CN1868145A - 用于在无线通信系统中使用提升低密度奇偶校验码来时空编码的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于通过时空编码信号来通过多个发送天线发送信号的移动通信系统和方法。使用低密度奇偶校验码来发送信号。通过扩充对应于发送天线的数量的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵中的元素的值来形成提升低密度奇偶校验矩阵。通过使用提升低密度奇偶校验矩阵来编码要发送的信号。然后串/并转换编码信号，并且通过发送天线发送该编码信号。

Description

用于在无线通信系统中使用提升低密度奇 偶校验码来时空编码的方法和装置

技术领域

本发明通常涉及使用多根天线的无线通信系统的编码器/解码器，尤其涉及用于使用低密度(low density)奇偶校验码时空编码/解码的方法和装置。

背景技术

根据时空编码技术，以在时域中使用的编码模式也可以在空间区域中实现的方式，通过多个发送天线发送通过编码模式输出的信号，由此获得低差错率。

图1是图解使用时空模式的发送器/接收机的视图。参照图1，发送器/接收机包括时空编码器100、时空解码器102、用于发送从时空编码器输出的信号的多个发送天线110到114和用于接收从发送天线110-114输出的信号的多个接收天线120-124。发送天线110-114的数量可以与接收天线120-124的数量不同。

时空编码器100根据预定编码率编码输入信号(输入数据)。如果输入数据的数量是k，并且从时空编码器100输出的数据量是N，则时空编码器100的编码率是k/N。

发送天线110到114顺序发送从时空编码器100输出的码元。如果通过N_T发送天线发送码元，则时空编码器100的编码率是

每个接收天线120-124接收通过发送天线110-114发送的码元。第一接收天线120接收通过第一到N_T发送天线110到114发送的码元。第二接收天线122接收通过第一到N_T发送天线110到114发送的码元。N_R接收天线124接收通过第一到N_T发送天线110到114发送的码元。

时空解码器102根据预定解码率解码通过接收天线120到124接收的码元。根据时空编码器100的编码率来确定时空解码器102的解码器。即，如果时空编码器100的编码率是k/N，则时空编码器的编码率是N/k。

时空解码器102通过解码所接收的码元来搜索从发送天线110到114发送的信号。在下面更详细的描述时空编码器100。

图2是显示常规分层(layered)时空编码器的视图。术语“分层”表示根据预定模式通过每个发送天线发送信道编码的数据。

参照图2，在分层时空编码器中使用的信道编码器利用预定编码模式。分层时空编码器的编码率是N_T×R，其中R是信道编码器的编码率，并且N_T是天线数量。分层的时空编码器包括：信道编码器200、用于将串行信号转换为并行信号的串/并转换器202、多根天线交错器204到206、用于每根天线的信号映射单元208到210，和多根天线212到214。在图2中，П₁是第i天线交错器，根据多根天线212到214的数量确定天线交错器204到206和信号映射单元208到210的数量。

通过信道编码器200编码输入数据以便产生具有高可靠性的信号。信道编码器200的输出数据通过串/并转换器202以便发送到N_T天线。串/并转换器202的输出数据输入到天线交错器204到206，它们顺序交错输入数据。

此外，在输出数据发送到发送天线之前，天线交错器204到206的输出数据通过信号映射单元208到210映射为期望的信号。信号映射单元208到210根据对应于k位的组的星座(constellation)将输入位码元确定为要通过发送天线发送的信号。

因此，可以根据输入位的规模n，即数量来改变星座。例如，如果值为1，可以通过BPSK(二进制相移键控)模式实现星座，其中在BPSK中，对应于发送码使用具有恒定幅度和频率的载波转换信号的相位。如果n的值为2，可以通过QPSK(正交相移键控)模式来实现星座。此外，如果n的值为3，则可以通过8QAM(正交幅度调制)模式来实现星座。

图3是图解常规分层时空解码器的视图。更具体地说，对应于图2所示的分层时空编码器，图3所示的时空解码器称为“分层时空解码器”。

参照图3，在预定接收天线中接收通过多个发送天线发送的帧数据数组。如果提供了3个接收天线，则所有三个接收天线都可以接收通过三个发送天线发送的数据数组。分层时空解码器包括N_R接收天线300到302、检测器304、解码器312、N_R去交错器306到308、N_R天线交错器316到318、并/串转换器310和串/并转换器314。

N_R接收天线300至302中的每一个接收从每个发送天线发送的信号。由检测器304检测在接收天线300到302中接收的数据，并且检测每个发送天线的发送信号。检测器304的输出数据输入到对应于分层时空编码器的天线交错器204到206的天线去交错器306到308。即，去交错分层时空编码器的天线交错的数据来获得原始数据。

天线去交错器的输出数据输入到并/串转换器310，它将并行数据转换为串行数据。此外，并/串转换器310的输出数据输入到解码器312。解码器312对应于分层时空编码器的编码器，并且用于可靠地恢复信号。

如果信道环境没有引起错误，则解码器312的输出数据等同于在发送器中没有解码的信号。然而，如果由于信道环境发生差错，则执行迭代解码以便精确解码接收信号。

因此，解码器312的输出数据通过用于将串行数据转换为并行数据的串/并转换器314，并且输入到天线交错器316到318。天线交错器的输出数据再次输入到检测器，并且执行迭代解码。迭代解码可以提高所恢复的数据的可靠性。

如果通过在解码器312中迭代解码(iterative decoding)可靠地恢复了信号，则解码器312的输出确定为接收信号。

下一代无线移动通信系统的目标是使用地面通信网络和卫星通信网络来提供多媒体服务。为了提供多媒体服务，需要高传输速率和低错误率。因此，为了在差发送环境中连续发送具有高质量和高可靠性的数据，在时空编码中必须使用有效的信道编码技术。

根据信道的特性可以改变信道编码技术。例如，差错校正码用于信道编码技术。差错校正码的目标是在差信道环境中获得可靠的通信。即，在通过信道发送数据之前使用信道码编码数据，然后从接收端输出的信道中提取等同于原始信息的信息。

这种系统的基本特性基于香农信道编码理论。根据香农信道编码理论，如果关于信息执行最佳编码，则存在降低在具有噪声的信道中出现的差错而不引起信息传输速率损失的极限。该编码理论已经发展了数十年。

在使用卷积码的链接码中，提供使用迭代解码技术的turbo码，用于第三代无线通信IMT-2000的高可靠性信道编码技术，它提供几百Kbps到数Mbps的语音和低速多媒体服务。在1993年问世的turbo码可以通过使用并行链接的RSC(递归系统卷积)码执行编码操作，并且通过迭代解码技术执行解码操作。此外，如果交错器的规模很大，并且充分执行迭代解码，则在位差错率(BER)方面turbo码显示出逼近香农极限的优异性能。

然而，如果采用turbo码，则可能增加操作量，由此增加复杂性。此外，由于交错器的数量和迭代解码操作增加，可能产生延时，导致很难实时处理。

已经开发了第四代移动通信系统以便提供语音和高速多媒体服务。仍然没有确定用于第四代无线移动通信系统的差错校正码。由于第四代无线移动通信系统需要更低的差错率(语音和数据10^-6到10^-9)，需要提供一种新的差错校正码。

因此，已经提出了低密度奇偶校验(LDPC)码。在复杂度和性能方面，与常规turbo码相比，LDPC码具有更好的编码特性。LDPC码是线性分组码，其中奇偶校验矩阵(H)的大多数元素是“0”。由于解码的复杂性在本发明的时期不能在技术上实现LDPC码。结果，很长时间不能实现LDPC码。

Mackay和Neal重新获得了LDPC码并发现如果使用Gallager的简单概率(probabilistic)编码技术，则LDPC码表现出优越性。

更具体地说，由随机奇偶校验矩阵H限定LDPC码，在矩阵中稀疏分布“1”。奇偶校验矩阵H是用于确定是否关于接收信号正常执行编码的矩阵。如果通过将编码的接收信号与奇偶校验矩阵H相乘获得的值为0，则不发生差错。

首先设计当与编码的接收信号相乘时获得结果数值0的预定奇偶校验矩阵，然后根据预定奇偶校验矩阵在发送器编码器执行编码操作。奇偶校验矩阵具有如下结构特性。

首先，使用具有k权重的值“1”的元素形成每一行，其中尽可能统一形成k。

第二，使用具有j权重的值“1”形成每一列。通常j是3或4。

第三，以重叠不大于“1”的方式随机布置两列之间的重叠。这里在奇偶校验矩阵的每一列中的权重表示元素的数量，它具有大于“0”的值。此外，在两列之间重叠表示行间的内积。因此，与编码长度相比，行和列的权重很小。

可以使用基于和-积(sum-product)算法的迭代解码算法以因素图(factorgraph)解码LDPC码。通过采用使用基于和-积算法的迭代解码算法的解码技术，采用LDPC码的解码器具有比使用turbo码的解码器更低的复杂度，并且可以容易地实现并行处理解码器。

如果以因素图表示LDPC码，则在LDPC码的因素图中形成循环。如本领域技术人员所公知的那样，在具有循环的LDPC码的因素图中的迭代解码是次最佳解码。此外，经验显示出通过迭代解码LDPC码表现出优越性。然而，如果在LDPC码的因素图中存在具有短长度的多个循环，则可能降低LDPC码的性能。因此，已经持续进行大量研究以便设计LDPC码，使得在LDPC码的因素图中不会出现具有短长度的循环。

由于生成具有高权重的矩阵的特性，使用具有低权重密度的奇偶校验矩阵来执行LDPC码的编码过程。特别地，如果对应于奇偶校验矩阵的奇偶性的部分矩阵具有统一的格式，则可以有效地编码LDPC。

由于LDPC包括具有除了“0”之外的各种值，因此开发各种LDPC码的有效编码和解码算法以便实际利用LDPC码是很重要的。此外，由于LDPC码的奇偶校验矩阵可以确定LDPC码的性能，因此设计具有优异性能的有效奇偶校验矩阵是很重要的。即必须同时考虑具有优异性能的有效奇偶校验矩阵和有效编码和解码算法以便产生具有优异性能的LDPC码。

如上所述，由奇偶校验矩阵限定LDPC码，其中大多数元素具有值“0”，并且剩下的元素具有值“1”。例如，(N，j，k)LDPC码是具有快长度N的线性分组码，其中在每列中提供具有值“1”的j个元素，在每行中提供具有值“1”的k个元素。由具有稀疏结构(包括具有值“0”的元素)的奇偶校验矩阵限定除了具有值“1”的元素之外的元素。

如果在奇偶校验矩阵的每列中规则形成j权重，并且在奇偶校验矩阵的每行中规则形成k’权重，则LDPC码称为“规则LDPC码”。然而，如果在奇偶校验矩阵的每列和每行中不规则形成权重的数量，LDPC码称为“不规则LDPC码”。通常，不规则LDPC码与规则LDPC码相比具有优越性。在不规则LDPC码中，奇偶校验矩阵的每列中的权重不等同于奇偶校验矩阵每行中的权重。因此，必须恰当调节奇偶校验矩阵的每列和每行中的权重来确保优异性能。

因此，如果时空编码器/解码器使用LDPC码执行编码/解码操作，则图1和2所示的时空编码器/解码器可以具有优异的信道编码/解码性能。

常规分层时空码关于各种天线必须执行各种信道编码操作以便获得最佳编码增益。因此很难使用各种天线。即，用于两根天线的信道编码器不能用于三根天线。使用分层时空码，可以在发送到天线的信号之间的高相关性之下获得高编码增益。然而，如果使用随机信道编码，则很难使发送信号间具有高相关性。

即，使用分层时空码，信号单独发送到天线，并且不能保证优越性。更具体地说，当使用上述LDPC时，由于通过多根天线发送的位之间的相关性变高，可以保证优越性。然而，如果随机设计LDPC码，很难提高发送到天线的信号之间的相关性。

发明内容

因此，本发明设计来解决在现有技术中出现的上述和其它问题，并且本发明的目的是提供在使用多根天线的无线通信系统中的使用提升(lifting)低密度奇偶校验码的分层时空编码/解码装置和方法，用于提高通过多根天线发送的位阵列之间的相关性。

本发明的另一目标是提供用于通过提高通过多根天线发送的位阵列之间的关系来无差错发送数据的装置和方法。

本发明的又一目标是提供用于如果天线数量大于要在预定时间发送的位阵列的数量，则有效发送位阵列的装置和方法。

本发明的又一目标是提供用于扩充分层时空码并恢复通过LDPC编码模式接收的数据，由此获得优异的可靠性的装置和方法。

为了实现上述和其它目标，根据本发明的第一方面，提供一种在移动通信系统中使用低密度奇偶校验码发送信号的方法，所述移动通信系统通过时空编码信号来通过多个发送天线发送信号。该方法包括步骤：通过使用所述多个对应于发送天线的数量的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵中的元素的值来形成提升低密度奇偶校验矩阵；使用提升低密度奇偶校验矩阵编码将要发送的信号；和串/并转换编码信号，并且通过发送天线发送编码信号。

根据本发明的第二方面，提供一种用于在移动通信系统中使用低密度奇偶校验码解码接收信号的方法，所述移动通信系统通过时空编码信号来通过多个发送天线发送信号。该方法包括步骤：通过使用所述多个对应于发送天线的数量的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵中的元素的值来形成提升低密度奇偶校验矩阵；使用提升低密度奇偶校验矩阵解码接收信号；和通过解码的信号的硬(hard)判决来提供接收码元。

根据本发明的第三方面，提供一种用于在移动通信系统中使用低密度奇偶校验码来发送信号的装置，所述移动通信系统通过时空编码信号来通过多个发送天线发送信号。该装置包括：提升低密度奇偶校验编码器，用于通过使用所述多个对应于发送天线的数量的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵中的元素的值来形成提升低密度奇偶校验矩阵，并且使用提升低密度奇偶校验矩阵编码将要发送的信号；和串/并转换器，用于将串行编码信号转换为并行编码信号。

根据本发明的第四方面，提供一种用于在移动通信系统中使用低密度奇偶校验码来解码接收信号的装置，所述移动通信系统通过时空编码信号来通过多个发送天线发送信号。该装置包括：存储器，用于存储通过使用所述多个对应于发送天线的数量的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵中的元素的值而形成的提升低密度奇偶校验矩阵；和提升低密度校验解码器，用于通过使用存储在存储器中的低密度奇偶校验矩阵来解码接收信号。

附图说明

通过结合附图参照下面的详细描述，本发明的上述和其它目标、特征和优点将变得更加清楚，其中：

图1是图解使用普通时空编码模式的常规发送器/接收机的视图；

图2是图解常规分层的时空编码器的视图；

图3是图解常规分层的时空编码器的视图；

图4是图解常规规则LDPC码的奇偶校验矩阵的视图；

图5是根据图4所示的奇偶校验矩阵的因素图；

图6A是图解根据低密度奇偶校验码中k＝2的情况中的提升的分支变化的视图；

图6B是图解根据低密度奇偶校验码中k＝3的情况中的提升的分支变化的视图；

图6C是图解根据低密度奇偶校验码中k＝4的情况中的提升的分支变化的视图；

图7A是图解根据本发明第一实施例的提升低密度奇偶校验码的矩阵变化的视图；

图7B是根据本发明第一实施例的提升低密度奇偶校验矩阵因素图；

图8A是图解根据本发明第二实施例的提升低密度奇偶校验码的矩阵变化的视图；

图8B是根据本发明第二实施例的提升低密度奇偶校验矩阵因素图；

图9是图解根据本发明实施例的使用提升低密度奇偶校验码的分层时空编码器的编码过程的流程图；

图10是根据本发明实施例的使用提升低密度奇偶校验码的分层时空编码器的方框图；

图11是图解根据本发明实施例的使用提升低密度奇偶校验码的分层时空编码器的解码过程的流程图；和

图12是图解根据本发明实施例的使用提升低密度奇偶校验码的分层时空编码器的方框图。

具体实施方式

将参照附图详细描述本发明的优选实施例。此外，将省略在这里结合的公知功能和配置的详细描述，因为它可能混淆本发明。

本发明提供用于根据使用提升LDPC码的时空编码器/解码器中的天线的数量来扩充LDPC码的提升LDPC码。此外，本发明提出能够提高发送到时空编码器/解码器中的每根天线的信号之间的相关性的提升LDPC码，由此确保信号的可靠编码/解码。

本发明不限于下列描述，而是可以应用到使用多根天线发送信号的系统中的、使用LDPC码的各种编码器和解码器。

在描述根据本发明的使用提升LDPC码的分层时空编码器/解码器之前，将详细描述用于分层时空编码器/解码器的LDPC码和提升LDPC码的结构。

图4是图解(8，2，4)LDPC码的奇偶校验矩阵的视图，作为(N，j，k)LDPC码的例子。参照图4，(8，2，4)LDPC码的奇偶校验矩阵H包括8列和4行。权重2被规则地添加到每列。由于权重被规则地添加到奇偶校验矩阵的每列，所以(8，2，4)LDPC码变为规则LDPC码。而如果权重被不规则地添加到该矩阵的每一列，则(8，2，4)LDPC码变成不规则LDPC码。

图5是图4所示的规则(8，2，4)LDPC码的因素图(或双向图)。参照图5，规则(8，2，4)LDPC码的因素图包括8个可变(variable)节点(如，V₁500到V₈514)和4个校验节点516、518、520和522。如果在(8，2，4)LDPC码的奇偶校验矩阵中的第i列和第j行之间的交叉点上存在具有“1”的元素，则在可变节点V_i和第j校验节点之间产生分支。

例如，在图4所示的奇偶校验矩阵的第一行中，第1、3、5和7列具有值“1”。因此，图5所示的第一校验节点516连接到V₁500、V₃504、V₅508和V₇512。相似地，在奇偶校验矩阵的第二行中，第1、4、6、8列具有值“1”，而第二校验节点518连接到V₁500、V₄506、V₆510和V₈514。因此，以上述相同的方式表示第三和第四校验节点520和522。

由于LDPC码的奇偶校验矩阵具有更少量的非0元素，所以通过迭代解码甚至可以实现以具有相对长的长度的分组码解码。此外，与turbo码相似，如果分组码的分组长度继续增加，则LDPC码具有优越性，即接近香农信道容量极限。此外，Mackay和Neal已经证明使用流传送模式的LDPC码的迭代解码过程显示出与turbo码的迭代解码过程相近的性能。

下面，将描述基于LDPC码并用于本发明的提升LDPC码。术语“提升”表示通过关于包括“0”和“1”的矩阵的子矩阵替换来扩充基本矩阵的规模的方法。即，根据提升LDPC码，通过子矩阵替换来扩充LDPC码的奇偶校验矩阵中的每个元素的值。

将参照图6A到6C详细描述提升LDPC码。

如上所述，如果在LDPC码的奇偶校验矩阵中的第i列和第j行之间的交叉点上存在具有权重值“1”的元素，则在可变节点V_i和第j校验节点C_j之间产生分支。根据提升模式，在奇偶校验矩阵中具有值“1”的元素替换为预定k×k子矩阵，使得可变节点V_i扩充为V_i，1、V_i，2、…、V_i，k，而第j校验节点C_j扩充为C_j，1、C_j，2、…、C_j，k。

根据k×k子矩阵，可以以因素图的形式表示扩充后的k可变节点和k校验节点。图6A到6C图解当k×k子矩阵的k是2、3和4时，可变节点V_i和第j校验节点C_j之间的分支的变化。

图6A图解如果奇偶校验矩阵中的具有值“1”的元素被两个2×2矩阵替换，校验节点和可变节点之间的分支的变化，以便当使用两个发送天线时使用提升LDPC码。即，关于具有值“1”的元素，预定奇偶校验矩阵可以扩充为图6A所示的两个矩阵。因此可以通过两个因素图表示元素，其中在一个图中C_j，1与V_i，1形成分支，而且C_j，2与V_i，2形成分支，在另一个图中C_j，1与V_i，2形成分支，而C_j，2与V_i，1形成分支。

图6B图解如果具有值“1”的元素被3×3矩阵替代，表示分支变化的因素图，以便当使用三个发送天线时使用提升LDPC码。参照图6B，可以通过三个因素图表示奇偶校验矩阵中的具有值“1”的元素。

图6C图解如果具有值“1”的元素被4×4矩阵替代，表示分支变化的因素图，以便当使用四个发送天线时使用提升LDPC码。参照图6C，通过4个因素图可以表示具有值“1”的元素。

因此，除了图6A到6C之外，其它置换矩阵也可以用于提升LDPC码。

此外，如图6A到6C所示，根据用来替换奇偶校验矩阵中的元素“1”的子矩阵可以对分支进行各种改变。然后，将参照图7A到8B描述当使用两个发送天线时利用时空码中的提升LDPC码的方法。

图7A是图解根据本发明第一实施例的提升低密度奇偶校验码的矩阵变化的视图，而图7B是表示图7A所示的提升低密度奇偶校验码的因素图。此外，图8A是根据本发明第二实施例的提升低密度奇偶校验码的矩阵变化的视图，而图8B是表示图8A所示的提升低密度奇偶校验码的因素图。

实施例1

图7图解了单位矩阵放置在4×8矩阵700中的具有值“1”的元素的位置上，并且0矩阵放置在具有值“0”的元素位置上的矩阵，由此将基本4×8矩阵702提升为8×16矩阵704。参照图7A，奇偶校验矩阵(H)700转换为基本的4×8矩阵702，而通过参照图6A所述的预定方法，奇偶校验矩阵中具有值“1”的每个元素被2×2矩阵替换。即在4×8奇偶校验矩阵(H)700中具有值“1”的13个元素由2×2矩阵(包括S₁到S₁₃)替换，由此提升奇偶校验矩阵(H)700。

可以以各种模式实现S₁到S₁₃的2×2子矩阵。在图7A中，以单位矩阵的形式表示S₁到S₁₃。因此，4×8奇偶校验矩阵(H)700提升2×2矩阵，并且产生8×16矩阵704。

此外，通过图7B所示的因素图可以表示如图7A所示的提升LDPC矩阵，参见图7B，由于奇偶校验矩阵700中具有值1元素被单位矩阵替换，所以因素图708可以表示为两个因素图，这是通过扩充因素图706两次而获得的。因此，在提升执行之前，因素图708表示为两个因素图706。

在因素图708中，涉及V_i，1的部分指示通过第一天线发送的数据，而涉及V_i，2的部分指示通过第二天线发送的数据。

实施例2

然后，将参照图8A和8B描述用于提高要发送到每根天线的位阵列之间的相关性的本发明的第二实施例。

通常，在解码过程中连接到同一校验节点的可变节点相互之间具有高相关性。因此，在根据本发明第二实施例的、使用提升LDPC码的分层时空码中，发送到不同天线的数据连接到同一校验节点，由此提高发送到多根天线的数据之间的相关性。例如，与图7A和7B所示的第一实施例不同，图8A和8B所示的第二实施例不使用单位矩阵替代具有值“1”的元素，但是使用置换矩阵替代元素，由此提高发送信号之间的相关性。

此外，如方程(1)所示，两个2×2置换矩阵可以用作置换矩阵。

$P_1=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]---P_2=\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 0\end{array}\right]......\left(1\right)$

因此，如果4×8矩阵800中具有值“1”的元素被方程(1)所示的P₁和P₂顺序替换，则可以获得提升矩阵802和804。

参照图8A，在形成4×8奇偶校验矩阵H 800之后，通过结合图6A所述的方法，使用2×2矩阵替换奇偶校验矩阵H 800中具有值“1”的元素。即，在奇偶校验矩阵H 800中具有值“1”的13个元素被扩充为2×2子矩阵S₁到S₁₃，由此提升奇偶校验矩阵H 800。

可以以各种模式实现2×2子矩阵S₁到S₁₃。在图8A中，以置换矩阵P₁和P₂的形式表示S₁到S₁₃。因此，4×8奇偶校验矩阵(H)800提升2×2矩阵，使得产生8×16矩阵804。即，根据本发明第二实施例，P₁施加到S₂、S₃、S₅、S₈、S₉和S₁₂，而P₂应用到S₁、S₄、S₆、S₇、S₁₀、S₁₁和S₁₃。

置换矩阵P₁和P₂可以交替映射到奇偶校验矩阵的相一位置上。当子矩阵映射到“1”的位置上时，至少在一行中提供的元素之一必须与子矩阵的其它元素不同，例如包含S₃、S₇和S₁₂的第一行的S₇。

图8A所示的提升LDPC矩阵可以表示为图8B所示的因素图。参照图8，由于提升奇偶校验矩阵中具有值“1”的元素被置换矩阵P₁或P₂替换，所以因素图808可以表示为两个因素图，这是通过扩充因素图806两次而获得的。此外，与图7B所示的第一实施例不同，根据本发明第二实施例的扩充的两个因素图相互具有相关性，由此形成图8B所示的分支。

更具体地说，在图8B中，由实线表示的部分是连接到发送到第一天线的数据的分支，而虚线表示的部分是连接到发送到第二天线的数据的分支。因此，与图7B所示的因素图708中的位阵列不同，从使用置换矩阵的提升矩阵的因素图808可知：从每根天线发送的位阵列连接到同一校验节点。即，第一校验节点C_1，1与V_3，1、V_5，2和V_8，1一起根据图8A所示的提升LDPC矩阵形成分支。由实线表示的连接到的V_3，1和V_8，1的分支连接到发送到第一天线的数据。此外，由虚线表示的连接到V_5，2的分支连接到发送到第二天线的数据。因此，可以理解从两根天线发送的位阵列连接到同一校验节点。相同的规则应用到剩余的校验节点C_1，2到C_4，2。

总之，当根据本发明的第二实施例形成提升LDPC矩阵时，可以提高从每根天线发送的位阵列之间相关性。当然，可以通过除了上述方法以外的各种方法来提高从每根天线发送的位阵列之间的相关性。例如当提升LDPC矩阵时，可以通过不同地形成子矩阵来提高位阵列之间的相关性。

虽然关于两根天线描述了本发明的第一和第二实施例，但是当提供3根天线或更多天线时，通过转换提升矩阵的规模也可以应用本发明。如果提供3根天线，则LDPC矩阵的元素扩充为3×3的子矩阵。如果提供n天线，LDPC矩阵的元素扩充为n×n子矩阵。因此，可以使用各种子矩阵来提高通过每根天线发送的数据之间的关系。

图9是图解根据本发明实施例的使用提升低密度奇偶校验码的时空编码器的编码过程的流程图。参照图9，在步骤900，对要从多根天线发送的数据执行提升LDPC编码处理。提升LDPC编码模式等同于参照图7A到8B所述的LDPC编码模式。在步骤902中，串行-并行转换并分配LDPC编码数据，以便通过多个发送天线发送。所分配的数据在步骤904可以通过发送天线交错。然而，不是必须提供具有相同结构的发送天线交错器。在步骤904中通过发送天线交错步骤的数据输入到信号映射单元，以便在步骤906关于输入到其中的数据执行码元映射。然后通过多发送天线发送数据。

图10是根据本发明实施例的使用提升低密度奇偶校验码的时空编码器的方框图。在下面，使用提升低密度奇偶校验码的时空编码器称为“提升LDPC时空编码器”。

参照图10，提升LDPC时空编码器包括提升LDPC编码器1004、串/并转换器1006和交错器1008到1010和对应于发送天线1016到1018的信号映射单元1012到1014。此外，提升LDPC时空编码器包括用于输入关于发送天线数量的信息的发送天线信息单元1000和用于根据所提供的发送天线的数量控制提升的控制器。

交错器1008到1010和信号映射单元1012到1014的数量对应于发送天线的数量。交错器1008到1010和信号映射单元1012到1014分别具有相同的结构或不同的结构。在图10中，发送天线的数量是N_T，而交错器的数量和信号映射单元的数量也分别是N_T。

发送天线信息单元1000向控制器1002发送关于发送天线1016到1018的数量的信息以便使提升LDPC时空编码器产生对应于发送天线1016到1018的数量的恰当提升LDPC码。

此外，接收关于发送天线1016到1018的数量的信息的提升控制器1002控制LDPC编码器1004，以便使提升LDPC编码器1004根据发送天线的数量执行提升LDPC编码。即，为了执行提升LDPC时空编码，使用对应于发送天线的数量、在提升控制器1002的控制下具有优异性能的LDPC码，关于输入到提升LDPC编码器的信号执行提升LDPC编码，其中发送天线数量是使用来自发送天线信息单元1000的信息获得的。

提升LDPC编码器1004的输出数据通过串/并转换器1006分配到N_T发送天线。通过交错器1008到1010交错分配到发送天线的数据。在发送到发送天线1016到1018之前，通过信号映射单元1012到1014来以码元映射(symbol-map)通过天线交错器1008到1010的数据。信号映射单元1012到1014可以通过各种调制模式(诸如BPSK、QPSK、16QAM、64QAM和128QAM)关于该数据执行码元映射。通过N_T发送天线1016到1018发送信号映射单元1012到1014的输出数据。

常规LDPC编码器将输入信号分配到每个发送天线而不执行上述提升过程。结果，很难设计出对应于发送天线数量的LDPC码。

然而，根据本发明，根据基于发送天线数量的预定规则来提升LDPC码。结果可以容易地获得LDPC编码。此外，通过各种提升模式可以获得提升，使得可以提高通过发送天线发送的数据之间的相关性，由此降低差信道环境引起的差错率。

图11是图解根据本发明实施例的使用提升低密度奇偶校验码的时空编码器的解码过程的流程图。参照图11，在步骤1100，在N_R接收天线中接收从N_T发送天线发送的信号。每个接收天线可以接收从N_T发送天线发送的所有信号。即，第一接收天线可以接收从第一到第N_T发送天线发送的信号。以相同的方式，第二到第N_R接收天线中的每一个可以接收从第一到第N_T发送天线发送的信号。

在步骤1102，根据在每个接收天线中接收的信号通过检测器来检测从每个发送天线发送的信号。可以通过各种检测模式来检测信号。此外，由于信号的检测模式不直接涉及本发明，所以将不在下面进一步描述。

当检测到从第j发送天线发送的信号时，在第k时间间隔发送的数据可以表示为包括N_T元素的向量x_K，并且在第k时间间隔接收的数据可以表示为包括N_R元素的向量y_K。此外，如果衰落信道值是N_R×N_T矩阵(H_K)，并且噪声是包括N_R元素的向量N_K，则接收数据y_K如方程(2)所示。

y_K＝H_Kx_K+n_K                               ……(2)

如果多个位(b¹ _j，b² _j，…，bⁿ _j)形成通过N_T信号映射单元从第j天线发送的信号x_j，则关于第i位(bⁱ _j)的检测器的LLR(对数似然率(log likelihoodratio))如方程(3)所示。

${L^i}_j=\log \frac{P(b_j^i=+1|y_k)}{P(b_j^i=-1|y_k)}......\left(3\right)$

在步骤1104，通过在第j天线中使用的交错器的去交错器来去交错发送到第j天线的第i位(bⁱ _j)的检测值。除了发送到第j天线的第i位(bⁱ _j)的检测值，还去交错从其它发送天线发送的数据的检测值。

在步骤1106，通过N_R天线去交错器的数据输入到并/串转换器，使得并行数据转换为串行数据。在步骤1108，根据预定提升模式，并/串转换器的输出值经受第一可变节点解码，该预定提升模式可以根据发送天线的数量改变。

在已经执行可变节点编码的情况下，在步骤1110确定是否满足解码中断条件。如果满足解码中断条件，则在步骤1114执行可变节点的输出数据的硬判决来停止解码。

此外，可以设置解码中断条件来匹配迭代解码次数。即，在执行解码过程预定次数后可以停止解码过程。此外，可以使用其它条件来设置解码中断条件。在这种情况下，如果显示出其它条件的预定值，则解码过程将停止。

如果在步骤1110没有满足解码中断条件，在步骤1112在控制器的控制下，由交错器根据存储在存储器中的奇偶校验矩阵来交错数据。在步骤1116，交错器的输出数据根据预定提升模式经受校验节点解码，该预定提升模式可以根据发送天线的数量而改变。

在步骤1118，在控制单元的控制下，用于校验节点解码的数据根据存储在存储器中的奇偶校验矩阵通过去交错器。

在步骤1120，通过上述提升模式，去交错的数据经受第二可变节点解码。在步骤1122，可变节点解码值通过串/并转换器1122转换为并行数据，并且在步骤1124经受N_T天线交错之后，在步骤1102输入到检测器。

因此，重复执行解码过程，使得可以精确解码接收信号。在第一可变节点解码步骤之后，通过考虑解码中断条件来做出解码的信号的硬判决，由此最终输出解码的信号。

在上述解码过程中，根据本发明的提升LDPC码执行天线去交错、天线交错、可变节点解码和校验节点解码步骤。即，根据基于发送天线的数量提升的LDPC码来执行天线去交错、天线交错、可变节点解码和校验节点解码步骤。

由于从发送天线发送并从解码器的接收天线中接收到的信号中检测的信号相互具有高相关性，所以，即使从发送天线发送的信号的信道环境相互不同，也可以有效执行解码。

图12是图解根据本发明实施例的使用提升低密度奇偶校验码的时空编码器的方框图。参照图12，提升LDPC时空解码器包括N_R多个接收天线1200到1202、检测器1204、N_R天线去交错器1206到1208、并/串转换器1210、第一可变节点编码器1212、第二可变节点编码器1224、校验节点解码器1220、交错器1214、去交错器1222、串/并转换器1226和硬判决单元1234。此外，提供存储器1216、交错器控制器1218和提升控制器1232以便执行根据本发明的提升LDPC时空解码。

此外，天线交错器1228到1230和天线去交错器1206到1208可以处理每个发送天线的发送信号。最好，天线交错器1228到1230的数量和天线去交错器1206到1208的数量等于发送天线的数量。

存储器1216在提升前存储LDPC码的奇偶校验矩阵，并且交错器控制器1218使用存储在存储器1216中的奇偶校验矩阵来控制交错器1214和去交错器1222。此外，提升控制器1232根据预定提升模式控制可变节点解码器1212和1214和校验节点解码器1220，该提升模式可以根据发送天线的数量的变换而改变。

如上所述，多个接收天线1200到1202中的每一个可以接收从多个发送天线发送的所有信号。即，第一多接收天线1200可以接收从图10所示的N_T发送天线1010到1012发送的所有信号，并且第N_R多接收天线1202也接收从图10所示的N_T发送天线1010到1012发送的所有信号。

在接收天线中接收的信号输入到检测器1204，而检测器1204根据所接收的信号检测从发送天线1014到1016发送的信号，并且通过上述检测模式输出天线交错器1228到1230的输出数据。检测器1204的输出数据输入到N_T天线去交错器1206到1208。

天线去交错器1206对应于图10所示的天线交错器1006，并且将交错数据恢复为原始数据。天线去交错器1206到1208的输出数据输入到并/串转换器1210，使得从并/串转换器1210输出串行数据。此外，并/串转换器的输出数据输入到第一可变节点解码器1212。第一可变节点解码器1212计算输入到其中的信号的概率(probability)值，并且更新和输出信号的概率值。

提升控制器1232根据关于发送天线的信息，以第一可变节点解码器1212可以根据发送天线的数量执行可变节点解码的方式控制第一可变节点解码器1212。如参照图7A到8B所述，一个可变节点和一个校验节点可以根据预定提升模式分别扩充为N_T可变节点和N_T校验节点，同时形成可变节点和校验节点之间的分支。

根据通过在可变节点和校验节点之间形成的分支传送的信号的概率值来执行第一可变节点解码器1212的可变节点编码。根据预定提升模式从N_T可变节点向N_T校验节点传送信号的概率值。

第一可变节点解码器1212的输出数据输入到交错器1214。通过校验节点解码器1220解码通过交错器1214的输出数据。

校验节点解码器1220根据校验节点更新规则更新并输出信号的概率值。相似地，通过提升控制器1232提供的提升模式可以获得从校验节点向可变节点传送的信号的概率值。

根据存储在存储器1216中的LDPC码的奇偶校验矩阵，校验节点解码器1220的输出数据在交错器控制器1218的控制下通过去交错器1222，并且输入到第二可变节点解码器。第二可变节点解码器1224基于从校验节点传送到其中的概率值，根据更新规则来计算将要传送到检测器1204的概率值。

还根据与发送天线数量匹配的提升模式，使用第二可变节点解码器1224来执行可变节点解码。第二可变节点解码器1224的输出数据通过串/并转换器126输出为并行数据，而该并行数据输入到N_T天线交错器1228到1230。天线交错器1228到1230具有与图10所示的那些天线交错器相同的功能。

天线交错器1228到1230的输出数据再次输入到检测器，用于迭代解码。通过上述过程执行迭代解码，可以获得具有高可靠性的提升LDPC时空解码。如上所述，重复执行迭代解码。当完成迭代解码时，硬判决单元1234决定可变节点解码器1212的输出数据的硬判决，并且输出最终的解码信号。

如上所述，根据本发明，提升LDPC码用于时空编码，以便提高从多根天线发送的位阵列之间的关系，由此可以无差错地发送数据。由于有效的天线分集的缘故，可以精确恢复所接收的数据，并且可以获得优异的可靠性。

此外，本发明通过简单的编码/解码模式提供具有优越性的时空码。本发明可应用于包括多个发送/接收天线的系统。

尽管已参照本发明的特定优选实例表示和描述了本发明，但本领域内的普通技术人员将理解的是，可在不背离由所附权利要求书限定的本发明宗旨和范围的前提下对本发明进行各种形式和细节上的修改。

Claims (42)

1.一种在移动通信系统中使用低密度奇偶校验码发送信号的方法，所述移动通信系统通过时空编码信号来通过多个发送天线发送信号，该方法包括步骤：

通过使用所述多个对应于发送天线的数量的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵中的元素的值来形成提升低密度奇偶校验矩阵；

使用提升低密度奇偶校验矩阵来编码信号；

串/并转换编码信号；和

通过发送天线发送编码信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中当多个发送天线的数量是N_T时，子矩阵规模为N_T×N_T。

3.如权利要求1所述的方法，其中通过子矩阵扩充的提升低密度奇偶校验矩阵包括低密度奇偶校验矩阵。

4.如权利要求1所述的方法，其中如果低密度校验矩阵的元素的值为“0”，则用于扩充元素的值的子矩阵包括“0”矩阵。

5.如权利要求1所述的方法，其中如果低密度校验矩阵的元素的值为“1”，则用于扩充元素的值的子矩阵包括单位矩阵。

6.如权利要求1所述的方法，其中如果低密度校验矩阵的元素值为“1”，则用于扩充元素值的子矩阵包括从通过交换单位矩阵的行形成的置换矩阵中选择的矩阵。

7.如权利要求6所述的方法，其中使用与置换矩阵不同的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵的行中的具有值“1”的至少一个元素。

8.一种用于在移动通信系统中使用低密度奇偶校验码来解码接收信号的方法，所述移动通信系统通过时空编码信号来通过多个发送天线发送信号，该方法包括步骤：

通过使用所述多个对应于发送天线的数量的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵中的元素的值来形成提升低密度奇偶校验矩阵；

使用提升低密度奇偶校验矩阵解码接收信号；和

通过解码信号的判决来提供接收码元。

9.如权利要求8所述的方法，其中当多个发送天线的数量是N_T时，子矩阵规模为N_T×N_T。

10.如权利要求8所述的方法，其中通过子矩阵扩充的提升低密度奇偶校验矩阵包括低密度奇偶校验矩阵。

11.如权利要求8所述的方法，其中如果低密度校验矩阵的元素的值为“0”，则用于扩充元素的值的子矩阵包括“0”矩阵。

12.如权利要求8所述的方法，其中如果低密度校验矩阵的元素的值为“1”，则用于扩充元素的值的子矩阵包括单位矩阵。

13.如权利要求8所述的方法，其中如果低密度校验矩阵的元素值为“1”，用于扩充元素值的子矩阵包括从通过交换单位矩阵的行形成的置换矩阵中选择的矩阵。

14.如权利要求13所述的方法，其中使用与置换矩阵不同的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵的行中的具有值“1”的至少一个元素。

15.如权利要求8所述的方法，还包括将接收信号分为几组的步骤，在解码接收信号之前，这几组中的每一个分配到多个发送天线的每一个中。

16.如权利要求8所述的方法，还包括在解码接收数据之后通过重复校验节点的解码步骤、根据低密度奇偶校验码的解码模式执行迭代解码的步骤。

17.如权利要求8所述的方法，其中判决是硬判决。

18.一种用于在移动通信系统中使用低密度奇偶校验码来发送信号的装置，所述移动通信系统通过时空编码信号来通过多个发送天线发送信号，该装置包括：

提升低密度奇偶校验编码器，用于使用对应于所述多个发送天线的数量的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵中的元素的值来形成提升低密度奇偶校验矩阵，并且使用提升低密度奇偶校验矩阵编码将要发送的信号；和

串/并转换器，用于将串行编码信号转换为并行编码信号。

19.如权利要求18所述的装置，还包括提升控制器，用于根据关于多个发送天线的数量的信息来控制提升低密度奇偶校验编码器。

20.如权利要求18所述的装置，还包括：

多个交错器，用于根据多个发送天线交错通过多个发送天线中的每一个发送的信号以便区分信号，其中所述信号在串/并转换器中被串/并转换；和

多个信号映射单元，用于使用预定码元映射从每个交错器输出的信号。

21.如权利要求18所述的装置，其中当多个发送天线的数量是N_T时，子矩阵规模为N_T×N_T。

22.如权利要求18所述的装置，其中通过子矩阵扩充的提升低密度奇偶校验矩阵包括低密度奇偶校验矩阵。

23.如权利要求18所述的装置，其中如果低密度校验矩阵的元素的值为“0”，则用于扩充元素的值的子矩阵包括“0”矩阵。

24.如权利要求18所述的装置，其中如果低密度校验矩阵的元素的值为“1”，则用于扩充元素的值的子矩阵包括单位矩阵。

25.如权利要求18所述的装置，其中如果低密度校验矩阵的元素值为“1”，用于扩充元素值的子矩阵包括从通过交换单位矩阵的行形成的置换矩阵中选择的矩阵。

26.如权利要求25所述的方法，其中使用与置换矩阵不同的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵的行中的具有值“1”的至少一个元素。

27.一种用于在移动通信系统中使用低密度奇偶校验码来解码接收信号的装置，所述移动通信系统通过时空编码信号来通过多个发送天线发送信号，该装置包括：

存储器，用于存储用来通过使用所述多个对应于发送天线的数量的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵中的元素的值来形成提升低密度奇偶校验矩阵的提升低密度奇偶校验矩阵；和

提升低密度校验解码器，用于通过使用存储在存储器中的低密度奇偶校验矩阵来解码接收信号。

28.如权利要求27所述的装置，还包括硬判决单元，用于通过由提升低密度奇偶校验解码器解码的信号的硬判决来提供接收码元。

29.如权利要求27所述的装置，还包括提升控制器，用于根据关于多个发送天线的数量的信息来控制提升低密度奇偶校验解码器。

30.如权利要求27所述的装置，还包括检测器，用于通过根据多个发送天线将信号分为几组来检测通过接收天线接收的信号。

31.如权利要求30所述的装置，还包括多个去交错器，用于通过等同于编码器的交错模式的去交错模式来去交错信号，其中通过检测器、根据多个发送天线将信号分为几组。

32.如权利要求27所述的装置，其中提升低密度奇偶校验解码器包括：

第一可变节点解码器，用于根据提升低密度奇偶矩阵关于接收信号执行低密度奇偶可变节点解码；

校验节点解码器，用于交错第一可变节点解码器的输出信号以便关于输出信号执行低密度奇偶校验节点解码；和

第二可变节点解码器，用于交错校验节点解码器的输出信号以便关于校验节点解码器的输出信号执行低密度奇偶可变节点解码。

33.如权利要求32所述的装置，其中提升低密度校验解码器包括交错器，用于根据多个发送天线的数量控制交错和去交错。

34.如权利要求32所述的装置，其中串/并转换并交错第二可变节点解码器的输出信号，并且由检测器检测经转换并交错的输出信号以便执行迭代解码。

35.如权利要求34所述的装置，其中当迭代解码执行了预定次数时，第一可变解码器的输出信号确定为最终解码信号。

36.如权利要求35所述的装置，还包括硬判决单元，用于通过经由第一可变节点解码器解码的信号的硬判决提供接收码元。

37.如权利要求27所述的装置，其中当多个发送天线的数量是N_T时，子矩阵规模为N_T×N_T。

38.如权利要求27所述的装置，其中通过子矩阵扩充的提升低密度奇偶校验矩阵包括低密度奇偶校验矩阵。

39.如权利要求27所述的装置，其中如果低密度校验矩阵的元素的值为“0”，则用于扩充元素的值的子矩阵包括“0”矩阵。

40.如权利要求27所述的装置，其中如果低密度校验矩阵的元素的值为“1”，则用于扩充元素的值的子矩阵包括单位矩阵。

41.如权利要求27所述的装置，其中如果低密度校验矩阵的元素值为“1”，用于扩充元素值的子矩阵包括从通过交换单位矩阵的行形成的置换矩阵中选择的矩阵。

42.如权利要求41所述的方法，其中使用与置换矩阵不同的子矩阵扩充低密度奇偶校验矩阵的行中的具有值“1”的至少一个元素。

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