專(zhuān)利名稱(chēng)：：全球數(shù)字廣播系統(tǒng)中的ldpc分層信道編解碼實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種全球數(shù)字廣播(DRM)系統(tǒng)中信道編解碼LDPC的具體實(shí)現(xiàn)方案，采用本方法替代原方案中的巻積編碼，具有編解碼運(yùn)算簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)比巻積編碼方案具有更高的編碼增益，屬于無(wú)線(xiàn)通信的接收
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：D歴(DigitalRadioMondiale)是全球數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)，它適用于頻率在30Mhz以下包括短波、中波和長(zhǎng)波在內(nèi)的數(shù)字調(diào)幅廣播。2001年4月，DRM聯(lián)盟提出的系統(tǒng)建議在國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)作為正式建議書(shū)而獲得通過(guò)；在2001年10月被歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織(ETSI)標(biāo)準(zhǔn)化；并在2002年3月經(jīng)國(guó)際電工協(xié)會(huì)(IEC)通過(guò)，DRM系統(tǒng)規(guī)范正式生效，為調(diào)幅廣播的數(shù)字化鋪平了道路。國(guó)際上不少?gòu)V播機(jī)構(gòu)的部分發(fā)射臺(tái)己經(jīng)從2003年6月開(kāi)始以DRM方式正式投入商業(yè)廣播運(yùn)行中了。D歴系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制方式，將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)止交幅度調(diào)制(QAM)調(diào)制后，和導(dǎo)頻信息一起映射到不同子載波上，然后利用反離散傅立葉變換(IDFT)完成OFDM調(diào)制，將頻域信號(hào)轉(zhuǎn)化到時(shí)域。由于調(diào)制采用64QAM或者16QAM，因此可將信道分成2~3個(gè)速率和保護(hù)程度不等的層，各層可以采用獨(dú)立的信道編碼方式。DRM標(biāo)準(zhǔn)建議采用巻積編碼和viterbi譯碼方式，各層選擇相同的生成多項(xiàng)式，通過(guò)采用不同的尾部刪除模式實(shí)現(xiàn)不同的編碼速率。近年來(lái)人們對(duì)LDPC編碼方式有了比較多地關(guān)注，發(fā)現(xiàn)LDPC具有更好的編碼增益。因此利用LDPC編碼方式替代巻積編碼能夠使DRM系統(tǒng)獲得更高的信道增益。D脂標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了A、B、C、D四種魯棒性模式和4.5Khz、5Khz、9Khz、10Khz、18Khz、20Khz6種頻帶占用模式。信道劃分為FAC、SDC、MSC三個(gè)信道，其中FAC信道采用4QAM調(diào)制，SDC信道采用4QAM或者16QAM調(diào)制，MSC信道采用16QAM或者64QAM。各個(gè)魯棒性模式和頻帶占用模式下，每個(gè)信道的不同層都有不同的信道容量。根據(jù)對(duì)每個(gè)信道的保護(hù)程度要求，各信道的各層具有不同的編碼速率。如表1所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1DRM信道碼率表1中列出了頻譜占用模式9K和IOK時(shí)不同魯棒性模式下各信道各層的碼率。LDPC碼是一種線(xiàn)性分組碼，它于1962年由Gallager提出，之后很長(zhǎng)一段時(shí)間沒(méi)有受到人們的重視。直到1993年Berrou等提出了turbo碼，人們發(fā)現(xiàn)turbo碼從某種角度上說(shuō)也是一種LDPC碼，近幾年人們重新認(rèn)識(shí)到LDPC碼所具有的優(yōu)越性能和巨大的實(shí)用價(jià)值。1996年MacKay和Neal的研究表明.采用LDPC長(zhǎng)碼可以達(dá)到turbo碼的性能，而最近的研究表明，被優(yōu)化了的非規(guī)則LDPC碼采用可信傳播(BeliefPr叩agation)譯碼算法時(shí)，能得到比turbo碼更好的性能。目前，LDPC碼被認(rèn)為是迄今為止性能最好的碼。LDPC碼是當(dāng)今信道編碼領(lǐng)域的最令人矚目的研究熱點(diǎn)，近幾年國(guó)際上對(duì)LDPC碼的理論研究以及工程應(yīng)用和VLSI(超大規(guī)模集成電路)實(shí)現(xiàn)方面的研究都已取得重要進(jìn)展。基于LDPC碼的上述優(yōu)異性能可廣泛應(yīng)用于光通信、衛(wèi)星通信、深空通信、第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)、高速與甚高速率數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)、光和磁記錄系統(tǒng)等。
發(fā)明內(nèi)容為了將LDPC編碼方式應(yīng)用于DRM系統(tǒng)，需要解決分層編碼和譯碼的問(wèn)題，這里提出了一種針對(duì)DRM系統(tǒng)的LDPC編碼方案和分層迭代譯碼方案。對(duì)于各種魯棒性模式、頻譜占用模式以及不同信道，采用的編解碼流程相同。這里以魯棒性B模式，頻譜占用模式10K，MSC信道的編解碼流程為例展開(kāi)說(shuō)明。沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下，文中符號(hào)按照以下約定第i層信息比特?cái)?shù)量，Mi:第i層校驗(yàn)比特?cái)?shù)量，第i層信道比特?cái)?shù)量，Z,,iV,.,三者之間總是滿(mǎn)足A=y-M,.，x,:向量;c,=[x,，,，x,2,……,f代表原始信息序列，y,:向量乂.=[yu,y,，2，……，^v/代表編碼后序列，/,:向量/,=[仏，/,,2，......，/A]代表原始信息序列在編碼后序列的位置索弓i，/,，，之間滿(mǎn)足&={_y,,/u,2，……X,/a,.}'第i層生成矩陣，大小為L(zhǎng),xW,，第i層校驗(yàn)矩陣，大小為iV,x丄,.，(^,，//,之間滿(mǎn)足//,(7,=/iM，本發(fā)明的特征在于，所述方法依次含有以下步驟。編碼過(guò)程參考圖2，其中中包含步驟(1)獲取需要進(jìn)行編碼的MSC數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)按照每幀長(zhǎng)度8390bit劃分成MSC幀，每幀按照第一層1554bit，第二層3108bit，第三層3728bit劃分成3層；步驟(2)對(duì)各層數(shù)據(jù)分別編碼，編碼過(guò)程按照(1)式進(jìn)行；=G,xx,.(1)步驟(3)星座圖影射，比特順序按照(/。,zm仏AH(nA,A,h,:^。各層數(shù)據(jù)的影射順序按照^。,乂,力,力，h,J^-b"。,y^，)'2,JVw，A2W,h》J。如圖(丄)所示。得到星座圖數(shù)據(jù)；解碼過(guò)程參考圖3，其屮包含步驟(1)對(duì)接收到的星座圖數(shù)據(jù)^解影射，解影射采用最小歐氏距離原則度量方法，將該星座點(diǎn)映射為理想星座點(diǎn)中距離最近的一個(gè)。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)星座點(diǎn)的坐標(biāo)為0'。A,g。仏&);步驟(2)記{/。，,/2，&,&,《2}={y0,U;，,A}={^,2*,少l,2/t，》2,2*'A2/l+l，八2"1，A,M+1}'按照乂=lA。,&，……乂,乂f將數(shù)據(jù)分成M，力,乃三層；步驟(3)第n次第i層迭代開(kāi)始，對(duì)該層數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，解碼按照式(2)進(jìn)行；x,,,,,2,……W(2)步驟(4)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，效驗(yàn)按照(3)進(jìn)行；C,.=x少,)(3)步驟(5)如果C,;O則該層解碼結(jié)束；步驟(6)按照式(1)編碼得到^';步驟(7)利用:v,'以及j;,—,'…)V低層解碼結(jié)果以及^重新度量第i+l層。度量準(zhǔn)則為在第i層為y,',…..第l層為y'的情況下，離A最近的標(biāo)準(zhǔn)星座點(diǎn)；步驟(8)如果1+1<=最大層數(shù)，i^+l跳轉(zhuǎn)到2進(jìn)入下一層的解碼循環(huán)；如果i+l〉最大層數(shù)，各層在步驟5中結(jié)束，則整個(gè)解碼結(jié)束；否則，進(jìn)入下一次迭代。i=l，n=n+l;當(dāng)n>10時(shí)強(qiáng)行結(jié)束迭代過(guò)程。本發(fā)明提出的DRM系統(tǒng)中信道編解碼方案，其優(yōu)點(diǎn)主要包括LDPC碼具有較好的隨機(jī)碼特性，在與信源或者信道級(jí)聯(lián)時(shí)不需要額外加交織器，系統(tǒng)的復(fù)雜度和延時(shí)都比Turbo碼低，LDPC碼具有接近Shannon限的優(yōu)異性能。同時(shí)本發(fā)明中將LDPC編碼、分層迭代譯碼方式巧妙結(jié)合，充分利用LDPC編碼本身較好的隨即特性，在編碼之前省去比特交織過(guò)程，從一定程度上也簡(jiǎn)化了編碼和解碼過(guò)程。圖1是DRM系統(tǒng)中星座圖影射方式圖2是LDPC+分層編碼結(jié)構(gòu)3是LDPC+分層迭代譯碼結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式編碼過(guò)程獲取需要進(jìn)行編碼的MSC數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)按照每幀長(zhǎng)度8390bit劃分成MSC幀，將每鎮(zhèn)數(shù)據(jù)分成3層，每層比特?cái)?shù)按照表1中所述，這里以魯棒性模式B頻譜占用模式10K為例，第一層1554bit，第二層3108bit，第三層3728bit。3層編碼后的長(zhǎng)度均為4674bit。對(duì)各層數(shù)據(jù)分別編碼，編碼過(guò)程按照(4)式進(jìn)行。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>編碼完成后對(duì)編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行星座圖影射，由于各層編碼后的長(zhǎng)度均相等，所以編碼后的數(shù)據(jù)可以按照0。,/,,/2,《。，《2}={少。,>>;，y2，h,y4,y5}影射到星座圖。各層數(shù)據(jù)的影射順序按照Ovy;,j2,A,h,^Hbv"八M,h,:^^,八n，:^J。如圖(1)所示。得到星座圖數(shù)據(jù)。解碼過(guò)程參考圖3:對(duì)接收到的星座圖數(shù)據(jù)5,解影射。解影射采用最小歐氏距離原則度量方法。將該星座點(diǎn)映射為理想星座點(diǎn)中距離最近的一個(gè)。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)星座點(diǎn)的坐標(biāo)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>按照x=[尺。，>^,......y,^,:f'將對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)星座點(diǎn)數(shù)據(jù)分成^,^,^三層。將這些數(shù)據(jù)作為下面迭代過(guò)程的初始狀態(tài)。C,=10000，C,為0是i層解碼停止條件，因此需要在起始狀態(tài)設(shè)置為一個(gè)任意大數(shù)。第n次第i層迭代開(kāi)始'如果C,;^0則對(duì)該層數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，否則跳過(guò)木層解碼和編碼過(guò)程，直接進(jìn)行下一層度量，解碼按照式(5)進(jìn)行。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>完成解碼后對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，效驗(yàn)按照(6)進(jìn)行。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>如果接收數(shù)據(jù)度量后無(wú)誤的情況下c=o則該層解碼結(jié)束，否則該層存在誤碼，按照式(7)編碼得到乂'。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>下一層度量利用y,'以及y,V等低層解碼結(jié)果以及s熏新度量第i+l層。度量準(zhǔn)則為在第i層為y,.'，…..第l層為x'的情況下，離A最近的標(biāo)準(zhǔn)星座點(diǎn)。如果1+1<=最大層數(shù)，i二i+l跳轉(zhuǎn)到2進(jìn)入下一層的解碼循環(huán)。如果i+l〉最大層數(shù)，且c,二o，&二o,q-o，則整個(gè)解碼結(jié)束。否則，i=l,n=n+l，進(jìn)入下一次迭代。當(dāng)n〉10時(shí)強(qiáng)行結(jié)束迭代過(guò)程。權(quán)利要求1.全球數(shù)字廣播系統(tǒng)中的LDPC分層信道編碼實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法是一種魯棒性B模式，頻譜占用模式10K，MSC信道的編解碼方法，分別用數(shù)字集成電路芯片構(gòu)成的編碼器以及解碼器依次按以下步驟實(shí)現(xiàn)在編碼器中，依次按照以下步驟編碼步驟(1)獲取需要進(jìn)行編碼的MSC數(shù)據(jù)，并送往一個(gè)比特分割電路，把數(shù)據(jù)按照每幀長(zhǎng)度劃分成MSC幀，每幀按照設(shè)定的比特?cái)?shù)分成三層；步驟(2)對(duì)步驟(1)所述各層數(shù)據(jù)按下式分別編碼yi＝Gi×xi，其中xi是向量，代表原始信息序列，xi＝[xi，1，xi，2，......，xi，Li]T，yi是向量，代表編碼后的信息序列，yi＝[yi，1，yi，2，......，yi，Ni]T，Li第i層信息比特?cái)?shù)量，Ni第i層信道比特?cái)?shù)量，Gi第i層生成矩陣，大小為L(zhǎng)i×Ni；步驟(3)把所述編碼后的信息序列yi送往64QAM星座圖影射電路，比特順序按照{(diào)i0，i1，i2，q0，q1，q2}＝{y′0，y′1，y′2，y′3，y′4，y′5}，分層數(shù)據(jù)的影射順序按照{(diào)y′0，y′1，y′2，y′3，y′4，y′5}＝{y0，2k，y1，2k，y2，2k，y0，2k+1，y1，2k+1，y2，2k+1}，得到星座圖數(shù)據(jù)，其中i0，i1，i2代表星座圖影射的實(shí)部數(shù)據(jù)，q0，q1，q2代表星座圖影射的虛部數(shù)據(jù)；在解碼器中，依次按照以下步驟解碼步驟(1’)采用最小歐氏距離原則度量星座圖，將數(shù)據(jù)星座點(diǎn)影射到理想星座圖中距離最近所述星座點(diǎn)最近的一個(gè)星座點(diǎn)，每個(gè)星座點(diǎn)的坐標(biāo)為{i0，i1，i2，q0，q1，q2}；步驟(2’)按照yi＝[yi，0，yi，1，......yi，Ni]T將數(shù)據(jù)分成三層y1，y2，y3，作為第i層迭代過(guò)程的初始狀態(tài)；步驟(3’)在迭代初始狀態(tài)里設(shè)置迭代次數(shù)n＝0，第i層校驗(yàn)結(jié)果Ci為任意一個(gè)大數(shù)；由此進(jìn)行第n次第i層的迭代如果Ci＝0，跳過(guò)該層，如果各層均結(jié)束，則迭代停止；xi＝{yi，Ii，1，yi，Ii，2，......yi，Ii，Li}，其中Ii是向量，代表原始信息序列在編碼后序列的位置索引，Ii＝[Ii，1，Ii，2，......，ILi]，滿(mǎn)足下列關(guān)系xi＝{yi，Ii，1，yi，Ii，2，......yi，Ii，Li}；步驟(4’)在完成第i層解碼后，對(duì)接收按照下式進(jìn)行校驗(yàn)Ci＝sum(Hi×yi)，其中Hi為第i層校驗(yàn)矩陣，大小為Ni×Li；步驟(5’)若Ci＝0，則該層解碼結(jié)束；按照下式得到y(tǒng)i＝Gi×xi；步驟(6’)利用步驟(5’)中得到的yi′…y1′情況下度量第i+1層；所述度量準(zhǔn)則為在第i-1層為yi-1′，……第1層為y1′的情況下，利用最小歐氏距離準(zhǔn)則；步驟(7’)如果i+1≤最大層數(shù)，則i＝i+1，重復(fù)步驟(3’)到步驟(6’)；如果i+1＞最大層數(shù)，則i＝0，重復(fù)步驟(3’)到步驟(6’)。2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)所述的全球數(shù)字廣播系統(tǒng)中地LDPC分層信道編解碼實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于在所述迭代過(guò)程中，(n+l)〉10時(shí)強(qiáng)制結(jié)束迭代過(guò)程。3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)所述的全球數(shù)字廣播系統(tǒng)中地LDPC分層信道編解碼實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于在所述迭代過(guò)程中，校驗(yàn)結(jié)果C,的初始值為1000。全文摘要全球數(shù)字廣播系統(tǒng)中的LDPC分層信道編解碼實(shí)現(xiàn)方法屬于DRM系統(tǒng)LDPC編解碼
技術(shù)領(lǐng)域：
。其特征在于，編碼時(shí)用比特分割電路把需要編碼的數(shù)據(jù)分成多個(gè)層次，對(duì)各層數(shù)據(jù)用一個(gè)生成矩陣編碼，再經(jīng)過(guò)星座圖影射電路形成星座圖數(shù)據(jù)；在解碼時(shí)則相反。本發(fā)明具有編解碼增益高，運(yùn)算簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)H03M13/00GK101272224SQ20081010586公開(kāi)日2008年9月24日申請(qǐng)日期2008年5月4日優(yōu)先權(quán)日2008年5月4日發(fā)明者鵬張,徐淑正,琳曾,楊華中,王鵬軍申請(qǐng)人:清華大學(xué)