CN1697359A - 用于发送和接收数据的系统、装置和方法 - Google Patents

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CN1697359A CNA2005100741724A CN200510074172A CN1697359A CN 1697359 A CN1697359 A CN 1697359A CN A2005100741724 A CNA2005100741724 A CN A2005100741724A CN 200510074172 A CN200510074172 A CN 200510074172A CN 1697359 A CN1697359 A CN 1697359A
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Abstract

本发明提供一种用于发送/接收由低密度奇偶校验矩阵码编码的数据的系统、装置和方法。该用于发送由低密度奇偶校验码编码的数据的装置包括：低密度奇偶校验编码器，用于基于低密度奇偶校验码来编码输入数据；和位删截器，用于根据输出数据的码率在低密度奇偶校验码中以由删截引起的最小地降低性能的列的次序删截列。因此，可以在支持多种码率的下一代移动通信系统中实施该具有优越性能的低密度奇偶校验码。

Description

用于发送和接收数据的系统、装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2004年4月22日在美国专利商标局提出的美国临时申请第60/564,244号和于2005年2月14日在韩国知识产权局提出的韩国专利申请第2005-11983的优先权，这些申请所公开的内容在此合并作为参考。
技术领域
根据本发明的装置、方法和系统涉及发送/接收由低密度奇偶校验矩阵码编码的数据，尤其涉及发送/接收由用于提供各种编码率和优越性能的低密度奇偶校验矩阵码编码的数据。
背景技术
在20世纪70年代后期在美国提出了蜂窝式移动通信系统，并且在20世纪80年代后期在韩国提供了作为语音无线通信业务的高级移动电话业务(AMPS)。高级移动电话业务是第一代移动通信系统(1G)的模拟方式。之后，在20世纪90年代中期第二代移动通信系统被商业化，并且在20世纪90年代后期作为第三代移动通信系统的国际移动通信-2000(IMT-2000)的部分被商业化，所述第三代移动通信系统提供改进的高速无线多媒体数据业务。
近来，为了将第三代移动通信系统发展到第四代移动通信系统(4G)，进行了许多研究。已经开发了第四代移动通信系统以达到如在有线通信网络和无线通信之间的有效连接以及综合业务的目标。因此，第四代移动通信系统的各种规范已经被标准化，用于发展与第三代移动通信系统相比提供更快的数据传输业务的技术。
其间，在通信中最基本的问题是如何有效地并且可靠地通过信道传输数据。下一代移动通信要求处理如声音、图像和数据等的各种信息并且以高速发送处理后的信息的高速通信系统。因此，需要一种用于改善通信系统效率的有效信道编码方案。
此外，移动通信系统的迅速发展带来了开发在无线网络中传输可以与有线网络相比的、大量数据的技术的要求。因此，提高数据传输效率已成为改善通信系统性能的主要因素。然而，由于在传输数据期间不可避免的错误，如由信道状态引起的噪声、干扰和衰减等，移动通信系统以高速率传输大量数据可能存在困难。因此，由于错误经常丢失信息数据。
为了减少由于错误引起的信息数据丢失，根据信道特性提出了多种错误-控制技术并且广泛地波应用。多种错误-控制技术增加了移动通信系统的可靠性。在多种错误-控制技术中，通常使用纠错码。代表性的错误-控制技术包括turbo码和低密度奇偶校验(LDPC)。
其间，上述信道编码是在多频带正交频分复用(OFDM)系统中的MODEM的必需的构成元素，其中多频带正交频分复用系统应用于无线个人区域网络系统。
图1是说明应用卷积编码器的传统多频带OFDM系统的方框图。
如图1所示，该传统多频带OFDM系统包括发送单元和接收单元。发送单元包括加扰器110、卷积编码器111、删截器(puncturer)112、位交织器113、星座映射器114、快速傅里叶逆变换(IFFT)单元115、数字-模拟(D/A)转换器116、乘法器117和天线118。加扰器110接收输入数据并且加扰输入数据。卷积编码器111编码来自加扰器110的加扰数据。删截器112根据将要发送的数据的码率删截(puncture)来自卷积编码器111的编码数据。
位交织器113交织位到经删截的数据并且星座映射器114将经位-交织的数据变换成对应的符号。IFFT单元115执行符号的IFFT并且通过D/A转换器116将所变换的符号转换成模拟信号。通过乘法器117，模拟信号与载波频率exp(j2πfct)相乘并且相乘后的模拟信号通过天线118被发送到接收单元。
多频带OFDM系统的接收单元包括：解扰器120、解码器121、逆删截器122、去交织器123、FFT单元124、两个A/D转换器125a、125b、两个乘法器126a、126b、低噪声放大器(LNA)127和天线128。LNA127通过天线128接收自发送单元发送的信号并且放大所接收的信号。两个乘法器126a和126b将所接收的信号分离成I-信道信号和Q-信道信号并且A/D转换器125a和125b将I-信道信号和Q-信道信号转换成数字信号。
数字信号通过FFT单元124进行快速傅里叶变换并且变换后的数字信号通过去交织器123进行去交织。逆删截器122针对每一删截的位插入位。通过解码器121，如viterbi解码器来解码被插入位的数字信号。最后，解扰器120解扰经解码的信号以产生最后的输出数据。
如上所述，多频带OFDM系统必须要求编码操作并且额外要求用于根据发送单元中的相应码率而删截编码数据的删截步骤。
通常，应用卷积编码器作为用于支持可变码率的编码器。然而，和LDPC编码器相比，卷积编码器降低了位错误率(BER)性能。
图2是显示卷积编码和LDPC编码之间的性能差异的图表。
参照图2，所述图表显示了原始信号、卷积编码信号202、203、204和LDPC编码信号205、206和207的分组错误率(PER)。卷积编码信号202、203、204基于卷积编码被编码和交织并且分别具有1/2、5/8和3/4的码率。LDPC码信号205、206和207基于LDPC被编码并且分别具有1/2、5/8和3/4的码率。根据该图表，在卷积编码信号和LDPC编码信号之间有大约6.8dB的性能差异。
因此，LDPC编码被认为是用于下一代移动通信系统的编码方案。然而，在将LDPC编码方案应用于支持可变码率的下一代移动通信系统时，LDPC编码方案要求根据码率执行删截。如果在LDPC编码方案中采用随机删截方法作为用于删截的方法，则性能会降低。因此，尽管LDPC编码方案提供了优越的编码性能，但是将LDPC编码方案应用于支持可变码率的移动通信系统存在困难。
为了克服上述问题，提出根据在Infineon中不删截LDPC码的相应码率的应用大量的母码的方法作为支持可变码率的编码方案，从而当应用LDPC编码方案时不降低性能。相比卷积编码方案，该方法改善了性能。然而，因为根据每一码率要求额外的母码，所以该方法导致复杂性增加。
因此，在支持可变码率的移动通信系统中，对具有低复杂性和优越性能的编码方案存在大的需求。
发明内容
本发明的说明性的、非限制性的实施例克服了上述缺点和上面没有描述的缺点。同时，不要求本发明克服上述缺点，以及本发明的说明性的、非限制性的实施例可能不能克服上述的任何问题。
根据本发明的一个方面，提供一种用于在移动通信系统中通过基于低密度奇偶校验码来编码数据、删截编码数据并且发送删截数据来发送/接收支持多种码率的数据的系统、装置和方法。
根据本发明的另一目的，提供一种用于通过删截能正确恢复信号的位置的位来发送/接收支持多种码数据的数据的系统、装置和方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于发送由低密度奇偶校验码编码的数据的装置，包括：加扰器，用于加扰将要发送的输入数据；低密度奇偶校验编码器，用于基于低密度奇偶校验码来编码来自加扰器的加扰输入数据；位删截器，用于在低密度奇偶校验码中有序地删截列，所述列是由删截引起的最小地降低性能的列；星座映射器，用于将删截后的数据转换成映射各个数据的符号；和快速傅里叶逆变换器，用于快速傅里叶逆变换用于正交频分复用(OFDM)的符号并且发送变换后的数据给接收端。
装置可以进一步包括：数字模拟转换器，用于将在快速傅里叶逆变换中处理的数字信号变换成模拟信号；和发送天线，用于将模拟信号乘以载波频率信号并且发送相乘后的模拟信号到无线环境。
发送天线可以应用超宽带频率发送数据。
低密度奇偶校验编码器包括：列置换单元，用于在低密度奇偶校验码中根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序替换列并且由删截引起的最小降低性能的列可以有次序地被从左侧列到右侧列的一个列或者从右侧列到左侧列的一个列替换。
位删截器可以根据输出数据的码率从低密度奇偶校验码的最左侧列或最右侧列开始有次序地删截位。
低密度奇偶校验编码器可以包括：奇偶校验矩阵生成器，用于生成在元素0和1之间具有较少数量的1’s的M×N奇偶校验矩阵；列置换矩阵生成器，用于根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序通过置换奇偶校验矩阵的列生成列置换矩阵；产生矩阵生成器，用于从列置换矩阵生成产生矩阵；和编码计算器，用于根据产生矩阵来编码输入数据。
列置换矩阵生成器可以包括：删截位计算单元，用于根据在所要求的码率中的最大码率来计算将要删截的位数；删截位位置确定单元，用于根据所计算的位数来确定将要置换的列数并且确定所确定数量的由删截引起的最小地降低性能的列作为将要替换的列；和列替换单元，用于有次序地替换已确定的列。
删截位位置确定单元可以确定在与M×N奇偶校验矩阵的因子图上连接到一个校验节点的多个可变节点中仅仅删截一个可变节点的列。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于发送由低密度奇偶校验码编码的数据的装置，包括：低密度奇偶校验编码器，用于基于低密度奇偶校验码编码输入数据；和位删截器，用于根据输出数据的码率在低密度校验码中以由删截引起的最小地降低性能的列的次序删截列。
低密度奇偶校验编码器可以包括：列置换单元，用于在低密度奇偶校验码中以由删截引起的最小地降低性能的列的次序置换列。
可以在低密度奇偶校验码中有次序地从右侧列或者从左侧列开始置换由删截引起的最小地降低性能的列。
位删截器可以在低密度奇偶校验码中根据输出数据的码率有次序地从左侧列开始删截位。
低密度奇偶校验编码器可以包括：奇偶校验矩阵生成器，用于生成在元素0和1之间具有较少数量的1’s的M×N奇偶校验矩阵；列置换矩阵生成器，用于根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序通过置换奇偶校验矩阵的列来生成列置换矩阵；产生矩阵生成器，用于从列置换矩阵生成产生矩阵；和编码计算器，用于根据产生矩阵来编码输入数据。
列置换矩阵生成器可以包括：删截位计算单元，用于根据在所要求的码率中的最大码率来计算将要删截的位数；删截位位置确定单元，用于根据所计算的位数来确定将要置换的列数并且确定所确定数量的由删截引起的最小地降低性能的列作为将要替换的列；和列替换单元，用于有次序地替换所确定的列。
删截位位置确定单元可以确定在根据低密度奇偶校验码的特性的因子图上连接到一个校验节点的多个可变节点中删截一个可变节点的列作为将要删截的列。
仍然根据本发明的另一个方面，提供一种用于接收由低密度奇偶校验码编码的数据的装置，包括：快速变换器，用于接收从发送端发送的信号并且快速傅里叶变换接收的信号；位插入器，用于在变换后的信号中插入和发送端删截的位数相同的中间值；低密度奇偶校验解码器，用于基于在发送端的低密度奇偶校验编码器的编码方法来解码被插入位的信号；和解扰器，用于通过解扰解码后的信号来生成最后的输出数据。
仍然根据本发明的另一个方面，提供一种用于接收由低密度奇偶校验码编码的数据的装置，包括：位插入器，用于根据接收数据的码率插入和在发送端删截的位数相同的位到相应的删截位置；和低密度奇偶校验解码器，用于基于低密度奇偶校验码来执行低密度奇偶校验解码，其中以由删截引起的最小地降低性能的列的次序置换列。
权利要求的装置可以进一步包括：接收天线，用于接收从发送端发送的信号；和模拟-数字转换器，用于将接收的模拟信号转换成数字信号。
位插入器可以在输入到低密度奇偶校验解码器的数据中在列中有次序地从左侧列开始插入相应数目的位。
低密度奇偶校验解码器可以包括：软判决单元，用于执行由位插入器插入位的数据的信号的软判决；和LLR解码器，用于基于低密度奇偶校验码来解码软判决的信号。
低密度奇偶校验解码器可以进一步包括：奇偶校验矩阵生成器，用于生成在元素0和1之间具有较少数量的1’s的M×N奇偶校验矩阵；列置换矩阵生成器，用于根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序通过置换奇偶校验矩阵的列来生成列置换矩阵。
列置换矩阵生成器可以包括：删截位计算单元，用于根据在所要求的码率中的最大码率来计算将要删截的位数；删截位位置确定单元，用于根据所计算的位数来确定将要置换的列数并且确定所确定数量的由删截引起的最小地降低性能的列作为将要替换的列；和列替换单元，用于有次序地替换所确定的列。
删截位位置确定单元可以确定在根据低密度奇偶校验码的特性的因子图上连接到一个校验节点的多个可变节点中删截一个可变节点的列作为将要删截的列。
仍然根据本发明的另一个方面，提供一种用于发送由低密度奇偶校验码编码的数据的方法，包括步骤：通过低密度奇偶校验码编码输入数据；和在低密度奇偶校验码中以由删截引起的最小地降低性能的列的次序删截编码后的数据。
编码步骤可以进一步包括根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序在低密度奇偶校验码中置换列的步骤。
置换列的步骤，由删截引起的最小降低性能的列可以被有次序地采用从左侧列到右侧列的一个列或者从右侧列到左侧列的一个列来替换。
删截的步骤，可以根据输出数据的码率从在低密度奇偶校验码中的左侧列开始有次序地删截位。
编码输入数据的步骤可以包括步骤：生成在元素0和1之间具有较少数量的1’s的M×N奇偶校验矩阵；根据由删截引起的最小降低性能的列的次序通过置换奇偶校验矩阵的列来生成列置换矩阵；从列置换矩阵生成产生矩阵；和根据产生矩阵编码输入数据。
生成列置换矩阵的步骤可以包括步骤：根据在所要求码率中的最大码率来计算将要删截的位数；根据所计算的位数来确定将要置换的列数并且确定所确定数量的由删截引起的最小地降低性能的列作为将要替换的列；有次序地替换所确定的列。
在确定列数的步骤中，可以确定在根据低密度奇偶校验码的特性的因子图上连接到一个校验节点的多个可变节点中删截一个可变节点的列作为将要置换的列。
确定列数的步骤可以包括步骤：在低密度奇偶校验矩阵中选择具有最少数量的1’s的列；分析在选择的列的1’s的行；和在第j列是所选择的列的情况下，如果第j列满足预定条件，则第j列被确定为将要被删截的候选列，其中所述条件是指1’s的行的至少一个具有非0元素的非删截列。
在确定列数的步骤中，如果第0到第(j-1)列满足所述预定条件，则第j列可被确定为将要删截的列。
仍然根据本发明的另一个方面，提供了一种用于接收通过低密度校验码编码的数据的方法，包括步骤：根据接收数据的码率插入和在发送端删截的位数相同的位到相应的删截位置；和基于低密度奇偶校验码执行低密度奇偶校验解码，其中列是以由删截引起的最小地降低性能的列的次序置换的。
在插入位的步骤中，可以从在输入到低密度奇偶校验解码器的数据中的左侧列开始有序地在列中插入相应数目的位。
执行低密度奇偶校验解码的步骤可以包括步骤：为通过位插入器插入位数据的信号执行软判决；和基于低密度奇偶校验码来解码软判决后的信号。
执行低密度奇偶校验解码的步骤可以进一步包括步骤：生成在元素0和1之间具有较少数量的1’s的M×N奇偶校验矩阵；和根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序通过置换奇偶校验矩阵的列来生成列置换矩阵。
生成位置换矩阵的步骤可以包括步骤：根据在所要求码率中的最大码率来计算将要删截的位数；根据所计算的位数来确定将要置换的列数并且确定所确定数量的由删截引起的最小地降低性能的列作为将要替换的列；和有次序地替换所确定的列。
在确定列数的步骤中，可以确定在根据低密度奇偶校验码的特性的因子图上连接到一个校验节点的多个可变节点中删截一个可变节点的列作为将要删截的列。
确定列数的步骤可以包括步骤：在低密度奇偶校验矩阵中选择具有最少数量的1’s的列；分析在选择的列中的1’s的行；和在第j列是所选择的列的情况下，如果第j列满足预定条件，则第j列被确定为将要被删截的候选列，其中所述条件是指1’s的行的至少一个具有非0元素的非删截列。
确定列数的步骤，如果第0到第(j-1)列满足所述预定条件，则第j列可被确定为将要删截的列。
附图说明
通过参照附图描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其他方面将会更加明显，其中：
图1是说明应用卷积编码器的传统多频带OFDM系统的方框图；
图2是表示卷积编码和LDPC编码之间的性能差异的图表；
图3是表示按照本发明的示例性实施例的用于发送通过支持可变码率的LDPC编码器编码的数据的方法的流程图；
图4是表示按照本发明的示例性实施例的用于接收通过支持可变码率的LDPC编码器发送的LDPC编码数据的方法的流程图；
图5是说明按照本发明的示例性实施例的应用LDPC编码器的多频带OFDM系统的方框图；
图6是说明按照本发明的示例性实施例的LDPC编码器和LDPC解码器的方框图；
图7是表示生成的奇偶校验矩阵H的视图；
图8是表示按照本发明的示例性实施例的列置换奇偶校验矩阵的图表；
图9是表示按照本发明的示例性实施例的列置换矩阵生成器的框图；
图10是说明按照本发明的示例性实施例的用于确定删截位置的因子图；
图11到13是用于比较本发明的LDPC码和传统码的性能的图表。
具体实施方式
将会参照附图具体描述本发明的示例性实施例。
在下面的描述中，即使在不同的图中，对于相同的元件采用相同的附图标记。在描述中定义的，如具体的构造和元件只是给广泛理解发明提供帮助。因此，很明显可以没有那些定义的事件执行本发明。同样，没有详细描述众所周知的功能或者结构，因为它们会以不必要的细节模糊本发明。
提供一种用于在支持可变码率的系统中通过应用低密度奇偶校验(LDPC)码编码数据的装置和方法。如上所述，在使用LDPC码的情况下，根据用于支持可变码率的多个码率的每一个码率通常使用不同的LDPC码，从而导致了高度的复杂性。同样，根据用于提供各种可变码率的每一码率来删截LDPC编码的数据。当应用传统的随机删截方法时，与执行删截前的LDPC码的性能相比，它同样引起了性能降低。
因此，为了防止由于删截LDPC编码的数据引起的性能降低，本发明的发送装置和方法首先删截在接收端易于恢复的位。所以，本发明不增加复杂性并且提供优越的性能。
为了决定将要被删截的位的位置，必须了解LDPC码的特征。因此，在下文中将会解释LDPC码，用于帮助更详细地理解本发明。
LDPC码是通过由数值0和1构造的奇偶校验矩阵来定义的。几乎奇偶校验矩阵的元素都是0。
LDPC编码方案是块编码方案。通过应用产生矩阵G来编码预定数据I。编码的数据C被表示成下列等式1。
            I·G＝C                     等式1
编码的数据C通过采用奇偶校验矩阵H计算来解码。如果计算结果是0，则确定如下列等式2所示的用于对编码的数据C进行的解码没有错误。
           H·C＝0，C                 等式2
因此，定义LDPC码作为奇偶校验矩阵H并且通过奇偶校验矩阵H决定LDPC编码的计算复杂性。
例如，(N，j，k)LDPC码代表长度为N的线性块编码，该线性块编码是由在每个列具有j个值为1的元素、在每行具有k个值为1的元素，以及其它元素值为0的奇偶校验矩阵的稀疏结构定义的。
可以通过在因子图上应用基于和积算法(sum product algorithm)的迭代解码算法来解码LDPC码。通过应用基于和积算法的迭代解码算法，与应用turbo编码器的解码器相比，LDPC码的解码器具有低复杂性并且可容易地被实现为并行处理解码器。
当LDPC码被表示为因子图时，在因子图中显示出循环。众所周知，在具有循环的LDPC因子图中的重复码是次理想的(sub-optimal)。同样，据证实由于重复码LDPC码具有优越的性能。然而，如果在LDPC码的因子图上有许多具有短长度的循环，则存在LDPC码性能的性能降低。因此，正在进行许多研究，用于设计在LDPC码的因子图中不产生具有短长度的循环的LDPC码。
为了不产生短长度的循环，为LDPC码设计了具有低加权密度的奇偶校验矩阵来改善解码性能以代替传统的产生矩阵。加权是在构造传统的产生矩阵和奇偶校验矩阵的元素中的值不为0的元素的个数。
如果奇偶校验矩阵有规则地在每列中具有j个加权而在每行中具有k个加权，则它被称为规则LDPC码，其中j和k是正整数。相反，如果奇偶校验矩阵在每列和每行中具有不规则数量的加权，则它被称为不规则LDPC码。通常，与规则LDPC码相比，不规则LDPC码具有更好的性能。然而，在不规则LDPD码的情况下，因为加权的数量不规则，为了获得优越的性能必须适当地控制在列和行中的加权的数目。
保证LDPC码的每一位的优越性能的条件解释如下：
(1)必须考虑在LPDC码的因子图中的循环。
循环表现为在LDPC码的因子图中由连接可变节点和校验节点的边构造的环形。循环的长度被定义为构造环形的边数。因此，循环的长长度表现为在因子图上用于构造环形的、连接可变节点和校验节点的边数很多。相反，循环的短长度意味着在因子图上用于构造环形的连接可变节点和校验节点的边数较少。
LDPC码性能与在LDPC码的因子图中的循环的长度成比例。也就是说，如果循环是形成在具有较长长度的循环的因子图中，则LDPC码具有更好的性能。当生成具有短长度的循环时，产生了最低误码率并且降低了LDPC码的性能。但是，当生成了具有较长长度的循环时，不产生最低误码率。
(2)在LDPC码的因子图中具有高阶的位具有优越的性能。
通常地，高阶位比低阶位具有更好的性能。这是因为可以通过基于重复解码和边连接的其它位来恢复高阶位。阶表示为在LDPC码的因子图中连接到可变节点和校验节点的边数。在LDPC码的因子图中的阶分布表示在LDPC码的因子图中的全部节点中具有预定阶的节点的比率。
因此，在本发明中，确定如果列被删截时将会最小地降低性能的LDPC码的奇偶校验矩阵的列并且以预定列置换所确定的列，用于首先删截在接收端可正确信号恢复的位置的位。也就是说，以第一列替换所确定的列，输入数据被编码并且根据相应的码率首先删截第一列，用于获取多种码率并且同时防止由删截引起的性能降低。
图3是表示按照本发明的示例性实施例的用于发送通过支持多种码率的LDPC编码器所编码的数据的方法的流程图。参照图3，在步骤S301，LDPC编码器接收将要发送给接收端的k位数据。在步骤S302，将输入数据编码为具有码长N和码率R的LDPC码。通过确定如果列被删截时最小地降低性能的列并且替换所确定的列到将要删截的位置来生成LDPC码。将会详细地在后面解释列置换。
在编码后，在步骤S303，根据要求的码率R’，LDPC编码输入数据被删截预定的多个位，例如K(1/R-1/R’)。在步骤S304，发送删截后的LDPC编码输入数据。
图4是表示按照本发明的示例性实施例的用于接收通过支持多种码率的LDPC编码器发送的LDPC编码数据的流程图。如图4所示，在步骤S401，接收器接收来自如图3所示的发送端的LDPC编码数据。在步骤S402，接收器在被删截的位位置中插入位的中间值。在步骤S403，将被插入位的接收数据解码为LDPC码并且在步骤S404输出k位数据。
因为将要被删截的位置是利用在发送端对性能降低影响最小的位来删截的，因此，如果通过在将被删截的位上插入位的中间值来解码接收数据，则在接收端不存在性能降低问题。
以下，将要解释本发明的用LDPC编码方案的多频带OFDM系统。
图5是说明按照本发明的示例性实施例的应用LDPC编码器的多频带OFDM系统的方框图。参照图5，多频带OFDM系统包括发送器和接收器。发送器包括加扰器510、LDPC编码器511、删截器512、星座映射器513、快速傅里叶逆变换(IFFT)单元514、数字-模拟(D/A)转换器515、乘法器516和发送天线517。通过加扰器510加扰输入数据并且LDPC编码器511编码加扰数据。LDPC编码器511确定当被删截时产生最小性能降低的列并且将该确定的列替换为将要被删截的行。替换后，删截器512根据将要被发送的编码数据来删截LDPC编码数据。
通过星座映射器513将被删截的数据变换成符号并且通过IFFT单元514快速傅里叶逆变换。然后，变换后的数据通过D/A转换器515被转换为模拟信号并且通过乘法器516将模拟信号乘以载波频率信号exp(j2πfct)。相乘后的信号通过发送天线517发送给接收端。
接收器接收来自发送器的LDPC编码信号并且以与发送器中的处理相反的次序来处理LDPC编码信号。接收器包括解扰器520、LDPC解码器521、逆删截器522、FFT单元523、两个A/D转换器524a、524b、两个乘法器525a、525b、低噪声放大器(LNA)526和接收天线527。LNA 526通过天线527接收自发送单元发送的信号并且放大所接收的信号。两个乘法器525a和525b将接收信号分成I-信道信号和Q-信道信号并且A/D转换器524a和524b将I-信道信号和Q-信道信号变换为数字信号。
数字信号通过FFT单元523进行快速傅里叶变换并且逆删截器522对于每一被删截的位插入中间值。LDPC解码器521对被插入位的数据进行解码并且对解码的数据进行解扰以产生最后的输出数据。
如上所述，在本发明中，为了减少复杂性通过删截LDPC编码数据来发送LDPC编码数据。因此，根据本发明可以实现具有低复杂性的多频带OFDM系统。同样，在本发明中删截产生最小性能降低的位。因此，可以使用具有优越性能的LDPC编码器用于支持多种码率的发送装置。
以下，将通过参照图6到10解释LDPC编码器511和LDPC解码器521的具体结构以及用于确定将要被删截的位置的方法。
图6是说明按照本发明的示例性实施例的LDPC编码器和LDPC解码器的方框图。参照图6，LDPC编码器521包括：奇偶校验矩阵生成器610、列置换矩阵生成器620、产生矩阵生成器630和编码计算器640。LDPC解码器521包括LLR解码器650和软判决单元660。
奇偶校验矩阵生成器610生成具有值0和1的M×N矩阵H。奇偶校验矩阵几乎只有值0。生成的奇偶校验矩阵H如图7中所示。
参照图7，奇偶校验矩阵的每一个元素是0或者1并且奇偶校验矩阵包括M列和N行。N的大小表示将要编码的码字长度而M的大小表示奇偶位的数目。
根据将要删截的列的选择，通过列置换矩阵生成器620置换由奇偶校验矩阵生成器610生成的奇偶校验矩阵H的列。也就是说，列置换矩阵生成器620生成如图8所示的列置换矩阵H’。
参照图8，根据将要发送的码率，确定将要删截的列的数量Np并且如果删截所述列将会最小影响性能，则选择Np个列。用左侧的列置换所选择的Np个列。
根据用于删截的方法，可能修改用于替换列的方法。也就是说，所选择的列变成首先将要删截的列。
优选地，但不是必然的，以最小影响性能降低的次序，采用在矩阵的左侧中的列来替换所述列。因此，位删截器根据将要发送的码率首先删截最左侧列。在接收器中，从最左侧边列插入位。因此，本发明不需要发送/接收用于删截位置的信息。
在另一个实施例中，使用矩阵中最右侧列来替换将要删截的列并且然后以从最右侧列到左侧列的次序删截列。在又一个实施例中，不执行列置换并且存储关于将要删截的列的位置信息。在这个实施例中，位删截器根据所述信息删截列。然而，在该实施例中，必须通知接收器将要删截的位置。也就是说，必须发送信息给接收器。
产生矩阵生成器630基于自列置换矩阵生成器620的列置换矩阵生成产生矩阵。产生矩阵生成器630确定K×NG’矩阵，所述矩阵称为产生矩阵G’。
         H′·G′＝0              等式3
编码计算器640基于产生矩阵G’来对K位的消息矢量m编码。
如果输入的消息矢量m＝[m0，m1，，mk-1]，如下列等式4表示生成的码字C。
等式4
在等式4中，p是校验部分，而m表示消息部分。
如果要求的码率是R’并且要删截的位是Np，则自Np删截码字C并且删截码字C的结果如下列等式所示：
Figure A20051007417200212
等式5
如图6所示，通过传输信道发送被删截的数据C’给接收器并且它变成信号r’。信号r’如下列等式6表示：
等式6
逆删截器522插入中间值e到删截位置并且因此，信号r’被变成如下列等式7所示的r。
等式7
如上所述，通过软判决单元660来处理被插入位的接收数据r并且LLR解码器650基于对数似然比信度传播(LLR-BP)来解码处理后的接收数据r。最后，接收器输出如下的作为消息矢量 的解码数据。
m ^ = [ m ^ 0 m ^ 1 . . . m ^ K - 1 ] 等式8
图9是表示按照本发明的示例性实施例的列置换矩阵生成器的框图。参照图9，列置换矩阵生成器620包括删截位置确定单元900、删截位计算器910和列置换单元920。
如上所述，为了生成列置换矩阵必须计算要置换的列数和要置换的列的位置。
因此，删截位计算器910根据在要求的码率中的最大码率Rmax计算将要删截的位数。也就是说，码率越高，要删截的位数变得越大。
同时，当最大码率是Rmax时，通过下列等式9计算要删截的位数NP，MAX。
           NP，MAX＝K(1/R-1/RMAX)            等式9
删截位置确定单元900根据由删截位计算单元910计算的位数来确定将被选择作为要删截的列的列数并且确定最小影响性能降低的列作为要删截的列。列置换单元920用最左侧的列或者最右侧的列来替换所确定的列。通过替换列，生成列置换矩阵H’。
以下，将会解释用于确定要删截的列的位置的方法。即使删截列并且如上述发送给接收端，要删截的列的位置必须是降低最小性能的列。因此，必须根据如上所述的LDPC码的特征来选择其中在因子图上在连接到校验节点的多个可变节点中仅仅一个可变节点被删截的列。
为了确定要删截的列的位置，在步骤S1选择具有最少1’s的列并且在步骤S2分析在所选择的列中的1’s的行。
然后，再具有最少的数字1’s的列是列j的情况下，如果在列j中在1，s的行中存在至少一行具有非-零元素的非删截列，则在步骤S3列j被确定为将要删截的候选列。
如果在列j被删截后通过列0到列j-1满足步骤S3的条件，则最后列j被确定作为要删截的列。
为了帮助理解本发明，将会通过应用如下所示的例子解释。
表1将奇偶校验矩阵的元素表示为表格格式。
表.1
Figure A20051007417200231
表1表示在每列中具有两个1’s的规则LDPC码。首先，分析列0以确定列0是否是要删截的列。如上所述，在列0中的1’s的位置是行6和7。因为至少有一行具有没有删截的非-零元素的所有列，因此列0被确定为要删截的候选列。
然后，如下表中所示分析列1。
表.2
Figure A20051007417200232
在列1中，行4和行9是1’s。如上所述，除了列4和9之外，行4和行9的任何一列都没有被删截。因此，列1被确定为要删截的候选列。在确定列1作为候选列后，以和步骤3相同的条件来分析列0。如果列0满足步骤3的条件，最后列1被确定作为要删截的列。
如下表3所示同样地分析列2。
表.3
Figure A20051007417200241
如所示，在列2中的行2和行3包括1’s。如上所述，因为除了列2之外，行2和行3的任何列未被删截，因此列2被确定为候选列。最后，因为在删截列2的情况下，已经被确定为要删截的列0和列1满足步骤S3的条件，所以列2被确定为要删截的列。
基于上述方法确定列3和列4作为要删截的列。然而，如下表3中所示，因为列5不满足步骤3中的条件，所以列5被确定为不删截的列。
表.4
Figure A20051007417200242
参照表4，列5的行1和2包括1’s。如表4中所示，行1的列3已经被删截以及行2的列2已经被删截。因此，如果删截列5，列5可能降低性能。因此，列5被确定为不被删截的列。
如表5中所示，用上述方法分析列6到19，确定要删截的列。
表.5
Figure A20051007417200251
参照图5，选择列0、1、2、3、4、7和18作为要删截的列。
奇偶校验矩阵可以表示为图10所示的因子图。在因子图上很明显地表示出即使删截并且发送所选择的列，所选择的列是最小地降低性能的列。
图10是说明按照本发明的示例性实施例的用于确定删截位置的因子图。参照图10，因为奇偶校验矩阵包括10行和20列，奇偶校验矩阵可以表示为包括连接到10个校验节点1010的20个可变节点1000的图。在‘1’处于在奇偶校验矩阵上每列和每行相交的点上，连接可变节点和校验节点。
其间，如果列0、1、2、3、4、7和18被删截，则连接可变节点0、1、2、3、4、7和18的线的可靠性减少。然而，因为以一对一方式删截用于连接连接到被删截的列的可变节点的校验节点到未被删截的列的可变节点，可以防止在解码中性能降低。
图11到13是用于比较本发明的LDPC码和传统码的性能的图表。
图11是显示在编码中具有1/2码率的传统码和本发明的LDPC码的性能，图12是显示在编码中具有3/4码率的传统码和本发明的LDPC码的性能并且图13是显示在编码中具有5/8码率的传统码和本发明的LDPC码的性能。
获取图表的模拟条件如下。
-目标码：卷积码(CC)，Infineon的LDPC码(LDPCC)，本发明的LDPC码(建议的LDPCC码)
-信道模型：UWB信道(信道1到信道3)
-解码算法：用于CC的viterbi解码器，和应用于Infineon的LDPC码的LLR-BP算法和通过设置最大迭代为12的本发明的LDPC码。
-附加条件：不考虑完全载波/定时同步和完全的信道估算以及非线性元件如DAC、ADC、RF。应用循环-前缀(cyclic-prefix)。每1PER点发送1000个分组(8000比特≤1分组≤8400比特)。
参照图11，曲线1101代表非-编码信号的PER性能，曲线1102代表应用卷积码的PER性能，曲线1103代表应用多个没有删截的LDPC编码器的PER性能，和曲线1104代表应用了本发明的删截LDPC编码器的PER性能。如图11中所示，编码方法1104提供了比应用卷积码的传统编码方法1102更好的性能。同样，相比根据每个码率应用额外的非删截母码的传统LDPC编码方法1103，在提供同样的性能时，本发明的LDPC编码器的复杂性减少了。
如图12和13所示，在应用3/4或者5/8码率情况下，相比传统的编码器，本发明的删截LDPC编码器提供了优越的性能。同样，本发明的性能变得接近于高复杂性的传统非删截LDPC码。
此外，对于本技术领域人员很明显，本发明可以有效地实施到超宽带(UWB)系统和应用低密度奇偶校验码的任何系统。
如上所述，根据本发明，提供了优越性能的LDPC码可以在支持多种码率的下一代移动通信系统中实施。
同样，在本发明中，相比在传统的多频带OFDM系统中应用的卷积码，显著地改善了性能，并且相比具有高复杂性的传统LDPC码方法没有降低性能。
此外，当应用卷积码时，需要位交织器，但是在本发明中不需要位交织器，这是因为LDPC码包括位交织功能。
上述示例性实施例和优点仅仅是示例性的并且不能被理解为是限制本发明。当前示例的可以被容易地应用到其它类型的装置。同样，本发明的示例性实施例的说明可以认为是解说性的，并且不限制权利要求的范围，并且对于本技术领域人员来说，很明显具有许多的替换方案、修改以及变化。

Claims (46)

1、一种用于发送由低密度奇偶校验码编码的数据的装置，包括：
加扰器，用于加扰将被发送的输入数据；
低密度奇偶校验编码器，用于基于低密度奇偶校验码对加扰器加扰的输入数据进行编码；
位删截器，用于删截在低密度奇偶校验码中的、由删截引起的最小地降低性能的列；
星座映射器，用于将删截后的数据转换为被映射到各个数据的符号；
和
快速傅里叶逆变换器，用于快速傅里叶逆变换用于正交频分复用的符号，用于向接收端发送。
2、如权利要求1所述的装置，还包括：
数字模拟转换器，用于将快速傅里叶逆变换器的数字输出信号转换为模拟信号；和
发送天线，用于将模拟信号与载波频率信号相乘并且发送相乘后的模拟信号。
3、如权利要求2所述的装置，其中发送天线使用超宽带频率发送相乘后的模拟信号。
4、如权利要求1所述的装置，其中所述低密度奇偶校验编码器包括：列置换单元，用于根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序来替换低密度奇偶校验码中的列。
5、如权利要求4所述的装置，其中由删截引起的最小地降低性能的列被最左侧列或最右侧列替换。
6、如权利要求5所述的装置，其中所述位删截器根据输出数据的码率从低密度奇偶校验码的最左侧列或最右侧列开始的顺序删截位。
7、如权利要求1所述的装置，其中所述低密度奇偶校验编码器包括：
奇偶校验矩阵生成器，用于生成具有元素0和1的M×N奇偶校验矩阵，其中1’s的数量少于0’s的数量；
列置换矩阵生成器，用于根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序，通过置换奇偶校验矩阵的列来生成列置换矩阵；
产生矩阵生成器，用于从被列置换的矩阵生成产生矩阵；和
编码计算器，用于根据产生矩阵来对输入数据编码。
8、如权利要求7所述的装置，其中所述列置换矩阵生成器包括：
删截位计算单元，用于根据在所要求的码率中的最大码率来计算将要删截的位数；
删截位位置确定单元，用于根据所计算的位数确定将要置换的列的数量并且确定所述数量的由删截引起的最小地降低性能的列作为将要替换的列；和
列替换单元，用于替换所确定的列。
9、如权利要求8所述的装置，其中所述删截位位置确定单元可以确定在根据低密度奇偶校验码的因子图上连接到一个校验节点的多个可变节点中删截一个可变节点的列作为将要删截的列。
10、一种用于发送由低密度奇偶校验码编码的数据的装置，所述装置包括：
低密度奇偶校验编码器，用于基于低密度奇偶校验码来对输入数据编码；和
位删截器，用于根据输出数据的码率在低密度校验码中以由删截引起的最小地降低性能的列的次序栅截列。
11、如权利要求10所述的装置，其中所述低密度奇偶校验编码器包括列置换单元，用于在低密度奇偶校验码中以由删截引起的最小地降低性能的列的次序置换列。
12、如权利要求11所述的装置，其中在低密度奇偶校验码中，从右侧列或者从左侧列开始置换由删截引起的最小地降低性能的列。
13、如权利要求12所述的装置，其中所述位删截器在低密度奇偶校验码中根据输出数据的码率以从左侧列开始的顺序删截位。
14、如权利要求10所述的装置，其中所述低密度奇偶校验编码器包括：
奇偶校验矩阵生成器，用于生成具有元素0和1的M×N奇偶校验矩阵，其中1’s的数量小于0’s的数量；
列置换矩阵生成器，用于根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序通过置换奇偶校验矩阵的列来生成列置换矩阵；
产生矩阵生成器，用于从列置换矩阵生成产生矩阵；和
编码计算器，用于根据产生矩阵来对输入数据编码。
15、如权利要求14所述的装置，其中所述列置换矩阵生成器包括：
删截位计算单元，用于根据在所要求的码率中的最大码率来计算将要删截的位数；
删截位位置确定单元，用于根据所计算的位数来确定将要置换的列的数量并且确定所述数量的由删截引起的最小地降低性能的列作为将要替换的列；和
列替换单元，用于替换所确定的列。
16、如权利要求15所述的装置，其中所述删截位位置确定单元确定在根据低密度奇偶校验码的特性的因子图上连接到一个校验节点的多个可变节点中仅仅一个可变节点被删截的列作为将要删截的列。
17、一种用于接收由低密度奇偶校验码编码的数据的装置，所述装置包括：
快速傅立叶变换器，用于接收从发送端发送的信号并且快速傅里叶变换所接收的信号；
位插入器，对于在发送端被删截的位，在从傅立叶变换器输出的变换信号中插入中间值；
低密度奇偶校验解码器，用于基于在发送端的低密度奇偶校验编码器的编码方法来解码从位插入器输出的被插入位的信号；和
解扰器，用于通过解扰由低密度奇偶校验解码器输出的信号来生成最后的输出数据。
18、如权利要求17所述的装置，还包括：
接收天线，用于接收从发送端发送的信号；和
模拟数字转换器，用于将所接收的模拟信号转换成数字信号。
19、如权利要求17所述的装置，其中所述位插入器在输入到低密度奇偶校验解码器的数据中以从左侧列开始的顺序插入相应数目的位。
20、如权利要求17所述的装置，其中所述低密度奇偶校验解码器包括：
软判决单元，用于执行由位插入器插入位后的数据的信号的软判决；和
解码器，用于基于低密度奇偶校验码来解码由软判决单元输出的信号。
21、如权利要求17所述的装置，其中所述低密度奇偶校验解码器还包括：
奇偶校验矩阵生成器，用于生成具有元素0和1的M×N奇偶校验矩阵，其中所述1’s的数量少于0’s的数量；和
列置换矩阵生成器，用于根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序通过置换奇偶校验矩阵的列来生成列置换矩阵。
22、如权利要求21所述的装置，其中所述列置换矩阵生成器包括：
删截位计算单元，用于根据在所要求的码率中的最大码率来计算将要删截的位数；
删截位位置确定单元，用于根据所计算的位数来确定将要置换的列的数量并且确定所述数量的由删截引起的最小地降低性能的列作为将要替换的列；和
列替换单元，用于替换所确定的列。
23、如权利要求22所述的装置，其中所述删截位位置确定单元确定在根据低密度奇偶校验码的特性的因子图上连接到一个校验节点的多个可变节点中删截一个可变节点的列作为将要删截的列。
24、一种接收由低密度奇偶校验码编码的数据的装置，所述装置包括：
位插入器，用于根据接收数据的码率在相应的删截位置上插入和在发送端删截的位数相同的位；和
低密度奇偶校验解码器，用于基于低密度奇偶校验码来执行低密度奇偶校验解码，其中以由删截引起的最小地降低性能的列的次序来置换列。
25、如权利要求24所述的装置，其中所述位插入器在输入到低密度奇偶校验解码器的数据中以从左侧列开始的顺序在列中插入相应数目的位。
26、如权利要求24所述的装置，其中所述低密度奇偶校验解码器包括：
软判决单元，用于执行对由位插入器位输出的被插入位的数据的信号的软判决；和
LLR解码器，用于基于低密度奇偶校验码来解码由软判决单元输出的经软判决的信号。
27、如权利要求24所述的装置，其中所述低密度奇偶校验解码器还包括：
奇偶校验矩阵生成器，用于生成M×N奇偶校验矩阵，其中1’s的数量少于0’s的数量；和
列置换矩阵生成器，用于根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序通过置换奇偶校验矩阵的列来生成列置换矩阵。
28、如权利要求24所述的装置，其中所述列置换矩阵生成器包括：
删截位计算单元，用于根据在所要求的码率中的最大码率来计算将要删截的位数；
删截位位置确定单元，用于根据所计算的位数来确定将要置换的列的数量并且确定所述数量的由删截引起的最小地降低性能的列作为将要替换的列；和
列替换单元，用于替换所确定的列。
29、如权利要求24所述的装置，其中所述删截位位置确定单元确定在根据低密度奇偶校验码的特性的因子图上连接到一个校验节点的多个可变节点中删截一个可变节点的列作为将要置换的列。
30、一种用于发送由低密度奇偶校验码编码的数据的方法，包括步骤：
通过低密度奇偶校验码编码输入数据；和
在低密度奇偶校验码中以由删截引起的最小地降低性能的列的次序删截所编码的数据。
31、如权利要求30所述的方法，其中编码步骤还包括根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序在低密度奇偶校验码中重置换的步骤。
32、如权利要求31所述的方法，其中在重置换的步骤中，由删截引起的最小地降低性能的列被左侧列或最右侧列替换。
33.如权利要求32所述的方法，其中，在删截的步骤中，根据输出数据的码率以从在低密度奇偶校验码中的左侧列开始的次序删截位。
34、如权利要求30所述的方法，其中编码输入数据的步骤包括步骤：
生成具有元素0和1之间的M×N奇偶校验矩阵，其中1’s的数量少于0’s的数量；
根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序通过置换奇偶校验矩阵的列来生成列置换矩阵；
从列置换矩阵中生成产生矩阵；和
根据产生矩阵来编码输入数据。
35、如权利要求34所述的方法，其中生成列置换矩阵的步骤包括步骤：
根据在所要求的码率中的最大码率来计算将要删截的位数；
根据所计算的位数来确定将要置换的列的数量并且确定所述数量的由删截引起的最小地降低性能的列作为将要替换的列；和
替换所确定的列。
36、如权利要求35所述的方法，其中在确定列数的步骤中，确定在根据低密度奇偶校验码的因子图上连接到一个校验节点的多个可变节点中删截一个可变节点的列作为将要置换的列。
37、如权利要求35所述的方法，其中确定列数的步骤包括步骤：
在低密度奇偶校验矩阵中选择具有最少数量的1’s的列；
分析在选择的列中的1’s的行；和
在第j列是所选择的列的情况下，如果第j列满足预定条件，则确定第j列作为将要被删截的候选列，其中所述条件是指至少存在一个具有非0元素的非-删截列的1’s的行。
38、如权利要求37所述的方法，其中确定列数的步骤，如果第0到第(j-1)列满足所述预定条件，则第j列被确定为将要删截的列。
39.一种用于接收通过低密度校验码编码的数据的方法，包括步骤：
根据接收数据的码率插入和在发送端删截的位数相同多的位到相应的删截位置；和
基于低密度奇偶校验码执行低密度奇偶校验解码，其中列是以由删截引起的最小地降低性能的列的次序置换的。
40.如权利要求39所述的方法，其中在插入位的步骤中，以从被输入的数据中的左侧列开始的顺序在列中插入相应数目的位
41、如权利要求39所述的方法，其中执行低密度奇偶校验解码的步骤包括步骤：
为被插入位的数据的信号执行软判决；和
基于低密度奇偶校验码来解码经软判决的信号。
42、如权利要求41所述的方法，其中执行低密度奇偶校验解码的步骤进一步包括步骤：
生成具有元素0和1的M×N奇偶校验矩阵，其中1’s的数量少于0’s的数量；和
根据由删截引起的最小地降低性能的列的次序通过置换奇偶校验矩阵的列来生成列置换矩阵。
43、如权利要求42所述的方法，其中生成位置换矩阵的步骤包括步骤：
根据在所要求的码率中的最大码率来计算将要删截的位数；
根据所计算的位数来确定将要置换的列数并且确定所确定数量的由删截引起的最小地降低性能的列作为将要替换的列；和
替换所确定的列。
44、如权利要求43所述的方法，其中在确定列数的步骤中，确定在根据低密度奇偶校验码的因子图上连接到一个校验节点的多个可变节点中删截一个可变节点的列作为将要删截的列。
45、如权利要求44所述的方法，其中确定列数的步骤包括步骤：
在低密度奇偶校验矩阵中选择具有最少数量的1’s的列；
分析在选择的列中的1’s的行；和
在第j列是所选择的列的情况下，如果第j列满足预定条件，则第j列被确定为将要被删截的候选列，其中所述条件是指存在至少一个具有非0元素的非-删截列的1’s的行。
46、如权利要求45所述的方法，其中确定列数的步骤，如果第0到第(j-1)列满足所述预定条件，则第j列被确定为将要删截的列。
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