TW200816732A - An interleaving scheme for an LDPC coded 16APSK system - Google Patents

Description

200816732 九、發明說明： ，【發明所屬之技術領域】 本發明係揭露一種數位通信系統，特別是涉及在 16APSK調變系統中交錯低密度奇偶校驗（“LDPC”）編 碼的位元，以通過基於不同的位元度(bitdegrees)分配確定 調變符碼的位元。 【先前技術】

在Yan Li和William Ryan所著，發表於IEEE

Communications Letters，vol· 9，no· 1，January 2005 的 Bit-Reliability Mapping in LDPC-Codes Modulation systems，” （LDPC碼調變系統中的位元可靠性映射）中， 作者研究了採用8PSK的LDPC編碼的調變系統的性能。 利用建議的位元可靠性映射策略，實現了超過非交錯方案 大約〇.15dB的性能改進。作者還使用被稱為EXIT圖表的 分析工f轉了這個改進的原因。在該交錯方案中，考慮 了一種父錯方法，結果表明該方法提供了比非交錯系統更 好的性此’也就是，在位^可靠性映射方案中，將低可靠 f生的LDPC碼位元映射到低階的調變位元，且將較可靠的 位元映射到高階的位元。 二^向差錯控制（FEC)編碼對於通信系統保證資料經 了隹二通，的可#傳輸非t重要。基於向農的理論，這些通 5的，2的、比（SNR)下具有以位元每符碼表示的確 2二ί曰這被定義為向農限制(Shannonlimit)。通信和編 供1二Γ重要的研究領域之—找計以合理的複雜度提 辰限制的性能的編碼方案。已經表明使用置信傳 5 200816732 1(=ΐρΓ_,ΒΡ)解瑪的LDPC碼具有可控的編 碼和解碼複雜度，亚能驗供接近向纽制的性能。 LDPC碼最初在19料由咖㈣描述。[㈣碼的 性能非常逼近向農限制。具有私度N和維度〖的（n， =)一進位的ldpc碼由（Ν_κ)行和N列的奇偶校驗矩 陣Η定義。矩陣Η的大多數元錢G，且僅小部分元素是 1，因此矩陣Η是稀疏的。矩陣H的每行表示校驗和，且

每列表示變數，例如，位域符I由Galkg㈣述的LDpc 碼是規則的’也就是，奇偶校驗矩陣H具有恆定的行重 (weight)和列重。 規則的LDPC碼能被擴展到非規則的LDpc碼，其中 行重和列重是變化的。非規則的LDPC碼由分別定義變數 節點和校驗節點度分佈的度分佈多項式（degree distribution polynomial)·)和c(x)來指定。更加具體地說， 令

v(x) =

X y-i 其中變數/vmax和<max分別是最大變數節點度和校驗 節點度，且表示從度數為j的變數（校驗）節點發出 的邊（edge)的分數（fraction)。 雖然非規則LDPC碼在表示和/或實現上更加複雜，但 是理論上和經驗上已經顯示出具有適當選擇的度分佈的非 規則LDPC碼優於規則LDPC碼。第一圖說明了編碼字長 200816732 度六的示例性非規則ldpc碼的奇偶校驗矩陣圖。 LDPC碼還可由二分圖、或Tanner圖來表示。在Tanner 圖中’被稱為變數節點（或位元節點）的一組節點對應於 編碼字的位元，而被稱為約束節點（或校驗節點）的另一 組節點對應于定義LDPC碼的一組奇偶校驗約束。位元節 點和校驗節點存在連接邊。如果位元節點和校驗節點具有 連接邊，則認為它們是鄰近或相鄰的。通常，假定一對節 點由不多於一條的邊來連接。 第二圖說明了如第一圖所示的非規則LDpc碼的二分 ，表示。由第-目表示的LDPC碼的編碼字長度是6旅具 固奇如第—圖所示，在^^碼的奇偶校驗 巨陣J不中存在總共9個i。因此在如第二圖的丁議打圖 表不中，6個位元節點2〇1由9條邊 節點202。 田仏处203連接到4個校驗 小的複雜度，且對於在奇偶校驗矩解碼需要最 :重的一些類型的聰 幾高的列 代解竭方法卻因為它們能夠在能，但迭 _斤_而得到了更多的注意。與多。2之間獲得更好 解竭基於定義碼型的約束條件，、稍解碼不同，迭代 處理來提高每個符媽的可靠性對所接收符竭的回潮 =器使用通道輸出作為輪人弟=迭代中，迭代解 出。隨後，將每次解 =個付碼產生可靠性輪 如結束時對解碼符碼輪法的 200816732

可罪性度量結果用作下一次迭代的輸入。該解碼過程直到 滿足一定的停止條件時結束。此後基於對最後一次迭代的 解碼符碼輸出的可靠性度量做出最後判決。根據在每次迭 代時使用的可靠性度量的不同特徵，迭代解碼演算法可被 進步劃分為硬判決、軟判決和混合判決演算法。對應的 吊用演异法分別是迭代位元翻轉（BF)、置信傳播（Bp) 和加權位元翻轉（WBF)解碼演算法。已經證明當相應的 Tanner圖是非迴圈時，Bp演算法能夠實現最大似然解'碼，

因而該演异法成為最流行的解碼方法。下面描述的本發明 中將只討論LDPC碼的BP解碼。 X —LDPC碼的BP是一種資訊傳遞解碼。沿著圖的邊發送 的資汛疋和對應於編碼字位元的變數節點相關聯的對數似 然比（LLR) log(P〇/Pi)。在這個運算式中，户。和外分別表 不相關位兀取值〇和i的概率。抑解碼包括兩個步驟^ 準步驟和垂直步驟。在水準步财，每個校驗節點、將基 於除來自位τίΛ以外的所有進人校驗〜的“位元 驗:資訊計算得出的“校，驗·到邊元，，資訊發送到相鄰^ 點"在垂直步驟中，每個位元節點6將基於除來自校驗 以外的所有進入位元^ “校驗鲁位元，，資^ 付出的位几-到校驗，，資訊發送到相鄰的校驗節點^ $这兩個步驟直職到可用的編碼字或達到最大的迭代 ⑽训鮮碼的顯著性能，麵 用都是最好的選擇之-。許多通信和存儲標準r: DVB S2/DAB、有線線路 ADsl、正 ΓΕΕΕ802.16_等均已經採用或吸在考慮採用非^ 8 200816732 LDPC碼。當考慮在視頻廣播系統中應用非規則LDpc碼 時，人們經常遇到由於差錯平底產生的問題。 LDPC解碼為的差錯平底性能區域可以由系统的差錯 性月b曲線來描述。LDPC解碼器系統在輸入信號的品質提 高時一般表現出差錯概率快速下降。產生的差錯性能曲線 通吊被稱為爆布曲線，且相應的區域被稱為瀑布區域。然 而，達到某一點後，輸入彳吕號品質提高所對應的差錯概率 的下降速度趨緩，產生的平坦的差錯性能曲線被稱為差錯 平底。第三圖示例性地說明了包括瀑布區域（waterfall region) 301 和差錯平底區域（err〇rfl〇〇rregi〇n) 3〇2 的非 規則的LDPC碼的FER性能曲線。 【發明内容】 本發明公開了一種交錯方法，其中對於具有任意可靠 生、’及2的LDPC碼位元，映射為一部分低階調變位元和— 部分高階調變位元。對特定的LDPC碼結構和調變方法， 能夠通過被稱為密度演化的理論㈣法確定低階和高階調 變位元的最優劃分。 在本發明的一個實施例中，提供了一種在使用FEC螞 ^6A^SK調㈣射交錯位元隨位通信系統，該系殊 犯夠產生經通信通道到接收器的信號波形的發射 …4射③具有—個產生帶有相應的信號波形的-組離 資訊源；和-個LDPC編碼器，該編碼器根據字 生信號送人信號映射器，在映射器中的交錯是一種 、'只映射’能夠產生由密度演化預測得到的相應LDPC 碼的最小門檻值 200816732 通過仔細選擇校驗和位元節點度分 構，本發明的U3PC碼且有f 和Tannner圖結 特定舰性能要求下的傳2=的他_性，能夠降低 LDPC碼的Π魏被定義為最小s取值 、為碼字長度趨向無限時，可以使得位元 要求。因此，需要設計-種·料=千底具有不同 Jr ^ΛΡςΐ，'州，天万去通過該方法確定的 在16APSK系統中的映射方案能夠提供所 時保持差錯平底低於特定標準。 m 口 【實施方式】 本發明使用FEC碼的l6APSK調變系統中交錯位元的 ，位通㈣統係公開了應用―種交錯方法的通信系統，其 中對於具有任意可靠性級別的LDPC碼位元，映射為一部 分低階調變位元和一部分高階調變位元。對特定的ldpc 碼結構和調變方法，能夠通過被稱為密度演化的理論演算 法確定低階和高階調變位元的最優劃分。 # 在本發明的一個實施例中，上述數位通信系統包括有 能夠產生經通信通道到接收器的信號波形的發射器，該發 射器具有一個產生帶有相應的信號波形的一組離散位元的 寅Λ源，和一個LDPC編碼器，該編碼器根據字元表產生 信號送入信號映射器，在映射器中的交錯是一種非連續映 射’能夠產生由密度演化預測得到的相應LDPC碼的最小 門才監值。 通過仔細選擇校驗和位元節點度分佈和Tannner圖結 200816732 構，本發明的LDPC碼具有良好的門檻值 特定FER雜要求下⑽輸功率。 ⑽降低 其中LDPC碼的門難敎義為最小娜* 向無限時，可以使得位元差錯概率任意 小。而不同應用對於LDPC碼的門禮值和茗扭θ 士 同時保持差錯平底!供所f的門^監值， 參考附®，給出根據本發明實施例的使用LDPC碼的 柄位元映射方法和執行這财法的程式的詳細描述。 m明是柄LDPC·述的，但是應該認識到 冋板在/、他碼中使用位元標記方法（bit label_ app職h)。另外，可以在非編碼系統巾實現這個方法。 第四圖是根據本發明實施例，採用ldp 言系統的圖。該通信系統包括發射器·，1; 信通道402發送到接收器403的信號波形。 ί =2括產生一組離散的可能的資訊的資訊源。這 二貝Α均對應於某-信號波形。該波 雜訊2。採用LDPC碼以減少由通道術引=的干^被 對於特疋的LDPC碼和所需的差錯平底水準，基於某種 Ϊ1ΪΓ子門檻值的交錯規則，分別在發射器4〇1和“ 為403中使用交錯器和解交錯器，。 第五圖描述了第四圖的通信系統中的示例性發射器， :盾中知用LDPC碼和交錯器。LDpc編碼器搬將來自來 =〇1的貧訊位元編碼為LDPC編碼字。從每個資訊_ 母個LDPC編碼字的映射由LDpc石馬的奇偶校驗矩陣（或 11 200816732 τ、τ^ργ\成矩陣）規定。由交錯器/調變器503交錯和調變 編碼字為信號波形。這些信號波形被發送到發射天 & 504並傳播到如第六圖所示的接收器。 第/、圖描述了第四圖的示例性接收器，其中採用 LD^C碼和解交錯器。由接收天線6〇1接收信號波形，並 二=j解凋态/解交錯器⑹2。由解調器解調並由解交錯器 解父錯信驗形，讀分發到迭代_碼接㈣的消息的 解碼器6〇3,並輸出發送的編碼字的估計。由解調器 /解父錯器602採用的解交錯規則應該與由交錯器/調變器 50^採用的交錯規則匹配。就是說，該解交錯方案應該滿 足父錯方案的反規則（anti-rule )。 、 對於特定的LDPC碼和16APSK調變方案，本發明定 義最仏父錯為非連續映射手段，能夠產生由密度演化 得到的相應LDPC碼的最佳門檻值。 ^、4 ^如第七圖所示，該16APSK位元-到符碼映射電路每次 狻取四個位元(〜，b4i+1，b·2, ‘+3)，並將其映射為J值和Q 值’其中1=0, 1，2, ····。該映射邏輯如第八圖所示。 在 16APSK 中，對於’ e {ΖΊ 〇 <z < -1，且 /mod4 = 0}，入 % I u U是確定第i個符碼的4位元。本發明指定以 疋我對母個編碼效率的位元映射的數量。給定Ldpc碼和 差錯平底水準的要求，通過密度演化分析可獲得最優交錯 方案。對於具有效率2/3、3/4、4/5、5/6、13/15和9/10的 υ)Ρ(^|ΐ；}^ζ€{ζΙ〇$ζ^/φ^-ι，_&ίπι〇(ΐ4 = 〇}，ΐ6Αρ8κ!|ί£ 規則中各位元值是： 12 200816732 8χ 1024 加+7mod8x32+ 32 mod 32 ^/+ι ^ br 8χ 1024 Ν offset ^m〇d8+120 χ32+ 32 mod 32 ^/+2 br 8x 1024 +#〇伽 +— m〇d 8+240 4 x32+ 32 mod 32 ^/+3 - br, -+32x^^+11520 mod^c_^- - mod256+ -mod8 x32+ 32 mod 3 2

上式中，^/1〇以<7^”1，且加0(14 = 〇}，其中^」是傳回小 於或等於X的最大整數的取整函數，#/_>=1536〇是所使用 的LDPC媽的編碼字長度，且是不同編碼效率的偏移 值，在表1 “16APSK中的交錯偏移值，，中羅列了位元偏移 數0 【表1】16APSK中的交錯偏移值 效率 Noffset 2/3 80 3/4 88 4/5 96 5/6 104 13/15 112 9/10 120 /在上述實施例中，本發明使用FEC碼的16apsk調變 系統中交錯位元的數位通信純巾，其巾 種在該16APSK調製調變系統中基於上述規則 LDPC編碼比特位元的數㈣信發射器；㈣巾 ^ 在上述之16APSK調製調變系統中亦基於上述的規則解i 13 200816732 乂織父錯的LDPC總踩士 4士办-·" 系統更包括—存儲電H =亚f ’上述的數位通信 用於執行_ = ί _可讀介質，而其程式係 聰編現丨咳刪統中紐上述規則交錯 柄較佳實麵神推地描述了本發㈣，財理 ==的精神和範圍中有可能出現多種變化和^改。 和r門ψί师利要求的目的是覆蓋在本發明的真正精神 矛耗圍中的所有這種修改和變更。 2上所職為本發明之触可行實_，非因此即 二所^明t專利範圍’故舉凡運用本發明說明書及圖示 二結構變化’均同理包含於本發明之範圍 【圖式簡單說明】 第一圖是編碼字長度六的示例性非規則LDPC碼 偶校驗矩陣表示； 可 第一圖說明了如第一圖所示的非規則LDpc碼的二分 圖表示； 、第圖說明了包括非規則LDPC碼的瀑布和差錯平底 區域的示例性FER性能曲線； 第四圖是根據本發明實施例，採用LDpc碼和交錯器/ 解交錯器的示例性通信系統； 曰m 第五圖說明了第四圖中發射器的實例； 第六圖說明了第四圖中接收器的實例； 第七圖說明了 16APSK調變中的位元映射功能模組； 14 200816732 第八圖說明了 16APSK符碼的位元映射。 【主要元件符號說明】 位元節點 201 邊 203 校驗節點 202 瀑布區域 301 差錯平底區域 302 發射器 401 通信通道 402 接收器 403 來源 501 LDPC編碼器 502 交錯器/調變器 503 發射天線 504 接收天線 601 解調器/解交錯器 602 LDPC解碼器 603 15

Claims (1)

1. 200816732 申請專利範圍： 一種使用FEC碼的i6APSK調變系統中 位通信系統，包括有： 、，曰位元的數 务射裔，該發射器具有一個產生帶 唬波形的一組離散位元的資訊源； 目應的信 一接收器，該發射器係產生經一通作 號波形到該接收器； 。通道到的信 一 LDPC編碼器，該編碼器根據_字元 號送入一信號映射器，在該映射器中的交錯^一生^ 連續映射，能夠產生由密度演化預測得二 LDPC碼的最小門檻值。 μ 2 ，如申請專利範圍第丨項所述之數位通信系統，其中該 龟射态係為一種在該16APSK調變系統基於下面規^ 父錯LDPC編碼位元的數位通信發射器： h = hr δχ h = .1024 +Noffset+^m〇d^ x32+ 32 mod 32 — mod 32 δχ L1024 ^〇#^+~mod8+120 . \ 8x ί +Nnmpf +- mod 8+240 χ32+ i V _1024_ °Jjsei 4 _32_ mod 32 4+32x^+11520 mod^ Kl = b Ί+3 _bitsH 4 Imoc^256+1 — mod8 1x32+ 32 mod 32 其中，b為16APSK交錯規則中各位元值，對於 孝——一1，且z.m〇d4 = 0}，其中Lx」是傳回小於或等 於X的最大整數的取整函數，=1536G是所使用的 LDPC碼的編碼字長度，且是不同編碼效率的偏 16 200816732 移值，定義為： 效率 N〇ffset 2/3 80 3/4 88 4/5 96 5/6 104 13/15 112 9/10 120 如申請專利範圍第1項所述之數位通信系統，其中該 接收器在該16APSK調變系統中基於下面的規則解石馬 乂錯的LDPC編碼位元： 、 Ί+\ 8χ br 8χ 1024 +^+-m〇d8 1x32+ — mod 32 1024 +A^o^ei+-mod84-120 χ32+ 32 mod 32

   Ί+2 hr 8χ 1024 V^offsi ~~- mod 8+240 1x32+ 32 mod 32 br -+32xiV0#e/+11520 \mo&Nldpc_bitA - mod256+ -mod8 x32+ 32 mod 32 其中，b為16APSK交錯規則中各位元值，對於 = ，其中[X」是傳回小於或等 於X的最大整數的取整函數，#_，=1536()是所使用的 LDPC碼的編碼字長度，且力伽是不同編碼效率的偏 移值，定義爲： 17 200816732 效率 2/3 80 3/4 88 4/5 96 5/6 104 13/15 112 9/10 120

   4、如申請專利範圍第1項所述之數位通信系統，其中更 包括一存儲電腦程式的電腦可讀介質，該程式用於執 行能夠實現16APSK調變系統中基於下面規則交錯 LDPC編碼位元· bi : \ bi+2 = 8χ 1024 +Noffsetm〇d 8 x32+ 32 mod 32 8χ 1024 offset ^~~~niod 8+120 |x32+ 4 32 mod 32 1024 offsetHmod 8+240 4 x32+ 32 mod 32 bM=b(i +32x^+11520\modNldpc_bits-\ - mod256+ -mod8 x32+ 32 mod 32 其中，b為16APSK交錯規則中各位元值，對於 ie{i|0SGA^__l，_§Jmc>d4 = 0}，其中Lx」是傳回小於或等 於X的最大整數的取整函數，Μ#，=1536()是所使用的 LDPC碼的編碼字長度，且力^是不同編碼效率的偏 移值’定義為· 18 200816732 效率 2/3 80 3/4 88 4/5 96 5/6 104 13/15 112 9/10 120

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