TWI328951B - A digital communications transmitter,a digital communications receiver,and a computer readable medium - Google Patents

Description

1328951 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及在32APSK調變系統中交錯低密度奇偶校驗 (LDPC)編碼的位元。具體地說，通過基於不同的位元度(bit degrees) 分配確定調變符碼的位元，能夠有效地在所使用的LDPC碼提供 的差錯性能和差錯平底（error floor)之間找到需要的取捨 (tradeoffs) 〇 【先前技術】

在 Yan Li 和 William Ryan 所著，發表於 IEEE Communications Letters，ν〇1· 9，no.卜 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 方法大約0.15dB的性能改進。作者還使用被稱為E：XI丁圖表的分 析工具解釋了這個改進的原因。在該交錯方法中，考慮了一種交 ，方法，結果表明該方法提供了比非交錯系統更好的性能，也就 是，在位元可靠性映射方法中，將低可靠性的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。 前向差錯控制（Forward Error Control，FEC )編碼對於通信系 統保證資料經雜訊通道的可靠傳輸非常重要^基於香農 通道在確定的信號雜訊比（Signal t0 Noise Rati0, SNR)下具有以位元每符碼表示的確㈣容量，這被定義為 限(Shannon limit)。通信和編碼理論中最重要的研究 計以合理的複雜度提供逼近香農限的性能的編碼方法。已經ς 使用置信傳播（BeliefPn>pagatiGn，Bp)解碼的LDp且有 的編碼和解碼複雜度，並能夠提供接近香農限的性能。/、工 1328951 LDPC碼最初在I960年由Gallager描述。LDPC碼的性能非 常逼近香農限。具有碼長度N和維度K的（N，K)二進位的LDPC 碼由（N-K)行和N列的奇偶校驗矩陣η定義。矩陣Η的大多數 元素是〇 ’且僅小部分元素是1 ’因此矩陣Η是稀疏的。矩陣η 的每行表示校驗和’且每列表示變數，例如，位元或符碼。由 Gallager描述的LDPC碼是規則的，也就是，奇偶校驗矩陣η具 有恒定的行重和列重。 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) v(x)和 c(x)來指定。更加具體地說，令

>-1 y=i

j-\ v〇) 和 Φ) 其中變數dvmax和i/emax分別是最大變數節點度和校驗節點 度，且vy(cy)表示從度數為j的變數㈠交驗）節點 ' 的分數（fraction)。 ^ V ge；

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#選擇的度分佈_酬1赃瑪 優於規則LDPC碼。圖1說明了編碼字（c〇dew 長 ^ 例性非規則LDPC碼的奇偶校驗矩陣圖。 又，、的不 LDPC碼還可由二分圖、或Tannei>圖來。^ ^ ^ ^ 節點)的-組節點對應於編碼=， 位元節點和校驗節點且有連接邊在連接邊。如果 1328951 圖2說明了如闻 _ 圖1表示的LDPC: = =非規則LDPCU|的二分圖表示。由 圖1所示，i f，度是6並具有4個奇偶校驗。^ 因此在如圖2的Ta贈陣表示中存在總共9個！。 連接到4個校驗節表不中，6個位元節點加由9條邊2〇3 ^ ° 雖然多數邏輯解碼需#二構LfPC碼疋可多數邏輯解竭的。 j有相對較高的‘二 陣中 幾何LDPC和投影幾 ;^ =tDPC碼（例如，歐幾里德 但迭代解碼方法卻 ^ 相當不錯的解媽性能， 取捨而得到了更多的ί:們和性能之間獲得更好的 定義碼型的約束條件，；過對戶 ==不同步迭代解碼基於 為輸入，對每個符ί產生人Ϊ5:輪器，用通道輸出作 程結束時對解媽符碼輸出的可靠解磁^ 該解碼處理直到滿足一定的停止條二下：J迭代的輸入。 步劃分為硬式決定（harddeeisi()n)法可被進一 混合決定（hybrid decision)演算法。和 代位元翻轉（bit-flipping，BF)、置信傳^廣算^分別疋迭 (weighted bit-flipping，WBF)解碼噹瞀# 和加權位兀翻轉 Tanner圖是非迴圈^ BP演算法解^I异法。已經證明當相應的 料本發明中將僅討論 曰碼的BP是一種資訊傳遞解碼。沿著圖的邊發送的資訊 ,碼字ϋ的Λ數節點相關聯的對數似然比 (k^ehhoodr伽，LLR) 在這個運算式中、和巧分別 8951 表不相關位元取值〇和1的機专 以外的所有進入校驗c的“你母個杈驗即點L將基於除來自位 訊計算得出的“校驗_到_^元，，到·校驗” （bit-t〇-check)資 點\。在垂直步驟中，每個位eH_bit)資訊發送到相鄰節 外的所有進入位元校驗朽' 於除气自校驗節點Cw以 到-校驗，，f訊發送到相鄰的 f ^訊計算得出❺“位元_ 到可用的編碼字或達到最大的^^^。。重複這兩個步驟直到找 L〇pc . ADSL ^ LDPC „ 0 t ^ LDPC#人們經常遇到由於差錯平底^^題中應用非規則

Sc ^ ^ ^ ^ 出差錯機率料下降= f f高時—般表現 2且相應的£域被稱為爆布區域。然而，達到某一 2曲 ^號品質提高所對應的差錯機率下降速度趨緩，^生的^二 錯性能曲線被稱為差錯平底。圖3示 = 則和差錯平底區域搬的非規則的LDpc碼^ = ^ = error rate, FER)性能曲線。 职午 W rame 【發明内容】 本發明公開了-種交錯方法，其中對於具有任意可靠性 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LDPC碼結構和調變方法，能夠通過被稱為°密度 决化的理論肩异法破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碼的 32APSK調變系統中交錯位元的數位通信系統，其包括：能夠產 1328951

ίΖίΐΐίΐϊίΓ信號波形的發射器，該發射器具有-個 ϋΓ有相應的仏虎波形的-組離散位細資訊源：和-個LDPC =二根據字元表產生信號送人到信號映射器，在映 ΪΓΙ 疋一種非連續映射’能夠產生由密度演化預測得到

的相應LDPC碼的最小門檻值（thresh〇ld)。 、預】于J 於明選擇Ϊ驗和位元節點度分佈和T_⑽圖結構，本 i求下的傳輸Ξί好的門檻值特性’能_低特定FER性能 長产門ΐ動Ϊ定義為最小_值，在該值下當編碼字 長度趨向無限時，可以使得位元差錯機率任意小。 因此不===門榧值和差錯平底具有不同要求。

^而要叹计種決疋方法，通過該方法確定的在32A 射方法能夠提供所㈣門檻值，同時簡差錯平底低於 【實施方式】 位4=和=====_碼的編碼 在LDPC補賴’但是應制朗可同樣 ^#.^iriiri^riabeiinsappr〇ach)〇 ^ π έ f 4是根據本發明實施例，採用LDPC碼的且有 包括發射器401，該2射ίί=; 么且離發达到接收态403的信號波形。發射器401包括產生— 形訊1 資訊源。這些資訊均對應於某—信號波 通道Ιΐΐ 道2且被雜訊劣化。採用LDpc碼以減少i =某種能誠生良好門檻㈣交錯規則，； 接收器403中使用交錯器和解交錯器。刀鄕發射益401和 9 31 性發射器，其中採用 個LDPC編碼字的映（ln—bl〇ck)到每 成矩陣）規定。Γ交^哭/調二校驗矩陣（或等效的生 信號波形。這4b信被^錯^調變LDPC編崎字為 所示的接收||Γ 絲被發达到發射天線504並傳播到如圖6 錯器4的示例性接收器’其中採用[则碼和解交 02。由解__並轉交錯轉=發錯器 代地解碼接收到的消自的 之後刀發到迭 ;，計。 錯器/調蠻哭沪田， 胖錯規則應該與由交 該滿足交狀說，轉交錯方法應

錯為法’ _定義最優交 螞的最佳門檻值。° 由氹度次化預測得到的相應LDPC 位元3丨=，32APSK位^到符碼映射電路每次獲取五個

Ϊ5； ,-Γ ^ i+2, IT,b5i+4) s Q /、T 1 0, 1，2,....。映射邏輯如圖8所示。 (? f 32APSK〜中，對於叫·丨〇wu，且_，，令 定義二U《+4)是確定第i個符碼的5位元。我們指定v以 底個編碼效率的位元映射的數量。給定脈碼和差：平 ί =/4通過 匕分析來獲得最優交錯方法。對於具有效 ㈣丨13/15和9/10的LDPC石馬，對於 z- ’扣―她-1，且_(15 = 0}和y = 0山234，32ApsK交錯規則是： 1328951 i+j =h ^+32χΝφα +3072xy mod Nldpc bits mod 256+i^mod 8^x32+ mod 32 在表1 “32APSK中的交錯偏移值”中羅列了位元偏移數： 【表1】32APSK中的交錯偏移值 效率 K㈣ 3/4 72 4/5 80 5/6 120 13/15 160 9/10 192

雖然通過較佳實施例示例性地描述了本發明，應該理解在本 發明的精神和範圍中有可能出現多種其他變化和修改。因此，本 赢 發明申睛專利範圍的目的是覆蓋在本發明的真正精神和範圍中的 儀· 所有這種修改和變更。 【圖式簡單說明】 圖1是編碼字長度六的示例性非規則LDPC碼的奇偶校驗矩 陣表示； 圖2說明了如圖1所示的非規則LDPC碼的二分圖表示； 圖3說明了包括非規則LDPC碼的漆布和差錯平底區域的示 例性FER性能曲線； 圖4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； 1328951 圖5說明了圖4中發射器的實例； 圖6說明了® 4中接收器的實例； 圖7說明了 32APSK調變中的位元映射功能模組； 圖8說明了 32APSK符碼的位元映射。 【主要元件符號說明】

位元節點201 連接邊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 資訊源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

·* «I *· ^ ^ J 12

Claims (1)

1. >申請專利範圍：

   99年5月21曰修正替換頁 信，包括 LDPC (丨⑽ _>^eck code^編碼态及父錯器/調變器，該LDpc編碼器將來自資訊 源j貝讯位疋編碼為LDPC編碼字，該交錯器/調變器交錯和 ，支=pc編碼字為信號波形’其中該發射器在32ApsK調變 系統中基於下面規則交錯LDPC編碼位元： ：+32xAf〇^/+3〇72xy \ ^〇dN/dpc biIS- 7 mod 256+ ’ i Λ — mod 8 x32+ i J Is ) .40. mod 32 i+J 對於,ε{ζ|〇<ΖΆ咖，-1，且，_m〇d5 = 0}和）=0，1，2,3,4.，其中[^」是返回 小於或等於X的最大整數的取整函數，Λν,=1536〇是所使用的 LDPC碼的編碼字長度，且^喻,是不同編碼效率的偏移值， 義為： 效率 N0ffset 3/4 72 4/5 80 5/6 120 13/15 160 9/10 192 一種數位通信接收器’包括解調器/解交錯器、及LDPC解碼 器，該解調器/解交錯器用以解調並解交錯信號波形，之後分 發到迭代地解碼接收到的消息的LDPC解碼器，並輸出發送的 編碼字的估計，其中該接收器在32APSK調變模式中基於下面 規則解碼交錯的LDPC編碼位元： ' 1328951 .=br i-S9U- --^—21 * —1 j芊月日修正替換頁 I 99年5月21 a修正替換頁 I__ ~^七32乂N0細 +3011乂 j νηοά N!dpc_bits ’ 、5 ) -mod 256+ -mod8 x32+ mod 32 效率 ^offset 3/4 72 4/5 80 5/6 120 13/15 160 9/10 192 對於/€{，·|0ϋΑ^_Α,„-1，且，·ηκχ15 = 0}和 y = 0，l，2,3,4.，其中卜」是返回 小於或等於X的最大整數的取整函數，#@„=15360是所使用的 LDPC碼的編碼字長度，且，是不同編碼效率的偏移值，定 義為： _ 3、一種存儲電腦程式的電腦可讀媒體，該程式用於執行能夠實 現32APSK調變系統中基於下面規則交錯LDPC編碼位元方法 的方法： i+J ：=hr 了+32xA^e，+3072χ) mod Nt Idpc __bits \ mod 256+ (i \ —mod8 χ32十 i ) l5 J L4uJ mod 32 對於 z_ e {ζ· I 0 S K -1, qie 2 z· mod 5 = 0}和 _/ = 0，1,2,3,4.，其中 1_χ」是返 效率 N0ffsei 3/4 72 4/5 80 回小於或等於X的最大整數的取整函數，AV>=15360是所使用 的LDPC碼的編碼字長度，且是不同編碼效率的偏移值， 定義為 · _ 14 1328951 年月曰修正替換頁 99年5月21曰修正替換頁 5/6 120 13/15 160 9/10 192 15