CN1902828B - 用于改变低密度奇偶校验码字长度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用变长低密度奇偶校验(LDPC)码字来对信息进行编码/译码的方法和装置。在一个实现中，编码器/译码器使用具有与每个码字的信息长度相对应的尺寸的奇偶校验矩阵。在一个实施例中，奇偶校验矩阵的尺寸可以从多个存储的具有不同尺寸的矩阵取回。在其他实施例中，可以通过删余奇偶位和/或删除信息位来动态地调适母码矩阵。其他发明性的实施方案和修改也被公开。

Description

用于改变低密度奇偶校验码字长度的方法和装置
相关申请：本申请要求分别于2003年8月8日和2004年1月12日递交的美国专利申请60/493,937和10/815,311的优先权的权益。 
发明背景 
大多数通信网络被设计为在每个使用某种调制的独立通信路径上同时传递多个通信内容，所述通信路径例如射频(RF)信道或者物理连接。近年来，对于高效和可靠的数字数据传输的需求持续增长，所述高效和可靠的数字数据传输在尽可能高的数据速率情况下保证正确的数据传输。出于此目的，前向纠错码(FEC)已经被用于某些通信系统中。 
编码主要是从消息序列中导出并用于传递消息信息的数字数据序列。在前向纠错中，信息可以被编码以提供对在传输中发生的错误的监测和/或纠正能力，例如错误是由有噪声信道引起的。通信系统中的接收机本身可以恢复码字中的所有信息，所以编码给高速通信系统和/或那些需要同时通信的系统带来益处。 
低密度奇偶校验(LDPC)码是一种FEC块码(block code)，它是用码字比特间共有的大量简单的奇偶校验关系构造的。(n，k)LDPC码通常用n*(n-k)维稀疏奇偶校验矩阵H表示，其中n是码字长度，k是信息长度。奇偶校验矩阵被用作对LDPC码字进行编码和译码的依据。众所周知，LDPC码在通信系统中有极好的性能，但是由于它们的块特性，从而对于信息长度或者码字长度(或者两者都)是可变的系统来说，LDPC码远不够灵活。所以需要更加灵活的LDPC编码方案。 
附图说明
通过参考附图来阅读本发明的下列详细描述，将明确本发明的方面、特征和优点，在附图中，类似的数字代表类似的要素，其中： 
图1是根据本发明的各个实施方案的示例矩阵，它示出了用来对信息进行编码和译码的示例性奇偶校验关系； 
图2是根据本发明的一个实施方案示出用于编码变长(variable length)LDPC码字的方法的流程图； 
图3是根据本发明的另一个实施方案示出用于编码变长LDPC码字的方法的流程图； 
图4是根据本发明的各个方面的示例性通信设备的框图；以及 
图5是包括通信设备的示例性通信网络的框图，所述通信设备与图4中的通信设备类似。 
具体实施方式
虽然在下面的详细说明中可能描述了关于无线网络的本发明的示例性实施方案，但是本发明的实施方案并不仅限于此，并且，例如可以在适合应用的场合使用有线系统(如以太网或令牌环网和/或光网络)来实现。 
下面的发明性的实施方案可以在各种应用中使用，包括无线电系统的发射机、接收机和/或收发机，尽管本发明在此方面不受限制。具体地被包括在本发明的范围内的无线系统包括但不限于：无线局域网(WLAN)系统、无线城域网(WMAN)系统和无线广域网(WWAN)系统。还包括诸如网络接口卡(NIC)和其他网络适配器、基站、接入点(AP)、网关、网桥、网络中心和蜂窝无线电话的相关网络设备和外设(peripheral)。此外，在本发明的范围内的网络系统包括蜂窝无线电话系统、卫星系统、个人通信系统(PCS)、双向无线系统、单向寻呼系统、双向寻呼系统、个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、个人计算附件(PCA)以及所有未来出现的本质上相关的系统和本发明的原理适用的系统。 
LDPC码是由稀疏奇偶校验矩阵定义的消息编码技术。使用生成矩阵或者稀疏奇偶校验矩阵对要发送的消息进行编码，并且当消息到达目的地时，使用相关稀疏奇偶校验矩阵进行译码。 
参照图1，示出了用于码字总长度n＝14、信息长度k＝7的(14，7)码的简单奇偶校验矩阵H 100。矩阵100的列表示码位，行表示奇偶校验等式。如所示，矩阵100包括在垂直线112左边的数据位字段105和在垂直线112右边的奇偶位字段110。 
常规地，因为对每个码字通常使用相同的奇偶校验矩阵对块进行编码，所以每个LDPC码字与在块中其他码字有相同长度。然而，根据本发明的一个实施方案，可以使用一族不同尺寸的LDPC码(H矩阵)来编码/译码不同长度的组合。对于每个不同尺寸的码字，相应尺寸的矩阵被用来编码和译码。然而，这种途径可能只有在长度组合数目相对小时才可行。 
参照图2，在另一种途径中，用于为变长码字编码的方法200可以包括确定在码字中要编码的信息长度(和/或确定要使用的码字的尺寸)205。如果确定的码字尺寸小于(210)默认奇偶校验矩阵的指定尺寸，方法200可以包括删除默认矩阵或“母码”的一个或多个奇偶位以符合所需码字长度215。方法200可以附加地或者可替换地包括删除默认矩阵的一个或多个信息位220。码字基于默认矩阵进行编码212，或基于调整的矩阵进行编码225。 
确定码字尺寸可以简单地涉及识别在每个码字中要发送的信息长度。在一个示例性实施方案中，对于WLAN，被单独的CRC校验和覆盖的每个单独的介质访问控制(MAC)服务数据单元(MSDU)(或MAC协议数据单元(MPDU))被优选地编码为一个块码。换言之，编码器考虑了MSDU的数据边界。在本实施方案中，在PLCP头部(header)中指明的MSDU长度字段是用来识别要编码的信息的长度所需要的全部。 
默认矩阵或者“母码”的尺寸可以通过删除或删余(puncturing)码位来调整，以适应各种长度的组合。如矩阵100中所示(图1)，当系统地编码时，最后的n-k个码位与码字的奇偶位相对应，并且“删除”或“删余”(215)这些奇偶位被解释为在译码器中擦去这些位或是把这些位设置为未知。对于形如H＝[H1|P]的一族低复杂度可编码奇偶矩阵(其中H1是低密度矩阵，而P是下三角矩阵)，删除x奇偶位可以通过删除H矩阵100(图1)的最后x列和最后x行来执行。如在图1中用短划线114、116所示，原始(14，7)母码被删余了2个奇偶位而成为(12，7)码。 
(除了删余奇偶位以外，或者代替删余奇偶位215)可以通过在数据位字段105(图1)中删除列来执行删除信息位220。然而，待删除信息位列的选择可能会影响码的性能，特别是当伴随着奇偶位删余时。如在图1的实施例中所示出的，当线116下的两行被删除时，矩阵100的第四列将不再剩下任何位(例如，在由短划线114和116所定义的被调整了尺寸的矩阵的第四列中，不再出现“1”)。因此，第四列不再由任何在被调整了尺寸的矩阵中的奇偶校验等式来表示。相应地，因为第四列是在调整矩阵100尺寸中最弱的链路，当删除信息位时首先删除第四列是有利的。 
一般存在两种LDPC码，规则码和非规则码。规则码是由这样的矩阵表示：所有列的数据位字段的列重(column weight)都相等。相反地，非规则码由这样的矩阵表示：列重互不相同。如果要删除信息位，方法200可以有选择性地包括识别和确定在母码中具有最低总位重(bit weight)的一列或更多列数据位列217，以及删除码的具有最低重量(weight)的一列或者更多列220。如果使用规则码，列可以具有相同重量，除非删余或删除了一个或更多个奇偶位。 
再回头参照图1，为了从(12，7)码(例如从默认(14，7)码删余两个奇偶位后的码)导出(9，4)码，可以删除第二，第三和第四列，因为在删余奇偶位后这些列具有最低列重(即“1”的个数)。然而，为了实现这一选项，可能必须在每一个实例上得到或确定列重分布。然而，该列重分布随导出的码不同而不同，即随删除的行数不同而不同。在实时应用中，获得每一种情况的所述分布并即时(on-the-fly)选择用于删除的列，这可能是一个低效、耗时的过程。 
相应地，在本发明的特定实施方案中，为了得到实际可达到的结果，可以设置各种阈值。例如，假设母码为(2000，1600)码；也就是，H矩阵大小为400×2000，以容纳最大的码长2000位，其中1600位是信息位。 
参照图3，用于编码的方法300可以包括使用阈值来处理变化的码字长度，尽管本发明实施方案不限于任何数量的阈值或码长。在一个示例性实现中，尽管是完全随意的，可以设置两个阈值1500和1000。确定(305)码长，并且如果码达到母码的最大值(即2000)，则使用前述的全尺寸默认奇偶校验矩阵对信息进行编码312。
当期望的码长小于2000而大于1500(315)时，不删余奇偶位而仅仅根据满足码字尺寸的需要删除(340)信息位。如前面所讨论的，可以根据期望的位的列重分布来删除一列或更多列信息位。(例如，如果使用非规则码而不删余奇偶位)。 
在使用规则码并且不删余奇偶位的情况下，理论上列可以具有相等的重量，并且因此可以无需选择特定的信息位列进行删除，因为它可能不影响码的性能。无论如何，用于选择哪些列进行删除的信息可以预先存储在例如查找表或其他存储器中并且可以取回(335)。 
对于在阈值1000和1500范围内的码长(320)，可以删余(325)大量奇偶位，例如100个奇偶位，并且可以根据预先为以下情况所存储的列选择信息删除信息位：当由于奇偶位删余而使得要删除最后100行。 
对于小于1000的码长，可以删余(330)更大数目的奇偶位(例如150或200个)，并且可以取回(335)预先存储的列删除信息，所述列删除信息用于在很多奇偶位被删余时删除最低重量的信息位列。接着可以基于被更改的奇偶校验矩阵对信息进行编码345。以这种方式，仅有相对少量的信息需要事先存储，并且在达到合理的灵活性的同时，相应编码系统的复杂性也降低了。可以使用类似地配置的译码器算法以与上面描述的方式基本相逆的方式进行译码。 
现在参照图4，采用前向纠错(FEC)、具有变长LDPC FEC的示例性通信设备400一般包括码处理部分410，以及可以被处理部分410访问的存储器部分420。设备400也可以可选择地包括收发机/放大器部分430和/或一个或更多个天线435。在某些示例性实施方案中，经过编码的信息用OFDM调制和解调技术无线地发送/接收，所述OFDM调制和解调技术遵循一个或者更多个用于无线局域网(WLAN)的电气与电子工程师学会(IEEE)802.11标准，尽管在此方面本发明不受限制。(注意：在图4中示出了两个天线，用于可选择的多输入多输出(MIMO)的实现)。 
存储器部分420可以包括一个或更多个固定的、可移除的、内置或外置的存储器，并且能够存储机器可读码和/或其他可以被处理部分410使用的数据，例如，用来执行此处所描述的变长LDPC编码/译码过程中的一个或更多个。处理部分410和/或存储器部分420可以是用来执行这些功能的任何单个组件(component)或组件的组合。 
可以配置处理部分410以执行诸如介质访问控制412和/或基带处理器414的数字通信功能。在一个示例性实现中，被配置以执行之前描述的变长编码方法的LDPC编码器/译码器415与可选择的数字解调器(没有单独示出)一起被集成，作为数字基带处理器414的部分。然而所述发明性的实施方案在此方面不受限制。其他元件(element)，例如 模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、存储控制器、数字调制器和/或其他相关联的元件，也可以作为设备400的部分而被包括。 
在某些实施方案中，处理部分410和/或存储器部分420可以用一个或更多个诸如微处理器、数字信号处理器、微控制器或现场可编程门阵列的可编程设备来实现。附加地或者可替换地，处理部分410的各种元件可以用分立的电路组件实现，或实现为一个或更多个专用集成电路(ASIC)。其他实现也是可能的，并且本发明实施方案的原理不限于任何特定硬件、软件或固件的实现。 
现在参照图5，使用变长LDPC码来前向纠错(FEC)的示例性通信网络500(并且本发明的实施方案可以调适为该通信网络)可以包括一个或更多个无线网络接入站505和一个或更多个无线用户站507-509。无线网络接入站505可以是任何通过电磁波将网络接入提供给无线用户站507-509的设备或设备的组合，所述接入站505包括例如无线局域网(WLAN)接入点(AP)、无线广域网(WWAN)AP、蜂窝电话基站等等。用户站507-509可以是任何被配置为与接入站505通信的设备或这种设备的组件，包括例如蜂窝电话507、膝上型计算机508、个人数字助理509或其他通信或计算设备和/或它们的RF接口。 
网络接入站505可以包括和/或以通信方式耦合到网络处理器，所述网络处理器例如网络服务器520、电话电路交换机或任何其他基于分组(packet)或基于帧的网络交换机和/或信息控制设备。网络500可以附加地或可替换地包括物理上相连接的组件，例如那些用在有线网络(例如以太网525和相关用户站528、529)或光纤网络(例如光纤收发机530)的组件。因此，在网络500中任何使用FEC的设备都可以适当地包括被安排执行此处所描述的变长LDPC编码方法的编码/译码组件。 
除非与物理可能性相反，发明者预想此处描述的方法：(i)可以在任何序列中和/或在任何组合中执行；和(ii)相应实施方案的组件可以用任何方式组合。 
尽管描述了该新发明的优选实施方案，但是很多变化和修改是可能的，而会不偏离本发明的范围，并且此处描述的实施方案并不受上面的具体公开的限制，而应该仅仅受所附权利要求书的范围和其法定等同物的限制。 

Claims (12)

1.一种通过无线通信设备编码信息的方法，所述方法包括：
将信息编码为一个或更多个变长低密度奇偶校验(LDPC)码字，该编码包括：
通过识别在每个码字中要发送的信息长度来确定码字尺寸；以及
如果所识别的长度小于默认奇偶校验矩阵的指定尺寸，删除所述默认奇偶校验矩阵的一个或更多个信息位；
在数据单元的头部中传输所述信息的长度，
其中，将信息编码为一个或更多个变长LDPC码字的步骤包括：通过以下方式调整默认奇偶校验矩阵的尺寸：删除一个或更多个信息位；
其中，删除一个或更多个信息位的步骤包括：删除所述默认奇偶校验矩阵的一列或更多列；
其中，删除一列或更多列的步骤包括选择具有最低位重的所述一列或更多列。
2.如权利要求1所述的通过无线通信设备编码信息的方法，其中，将信息编码为一个或更多个变长LDPC码字的步骤包括：
从多个不同尺寸的矩阵中选择奇偶校验矩阵，所述被选择的奇偶校验矩阵具有与要被编码的信息的尺寸相对应的尺寸。
3.如权利要求1所述的通过无线通信设备编码信息的方法，还包括：
通过空中接口用正交频分复用(OFDM)发送所述一个或更多个变长码字。
4.如权利要求1所述的通过无线通信设备编码信息的方法，还包括：
向网络设备发送所述变长码字中的一个或更多个，其中所述网络设备包括无线局域网(WLAN)接入点(AP)。
5.如权利要求1所述的通过无线通信设备编码信息的方法，还包括，向网络设备发送所述变长码字的一个或更多个。
6.一种无线通信设备，包括：
低密度奇偶校验(LDPC)编码器，所述低密度奇偶校验(LDPC)编码器被配置为通过识别在每个码字中要发送的信息长度来确定码字尺寸，以使用不同尺寸的奇偶检验矩阵将信息编码为变长低密度奇偶校验(LDPC)码字，其中所述不同尺寸的奇偶校验矩阵是通过以下方式从默认矩阵导出的：删除所述默认矩阵的一个或更多个信息位；其中删除一个或更多个信息位的步骤包括删除一个或更多个具有最低位重的矩阵列。。
7.如权利要求6所述的无线通信设备，其中，所述不同尺寸的奇偶校验矩阵是基于在每个码字中要被编码的信息的长度从存储器中选择的。
8.如权利要求6所述的无线通信设备，还包括：
被配置为使用不同尺寸的奇偶校验矩阵对一所接收的块码的变长低密度奇偶校验(LDPC)码字进行译码的设备。
9.一种无线通信系统，包括：
移动单元，所述移动单元包括
射频(RF)收发机；
编码器，所述编码器可通信地耦合到所述射频收发机，并且被调适为用不同尺寸的奇偶校验矩阵将信息编码成为一个或更多个变长低密度奇偶校验(LDPC)码字，其中通过识别在每个码字中要发送的信息长度来确定码字尺寸；以及
介质访问控制器，用于生成介质访问控制服务数据单元(MSDU)，其中所述MSDU包括码字信息的长度，
其中，所述编码器被调适为使用具有与每个码字的信息长度相对应的尺寸的奇偶校验矩阵来对变长LDPC码字进行编码，
其中，所述奇偶校验矩阵的所述尺寸通过以下方式进行调适：删除默认尺寸的奇偶校验矩阵的信息位。
其中，删除信息位包括删除具有最低位重的一列或更多矩阵列。
10.如权利要求9所述的无线通信系统，其中，所述奇偶校验矩阵是从很多具有不同尺寸的已存储矩阵中的一个来选择的。
11.如权利要求9所述的无线通信系统，还包括无线局域网(WLAN)接入点(AP)。
12.如权利要求9所述的无线通信系统，还包括耦合到所述射频收发机的一个或更多个天线。
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