的示例实施方式的框图；
图3B是示出处理本公开的信息位流的方法中的示例步骤的框图；
图4是表示加扰器的框图；并且
图5显示了IEEE802.11ad中规定的提升矩阵和码字长度为672的速率1/2LDPC码。
所有附图使用相同的附图标记来表示类似的元件和特征。虽然将结合所示实施例描述本发明的各方面，但是应该理解，并不是要将本发明限制于这些实施例。
具体实施方式
本公开教导的是方法、设备和系统，尤其是一种调制和编码方案，用于对源字编码，以生成在诸如无线局域网(wireless local area network,WLAN)的无线网络中传输的码字。虽然下面主要关于802.11ay兼容网络进行描述，但是本公开还可以应用于其他基于分块编码的系统。
将参考图1A和1B提供LDPC编码系统可以在其中操作的环境的示例，该LDPC编码系统将在下面详细描述。图1A示出了包括多个站(station,STA)102和接入点(access point,AP)104的通信网络100。STA 102和AP 104中的每一个可以包括本文描述的发射器、接收器、编码器和/或解码器。网络100可以根据一个或多个通信或数据标准或技术来操作，包括但不限于IEEE 802.11网络、第五代(fifth generation,5G)或第四代(fourth generation,4G)电信网络、长期演进(Long-Term Evolution,LTE)、第三代合作伙伴关系项目(3rdGeneration Partnership Project,3GPP)、通用移动电信系统(Universal MobileTelecommunications System,UMTS)和其他无线或移动通信网络。网络100可以例如是无线局域网(WLAN)。STA 102通常可以是能够提供无线通信或使用802.11协议的任何设备。STA102可以是笔记本电脑、台式PC、PDA、接入点或Wi-Fi电话、无线发射/接收单元(wirelesstransmit/receive unit,WTRU)、移动台(mobile station,MS)、移动终端、智能电话、蜂窝电话或其他无线计算或移动设备。在一些实施例中，STA 102包括有能力在通信网络100中发送、接收或发送和接收数据，但是执行的主要功能并非通信的机器。在一个实施例中，一种机器包括的装置或设备具有通过通信网络100发射和/或接收数据的单元，但是这种装置或设备通常并不由用户操作，主要用于通信目的。AP 104可以包括基站(BS)、演进节点B(evolved Node B,eNB)、无线路由器或其他网络接口，其用作网络100中的STA 102的无线传输和/或接收点。AP 104连接到回程网络110，其使得能够在AP 104与其他远程网络、节点、AP和设备(未示出)之间交换数据。AP 104可以通过与每个STA 102建立上行链路和下行链路通信信道来支持与每个STA 102的通信，如图1A中的箭头所示。网络100中的通信可以是非调度的、由AP 104或由网络100中的调度或管理实体(未示出)调度的、或者是调度和非调度通信的混合。
图1B示出了示例处理系统150，其可以用于实施本文描述的方法和系统，例如STA102或AP 104。处理系统150可以是例如基站、无线路由器、移动设备或任何合适的处理系统。可以使用适合于实施本公开的其他处理系统，其包括的组件可以与下面讨论的不同。尽管图1B示出了每个组件的单个实例，但是处理系统150中的每个组件可以存在多个实例。
处理系统150可以包括一个或多个处理设备152，诸如处理器、微处理器、专用集成电路(application-specific integrated circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)、专用逻辑电路或其组合。处理系统150还可以包括一个或多个输入/输出(I/O)接口154，其可以实施与一个或多个适当的输入设备和/或输出设备(未示出)的接口连接。输入设备和/或输出设备中的一个或多个可以被包括作为处理系统150的组件，或者可以在处理系统150的外部。处理系统150可以包括用于与网络有线或无线通信的一个或多个网络接口158，例如但不限于内联网、因特网、P2P网络、WAN、LAN、WLAN和/或蜂窝或移动通信网络，例如5G、4G、LTE或如上所述的其他网络。网络接口208可以包括用于网络内和/或网络间通信的有线链路(例如，以太网电缆)和/或无线链路(例如，一个或多个射频链路)。例如，网络接口158可以经由一个或多个发射器或发射天线、一个或多个接收器或接收天线以及各种信号处理硬件和软件来提供无线通信。在该示例中，示出了单个天线160，其可以用作发射和接收天线。然而，在其他示例中，可以存在用于发射和接收的单独天线。网络接口158可以被配置用于向回程网络110或网络100中的其他用户设备、接入点、接收点、传输点、网络节点、网关或中继(未示出)发送和接收数据。
处理系统150还可以包括一个或多个存储单元170，其可以包括大容量存储单元，例如固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器和/或光盘驱动器。处理系统150可以包括一个或多个存储器172，其可以包括易失性或非易失性存储器(例如，闪存、随机存取存储器(random access memory,RAM)和/或只读存储器(read-only memory,ROM))。非暂时性存储器172可以存储用于由处理设备152执行的指令，以便执行本公开。存储器172可以包括其他软件指令，例如用于实施操作系统和其他应用程序/功能。在一些示例中，一个或多个数据集和/或模块可以由外部存储器(例如，与处理系统150进行有线或无线通信的外部驱动器)提供，或者可以由暂时性或非暂性计算机可读介质提供。非暂时性计算机可读介质的示例包括RAM、ROM、可擦除可编程ROM(erasable programmable ROM,EPROM)、电可擦除可编程ROM(electrically erasable programmable ROM,EEPROM)、闪存、CD-ROM或其他便携式存储器。
在示例实施例中，处理系统150包括：编码器162，用于将源字编码为码字；以及调制器164，用于将码字调制为符号。如下所述，编码器162对源字执行LDPC编码以生成码字位。调制器164对码字执行调制(例如，通过诸如BPSK、QPSK、16QAM或64QAM的调制技术)。在一些示例中，在存储器172中编写的指令可以将处理设备152配置为执行编码器162和/或调制器164的功能，使得编码器162和/或调制器164在处理系统150中可以不是不同物理模块。在一些示例中，编码器162和调制器164可以在处理系统150的发射器模块内实施。在一些示例中，发射天线160、编码器162和调制器164可以被实施为发射器处理系统150外部的组件，并且可以只是简单地从处理系统150传送源字。
处理系统150可以包括解调器180和解码器190，用于处理接收信号。解调器180可以对接收的调制信号(例如，BPSK、QPSK、16QAM或64QAM信号)执行解调。然后，解码器190可以对解调信号执行适当的解码，以便还原出包含在接收信号中的原始信号。在一些示例中，在存储器172中编写的指令可以将处理设备152配置为执行解调器180和/或解码器190的功能，使得解调器180和/或解码器190在处理系统150中可以不是不同物理模块。在一些示例中，解调器180和解码器190可以在处理系统150中的接收器模块内实施。在一些示例中，接收天线160、解调器180和解码器190可以实施为外部的接收器组件，并且可以只是简单地将从接收信号解码出的信号传送到处理系统150。
处理系统150的组件之间，可以存在提供通信的总线192，包括处理设备152、I/O接口154、网络接口158、编码器162、调制器164、存储单元170、存储器172、解调器180和解码器190。总线192可以是任何合适的总线架构，包括例如存储器总线、外围总线或视频总线。
可以通过使用低密度奇偶校检(LDPC)编码技术对要发送的源字进行编码，和/或通过对使用LDPC码解码技术接收的码字进行解码，从而实现网络100中的STA 102和AP 104之间的通信。在利用LDPC编码技术对源字进行编码之后，当编码的码字在从AP 104到STA102或从STA 102到AP 104的信号中发送时，发送的信号的LDPC编码信息可以包括在被发送的帧中。在STA 102或AP 104接收到发送的信号之后，利用接收信号中的LDPC编码信息，STA102或AP 104就可以选择适当的LDPC解码技术来解码接收的信号。
图2A示出了根据IEEE 802.11ad的单载波(single carrier,SC)帧201的示例格式，其可以用于示例实施例中在AP 104和STA 102之间交换的信号。SC帧201包括短训练字段(short training field,STF)、信道估计(channel estimation,CE)字段、PHY报头、SC数据块(block,BLK)和可选的用于波束赋形训练的自动增益控制(automatic gain control,AGC)子字段和TRN-R/T子字段。该帧可以包括多个SC数据块BLK，如图2A所示。
图2B示出了根据802.11ad标准的SC数据块BLK的示例结构，其可以在示例实施例中使用。在图2B中，每个SC数据块BLK由DATA_BLK＝448个符号组成。在每两个相邻BLK之间使用GI＝64位的保护间隔(guard interval,GI)充当相邻数据块之间的循环周期的角色，以允许SC接收器执行频域均衡。在802.11ay中，可以支持信道绑定，信道数由NCB表示，数据块大小则相应地修改。因此，在示例实施例中，其他替代数据块和保护间隔大小包括：1)DATA_BLK＝448*NCB，GI＝64*NCB，其中2≤NCB≤N；N≥2)DATA_BLK＝480*NCB，GI＝32*NCB，其中1≤NCB≤N，N≥1；以及3)DATA_BLK＝384*NCB，GI＝128*NCB，其中1≤NCB≤N，N≥1。
图2A表示STA 102或AP 104的发射器300的示例实施方式。在示例实施例中，发射器300输出SC数据帧201。如IEEE802.11ad标准中所规定的，SC帧201的PHY报头包括5位MCS字段，其标识应用于SC帧201中包括的SC数据块BLK的MCS。具体地，MCS字段是调制和编码方案表的索引，其标识着与应用于预定的调制和编码方案的索引值相关联的一组参数。在IEEE 802.11ad标准中，MCS索引“1”(称为MCS 1)指定以下MCS参数：调制：n/2-BPSK；NCBPS＝1；重复＝2；码率＝1/2；和数据速率(Mbps)＝385。各参数是根据预定的LDPC编码过程指定的，该过程在IEEE 802.11ad标准的第21.6.3.2.3.3节[REF 2]中规定。如上所述，IEEE802.11ad标准规定672位的1/2速率码字大小。
相应地，本文描述了用于替换MCS 1的示例实施例，其适用于具有1344位码字大小的1/2速率LPDC，用于LDPC码的上下文中，例如在“IEEE 802.11-16/0676-01-00`Length-1344-LDPC-codes-for-11ay’,2016-05-17”[REF 1]中所述。
现在将在图3A和3B的上下文中描述应用于SC帧201中的SC数据块BLK的MCS的描述。如图3A所示，由处理系统150实施的发射器300包括源字分段模块202、LDPC编码器162、位到符号映射调制器164和分组模块208。在示例实施例中，从发射器300发送的帧201的报头中的MCS索引值将对应的MCS表条目包括的MCS参数为：调制：n/2-BPSK；NCBPS＝1；重复＝2；码率＝1/2；和数据速率(Mbps)＝385。
图3B示出了由发射器处理输入信息位流的示例步骤。
在示例实施例中，在源字分段模块202处的蒸汽中接收加扰信息或数据位，该模块用于将数据位分段为源字每个具有k＝672位的大小。在示例实施例中，MCS重复因子为2，指示每个源字将包括输入数据位的两个版本，并且因此，分段模块202执行以下动作(参见图3B)以生成源字(1)输入加扰数据位被分段，以提供包含k/2＝336个加扰数据位(b1,b2,...,b336)的分段(步骤320)；以及(2)K/2＝336填充“零”位(01,02,...,0336)与336个加扰数据位连接以填充最多k位(步骤322)，以产生672位源字(步骤326)。
每个k＝672的源字来自1×k行向量或一维二进制数1×k。在LDPC编码器162处对k＝672位源字进行编码，以由LDPC编码器162生成相应的n＝1344位码字(步骤224)。特别地，每个源字的672位大小的数据位块和填充位块与n-k＝672位大小的奇偶位块(p1,p2,...,p672)拼接以产生n＝1344位大小的码字使得其中H是(n-k)×n奇偶校检矩阵。
在示例实施例中，奇偶校检矩阵H采用在“IEEE 802.11-16/0676-01-00`Length-1344-LDPC-codes-for-11ay’,2016-05-17”[REF 1]中规定的速率1/2长度1134的LDPC矩阵的形式。在这方面，参考图5，奇偶校检矩阵H是672行乘1344列矩阵，其通过将提升矩阵592应用于基矩阵504而得到，其是在IEEE 802.11ad[REF2]中规定的码率＝1/2，码字大小＝672位的LDPC矩阵。在基矩阵504中，对于表中每个元素i，若包含的值不是“-1”，则是大小为Z×Z的识别矩阵Pi的循环排列矩阵Pi，其中Z＝42，并且“-1”条目表示大小为Z×Z的零矩阵。
编码后的n＝1344大小的码字在LDPC编码器162处经历进一步操作，其中k/2＝336个填充零位(01,02,...,0336)被经过异或后的数据位替换(步骤328)。具体地，336个原始加扰数据位(b1,b2,...,b336)与336位大小的伪随机数(pseudorandom number,PN)序列进行异或，以产生PN序列异或数据位(b'1,b'2,...,b'336)的336位块。在这方面，图4示出了使用线性反馈移位寄存器(linearfeedback shift register,LFSR)和XOR运算实施的加扰器402的示例。PN序列可以例如从加扰器402的LFSR生成，其中LSFR被初始化为全1矢量，并且在每个码字之后重新初始化为同一个矢量。在用经过XOR的数据位替换填充的零位之后，LDPC编码器输出1344位大小的码字其包括336个加扰数据位、336个与PN序列异或后的加扰数据位、以及672个奇偶校检位。
然后，编码后的码字在位到符号映射调制器164处被调制为符号(步骤330)。在示例实施例中，应用了802.11ad中规定的π/2BPSK调制。在BPSK调制中，二进制位简单地映射为双极{-1,1}符号。可以将多个符号分组为调制码字。例如，调制码字可以包括1344个BPSK调制符号。可以在分组模块208中将调制码字进一步组装成具有适当大小的数据块(block,BLK)(步骤332)。在一个实施例中，每个组装的数据块BLK包含448个符号。然后可以将数据块BLK组装成帧201，帧201在一些示例中是IEEE 802.11ay SC兼容帧，并且被调制到单个载波上以便传输到具有相应解码能力的接收器。
在一些示例中，分组模块208被配置为将正交频分复用(OFDM)应用于BPSK调制符号以输出可以组装成IEEE 802.11ay OFDM投诉帧的OFDM符号块。
因此，上述MCS使用大小为1344的1/2速率LDPC码，为802.11ay MCS 1提供了合适的编码过程。在示例模拟中，与为802.11ad中规定的MCS 1使用速率1/2大小672的LDPC码相比，观察到最高0.5dB的性能增益。
本公开提供了用于实现所公开的方法和系统的示例的某些示例算法和计算。然而，本公开并不局限于任何特定算法或计算。尽管本公开以特定顺序的步骤描述了方法和过程，但是可以适当地省略或改变方法和过程的一个或多个步骤。在适当的情况下，一个或多个步骤可以以不同于所描述的顺序发生。
通过前述实施例的描述，本发明可以通过仅使用硬件、或者通过使用软件和必要的通用硬件平台、或者通过硬件和软件的组合来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现。该软件产品可以存储在非易失性或非暂时性存储介质中，该存储介质可以是光盘只读存储器(compact disk read-only memory,CD-ROM)、USB闪存驱动器或硬盘。该软件产品包括许多指令，这些指令使计算机设备(个人计算机、服务器或网络设备)能够执行本发明实施例中提供的方法。
尽管已经详细描述了本发明及其优点，但是应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。
此外，本申请的范围并不意在局限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。本领域的技术人员通过本发明的公开内容将易于了解，根据本发明，可利用当前存在或日后将开发的执行与本文中描述的对应实施例大体上相同功能或实现与其大体上相同结果的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。

Claims (18)

1.一种用于对源字编码以进行传输的方法，包括：
将数据位流分段为336位大小的段；
对每个336位大小的段添加336个填充位，以生成相应的672位大小的源字；
对每个672位大小的源字应用1/2速率低密度奇偶校检LDPC编码，以生成包括672个奇偶校验位的相应的1344位大小的码字；
对于每个码字，将所述336个填充位替换为从所述码字中包括的所述数据位得出的336位，以提供1344位大小的码字，所述1344位大小的码字包括所述336个数据位、从所述数据位得出的所述336位、以及672个奇偶校验位的拼接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据位流被加扰。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述填充位是零位。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中将LDPC编码应用于每个672位大小的源字包括应用在“IEEE 802.11-16/0676-01-00‘Length-1344-LDPC-codes-for-11ay’,2016-05-17”中规定的速率1/2长度1134的LDPC矩阵。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中替换所述336个填充位包括：用与来自PN序列的位进行异或后的数据位来替换每个填充位。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，包括将所述码字映射到BPSK符号。
7.根据权利要求6所述的方法，包括将所述BPSK符号分组为数据块，并将所述数据块组装成用于单载波传输的802.11ay兼容帧。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：将所述BPSK符号调制成用于OFDM传输的正交频分复用OFDM符号块。
9.一种用于对源字编码以进行传输的系统，包括：
分段模块，被配置为：将数据位流分段为336位大小的段；以及
向每个336位大小的段添加336个填充位，以生成相应的672位大小的源字；
低密度奇偶校检LDPC编码模块，被配置为：对每个672位大小的源字进行编码，以生成包括672个奇偶校验位的相应的1344位大小的码字；以及
对于每个码字，将所述336个填充位替换为从所述码字中包括的所述数据位得出的336位，以提供1344位大小的码字，所述1344位大小的码字包括所述336个数据位、从所述数据位得出的所述336位、以及672个奇偶校验位的拼接。
10.根据权利要求9的系统，其中所述数据位流被加扰。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其中所述填充位是零位。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的系统，其中所述LDPC编码模块被配置为应用在“IEEE 802.11-16/0676-01-00‘Length-1344-LDPC-codes-for-11ay’,2016-05-17”中规定的速率1/2长度1134的LDPC矩阵。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的系统，其中，所述LDPC编码模块被配置为通过用与来自PN序列的位进行异或后的数据位来替换每个填充位，从而替换所述336个填充位。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的系统，所述系统包括：符号映射模块，所述符号映射模块被配置为将所述码字映射到BPSK符号。
15.权利要求14所述的系统，所述系统包括分组模块，所述分组模块被配置为将所述BPSK符号分组为数据块，并将所述数据块组装成用于单载波传输的802.11ay兼容帧。
16.根据权利要求14所述的系统，所述系统包括分组模块，所述分组模块被配置为将所述BPSK符号调制成用于OFDM传输的正交频分复用OFDM符号块。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的系统，其中所述系统在本地无线区域网络接入点中实施。
18.根据权利要求9至16中任一项所述的系统，其中所述系统在移动无线站中实施。
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