專利名稱：用于低密度奇偶校驗(yàn)碼解碼的方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，更具體地說(shuō)是涉及經(jīng)過(guò)編碼的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通信系統(tǒng)利用編碼來(lái)保證噪聲通信信道上的可靠通信。這些通信信道提供固定的通信容量，該容量可以用固定信噪比(SNR)下的每符號(hào)比特?cái)?shù)來(lái)表示，它確定了一個(gè)理論上限(即通常所說(shuō)的香農(nóng)限)。結(jié)果，各種編碼方案就以實(shí)現(xiàn)接近于香農(nóng)限的速率為目標(biāo)。有一類接近于香農(nóng)限的編碼就是低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼。
由于LDPC碼有許多缺點(diǎn)，因此在以前并未被廣泛采用。一個(gè)缺點(diǎn)在于LDPC編碼技術(shù)非常復(fù)雜。利用生成矩陣進(jìn)行LDPC編碼需要儲(chǔ)存一個(gè)龐大的非稀疏矩陣。另外，LDPC碼需要一直保存著大矩陣塊；因此，即使LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣是稀疏的，儲(chǔ)存這些矩陣也是成問(wèn)題的。
從實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)看，也會(huì)遇到許多的挑戰(zhàn)。舉例來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)器就是LDPC碼在實(shí)際應(yīng)用中為何沒(méi)有被廣泛采用的重要原因。LDPC碼的實(shí)施中另一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是如何實(shí)現(xiàn)解碼器中多個(gè)處理機(jī)(節(jié)點(diǎn))之間的連接網(wǎng)絡(luò)。另外，解碼過(guò)程中的運(yùn)算載荷，特別是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)運(yùn)作，也會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
因此，需要LDPC通信系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的編解碼步驟。還需要高效率地使用LDPC碼來(lái)支持高數(shù)據(jù)速率，同時(shí)又不引入更高的復(fù)雜度。還需要改善LDPC編碼器與解碼器的性能。還需要減小實(shí)現(xiàn)LDPC編碼的存儲(chǔ)器需求。另外還需要一種方案來(lái)簡(jiǎn)化LDPC解碼器內(nèi)的處理節(jié)點(diǎn)之間的通信。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于解決這樣或那樣的需求，其中提供了一種用于結(jié)構(gòu)化低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼解碼的方法。通過(guò)限制奇偶檢驗(yàn)矩陣的一部分為下三角陣以及/或是滿足其他條件來(lái)規(guī)定LDPC碼的結(jié)構(gòu)，從而使得解碼器處理節(jié)點(diǎn)之間的通信變得非常簡(jiǎn)單。另外，該方法能夠充分利用LDPC碼在傳輸比特上的非均勻差錯(cuò)保護(hù)能力，以向高階調(diào)制星座圖(比如8-PSK(相移鍵控))更易受到影響的比特提供額外的差錯(cuò)保護(hù)。解碼過(guò)程在各個(gè)解碼器迭代或是多個(gè)解碼器迭代之后向LDPC解碼器中加入迭代再生信號(hào)星座圖比特量度。上述的安排提供了一種解碼LDPC碼的高效率運(yùn)算方法。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)方面，其中公開了一種用于解碼低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的方法。該方法包括接收一個(gè)取決于距離向量信息的先驗(yàn)概率信息，所述的距離向量信息涉及與LDPC碼相關(guān)的信號(hào)星座圖的符號(hào)點(diǎn)與接受到的有噪聲符號(hào)點(diǎn)之間的距離。該方法還包括發(fā)送一個(gè)取決于先驗(yàn)概率信息的后驗(yàn)概率信息。該方法包括根據(jù)先驗(yàn)概率及后驗(yàn)概率信息判定與LDPC碼相關(guān)的奇偶校驗(yàn)方程是否滿足。另外，該方法還包括選擇性地根據(jù)判定步驟再生信號(hào)星座比特量度。此外，該方法包括根據(jù)再生信號(hào)星座比特量度輸出解碼信息。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面，其中公開了一種用于解碼低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于接收一個(gè)取決于距離向量信息的先驗(yàn)概率信息的裝置，所述的距離向量信息涉及與LDPC碼相關(guān)的信號(hào)星座圖的符號(hào)點(diǎn)與接受到的有噪聲符號(hào)點(diǎn)之間的距離。該系統(tǒng)還包括用于發(fā)送一個(gè)取決于先驗(yàn)概率信息的后驗(yàn)概率信息的裝置。另外，該系統(tǒng)還包括根據(jù)先驗(yàn)概率及后驗(yàn)概率信息判定與LDPC碼相關(guān)的奇偶校驗(yàn)方程是否滿足的裝置。該系統(tǒng)包括用于選擇性地根據(jù)判定再生信號(hào)星座比特量度的裝置。另外，該系統(tǒng)還包括用于輸出基于再生信號(hào)星座比特量度的解碼信息的裝置。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面，其中公開了一種用于解碼低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的接收機(jī)。該接收機(jī)包括一個(gè)比特量度生成器，該生成器被設(shè)置來(lái)根據(jù)距離向量信息生成一個(gè)先驗(yàn)概率信息，所述的距離向量信息涉及與LDPC碼相關(guān)的信號(hào)星座圖的符號(hào)點(diǎn)與接受到的有噪聲符號(hào)點(diǎn)之間的距離。該接收機(jī)還包括一個(gè)解碼器，該解碼器被設(shè)置來(lái)輸出一個(gè)基于先驗(yàn)概率信息的后驗(yàn)概率信息，所述的先驗(yàn)概率信息是從比特量度生成器接收來(lái)的，其中解碼器還被設(shè)置來(lái)根據(jù)先驗(yàn)概率及后驗(yàn)概率信息判定與LDPC碼相關(guān)的奇偶校驗(yàn)方程是否滿足。如果奇偶校驗(yàn)方程不滿足，那么解碼器就輸出基于再生信號(hào)星座比特量度的解碼信息。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一方面，其中公開了一種發(fā)送使用低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的信息的方法。該方法包括根據(jù)一個(gè)結(jié)構(gòu)化奇偶校驗(yàn)矩陣對(duì)輸入信息進(jìn)行編碼，所述的結(jié)構(gòu)化奇偶校驗(yàn)矩陣對(duì)奇偶校驗(yàn)矩陣的子矩陣加上限制條件以生成LDPC碼。該方法還包括通過(guò)一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)送LDPC碼，其中通過(guò)無(wú)線通信系統(tǒng)進(jìn)行通信的一個(gè)接收機(jī)被設(shè)置來(lái)根據(jù)與LDPC碼相關(guān)的信號(hào)星座圖迭代解碼接收到的LDPC碼。該接收機(jī)被設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)解碼迭代之后迭代再生信號(hào)星座圖比特量度。
通過(guò)圖示多種具體的實(shí)施例及實(shí)施方式，本發(fā)明的其他方面、特點(diǎn)以及優(yōu)勢(shì)在隨后的詳細(xì)說(shuō)明中都有很明顯的體現(xiàn)，其中包括用以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式。本發(fā)明還有其他不同的實(shí)施例，并且它的若干細(xì)節(jié)可以從不同的方面加以改進(jìn)，所有這些都沒(méi)有偏離本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想與范圍。因此，附圖與說(shuō)明應(yīng)該被視為示例性的，而不是限制性的。


本發(fā)明為舉例說(shuō)明而非為了限制的目的進(jìn)行圖示，在附圖的各個(gè)圖形中相似的附圖標(biāo)記代表類似的元件，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的通信系統(tǒng)的示意圖，該通信系統(tǒng)被設(shè)置使用低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼；
圖2示出了圖1所示系統(tǒng)中的一個(gè)典型發(fā)射機(jī)的示意圖；圖3示出了圖1所示系統(tǒng)中的一個(gè)典型接收機(jī)的示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的稀疏奇偶校驗(yàn)矩陣的示意圖；圖5示出了圖4所示矩陣的LDPC碼的二分圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的稀疏奇偶校驗(yàn)矩陣的子矩陣的示意圖，其中所述的子矩陣包含被限制在下三角區(qū)域內(nèi)的奇偶校驗(yàn)值；圖7示出了一張曲線圖，該圖顯示了使用不受限奇偶校驗(yàn)矩陣(H矩陣)的編碼與使用具有如圖6中所示子矩陣的受限H矩陣的編碼之間的性能對(duì)比；圖8A與8B分別示出了非格雷碼8-PSK調(diào)制方案與格雷碼8-PSK調(diào)制方案，它們都被使用在圖1所示的系統(tǒng)中；圖9示出了一張曲線圖，該圖顯示了用格雷碼標(biāo)示的編碼和用非格雷碼標(biāo)示的編碼之間的性能對(duì)比；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的使用非格雷碼映射的LDPC解碼器的工作流程圖；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的使用格雷碼映射的LDPC解碼器的工作流程圖，該解碼器如圖3中所示；圖12A-12C示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的解碼過(guò)程中，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與比特節(jié)點(diǎn)之間相互作用的示意圖；圖13A與13B示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的用于計(jì)算校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與比特節(jié)點(diǎn)之間發(fā)出信息的步驟流程圖，兩圖分別對(duì)應(yīng)使用了前后向方法與并行方法的計(jì)算過(guò)程；圖14A-14C示出了幾張曲線圖，這些曲線圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例生成LDPC碼的仿真結(jié)果；圖15A與15B分別示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器的頂部邊緣與底部邊緣，該存儲(chǔ)器被組織來(lái)支持結(jié)構(gòu)化存取以實(shí)現(xiàn)LDPC編碼中的隨機(jī)性；以及圖16示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)能夠執(zhí)行LDPC碼的編解碼處理過(guò)程。
具體實(shí)施例方式
本文描述了一種用于高效率解碼結(jié)構(gòu)化低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的系統(tǒng)、方法及軟件。在以下的描述中，為了說(shuō)明起見而詳盡闡述了許多細(xì)節(jié)，以提供對(duì)于本發(fā)明全面徹底的理解。但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，不需要這些詳盡的細(xì)節(jié)或是通過(guò)等效的形式就可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其他的例子中，以框圖形式示出了一些眾所周知的結(jié)構(gòu)及設(shè)備，以避免對(duì)本發(fā)明產(chǎn)生不必要的模糊混淆。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的通信系統(tǒng)的示意圖，該通信系統(tǒng)被設(shè)置使用低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼。一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)100包括一個(gè)發(fā)射機(jī)101，它生成信號(hào)波形并通過(guò)通信信道103傳送給一個(gè)接收機(jī)105。在這種離散通信系統(tǒng)100中，發(fā)射機(jī)101帶有一個(gè)信息源，它產(chǎn)生可能信息的一個(gè)離散集；每個(gè)可能的信息有一個(gè)對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形。這些信號(hào)波形被通信信道103衰減或是以其他形式改變。為了對(duì)抗噪聲信道103，就要使用LDPC碼。
發(fā)射機(jī)101生成的LDPC碼使得高速實(shí)現(xiàn)成為可能，而又不會(huì)引起任何性能損失。從發(fā)射機(jī)101輸出的這些結(jié)構(gòu)化LDPC碼依靠調(diào)制方案(比如8-PSK)來(lái)避免將一小部分校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)分配給那些已經(jīng)容易受到信道差錯(cuò)影響的比特節(jié)點(diǎn)。
這種LDPC碼有一種可并行化的解碼算法(不像turbo碼)，這種算法僅涉及一些簡(jiǎn)單的操作，比如加法、比較以及表查找。另外，仔細(xì)設(shè)計(jì)的LDPC碼不會(huì)顯示出任何誤差底限的跡象。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，發(fā)射機(jī)101利用一種相對(duì)簡(jiǎn)單的編碼技術(shù)生成基于奇偶校驗(yàn)矩陣(在解碼期間輔助高效存儲(chǔ)器存取)的LDPC碼來(lái)與接收機(jī)105進(jìn)行通信。只要塊長(zhǎng)度足夠大，發(fā)射機(jī)101所使用的LDPC碼能夠勝過(guò)級(jí)聯(lián)turbo+RS(Reed-Solomon)碼。
圖2示出了圖1所示系統(tǒng)中的一個(gè)典型發(fā)射機(jī)的示意圖。發(fā)射機(jī)200配備有一個(gè)LDPC編碼器203，它能接收來(lái)自信息源201的輸入并輸出更高冗余度的編碼流，這種編碼流適合接收機(jī)105所作的糾錯(cuò)處理。信息源201由一個(gè)離散符號(hào)集X生成k個(gè)信號(hào)。LDPC碼由奇偶校驗(yàn)矩陣確定。另一方面，編碼LDPC碼通常需要指定生成矩陣。盡管可以利用高斯消元法由奇偶校驗(yàn)矩陣獲得生成矩陣，但是得到的矩陣不再是稀疏的，而且儲(chǔ)存一個(gè)大生成矩陣可能會(huì)很復(fù)雜。
編碼器203用一種簡(jiǎn)單的編碼技術(shù)由符號(hào)集Y生成信號(hào)并送入調(diào)制器205，所述的編碼技術(shù)通過(guò)對(duì)奇偶校驗(yàn)矩陣施加某種結(jié)構(gòu)來(lái)利用奇偶校驗(yàn)矩陣。具體地說(shuō)，就是通過(guò)限制矩陣的某個(gè)部分為三角形式來(lái)對(duì)奇偶校驗(yàn)矩陣施加限制。這種奇偶校驗(yàn)矩陣的結(jié)構(gòu)在下面的圖6中有更充分的說(shuō)明。這種限制會(huì)引起可以忽略的性能損失，并因此形成了一種有吸引力的折衷方案。
調(diào)制器205將來(lái)自編碼器203的編碼信息映射為信號(hào)波形，該信號(hào)波形再被送給一個(gè)發(fā)射天線207，發(fā)射天線通過(guò)通信信道103發(fā)射出這些波形。從而，編碼信息就被調(diào)制并發(fā)送給一個(gè)發(fā)射天線207。發(fā)射天線207的發(fā)送信號(hào)再傳播到一個(gè)接收機(jī)上，如下所述。
圖3示出了圖1所示系統(tǒng)中的一個(gè)典型接收機(jī)的示意圖。在接收端，一個(gè)接收機(jī)300包括一個(gè)解調(diào)器301，它對(duì)來(lái)自發(fā)射機(jī)200的接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。這些信號(hào)是接收天線303接收來(lái)供解調(diào)用的。在解調(diào)之后，接收信號(hào)被轉(zhuǎn)發(fā)給解調(diào)器305，解調(diào)器305嘗試通過(guò)與比特量度生成器307協(xié)同工作生成信息X’，來(lái)重建原始源信息。對(duì)于非格雷碼映射，比特量度生成器307在解碼過(guò)程中與解碼器305來(lái)回(反復(fù))交換概率信息，這在圖10中有詳細(xì)描述。另外，如果使用了格雷碼映射(根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例)，比特量度生成器的一次傳遞就足夠了，因?yàn)樵诿總€(gè)LDPC解碼器迭代之后進(jìn)一步進(jìn)行比特量度生成可能只能產(chǎn)生有限的性能提高；該方法在圖11中有更詳細(xì)的說(shuō)明。要理解本發(fā)明所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，分析LDPC碼是如何產(chǎn)生的是很有意義的，這在圖4中有所說(shuō)明。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的稀疏奇偶校驗(yàn)矩陣的示意圖。LDPC碼是長(zhǎng)線性分組碼，它有稀疏奇偶校驗(yàn)矩陣H(n-k)×n。通常分組長(zhǎng)度n的范圍可以從數(shù)千到數(shù)萬(wàn)比特不等。舉例來(lái)說(shuō)，圖4中示出了用于長(zhǎng)度n＝8速率為1/2的LDPC碼的奇偶校驗(yàn)矩陣。同樣的碼也可以用圖5中所示的二分圖來(lái)等效地表示。
圖5示出了圖4所示矩陣的LDPC碼的二分圖。奇偶校驗(yàn)方程表示，對(duì)于每個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，所有相鄰比特節(jié)點(diǎn)的和(在GF(Galois域)(2)上)等于零。從圖中可見，比特節(jié)點(diǎn)占據(jù)了圖形的左側(cè)，并且按照預(yù)定的關(guān)系與一個(gè)或多個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相關(guān)。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m1來(lái)說(shuō)，關(guān)于比特節(jié)點(diǎn)的表達(dá)式n1+n4+n5+n8＝0成立。
回到接收機(jī)300中，LDPC解碼器305被當(dāng)作一個(gè)信息傳遞解碼器，由此解碼器305需要得出比特節(jié)點(diǎn)的值。為了完成這個(gè)任務(wù)，比特節(jié)點(diǎn)與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)彼此間要反復(fù)進(jìn)行通信。這種通信的特性在下面說(shuō)明。
從校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到比特節(jié)點(diǎn)，每個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)向一個(gè)相鄰的比特節(jié)點(diǎn)提供一個(gè)關(guān)于那個(gè)比特節(jié)點(diǎn)取值的估計(jì)(“判斷”)，這種估計(jì)是基于來(lái)自其他相鄰比特節(jié)點(diǎn)的信息的。舉例來(lái)說(shuō)，如果在上面的例子中n4、n5及n8的和對(duì)于m1“似乎”為0，那么m1將向n1指出它的值為0(因?yàn)閚1+n4+n5+n8＝0)；否則m1將向n1指出它的值為1。另外，對(duì)于軟判決解碼來(lái)說(shuō)，還需要加入可靠性測(cè)量。
從比特節(jié)點(diǎn)到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)比特節(jié)點(diǎn)向一個(gè)相鄰的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)關(guān)于它自身取值的估計(jì)，這種估計(jì)是基于來(lái)自其他相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的反饋信息的。在上面的例子中，n1只有兩個(gè)相鄰的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m1和m3。如果m3給n1的反饋信息指示n1的取值很可能是0，那么n1將通知m1對(duì)n1自身取值的估計(jì)為0。對(duì)于比特節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)以上相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的情況來(lái)說(shuō)，比特節(jié)點(diǎn)在向與其通信的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)報(bào)告判決結(jié)果前，將對(duì)來(lái)自其他相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的反饋信息進(jìn)行多數(shù)表決(軟判決)。重復(fù)上述過(guò)程直到所有的比特節(jié)點(diǎn)都被認(rèn)為是正確的為止(也就是說(shuō)，所有的奇偶校驗(yàn)方程都被滿足)或是直至達(dá)到預(yù)定的最大迭代次數(shù)為止并由此宣告解碼失敗。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的稀疏奇偶校驗(yàn)矩陣的子矩陣的示意圖，其中所述的子矩陣包含被限制在下三角區(qū)域內(nèi)的奇偶校驗(yàn)值。如前面所述，編碼器203(圖2)可以通過(guò)限制奇偶校驗(yàn)矩陣下三角區(qū)域的值來(lái)使用簡(jiǎn)單的編碼技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)奇偶校驗(yàn)矩陣所施加的限制具有如下形式H(n-k)×n＝[A(n-k)×kB(n-k)×(n-k)]其中B是下三角陣。
用HcT＝0將任意信息塊i＝(i0，i1，...，ik-1)編碼成一個(gè)碼字c＝(i0，i1，...，ik-1，p0，p1，...，pn-k-1)，并用遞推方式求得校驗(yàn)位；舉例來(lái)說(shuō)，a00i0+a01i1+...+a0，k-1ik-1+p0＝0解出p0，a10i0+a11i1+...+a1，k-1ik-1+b10p0+p1＝0解出p1，以相同方法解出p2，p3，...pn-k-1圖7示出了一張曲線圖，該圖顯示了使用不受限奇偶校驗(yàn)矩陣(H矩陣)的編碼與使用圖6中所示的受限H矩陣的編碼之間的性能對(duì)比。該曲線圖示出了兩種LDPC編碼之間的性能對(duì)比一種編碼使用一般的奇偶校驗(yàn)矩陣，而另一種編碼使用被限制為下三角陣的奇偶校驗(yàn)矩陣以簡(jiǎn)化編碼。用于仿真的調(diào)制方案是8-PSK。性能損失在0.1dB以內(nèi)。因此，使用下三角H矩陣的限制所引起的性能損失可以忽略不計(jì)，而從編碼技術(shù)的簡(jiǎn)化中獲取的益處卻非常顯著。從而任何在行/列交換下等效于下三角或上三角形式的矩陣都可以被用于相同的目的。
圖8A與8B分別示出了非格雷碼8-PSK調(diào)制方案與格雷碼8-PSK調(diào)制方案，它們都可以被使用在圖1所示的系統(tǒng)中。圖8A所示的非格雷碼8-PSK方案可以被用在圖3所示的接收機(jī)中，以提供一個(gè)需要非常低的幀擦除率(FER)的系統(tǒng)。這種要求也可以通過(guò)使用一個(gè)如圖8B所示的格雷碼8-PSK方案，連同一個(gè)外碼，如Bose、Chaudhuri和Hocquenghem(BCH)碼，翰明(Hamming)碼，或是Reed-Solomon(RS)碼，來(lái)共同滿足。
在這種方案下，不需要在LDPC解碼器305(圖3)與比特量度生成器307之間往復(fù)，比特量度生成器307可能使用8-PSK調(diào)制。在沒(méi)有外碼的情況下，使用格雷碼標(biāo)示的LDPC解碼器305會(huì)顯示出一個(gè)早期差錯(cuò)底限，如圖9所示。
圖9示出了一張曲線圖，該圖顯示了圖8A及8B中用格雷碼標(biāo)示的編碼和用非格雷碼標(biāo)示的編碼之間的性能對(duì)比。差錯(cuò)底限源于這樣一種情況假設(shè)LDPC解碼器305發(fā)出了正確的反饋信息，那么用非格雷碼標(biāo)示來(lái)再生8-PSK比特量度會(huì)更加精確，這是因?yàn)樵诜歉窭状a標(biāo)示中帶有已知的兩個(gè)比特的兩個(gè)8-PSK符號(hào)間距離更遠(yuǎn)。這一點(diǎn)可以被等效地視為工作在更高的信噪比(SNR)下。因此，即使使用格雷碼或非格雷碼標(biāo)示的相同LDPC碼的差錯(cuò)漸近線具有相同的斜率(即彼此平行)，使用非格雷碼標(biāo)示的那一條曲線在任意SNR上也會(huì)通過(guò)較低的FER點(diǎn)。
另一方面，對(duì)于不需要非常低FER的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不需要在LDPC解碼器305與8-PSK比特量度生成器307之間進(jìn)行任何往復(fù)的格雷碼標(biāo)示可能更加合適，這是因?yàn)樵诿總€(gè)LDPC解碼器迭代之前再生8-PSK比特量度會(huì)引起額外的復(fù)雜度。另外，當(dāng)使用格雷碼標(biāo)示時(shí)，在每個(gè)LDPC解碼器迭代之前再生8-PSK比特量度只能產(chǎn)生非常微弱的性能改善。如前文所述，倘若提供了外碼，那么無(wú)需往復(fù)的格雷碼標(biāo)示就可以被用于僅需非常低FER的系統(tǒng)。
在格雷碼標(biāo)示與非格雷碼標(biāo)示之間的選擇還取決于LDPC碼的特性。通常，比特或校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)階數(shù)越高，使用格雷碼標(biāo)示就越好，因?yàn)閷?duì)于較高的節(jié)點(diǎn)階數(shù)來(lái)說(shuō)，從LDPC解碼器305發(fā)往8-PSK(或是類似的更高階調(diào)制)比特量度生成器307的初始反饋會(huì)隨非格雷碼標(biāo)示變差較多。
8-PSK(或類似的更高階)調(diào)制是與一個(gè)二進(jìn)制解碼器一同使用的，但是我們認(rèn)識(shí)到一個(gè)符號(hào)中的三個(gè)(或更多個(gè))比特被接收到時(shí)并不是“同等噪聲度”的。例如，用格雷碼8-PSK標(biāo)示時(shí)，一個(gè)符號(hào)中的第三個(gè)比特就被認(rèn)為對(duì)于解碼器來(lái)說(shuō)比另外兩個(gè)比特含噪聲量更大。因此，LDPC碼的設(shè)計(jì)中不會(huì)向代表了8-PSK符號(hào)中“噪聲更大”的第三個(gè)比特的那些比特節(jié)點(diǎn)指定少量的邊界，從而保證那些比特不會(huì)被惡化兩次。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的使用非格雷碼映射的LDPC解碼器的工作流程圖。在該方法下，LDPC解碼器與比特量度生成器相繼進(jìn)行迭代運(yùn)算。在本例中使用了8-PSK調(diào)制；但是同樣的原理也適用于其他更高階的調(diào)制方案。在這種情況下，假設(shè)解調(diào)器301向比特量度生成器307輸出一個(gè)距離向量d，該向量代表了接受到的有噪符號(hào)點(diǎn)與8-PSK符號(hào)點(diǎn)之間的距離，該向量的各元素如下式di=-EsN0{(rx-si,x)2+(ry-si,y)2}---i=0,1,...7]]>8-PSK比特量度生成器307與LDPC解碼器305進(jìn)行通信以交換先驗(yàn)概率信息與后驗(yàn)概率信息，分別用u和a表示。也就是說(shuō)，向量u和a分別代表編碼比特似然比對(duì)數(shù)的先驗(yàn)概率與后驗(yàn)概率。
8-PSK比特量度生成器307如下為各組三個(gè)比特生成先驗(yàn)似然比。首先獲取編碼比特的外部信息ej＝aj-ujj＝0，1，2接著確定8-PSK符號(hào)概率pi，i＝0，1，...7。
*yj＝-f(0，ej) j＝0，1，2其中f(a，b)＝max(a，b)+LUTf(a，b)，而LUTf(a，b)＝ln(1+e-|a-b|)*xj＝y(tǒng)j+ejj＝0，1，2*p0＝x0+x1+x2p4＝y(tǒng)0+x1+x2p1＝x0+x1+y2p5＝y(tǒng)0+x1+y2p2＝x0+y1+x2p6＝y(tǒng)0+y1+x2p3＝x0+y1+y2p7＝y(tǒng)0+y1+y2然后，比特量度生成器307確定出編碼比特的先驗(yàn)似然比對(duì)數(shù)作為L(zhǎng)DPC解碼器305的輸入，如下所示
u0＝f(d0+p0，d1+p1，d2+p2，d3+p3)-f(d4+p4，d5+p5，d6+p6，d7+p7)-e0u1＝f(d0+p0，d1+p1，d4+p4，d5+p5)-f(d2+p2，d3+p3，d6+p6，d7+p7)-e1u2＝f(d0+p0，d2+p2，d4+p4，d6+p6)-f(d1+p1，d3+p3，d5+p5，d7+p7)-e2注意到帶有兩個(gè)以上變量的函數(shù)f(.)可以迭代求值；比如說(shuō)f(a，b，c)＝f(f(a，b)，c)現(xiàn)在來(lái)說(shuō)明使用非格雷碼映射的LDPC解碼器305的工作過(guò)程。在步驟1001中，LDPC解碼器305在按照下面所述的(及圖12A中所示的)步驟進(jìn)行第一次迭代之前初始化編碼比特的似然比對(duì)數(shù)vvn→ki=un,]]>n＝0，1，...N-1，i＝1，2，...比特節(jié)點(diǎn)n的階數(shù)這里，vn→ki表示從比特節(jié)點(diǎn)n送入其相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)ki的信息，un表示對(duì)應(yīng)于比特n的解調(diào)器輸出，N為碼字大小。
在步驟1003中，一個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k被更新，從而輸入v產(chǎn)生輸出w。在圖12B中可見，從dc個(gè)相鄰比特節(jié)點(diǎn)輸入到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k的輸入信息用vn1→k，vn2→k，...，vndc→k來(lái)表示。我們的目標(biāo)是要計(jì)算出校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k輸出給dc個(gè)相鄰比特節(jié)點(diǎn)的輸出信息。這些信息被表示為wk→n1，wk→n2，...，wk→ndc，其中wk→ni=g(vn1→k,vn2→k,...,vni-1→k,vni+1→k,...vndc→k).]]>函數(shù)g(.)的定義如下g(a，b)＝sign(a)×sign(b)×{min(|a|，|b|)}+LUTg(a，b)，其中LUT8(a，b)＝1n(1+e-|a+b|)-1n(1+e-|a-b|)。與函數(shù)f一樣，帶有兩個(gè)以上變量的函數(shù)g可以迭代求值。
接著，按照步驟1005，解碼器305輸出一個(gè)后驗(yàn)概率信息(圖12C)，滿足an=un+Σjwkj→n]]>按照步驟1007，判定是否所有的奇偶校驗(yàn)方程都被滿足。如果這些奇偶校驗(yàn)方程并非都被滿足，那么在步驟1009中，解碼器305要重新推導(dǎo)出8-PSK比特量度以及信道輸入un。然后在步驟1011中更新比特節(jié)點(diǎn)。如圖14C中所示，從dv個(gè)相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)輸入到比特節(jié)點(diǎn)n的輸入信息用wk1→n，wk2→n，...，wkdv→n來(lái)表示。比特節(jié)點(diǎn)n的輸出信息被計(jì)算并返回給dv個(gè)相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)；這些信息用vn→k1，vn→k2，...，vn→kdv表示，并如下計(jì)算vn→ki=un+Σj≠iwkj→n]]>在步驟1013中，解碼器305輸出硬判決(在所有奇偶校驗(yàn)方程都被滿足的情況下) 當(dāng)Hc^T=0]]>時(shí)停止上述方法在使用非格雷碼標(biāo)示時(shí)是適用的。但是，在使用格雷碼標(biāo)示時(shí)，要執(zhí)行圖11中所示的處理步驟。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的使用格雷碼映射的LDPC解碼器的工作流程圖，該解碼器如圖3中所示。在使用格雷碼標(biāo)示的時(shí)候，最好只在LDPC解碼器之前生成一次比特量度，因?yàn)樵诿總€(gè)LDPC解碼器迭代之后再生比特量度只能產(chǎn)生微不足道的性能改善。在步驟1101與1103中，與圖10所示的步驟1001及1003一樣，對(duì)編碼比特的似然比對(duì)數(shù)v進(jìn)行初始化，并更新校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。接著在步驟1105中，比特節(jié)點(diǎn)n被更新。隨后，解碼器輸出一個(gè)后驗(yàn)概率信息(步驟1107)。在步驟1109中，判定是否所有的奇偶校驗(yàn)方程都被滿足；如果滿足，那么解碼器輸出硬判決(步驟1111)。否則的話就重復(fù)執(zhí)行步驟1103-1107。
圖13A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于計(jì)算校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與比特節(jié)點(diǎn)之間發(fā)出信息的步驟流程圖，計(jì)算中采用了前后向方法。對(duì)于一個(gè)擁有dc條相鄰邊的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，需要執(zhí)行dc(dc-1)次運(yùn)算及多次g(.，.)函數(shù)。然而前后向方法將運(yùn)算復(fù)雜度降至3(dc-2)，其中儲(chǔ)存了dc-1個(gè)變量。
參照?qǐng)D12B，從dc個(gè)相鄰比特節(jié)點(diǎn)輸入到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k的輸入信息用vn1→k，vn2→k，...，vndc→k來(lái)表示。需要計(jì)算出輸出信息并從校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k返回給dc個(gè)相鄰比特節(jié)點(diǎn)；這些輸出信息用wk→n1，wk→n2，...，wk→ndc來(lái)表示。
在用前后向方法計(jì)算這些輸出信息時(shí)，前向變量f1，f2，...fdc定義如下f1＝v1→kf2＝g(f1，v2→k)f3＝g(f2，v3→k)  fdc＝g(fdc-1，vdc→k)在步驟1301中計(jì)算出這些前向變量，并在步驟1303中把它們儲(chǔ)存下來(lái)。
類似地，后向變量b1，b2，...bdc的定義如下bdc＝vdc→kbdc-1＝g(bdc，vdc-1→k)  b1＝g(b2，v1→k)在步驟1305中計(jì)算出這些后向變量。隨后，在步驟1307中根據(jù)儲(chǔ)存下來(lái)的前向變量及算得的后向變量計(jì)算輸出信息。輸出信息如下計(jì)算wk→1＝b2wk→i＝g(fi-1，bi+1)i＝2，3，...，dc-1wk→dc＝fdc-1在這種方法中，只有前向變量f1，f2，...，fdc需要被儲(chǔ)存下來(lái)。當(dāng)后向變量bi被計(jì)算出來(lái)時(shí)，輸出信息wk→i也同時(shí)被計(jì)算出來(lái)，從而省略了儲(chǔ)存后向變量的需要。
如下所述，通過(guò)并行方法還能進(jìn)一步改善計(jì)算載荷。
圖13B示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于計(jì)算校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與比特節(jié)點(diǎn)之間發(fā)出信息的步驟流程圖，計(jì)算中采用了并行方法。在步驟1311中，為具有來(lái)自dc個(gè)相鄰比特節(jié)點(diǎn)的輸入vn1→k，vn2→k，...，vndc→k的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)k計(jì)算出下列參數(shù)γk=g(vn1→k,vn2→k,...,vndc→k)]]>注意到函數(shù)g(.，.)還可以如下表示
g(a,b)=ln1+ea+bea+eb]]>充分利用函數(shù)g(.，.)的迭代性質(zhì)，可以得到下式γk=ln1+eg(vni→k,...,vni-1→k,vni+1→k,...,vndc→k)+vni→keg(vni→k,...,vni-1→k,vni+1→k,...,vndc→k)+evni→k=ln1+ewk→ni++vni→kewk→ni+evni→k]]>因此，wk→ni可以按下列方式解出wk→ni=lnevni→k+γk-1evni→k-γk-1-γk]]>上述方程中的ln(.)項(xiàng)可以利用一張查找表LUTx來(lái)獲得(步驟1313)，LUTx代表函數(shù)ln|ex-1|。不像其他查找表LUTf或是LUTg，表LUTx可能需要與量化電平數(shù)量相同的條目。按照步驟1315，一旦獲取了γk，就要利用上述方程以并行方式為所有ni計(jì)算出wk→ni。
γk的計(jì)算執(zhí)行時(shí)間最好是log2(dc)。
圖14A-14C示出了幾張曲線圖，這些曲線圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例生成LDPC碼的仿真結(jié)果。具體地說(shuō)，圖14A-14C示出了使用更高階調(diào)制及3/4碼率(QPSK，1.485比特/符號(hào))、2/3碼率(8-PSK，1.980比特/符號(hào))與5/6碼率(8-PSK，2.474比特/符號(hào))的LDPC碼的性能。
有兩種通用的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與比特節(jié)點(diǎn)之間的互連(1)完全并行方法，以及(2)部分并行方法。在完全并行的結(jié)構(gòu)中，所有的節(jié)點(diǎn)以及它們之間的互連都是物理實(shí)現(xiàn)的。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于速度。
但是完全并行結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)所有的節(jié)點(diǎn)及它們之間的連接時(shí)會(huì)引入更大的復(fù)雜度。因此在完全并行結(jié)構(gòu)下，需要較小的塊長(zhǎng)度來(lái)降低復(fù)雜度。在那種情況下，對(duì)于相同的時(shí)鐘頻率，可能會(huì)引起總處理能力的按比例下降以及FER對(duì)Es/No的惡化。
實(shí)現(xiàn)LDPC編碼的第二種方法是物理實(shí)現(xiàn)全部節(jié)點(diǎn)的一個(gè)子集，并且僅使用這些有限數(shù)量的“物理”節(jié)點(diǎn)來(lái)處理編碼的所有“功能”節(jié)點(diǎn)。盡管LDPC解碼器工作可以被處理得非常簡(jiǎn)單并且能夠以并行方式執(zhí)行，但是設(shè)計(jì)中的進(jìn)一步挑戰(zhàn)是如何在“隨機(jī)”分布的比特節(jié)點(diǎn)及校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)之間建立通信。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，解碼器305(圖3)通過(guò)以結(jié)構(gòu)化的方式對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。以便實(shí)現(xiàn)一種看似隨機(jī)的編碼。下面參照?qǐng)D15A與15B對(duì)這種方法進(jìn)行說(shuō)明。
圖15A與15B分別示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器的頂部邊緣與底部邊緣，該存儲(chǔ)器被組織來(lái)支持結(jié)構(gòu)化存取以實(shí)現(xiàn)LDPC編碼中的隨機(jī)性。通過(guò)對(duì)奇偶校驗(yàn)矩陣的生成進(jìn)行集中努力，就能在不損害真隨機(jī)碼性能的前提下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化存取。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)奇偶校驗(yàn)矩陣可以用校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與比特節(jié)點(diǎn)之間的連接來(lái)指定。舉例來(lái)說(shuō)，比特節(jié)點(diǎn)被劃分成392點(diǎn)一組(為示例目的示出了392)。另外，假設(shè)連接到3階第一比特節(jié)點(diǎn)上的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，例如被編號(hào)為a、b、c，那么連接到第二比特節(jié)點(diǎn)上的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)就被編號(hào)為a+p，b+p和c+p，連接到第三比特節(jié)點(diǎn)上的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)就被編號(hào)為a+2p、b+2p和c+2p，等等。對(duì)于下一組392個(gè)比特節(jié)點(diǎn)，連接到第一比特節(jié)點(diǎn)的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)不同于a、b、c，從而通過(guò)選擇合適的p，就能讓所有的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)具有相同的階數(shù)。在自然常數(shù)上執(zhí)行一次隨機(jī)搜索，使得生成的LDPC碼是4迭代及6迭代獨(dú)立的。
上述的安排在校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與比特節(jié)點(diǎn)處理過(guò)程中輔助進(jìn)行存儲(chǔ)器存取。二分圖中的邊的值可以被儲(chǔ)存在一種存儲(chǔ)媒質(zhì)中，比如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。對(duì)于真隨機(jī)LDPC碼來(lái)說(shuō)，在校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與比特節(jié)點(diǎn)處理過(guò)程中，需要以隨機(jī)方式一個(gè)接一個(gè)地對(duì)邊的值進(jìn)行存取。但是這種存取方案對(duì)于高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)太慢了。圖15A與15B中的RAM是以某種方式進(jìn)行組織的，從而可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)取得一大批相關(guān)的邊；相應(yīng)地，這些值在存儲(chǔ)器中應(yīng)該被放置在“一起”。我們觀察到，在實(shí)際應(yīng)用中，即使使用了真隨機(jī)碼，對(duì)于一組校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)(以及相應(yīng)的比特節(jié)點(diǎn))來(lái)說(shuō)，相關(guān)的邊也可以被相鄰放置在RAM中，但是與一組比特節(jié)點(diǎn)(相應(yīng)的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn))相鄰的相關(guān)邊就會(huì)被隨機(jī)分散在RAM中。因此，本發(fā)明中的“一起”源于奇偶校驗(yàn)矩陣本身的設(shè)計(jì)。也就是說(shuō)，校驗(yàn)矩陣的設(shè)計(jì)要保證一組比特節(jié)點(diǎn)及校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)邊同時(shí)被一起儲(chǔ)存在RAM中。
從圖15A與15B中可見，每個(gè)方框包含一條邊的值，所述的邊是多個(gè)比特(比如6個(gè))。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，邊RAM被劃分為兩個(gè)部分頂邊RAM(圖15A)與底邊RAM(圖15B)。底邊RAM包含例如2階比特節(jié)點(diǎn)與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)之間的邊。頂邊RAM包含高于2階的比特節(jié)點(diǎn)與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)之間的邊。因此，對(duì)于每個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，2條鄰邊被儲(chǔ)存在底邊RAM中，而余下的邊都被儲(chǔ)存在頂邊RAM中。
續(xù)上例，一次選取一組392個(gè)比特節(jié)點(diǎn)和392個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)以供處理。對(duì)于392個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的處理，從頂邊RAM中取出q條連續(xù)的行，從底邊RAM中取出2條連續(xù)的行。在本例中，每個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的階數(shù)為q+2。對(duì)于比特節(jié)點(diǎn)的處理，如果該組的392個(gè)比特節(jié)點(diǎn)階數(shù)為2，那么它們的邊都位于底邊RAM的2條連續(xù)行中。如果比特節(jié)點(diǎn)的階數(shù)d＞2，那么它們的邊都位于頂邊RAM的某d行中。這d行的地址可以被儲(chǔ)存在非易失性存儲(chǔ)器中，比如只讀存儲(chǔ)器(ROM)。其中一行所儲(chǔ)存的邊對(duì)應(yīng)于392個(gè)比特節(jié)點(diǎn)的第一條邊，另一行中的邊對(duì)應(yīng)于392個(gè)比特節(jié)點(diǎn)的第二條邊，等等。另外，各行中屬于一組392個(gè)節(jié)點(diǎn)中的第一個(gè)比特節(jié)點(diǎn)的邊的列指數(shù)也可以被儲(chǔ)存在ROM中。對(duì)應(yīng)于第二、第三等比特節(jié)點(diǎn)的邊以“回轉(zhuǎn)”形式跟隨起始的列指數(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，如果一行中的第j條邊屬于第一比特節(jié)點(diǎn)，那么第j+1條邊就屬于第二個(gè)比特節(jié)點(diǎn)，第j+2條邊屬于第三個(gè)比特節(jié)點(diǎn)，……，而第j-1條邊屬于第392個(gè)比特節(jié)點(diǎn)。
有了上述的結(jié)構(gòu)(如圖15A與15B中所示)，LDPC編碼期間的存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度就大大提高了。
圖16示出了一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600，在該系統(tǒng)上能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600包括一條總線1601或是其他用于傳遞信息的通信裝置，還包括一個(gè)連接到總線1601上的處理器1603，用于處理信息。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600還包括主存儲(chǔ)器1605，如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或是其他動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)裝置，存儲(chǔ)器被連接到總線1601上，用來(lái)儲(chǔ)存信息以及要由處理器1603執(zhí)行的指令。主存儲(chǔ)器1605還可以被用來(lái)在處理器1603執(zhí)行指令期間儲(chǔ)存臨時(shí)變量或是其他中間信息。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600還包括一個(gè)只讀存儲(chǔ)器(ROM)1607或是其他靜態(tài)存儲(chǔ)裝置，該存儲(chǔ)器被連接到總線1601上，用來(lái)儲(chǔ)存靜態(tài)信息以及處理器1603的指令。一個(gè)存儲(chǔ)裝置1609，如磁盤或光盤，被另外連接在總線1601上，用來(lái)儲(chǔ)存信息及指令。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600可以通過(guò)總線1601連接到一臺(tái)顯示器1611上，比如陰極射線管(CRT)顯示器、液晶顯示器、有源矩陣顯示器或是等離子顯示器，以便向計(jì)算機(jī)用戶顯示信息。一個(gè)輸入設(shè)備1613，比如一個(gè)包括字母數(shù)字及其他鍵的鍵盤，被連接到總線1601上，用來(lái)向處理器1603傳遞信息及命令選擇。另一類用戶輸入設(shè)備是光標(biāo)控制器1615，比如鼠標(biāo)、軌跡球、或是光標(biāo)方向鍵，它們被用來(lái)向處理器1603傳遞方向信息及命令選擇，并控制顯示器1611上的光標(biāo)移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，LDPC碼的生成由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600實(shí)現(xiàn)，這是通過(guò)處理器1603執(zhí)行主存儲(chǔ)器1605中所存儲(chǔ)的一組指令來(lái)完成的?？梢詮钠渌挠?jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)，如存儲(chǔ)裝置1609，中將這類指令讀入主存儲(chǔ)器1605。執(zhí)行主存儲(chǔ)器1605中所儲(chǔ)存的指令序列使得處理器1603完成其中所述的處理步驟。還可以在多處理結(jié)構(gòu)中使用一個(gè)或多個(gè)處理器來(lái)執(zhí)行主存儲(chǔ)器1605中所儲(chǔ)存的指令。在另外的實(shí)現(xiàn)方式中，可以用硬布線電路替代軟件指令或是結(jié)合軟件指令共同實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。因此，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式并不局限于任何特定的硬件電路與軟件的組合。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600還包括一個(gè)連接到總線1601的通信接口1617。通信接 1617向連接到局域網(wǎng)1621的網(wǎng)絡(luò)鏈路1619提供了雙向數(shù)據(jù)通信連接。舉例來(lái)說(shuō)，通信接口1617可以是一塊數(shù)字用戶線路(DSL)卡或調(diào)制解調(diào)器、一塊集成服務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(ISDN)卡、一個(gè)電纜調(diào)制解調(diào)器，或是一個(gè)電話調(diào)制解調(diào)器，它們能向?qū)?yīng)類型的電話線提供數(shù)據(jù)通信連接。作為另一個(gè)例子，通信接口1617可以是一塊局域網(wǎng)(LAN)卡(比如說(shuō)用于EthernetTM或是異步傳輸模式(ATM)網(wǎng)絡(luò))，它能向兼容性LAN提供數(shù)據(jù)通信連接。無(wú)線鏈路也可以實(shí)現(xiàn)。在任何一種實(shí)施例中，通信接口1617發(fā)送并接收攜帶了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的電、電磁或光學(xué)信號(hào)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流代表了多種類型的信息。另外，通信接口1617還可以包括外圍接口設(shè)備，比如通用串行總線(USB)接口、PCMCIA(個(gè)人計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器卡國(guó)際聯(lián)合會(huì))接口，等等。
網(wǎng)絡(luò)鏈路1619通常會(huì)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)向其他數(shù)據(jù)設(shè)備提供數(shù)據(jù)通信。舉例來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)鏈路1619可以通過(guò)局域網(wǎng)1621向一臺(tái)主機(jī)1623提供連接，局域網(wǎng)1621與網(wǎng)絡(luò)1625(比如說(shuō)一個(gè)廣域網(wǎng)或是全球分組數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、現(xiàn)在一般稱為“Internet”)相連或是與服務(wù)供應(yīng)商運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)設(shè)備相連。局域網(wǎng)1621與網(wǎng)絡(luò)1625都使用電、電磁或光信號(hào)傳達(dá)信息與指令。通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)以及網(wǎng)絡(luò)鏈路1619上的信號(hào)和通過(guò)通信接口1617的信號(hào)都是帶有信息與指令的示范性載波形式，通過(guò)它們與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息并接收數(shù)據(jù)，它包括程序代碼、網(wǎng)絡(luò)鏈路1619以及通信接口1617。在Internet的例子中，一臺(tái)服務(wù)器(未示出)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)1625、局域網(wǎng)1621以及通信接口1617發(fā)送所需的代碼，這些代碼屬于用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的應(yīng)用程序所有。處理器1603可以在接收上述傳送代碼的同時(shí)執(zhí)行它們并/或?qū)⒋a儲(chǔ)存到存儲(chǔ)設(shè)備1609或是其它非易失性存儲(chǔ)器中以供今后執(zhí)行。以這種方式，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1600可以獲取載波形式的應(yīng)用代碼。
這里用術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)”來(lái)指代任何參與提供指令給處理器1603以供執(zhí)行的媒質(zhì)。這種媒質(zhì)可以是多種形式的，包括但不局限于非易失性媒質(zhì)、易失性媒質(zhì)以及傳輸媒質(zhì)。非易失性媒質(zhì)包括例如光盤或磁盤，如存儲(chǔ)設(shè)備1609。易失性媒質(zhì)包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，例如主存儲(chǔ)器1605。傳輸媒質(zhì)包括同軸電纜、銅線以及光纖，包括構(gòu)成總線1601的金屬線。傳輸媒質(zhì)還可以是聲波、光波或是電磁波形式的，就像在射頻(RF)及紅外線(IR)數(shù)據(jù)通信中產(chǎn)生的那樣。計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)的一般形式包括，例如軟盤、軟磁盤、硬盤、磁帶、任何其他的磁介質(zhì)、CD-ROM、CDRW、DVD、任何其他光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡、紙帶、光學(xué)標(biāo)記紙帶、任何其他的物理介質(zhì)—這些物理介質(zhì)都帶有穿孔圖樣或是其他可光學(xué)辨識(shí)的標(biāo)記、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他的存儲(chǔ)芯片或模塊、載波、或任何計(jì)算機(jī)可讀的媒質(zhì)。
在向處理器提供要執(zhí)行的指令時(shí)可以使用多種形式的計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)至少一部分本發(fā)明的指令最初可以被儲(chǔ)存在一臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的磁盤上。在這種情況下，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)將指令載入主存儲(chǔ)器并利用調(diào)制解調(diào)器通過(guò)電話線發(fā)送指令。本地計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器在電話線上接收數(shù)據(jù)并利用一個(gè)紅外發(fā)射器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)紅外信號(hào)，再將紅外信號(hào)發(fā)送給一臺(tái)便攜式計(jì)算設(shè)備，比如一部個(gè)人數(shù)字助理(PDA)以及筆記本電腦。便攜式計(jì)算設(shè)備上的一個(gè)紅外檢測(cè)器接收到紅外信號(hào)上所攜帶的信息及指令，并將數(shù)據(jù)放到總線上。總線把數(shù)據(jù)傳送到主存儲(chǔ)器，處理器再?gòu)闹鞔鎯?chǔ)器獲取并執(zhí)行指令。主存儲(chǔ)器接受到的指令可以選擇性地在處理器執(zhí)行之前或之后被儲(chǔ)存到存儲(chǔ)設(shè)備中。
因此，本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了一種用于生成結(jié)構(gòu)化低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的方法，以便簡(jiǎn)化編碼器和解碼器。通過(guò)限制奇偶校驗(yàn)矩陣為下三角陣來(lái)規(guī)定LDPC碼的結(jié)構(gòu)。另外，該方法還能充分利用LDPC碼對(duì)傳輸比特的非均勻差錯(cuò)保護(hù)能力，以向高階調(diào)制星座圖(如8-PSK(相移鍵控))中更易受到差錯(cuò)影響的比特提供額外的差錯(cuò)保護(hù)。解碼過(guò)程包括在每個(gè)解碼器迭代或多個(gè)解碼器迭代之后向LDPC解碼器中重復(fù)再生信號(hào)星座圖比特量度。上述方法可以在不犧牲性能的前提下降低復(fù)雜度。
本文中結(jié)合多種實(shí)施例及實(shí)現(xiàn)方式說(shuō)明了本發(fā)明，但是本發(fā)明并非局限于此，而是涵蓋了多種改進(jìn)及等效的結(jié)構(gòu)，它們都在附加的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于解碼低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的方法，該方法包括接收一個(gè)取決于距離向量信息的先驗(yàn)概率信息，所述的距離向量信息涉及接受到的有噪聲符號(hào)點(diǎn)和與LDPC碼相關(guān)的信號(hào)星座圖的符號(hào)點(diǎn)之間的距離；發(fā)送一個(gè)取決于先驗(yàn)概率信息的后驗(yàn)概率信息；根據(jù)先驗(yàn)概率及后驗(yàn)概率信息判定與LDPC碼相關(guān)的奇偶校驗(yàn)方程是否滿足；選擇性地根據(jù)判定步驟再生信號(hào)星座比特量度；以及根據(jù)再生的信號(hào)星座圖比特量度輸出解碼信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)一個(gè)后驗(yàn)概率信息以及一個(gè)先驗(yàn)概率信息確定外部信息；以及根據(jù)外部信息輸出與信號(hào)星座圖相關(guān)的符號(hào)概率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的信號(hào)星座圖的符號(hào)都使用格雷碼編碼，而且格雷碼編碼的符號(hào)星座圖中更容易受影響的比特被分配到的奇偶校驗(yàn)位至少與格雷碼編碼的符號(hào)星座圖中不易受影響的比特分配到的奇偶校驗(yàn)位一樣多。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將關(guān)于LDPC碼的比特節(jié)點(diǎn)與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的信息儲(chǔ)存在連續(xù)的物理存儲(chǔ)位置上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的LDPC碼都用一種結(jié)構(gòu)化的奇偶校驗(yàn)矩陣進(jìn)行編碼，這種結(jié)構(gòu)化的奇偶校驗(yàn)矩陣對(duì)奇偶校驗(yàn)矩陣的一個(gè)子矩陣施加了限制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的信號(hào)星座圖包括8-PSK(相移鍵控)、16-QAM(正交幅度調(diào)制)和QPSK(正交相移鍵控)中的一種。
7.一種計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)，其中存有用于解碼低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的指令，所述的指令被設(shè)置在執(zhí)行時(shí)促使一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行權(quán)利要求1所述的方法。
8.一種用于解碼低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于接收一個(gè)取決于距離向量信息的先驗(yàn)概率信息的裝置，所述的距離向量信息涉及與LDPC碼相關(guān)的信號(hào)星座圖的符號(hào)點(diǎn)與接受到的有噪聲符號(hào)點(diǎn)之間的距離；用于發(fā)送一個(gè)取決于先驗(yàn)概率信息的后驗(yàn)概率信息的裝置；用于根據(jù)先驗(yàn)概率及后驗(yàn)概率信息判定與LDPC碼相關(guān)的奇偶校驗(yàn)方程是否滿足的裝置；用于選擇性地根據(jù)判定再生信號(hào)星座比特量度的裝置；以及用于輸出基于再生信號(hào)星座比特量度的解碼信息的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于根據(jù)一個(gè)后驗(yàn)概率信息以及一個(gè)先驗(yàn)概率信息確定外部信息的裝置；以及用于根據(jù)外部信息輸出與信號(hào)星座圖相關(guān)的符號(hào)概率的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號(hào)星座圖的符號(hào)都使用格雷碼編碼，而且格雷碼編碼的符號(hào)星座圖中更容易受影響的比特被分配到的奇偶校驗(yàn)位至少與格雷碼編碼的符號(hào)星座圖中不易受影響的比特分配到的奇偶校驗(yàn)位一樣多。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用來(lái)將關(guān)于LDPC碼的比特節(jié)點(diǎn)與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的信息儲(chǔ)存在連續(xù)的物理存儲(chǔ)位置上的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的LDPC碼都用一種結(jié)構(gòu)化的奇偶校驗(yàn)矩陣進(jìn)行編碼，這種結(jié)構(gòu)化的奇偶校驗(yàn)矩陣對(duì)奇偶校驗(yàn)矩陣的一個(gè)子矩陣施加了限制。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號(hào)星座圖包括8-PSK(相移鍵控)、16-QAM(正交幅度調(diào)制)和QPSK(正交相移鍵控)中的一種。
14.一種用于解碼低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的接收機(jī)，該接收機(jī)包括一個(gè)比特量度生成器(307)，該生成器被設(shè)置來(lái)根據(jù)距離向量信息生成一個(gè)先驗(yàn)概率信息，所述的距離向量信息涉及到接受的有噪聲符號(hào)點(diǎn)和與LDPC碼相關(guān)的信號(hào)星座圖的符號(hào)點(diǎn)之間的距離；以及一個(gè)解碼器(305)，該解碼器被設(shè)置來(lái)輸出一個(gè)基于先驗(yàn)概率信息的后驗(yàn)概率信息，所述的先驗(yàn)概率信息是從比特量度生成器(307)接收來(lái)的，其中解碼器(305)還被設(shè)置來(lái)根據(jù)先驗(yàn)概率及后驗(yàn)概率信息判定與LDPC碼相關(guān)的奇偶校驗(yàn)方程是否滿足，如果奇偶校驗(yàn)方程不滿足，那么解碼器(305)就輸出基于再生信號(hào)星座比特量度的解碼信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接收機(jī)，其特征在于，所述的比特量度生成器(307)還被設(shè)置來(lái)根據(jù)一個(gè)后驗(yàn)概率信息以及一個(gè)先驗(yàn)概率信息確定外部信息，并根據(jù)外部信息輸出與信號(hào)星座圖相關(guān)的符號(hào)概率。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接收機(jī)，其特征在于，所述的信號(hào)星座圖的符號(hào)都使用格雷碼編碼，而且格雷碼編碼的符號(hào)星座圖中更容易受影響的比特被分配到的奇偶校驗(yàn)位至少與格雷碼編碼的符號(hào)星座圖中不易受影響的比特分配到的奇偶校驗(yàn)位一樣多。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接收機(jī)，其特征在于，還包括被設(shè)置連續(xù)儲(chǔ)存關(guān)于LDPC碼的比特節(jié)點(diǎn)與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的信息的存儲(chǔ)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接收機(jī)，其特征在于，所述的LDPC碼都用一種結(jié)構(gòu)化的奇偶校驗(yàn)矩陣進(jìn)行編碼，這種結(jié)構(gòu)化的奇偶校驗(yàn)矩陣對(duì)奇偶校驗(yàn)矩陣的一個(gè)子矩陣施加了限制。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接收機(jī)，其特征在于，所述的信號(hào)星座圖包括8-PSK(相移鍵控)、16-QAM(正交幅度調(diào)制)和QPSK(正交相移鍵控)中的一種。
20.一種用來(lái)發(fā)送使用了低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的信息的方法，該方法包括根據(jù)一個(gè)結(jié)構(gòu)化奇偶校驗(yàn)矩陣對(duì)輸入信息進(jìn)行編碼，所述的結(jié)構(gòu)化奇偶校驗(yàn)矩陣對(duì)奇偶校驗(yàn)矩陣的子矩陣施加限制以生成LDPC碼；以及通過(guò)一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)(100)發(fā)送LDPC碼，其中通過(guò)無(wú)線通信系統(tǒng)(100)進(jìn)行通信的一個(gè)接收機(jī)(300)被設(shè)置來(lái)根據(jù)與LDPC碼相關(guān)的信號(hào)星座圖迭代解碼接收到的LDPC碼，所述的接收機(jī)(300)被設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)解碼迭代之后迭代再生信號(hào)星座圖比特量度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述的發(fā)射步驟中的接收機(jī)(300)包括一個(gè)LDPC解碼器(305)，它被設(shè)置來(lái)發(fā)送一個(gè)取決于先驗(yàn)概率信息的后驗(yàn)概率信息，該先驗(yàn)概率信息是由一個(gè)比特量度生成器(307)根據(jù)距離向量信息生成的，所述的距離向量信息涉及接受到的有噪聲符號(hào)點(diǎn)和與LDPC碼相關(guān)的信號(hào)星座圖的符號(hào)點(diǎn)之間的距離，解碼器(305)根據(jù)一個(gè)先驗(yàn)概率及一個(gè)后驗(yàn)概率信息判定與LDPC碼相關(guān)的奇偶校驗(yàn)方程是否滿足。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述的信號(hào)星座圖包括8-PSK(相移鍵控)、16-QAM(正交幅度調(diào)制)和QPSK(正交相移鍵控)中的一種。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述的無(wú)線通信系統(tǒng)(100)包括支持LDPC碼傳輸?shù)男l(wèi)星。
24.一種計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)，其中存有用于發(fā)送使用了低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的信息的指令，所述的指令被設(shè)置在執(zhí)行時(shí)促使一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行權(quán)利要求20所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼發(fā)送信息的方法。根據(jù)一種結(jié)構(gòu)化的奇偶校驗(yàn)矩陣對(duì)輸入信息進(jìn)行編碼，這種結(jié)構(gòu)化的奇偶校驗(yàn)矩陣對(duì)奇偶校驗(yàn)矩陣的一個(gè)子矩陣施加了限制以生成LDPC碼。LDPC碼通過(guò)一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)(100)(如衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò))發(fā)送，其中在無(wú)線通信系統(tǒng)(100)上進(jìn)行通信的一個(gè)接收機(jī)(300)被設(shè)置來(lái)根據(jù)與LDPC碼相關(guān)的信號(hào)星座圖對(duì)接收到的LDPC碼進(jìn)行迭代解碼。接收機(jī)(300)被設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)解碼迭代之后重復(fù)再生信號(hào)星座圖比特量度。
文檔編號(hào)H03M13/29GK1527499SQ03146510
公開日2004年9月8日 申請(qǐng)日期2003年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月3日
發(fā)明者埃羅茨·穆斯塔法, 孫鳳文, 李琳南, 埃羅茨 穆斯塔法 申請(qǐng)人:休斯電子公司