專利名稱：基于低密度奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)式可信度的糾錯(cuò)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信中基于低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的校驗(yàn)式可信度和自動重傳請求(ARQ)聯(lián)合進(jìn)行糾錯(cuò)方法，特別是，涉及能夠有效地利用LDPC碼譯碼的軟輸出信息，同時(shí)降低反向信道的數(shù)據(jù)傳輸量的糾錯(cuò)控制方法，從而提供一種高效可靠的差錯(cuò)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼是近十年來重新發(fā)現(xiàn)的一種強(qiáng)有力的前向糾錯(cuò)編碼方法。該糾錯(cuò)編碼方法在長碼構(gòu)造條件下已經(jīng)逼近香農(nóng)(Shannon)限，因而被認(rèn)為是Turbo碼的有效替代技術(shù)，很有可能被用于下一代移動通信和深空通信。LDPC碼通常采用固定碼率，以適應(yīng)信道特性，滿足一定誤碼率要求。然而，在實(shí)踐中，由于無線通信信道的惡劣和復(fù)雜性，存在著很多不可測的未知因素，需要有更加靈活的糾錯(cuò)編碼方法來克服信道衰落和時(shí)延的影響。在這種情況下，自動重傳請求(ARQ)技術(shù)是克服傳輸過程中未知因素的有效方法，它與前向糾錯(cuò)技術(shù)結(jié)合提供了一種可靠性高的解決途徑。
Hagenanuer Simth介紹了一種將卷積碼和ARQ技術(shù)相結(jié)合的方法，速率匹配的穿孔卷積碼(RCPC)與ARQ技術(shù)聯(lián)合。通過構(gòu)造一張固定的穿孔表，逐次遞增冗余的編碼符號，來增強(qiáng)譯碼性能，以適應(yīng)不同差錯(cuò)保護(hù)的要求。此外，Turbo碼與ARQ的聯(lián)合糾錯(cuò)技術(shù)也已提出，亦即速率匹配的穿孔Turbo碼(RCPT)-ARQ技術(shù)。這些技術(shù)在編碼端需要對信息序列首先進(jìn)行循環(huán)冗余(CRC)編碼，因而浪費(fèi)了系統(tǒng)帶寬。而在解碼端是用譯碼器的硬判決結(jié)果進(jìn)行CRC校驗(yàn)，沒有充分利用譯碼器的軟判決結(jié)果。在ARQ過程中，接收端和發(fā)送端共用一張固定的穿孔表，無法靈活適應(yīng)那些質(zhì)量較差的信息比特。
針對現(xiàn)有技術(shù)的自動重傳請求技術(shù)沒有有效地利用譯碼器軟輸出信息的缺點(diǎn)，Shea Jane提出了基于可信度的混合ARQ技術(shù)，RB-ARQ，前向糾錯(cuò)采用turbo碼。RB-ARQ技術(shù)基于對迭代譯碼算法局限性的理解。在高信噪比區(qū)，turbo碼的迭代性能接近最大似然(ML)譯碼。而在低信噪比區(qū)，收斂性能受到譯碼失敗的影響。譯碼失敗主要是由于傳輸質(zhì)量較差的若干比特(差比特)所引起的。Shea Jane提出將譯碼結(jié)果中似然比的幅值較小的比特定義為差比特，如果譯碼失敗則重傳固定比例的差比特。每個(gè)差比特的序列索引都需要在反向信道中傳輸。RB-ARQ技術(shù)充分利用了turbo碼的軟信息，每次重傳也在不斷地進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，以適應(yīng)質(zhì)量較差的信息比特，比RCPT/RCPC-ARQ有了一定的性能改善。但是RB-ARQ對反向信道有較高的要求，其反向信道的傳輸信息量很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了一般的ARQ技術(shù)。
LDPC碼是一種線性分組碼，其監(jiān)督矩陣采用稀疏矩陣的形式。在譯碼時(shí)可以直接檢驗(yàn)其校驗(yàn)式是否全為零，如果是，那么說明譯碼正確，否則，譯碼失敗。因而，LDPC碼可以完成自校驗(yàn)，無需CRC校驗(yàn)，這是與卷積碼的不同之處。LDPC譯碼采用和積(Sum-Product)算法，在迭代譯碼過程中輸出信息比特和校驗(yàn)式的軟信息。軟信息是指信息比特為0和為1的概率比值的對數(shù)值，表示了信息比特為0或?yàn)?的可信度。在高信噪比條件下，和積算法收斂于最大似然(ML)譯碼，這點(diǎn)與turbo碼類似。而在低信噪比，和積算法的收斂性受到傳輸質(zhì)量差的信息比特(差比特)的影響。在迭代過程中，這些差比特直接導(dǎo)致與其相連的校驗(yàn)式所傳遞的軟輸出信息不可靠，從而使得譯碼無法收斂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的校驗(yàn)可信度和自動重傳請求(ARQ)聯(lián)合糾錯(cuò)方法，其基于校驗(yàn)的ARQ技術(shù)，CB-ARQ，前向糾錯(cuò)采用LDPC碼。
首先，本發(fā)明定義軟輸出結(jié)果不可靠的校驗(yàn)式為差校驗(yàn)式，而與差校驗(yàn)式相連的比特定義為差比特。本發(fā)明主要關(guān)注于這些差校驗(yàn)式的性能改善，從而使和積算法譯碼收斂。當(dāng)譯碼失敗時(shí)，在反向信道中傳輸固定比例的差校驗(yàn)式的序列索引。此外，根據(jù)差校驗(yàn)式的軟信息，本發(fā)明還可以得到信道質(zhì)量(信噪比)的估計(jì)，在反向信道中傳輸信噪比的質(zhì)量指示(高信噪比或低信噪比)。當(dāng)發(fā)送端收到反饋信息后，重傳這些序列索引所代表的信息比特。某些質(zhì)量較差的信息比特可能會多次重傳。這些信息比特需要經(jīng)過交織，以抵御相關(guān)衰落信道的影響。在低信噪比時(shí)，交織后的信息比特被直接發(fā)送。而在高信噪比，可以將交織后的信息比特經(jīng)過重復(fù)累加(RA)編碼，以獲得更高的編碼增益。而發(fā)送端的信噪比指示由反向信道得到。接收端收到重傳的信息比特后，根據(jù)信噪比指示的不同，在更新的因子圖上分別進(jìn)行不同的和積算法，以取得最佳的譯碼效果。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的一種方面，提供一種基于低密度奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)式可信度進(jìn)行糾錯(cuò)的方法，包括步驟在發(fā)送端和接收端定義一致的低密度奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)式序號；在接收端對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行低密度奇偶校驗(yàn)碼解碼以得到多個(gè)校驗(yàn)式的值；和如果低密度奇偶校驗(yàn)碼的所述多個(gè)校驗(yàn)式的值不全為零，通過反饋信道通知發(fā)送端重傳有關(guān)的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。
優(yōu)選的是，對所述多個(gè)校驗(yàn)式的可信度進(jìn)行序號排列，以將所述多個(gè)校驗(yàn)式中的似然比值較小的多個(gè)校驗(yàn)式定義為非可靠校驗(yàn)式。
優(yōu)選的是，將非可靠校驗(yàn)式的序號通過后向反饋信道通知發(fā)送端，以使發(fā)送端重傳有關(guān)數(shù)據(jù)。
優(yōu)選的是，所述發(fā)送端包括接收所述非可靠校驗(yàn)式的序號，并找到所述非可靠校驗(yàn)式所關(guān)聯(lián)的信息比特的步驟。
優(yōu)選的是，所述發(fā)送端重傳所述信息比特。
優(yōu)選的是，其中在信息比特與N個(gè)(其中N是自然數(shù)，)非可靠校驗(yàn)式相關(guān)聯(lián)的情況下，則將所述信息比特重傳N次。
優(yōu)選的是，在找到與非可靠校驗(yàn)式的序號關(guān)聯(lián)的信息比特后，按序號將信息比特排序，并對排序后的信息比特進(jìn)行交織。
優(yōu)選的是，對排序后的信息比特進(jìn)行交織的步驟包括使交織后的同一比特遠(yuǎn)離，且交織后的同一校驗(yàn)式相關(guān)聯(lián)的信息比特遠(yuǎn)離。
優(yōu)選的是，當(dāng)前向傳輸信道質(zhì)量較差時(shí)，將交織后的信息比特直接發(fā)送到前向傳輸信道；而當(dāng)前向傳輸信道質(zhì)量較好時(shí)，對交織后的信息比特進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，再發(fā)送至前向傳輸信道。
優(yōu)選的是，所述糾錯(cuò)編碼是重復(fù)累加編碼。
優(yōu)選的是，在發(fā)送端未進(jìn)行重復(fù)累加編碼的情況下，包括對重傳的信息比特及其相應(yīng)的上一次信息比特的信道輸出值進(jìn)行最大比合并后，再進(jìn)行低密度奇偶校驗(yàn)碼的譯碼的步驟。
優(yōu)選的是，在發(fā)送端進(jìn)行了重復(fù)累加編碼的情況下，包括對重傳的信息比特進(jìn)行重復(fù)累加譯碼以得到相應(yīng)的軟判決值，然后和上一次信息比特的信道輸出值進(jìn)行最大比合并的步驟。
優(yōu)選的是，包括求出所述多個(gè)校驗(yàn)式的似然比值的平均值并與預(yù)定的閾值比較以確定前向傳輸信道質(zhì)量的步驟。
優(yōu)選的是，包括求出所述多個(gè)校驗(yàn)式的似然比值的最小值并與預(yù)定的閾值比較以確定前向傳輸信道質(zhì)量的步驟。
優(yōu)選的是，可以選擇多個(gè)預(yù)定閾值，從而對前向傳輸信道質(zhì)量進(jìn)行多重分級。
優(yōu)選的是，包括接收端通過反饋信道向發(fā)送端反饋指示前向傳輸信道質(zhì)量的信息的步驟。


通過閱讀和理解下面參考附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所做的詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的這些和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)變得顯而易見。其中圖1是說明LDPC碼的二部圖表示的一個(gè)實(shí)例的示意圖；圖2是說明LDPC譯碼的向上更新的示意圖；圖3是說明LDPC譯碼的校驗(yàn)式輸出的似然比示意圖；圖4是說明LDPC譯碼的向下更新的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LDPC碼與ARQ的聯(lián)合的示意圖；圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在發(fā)送端進(jìn)行重傳的流程圖；圖7a和7b是說明RA碼的等效因子的示意圖；圖8是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在接收端處理重傳機(jī)制的方框圖；和圖9是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LDPC碼和ARQ聯(lián)合的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說明，在描述過程中省略了對于本發(fā)明來說是不必要的細(xì)節(jié)和功能，以防止對本發(fā)明的理解造成混淆。
為了便于理解本發(fā)明，下面以圖1所示內(nèi)容為例，對LDPC碼進(jìn)行簡單說明。
LDPC碼是一種基于稀疏校驗(yàn)矩陣的線性分組碼。1981年，Tanner提出了用二部圖來表示一個(gè)低密度的線性分組碼，從此二部圖成為了分析LDPC碼的主要工具?？梢栽O(shè)一個(gè)LDPC碼，其信息位長為K，碼長為N，校驗(yàn)位為M＝N-K，則該碼的校驗(yàn)矩陣A是一個(gè)大小為M*N的矩陣。
A‾=100100100010010010001001001100010001010001100001100010]]>參見圖1，H的二部圖表述如下二部圖下邊的N個(gè)節(jié)點(diǎn)(例如，x1，x2，…，x9)代表N個(gè)碼字，稱為信息節(jié)點(diǎn)(massage node)；上邊M個(gè)節(jié)點(diǎn)(例如，A1，A2，…，A6)代表M個(gè)校驗(yàn)式，稱為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)(checknode)。當(dāng)下邊的信息節(jié)點(diǎn)和上邊的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)存在于同一個(gè)校驗(yàn)式時(shí)，就用邊(edge)將兩者連接。將和每個(gè)節(jié)點(diǎn)相連的線的個(gè)數(shù)稱為該節(jié)點(diǎn)的度(degree)。
LDPC碼的譯碼采用和積(Sum-Product)算法，整個(gè)譯碼過程可以看作在Tanner的二部圖上的BP算法的應(yīng)用。如圖1所示，每一個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)A是信息節(jié)點(diǎn)x的父節(jié)點(diǎn)(parent)，每一個(gè)信息節(jié)點(diǎn)x是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)A的子節(jié)點(diǎn)(child)。圖1中最下面的一排代表信息節(jié)點(diǎn)(9個(gè))，最上面的一排節(jié)點(diǎn)代表校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)(6個(gè))。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表矩陣A中的一行校驗(yàn)式，稱為一個(gè)校驗(yàn)比特。節(jié)點(diǎn)X1，X4，X7和節(jié)點(diǎn)A1相連，代表了第一行校驗(yàn)式。
在每一次迭代中，x節(jié)點(diǎn)被激活之后，把qija作為其可信度傳遞給與之相連的A節(jié)點(diǎn)，a＝1或0。qija是在除Aj外xi參與的其他校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)提供的信息上，xi在狀態(tài)a的可信度。節(jié)點(diǎn)Aj被激活之后把rija作為其可信度傳遞給與之相連的x節(jié)點(diǎn)，a＝1或0。rija是在信息節(jié)點(diǎn)xi狀態(tài)為a和校驗(yàn)式Aj中其他信息節(jié)點(diǎn)狀態(tài)分布已知的條件下，校驗(yàn)式j(luò)滿足的概率。在每次迭代中，所有節(jié)點(diǎn)的可信度都得到更新。每次迭代結(jié)束時(shí)，計(jì)算{xi}的偽后驗(yàn)概率eia，做一次嘗試判決，得到判決序列_。直到判決序列_滿足A_＝0，或迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的最大值，迭代終止。最大迭代次數(shù)可以設(shè)為平均次數(shù)的十倍。由于有小環(huán)的存在，譯碼有可能收斂到錯(cuò)誤碼字，對于這種情況下將會產(chǎn)生通常所說的不可檢測錯(cuò)誤(undetected error)，但從一般的仿真結(jié)果看，出現(xiàn)這樣不可檢測錯(cuò)誤的幾率很小。下面給出LDCP碼的和積算法描述。
下面首先描述LDPC碼的初始化過程。
假設(shè)接收到的有噪信號為rn，對于n＝1，2，….N，將每比特的判決值初始化為rn的硬判決值xn。設(shè)pi0=P(xi=0),pi1=P(xi=1)=1-pi0]]>是迭代譯碼前信道給出的先驗(yàn)信息，對于每一次迭代，它都是不變的外信息(extrinsicvalue)。qij1qij0是除校驗(yàn)式j(luò)以外的其他校驗(yàn)式可信度信息已知的條件下，信息比特ti＝1或0的概率。qij1，qij0被初始化成pi1，pi0。αij是qij1，qij0的歸一化因子。rij1，rij0是假設(shè)信息比特ti＝1或0的情況下，其它與校驗(yàn)位j有邊連結(jié)的(也就是參與該校驗(yàn)式j(luò))的信息比特i’的1或0概率分布為qi’j1和qi’j0，校驗(yàn)位j＝1(也就是校驗(yàn)式j(luò)滿足)的概率。ei1，ei0是信息節(jié)點(diǎn)在每一次迭代中計(jì)算的外信息，可以稱它為比特i的偽后驗(yàn)概率(pseudoposterior probabilities)。αi是ei1，ei0的歸一化因子。αi，αij都初始化成α0。
下面說明LDPC的迭代過程。
向上更新(更新rija)由校驗(yàn)式j(luò)傳遞給接收序列比特i的rija是信息節(jié)點(diǎn)xi狀態(tài)為a和校驗(yàn)式Aj中其他信息節(jié)點(diǎn)狀態(tài)分布已知的條件下，校驗(yàn)式j(luò)應(yīng)滿足的概率。為了簡化起見，省略了rija的推導(dǎo)，直接給出rija的表達(dá)式(1)rij1=12[1-Πi′∈row[j]\{i}δ(qi′ja)]]]>rij0=12[1+Πi′∈row[j]\{i}δ(qi′ja)]----(1)]]>
在第一次計(jì)算中，qij1，qij0被初始化成pi1，pi0。其中，δ(qi’ja)定義為差分函數(shù)，由下面的表達(dá)式(2)表示。
δ(qi′ja)=qi′j0-qi′j0----(2)]]>圖2示出了LDPC譯碼的向上更新的示意圖。如圖2所示，假設(shè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)Aj分別與三個(gè)信息節(jié)點(diǎn)(x1，x2和xi)相聯(lián)系，Aj＝x1+x2+xi，則由校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)Aj先從信息節(jié)點(diǎn)x1和x2分別得到q1j和q2j，并將rij傳遞到信息節(jié)點(diǎn)xi。在此例中得到rij由表達(dá)式(3)表示。
rij1=12[1-δ(q1j)δ(q2j)]]]>rij0=12[1+δ(q1j)δ(q2j)]----(3)]]>其差分函數(shù)為δ(q1j)=q1j0-q1j1]]>δ(q2j)=q2j0-q2j1----(4)]]>為了將LDPC碼與ARQ技術(shù)相結(jié)合，本發(fā)明提出可以輸出校驗(yàn)式Aj的似然比，由表達(dá)式(5)表示。
LLR(Aj)=ln(1+Πi′∈row[j]}δ(qi′ja)1-Πi′∈row[j]}δ(qi′ja))----(5)]]>其中，ln()表示取自然對數(shù)。
下面參考圖3說明LDPC譯碼的校驗(yàn)式輸出的似然比。如圖3所示，假設(shè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)Aj分別與三個(gè)信息節(jié)點(diǎn)(x1，x2和xi)相聯(lián)系，則得到下面的表達(dá)式(6)給出的輸出校驗(yàn)式Aj的似然比。
LLR(Aj)=ln(1+δ(q1j)δ(q2j)δ(qij)1-δ(q1j)δ(q2j)δ(qij))----(6)]]>向下更新(更新qija)由接收序列比特i傳遞給校驗(yàn)式j(luò)的qija是在除Aj外xi參與的其他校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)提供的信息上，xi在狀態(tài)a的概率。經(jīng)推導(dǎo)有下面表達(dá)式(7)表示的qija(為了簡化起見，省略其推導(dǎo)過程)。
qija=αijpiaΠj′∈col[i]\{j}rij′a----(7)]]>其中pia是先驗(yàn)概率P(xi＝a)，αij=1/(qij0+qij1)]]>根據(jù)向上更新過程中得出的rij0，rij1和外信息pi0，pi1，再計(jì)算qij0，qij1得到下面表達(dá)式(8)表示的qij0，qij1。
qij1=αijpi1Πj′∈col[i]\{j}rij′1]]>qij0=αijpi0Πj′∈col[i]\{j}rij′0----(8)]]>圖4是表示LDPC譯碼的向下更新的示意圖。如圖4所示，假設(shè)信息節(jié)點(diǎn)xi分別與三個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)(A1，A2和Aj)相聯(lián)系，則由信息節(jié)點(diǎn)xi先從校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)A1和A2分別得到ri1和ri2，并將qij傳遞到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)Aj。在此例中，qij0=αijpi0ri10ri20]]>qij1=αijpi1ri11ri21]]>αij=1pi0ri10ri20+pi1ri11ri21]]>嘗試譯碼接下來按照下式計(jì)算比特i的偽后驗(yàn)概率ei1，ei0，公式的推導(dǎo)，類似于向下更新的步驟，為了簡單起見，在此省略對其的描述。結(jié)果是得到表達(dá)式(9)ei0=αipi0Πj∈col[i]rij0]]>ei1=αipi1Πj∈col[i]rij----(9)1]]>注意選擇合適的αi=1/(ei1+ei0),]]>使得ei1+ei0=1.]]>
偽后驗(yàn)概率ei0(ei1)是用來判定比特i在這次迭代結(jié)束時(shí)，是0或1的可能概率。它們間接決定了是否繼續(xù)迭代過程。在ei1(ei0)>=0.5]]>時(shí)，判定i比特＝1或0，得到當(dāng)前譯碼xi。在所有比特被譯出之后，得到譯碼矢量x＝(x1，x2…..xn)。
在譯碼結(jié)束時(shí)，嘗試進(jìn)行譯碼判決，其算法如下如果Ax＝0，那么停止譯碼，輸出x＝(x1，x2…..xn)作為有效的輸出值；否則，如果達(dá)到預(yù)設(shè)定的迭代次數(shù)，那么停止迭代，輸出譯碼結(jié)果；否則開始下一輪迭代。
校驗(yàn)式的似然比值表示了其判決校驗(yàn)的可靠程度。其值越大，說明該校驗(yàn)式為0的概率越大，從而表明該校驗(yàn)式越可靠。當(dāng)校驗(yàn)式的似然比值為0時(shí)，說明該校驗(yàn)式是0或者1的概率是均等的。當(dāng)校驗(yàn)式的似然比值為正數(shù)時(shí)，說明該校驗(yàn)式是0的概率大于是1的概率，其值越大，則它是0的概率越大。當(dāng)校驗(yàn)式的似然比值為負(fù)數(shù)時(shí)，說明該校驗(yàn)式是1的概率大于是0的概率，其值越小，則它是1的概率越大。因此，可以將似然比值排序，將其值最小的若干個(gè)校驗(yàn)式定義為非可靠校驗(yàn)式。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LDPC碼與ARQ聯(lián)合的簡化示意圖。發(fā)送端51經(jīng)過LDPC編碼后，將數(shù)據(jù)通過正向傳輸信道傳給接收端52。接收端52再經(jīng)過LDPC譯碼，如果譯碼結(jié)果不正確，則接收端52通過反向反饋信道通知發(fā)送端51重傳?？梢栽诎l(fā)送端51和接收端52定義相一致的校驗(yàn)式序號。當(dāng)接收端52對正向傳輸信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC解碼后，如果硬判決的校驗(yàn)式不全為零，說明譯碼有誤碼，則將非可靠校驗(yàn)式的序號通過反向傳輸信道通知發(fā)送端51重傳。當(dāng)發(fā)送端51接收到非可靠校驗(yàn)式的序號后，首先找到這些非可靠校驗(yàn)式所關(guān)聯(lián)的信息比特，并通過正向傳輸信道重傳這些信息比特。需要特別指出的是，某些信息比特可能與多個(gè)非可靠校驗(yàn)式相連(設(shè)為N個(gè))，則這些信息比特會被重傳N次，這些比特被稱為差比特。差比特通常受噪聲污染較嚴(yán)重，瞬時(shí)信噪比較低，從而導(dǎo)致LDPC譯碼的不收斂，不能正確譯碼。如果與同一個(gè)差比特關(guān)聯(lián)的非可靠校驗(yàn)式越多，那么就強(qiáng)烈指示著這個(gè)差比特譯碼錯(cuò)誤。事實(shí)上，在發(fā)送端51的重傳過程中，需要對差比特分配更多的能量，從而提高發(fā)送功率，及接收端52的譯碼質(zhì)量。通過重傳校驗(yàn)式指示的信息比特，很簡單方便地增強(qiáng)了差比特的能量，且差比特的瞬時(shí)信噪比越低，其重傳的能量越高。
接收端52除了可以反饋非可靠校驗(yàn)式以外，還可以傳輸信道質(zhì)量指示。通過仿真發(fā)現(xiàn)，當(dāng)信道較好(信噪比較高)時(shí)，校驗(yàn)式似然比值的平均值和最小值都較高。所以，可以將校驗(yàn)式似然比值的平均值或者最小值作為前向傳輸信道的質(zhì)量指示。通常的做法是，根據(jù)實(shí)際信道，選擇合適的似然比值門限值，高于這個(gè)門限值可以定義為好的信道質(zhì)量，而低于這個(gè)門限定義為差的信道質(zhì)量。當(dāng)然，我們也可以選擇多個(gè)門限值，從而將信道質(zhì)量進(jìn)行多重分級。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在發(fā)送端進(jìn)行重傳的流程圖。首先，在步驟S61，在進(jìn)行重傳時(shí)，發(fā)送端51按照從接收端接收的非可靠校驗(yàn)式的序號找到與之關(guān)聯(lián)的信息比特。然后，在步驟S62，將信息比特按其序號的大小排列(升序或者降序)。如上所述，其中可能有些差信息比特有重復(fù)。此后，在步驟S63，再將排序后的信息比特進(jìn)行交織，交織器是克服相關(guān)衰落信道的有效技術(shù)手段，這里的交織器應(yīng)當(dāng)遵循以下準(zhǔn)則1，交織后的同一信息比特應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離；2，交織后的同一校驗(yàn)式相關(guān)聯(lián)的信息比特應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離。當(dāng)傳輸信道較差(信噪比較低)時(shí)，將交織后的信息比特直接發(fā)送到前向傳輸信道。作為選擇，而當(dāng)傳輸信道較好(信噪比較高)時(shí)，在步驟S64，可以對交織后的信息比特進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，如重復(fù)累加(RA)編碼。然后，在步驟S65再發(fā)送至前向傳輸信道。按照糾錯(cuò)編碼的一般性規(guī)律，當(dāng)信噪比較低時(shí)，糾錯(cuò)碼不如未編碼，而編碼增益只有在信噪比較高時(shí)才能體現(xiàn)。所以，在發(fā)送端的重傳需要考慮到信道情況選擇糾錯(cuò)編碼的方式。信道情況由上述的s信道質(zhì)量指示得到。
RA碼是一類特殊的低復(fù)雜度的turbo碼。它是由Divsalar，Mceliece發(fā)現(xiàn)的，他們之所以設(shè)計(jì)該碼字是因?yàn)樗闹亓糠植己瘮?shù)很容易推導(dǎo)。對于(k，Q)RA碼的編碼方法是，對k個(gè)輸入信息比特u1，...，uk，每個(gè)比特重復(fù)Q次，并對這kQ個(gè)比特進(jìn)行交織得到序列z1，z2，...，zkQ。輸出序列x1，...，xkQ經(jīng)過模二累加得到x1＝z1，xi＝xi-1+zi，對于i＞1。在這里，為提高碼率，可以不用再進(jìn)行重復(fù)和交織，直接進(jìn)行重復(fù)累加編碼。
圖7a和7b示出了(4，3)(即，四個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，三度)的RA碼的兩個(gè)等效的因子的示意圖。圖7a是RA碼的直接表示。校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)使得與之相連的變量的模二和為0(度數(shù)為2的校驗(yàn)使得與之相連的兩個(gè)變量相等)。圖7b用相等約束表示同一個(gè)信息比特，從而比圖7a稍微簡單。例如，w1＝w2＝w3，表示了輸入變量u1，對應(yīng)于(a)的變量z5，z8，z11。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在接收端處理重傳的裝置及流程圖。如圖8所示，對于接收端，如果發(fā)送端未經(jīng)過RA編碼，則不需要進(jìn)行RA譯碼82，如圖中的虛線框所示。重傳的信息比特的信道輸出值81通過重傳幀信噪比估計(jì)器83與相應(yīng)的上一次信息比特的信道輸出值84進(jìn)行最大比合并后，再進(jìn)行LDPC碼的譯碼87。如果發(fā)送端經(jīng)過了RA編碼，則首先對重傳的信息比特的信道輸出值81進(jìn)行RA譯碼82，得到相應(yīng)的軟判決值，然后經(jīng)過重傳幀信噪比估計(jì)器83和上一次信息比特的信道輸出值84進(jìn)行最大比合并。由于最佳的最大比合并的權(quán)值應(yīng)正比于其相應(yīng)的信噪比，因此需要估計(jì)前幀和重傳幀的信噪比(84，86)。按照高斯密度進(jìn)化理論，譯碼輸出的似然比值與信道輸出值都是對稱的高斯密度隨機(jī)變量，其信噪比近似正比于其輸出均值。對于前幀的信噪比值，對前幀校驗(yàn)式的似然比值的絕對值取其均值，做為其估計(jì)值信噪比。而對于重傳幀，對信道輸出值(無RA編碼)的絕對值或者RA譯碼后的似然比值的絕對值(有RA編碼)取其均值，做為其估值信噪比。對重傳幀和前幀的同一信息比特輸出值按照其估值信噪比加權(quán)相加，并經(jīng)過歸一化后，輸入到LDPC譯碼器，進(jìn)行譯碼，可以獲得最佳的譯碼性能。
圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LDPC碼和自動重傳請求技術(shù)聯(lián)合的裝置及流程圖。其中在發(fā)送端，首先在步驟S901對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。然后，在步驟S902從反饋信號中判斷前幀發(fā)送正確(ACK)還是錯(cuò)誤(NACK)。如果步驟S902的判斷結(jié)果是ACK，則在步驟S903進(jìn)行下個(gè)數(shù)據(jù)幀的LDPC編碼并通過正向傳輸信道發(fā)送到接收端。另一方面，如果步驟S902的判斷結(jié)果是NACK，流程則進(jìn)入步驟S910，在發(fā)送端進(jìn)行重傳流程。在接收端，首先在步驟S904判斷接收幀是否是重傳幀。如果步驟S904的判斷結(jié)果是重傳幀，流程則進(jìn)行到步驟S911，進(jìn)行相應(yīng)的接收端對重傳的處理流程。然后進(jìn)行到步驟S905，對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC譯碼。否則，如果在步驟S904確定接收的數(shù)據(jù)不是重傳幀，流程則直接進(jìn)行到步驟S905，對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC譯碼。此后，在步驟S906判斷譯碼是否正確。如果正確，則在步驟S907生成ACK信號并通過反向反饋信道反饋給發(fā)送端，并輸出數(shù)據(jù)。如果步驟S906的判斷結(jié)果為譯碼錯(cuò)誤，則在步驟S908生成NACK信號，并在步驟S909根據(jù)如前所述的表達(dá)式計(jì)算校驗(yàn)式的可信度。然后，流程進(jìn)行到步驟S912，產(chǎn)生非可靠校驗(yàn)式的序號和信道質(zhì)量指示，并通過反饋信道提供給發(fā)送端。此后，由發(fā)送端根據(jù)接收到的反饋信號重傳數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的基于校驗(yàn)式可信度的技術(shù)與傳統(tǒng)的基于比特可信度的技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)1.大大降低了后向反饋信道的傳輸信息量。例如，以碼長為1024的規(guī)則LDPC碼(3，6)為例，假設(shè)每次固定重傳90個(gè)信息比特。如果采用基于比特可信度的技術(shù)，在反饋信道中需要傳輸90×log21024=900]]>個(gè)比特，而采用基于校驗(yàn)可信度的技術(shù)，則需傳輸90/6×log21024/2=135]]>個(gè)比特，只是傳統(tǒng)方法的135/900＝0.15倍，大大減少了反饋信息的傳輸量。
2.能夠動態(tài)地分配重傳信息比特的功率，提高譯碼質(zhì)量。對于傳統(tǒng)技術(shù)，每個(gè)差比特都只重傳一次。而對于本發(fā)明的技術(shù)，差比特重傳的次數(shù)與和它相關(guān)聯(lián)的非可靠校驗(yàn)式的個(gè)數(shù)相等，也就是說，對譯碼性能影響越大的差比特重傳的功率也就越高，從而提高了譯碼性能。
本發(fā)明利用LDPC譯碼輸出的校驗(yàn)式的可信度進(jìn)行有選擇的自動重傳請求。根據(jù)接收端對前向傳輸信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC解碼的結(jié)果，通過硬判決的校驗(yàn)式是否全為零來判斷譯碼有誤碼。有效利用LDPC碼譯碼的軟輸出信息，同時(shí)降低反向信道的傳輸量，從而提供一種高效可靠的差錯(cuò)控制技術(shù)。
至此已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其它的改變、替換和添加。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該被理解為被局限于上述特定實(shí)施例，而應(yīng)由所附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種基于低密度奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)式可信度進(jìn)行糾錯(cuò)的方法，包括步驟在發(fā)送端和接收端定義一致的低密度奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)式序號；在接收端對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行低密度奇偶校驗(yàn)碼解碼以得到多個(gè)校驗(yàn)式的值；如果低密度奇偶校驗(yàn)碼的所述多個(gè)校驗(yàn)式的值不全為零，通過反饋信道通知發(fā)送端重傳有關(guān)的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進(jìn)一步包括對所述多個(gè)校驗(yàn)式的可信度進(jìn)行序號排列，以將所述多個(gè)校驗(yàn)式中的似然比值較小的多個(gè)校驗(yàn)式定義為非可靠校驗(yàn)式的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中進(jìn)一步包括將非可靠校驗(yàn)式的序號通過后向反饋信道通知發(fā)送端，以使發(fā)送端重傳有關(guān)數(shù)據(jù)的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述發(fā)送端包括接收所述非可靠校驗(yàn)式的序號，并找到所述非可靠校驗(yàn)式所關(guān)聯(lián)的信息比特的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中進(jìn)一步包括所述發(fā)送端重傳所述信息比特的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在信息比特與N個(gè)非可靠校驗(yàn)式相關(guān)聯(lián)的情況下，其中N是自然數(shù)，則將所述信息比特重傳N次。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中進(jìn)一步包括在找到與非可靠校驗(yàn)式的序號關(guān)聯(lián)的信息比特后，按序號將信息比特排序，并對排序后的信息比特進(jìn)行交織的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中對排序后的信息比特進(jìn)行交織的步驟包括使交織后的同一比特遠(yuǎn)離，且交織后的同一校驗(yàn)式相關(guān)聯(lián)的信息比特遠(yuǎn)離。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中進(jìn)一步包括當(dāng)前向傳輸信道質(zhì)量較差時(shí)，將交織后的信息比特直接發(fā)送到前向傳輸信道；而當(dāng)前向傳輸信道質(zhì)量較好時(shí)，對交織后的信息比特進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，再發(fā)送至前向傳輸信道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述糾錯(cuò)編碼是重復(fù)累加編碼。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在發(fā)送端未進(jìn)行重復(fù)累加編碼的情況下，包括對重傳的信息比特及其相應(yīng)的上一次信息比特的信道輸出值進(jìn)行最大比合并后，再進(jìn)行低密度奇偶校驗(yàn)碼的譯碼的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在發(fā)送端進(jìn)行了重復(fù)累加編碼的情況下，包括對重傳的信息比特進(jìn)行重復(fù)累加譯碼以得到相應(yīng)的軟判決值，然后和上一次信息比特的信道輸出值進(jìn)行最大比合并的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中進(jìn)一步包括求出所述多個(gè)校驗(yàn)式的似然比值的平均值并與預(yù)定的閾值比較以確定前向傳輸信道質(zhì)量的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中進(jìn)一步包括求出所述多個(gè)校驗(yàn)式的似然比值的最小值并與預(yù)定的閾值比較以確定前向傳輸信道質(zhì)量的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中可以選擇多個(gè)預(yù)定閾值，從而對前向傳輸信道質(zhì)量進(jìn)行多重分級。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中包括接收端通過反饋信道向發(fā)送端反饋指示前向傳輸信道質(zhì)量的信息的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用LDPC譯碼輸出的校驗(yàn)式的可信度進(jìn)行有選擇的自動重傳請求的方法。該方法可以在發(fā)送端和接收端定義相一致的LDPC碼的校驗(yàn)式序號。當(dāng)接收端對前向傳輸信道的數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC解碼后，如果硬判決的校驗(yàn)式不全為零，說明譯碼有誤碼，則將校驗(yàn)式的可信度(似然比值)進(jìn)行排序，將其值最小的若干校驗(yàn)式定義為非可靠校驗(yàn)式，然后將非可靠校驗(yàn)式的序號通過后向反饋信道通知發(fā)送端重傳。當(dāng)發(fā)送端接收到非可靠校驗(yàn)式的序號后，首先找到這些非可靠校驗(yàn)式所關(guān)聯(lián)的信息比特，并通過前向傳輸信道重傳這些信息比特。
文檔編號H04L1/24GK1798012SQ200410081840
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者吳湛擊, 李繼峰 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社