并行比特交织器的制造方法
【专利摘要】一种比特交织方法，针对由N个Q比特的循环块构成的QC?LDPC代码字实施比特置换处理，将实施处理后的代码字分割至多个由M个比特构成的星座字，代码字被分割为N／M个区段，各星座字与N／M个区段中的某一个区段建立关联，比特置换处理以星座字由被建立了关联的区段中的M个不同的循环块中各自的1比特构成的方式进行。
【专利说明】并行比特交织器
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字通信领域，更详细而言，涉及使用准循环低密度奇偶校验代码的比特交织编码调制系统用的比特交织器。
【背景技术】
[0002]近年来,在数字通信领域中，使用了比特交织编码调制(bit-1nterleaved codingand modulation:BICM)系统(例如，参照非专利文献I)。
[0003]在BICM系统中，通常执行如下3个步骤。
[0004](I)使用例如准循环低密度奇偶校验(quas1-cyclic low-density paritycheck:QC LDPC)代码将数据块编码为代码字。
[0005](2)对代码字的比特进行比特交织。
[0006](3)将被实施比特交织后的代码字分割为由星座的比特数构成的星座字(constellation word)，将星座字映射至星座。
[0007]在先技术文献
[0008]非专利文献
[0009]非专利文献I:ETSI EN302755V1.2.1 (DVB — T2 标准)
[0010]发明的概要
[0011]发明要解决的问题
[0012]通常，期望对准循环低密度奇偶校验代码的代码字实施的交织的高效化。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于提供一种交织方法，能够实现对准循环低密度奇偶校验代码的代码字实施的交织的高效化。
[0014]用于解决问题的手段
[0015]为达所述目的，本发明的比特交织方法为使用准循环低密度奇偶校验代码的通信系统中的比特交织方法，所述比特交织方法包括:接收步骤，接收由分别由Q个比特构成的N个循环块构成的所述准循环低密度奇偶校验代码的代码字；比特置换步骤，针对所述代码字的比特实施变换该代码字的比特的排列顺序的比特置换处理；以及分割步骤，将实施所述比特置换处理后的代码字分割为多个星座字，该多个星座字分别由M个比特构成，且分别表示2M个规定的星座点中的某一个星座点；将实施所述比特置换处理前的所述代码字分割为N / M个区段(section)，各所述区段由M个所述循环块构成，各所述星座字与N /M个所述区段中的某一个建立关联，在所述比特置换步骤中，各所述星座字由共计M个比特构成，该M个比特由被建立关联的所述区段中的M个不同的所述循环块各自的I个比特构成，按照各所述区段的全部比特仅被映射至与该区段建立关联的Q个所述星座字的方式，进行所述比特置换处理。
[0016]发明效果[0017]根据本发明的比特交织方法，能够实现对准循环低密度奇偶校验代码的代码字实施的交织的高效化。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为表示包括通常的BICM编码器的发射器的构成的框图。
[0019]图2为表示编码率为I/ 2的准循环低密度奇偶校验(quas1-cyclic low-densityparity check:QC LDPC)代码的奇偶校验矩阵的一例的图。
[0020]图3为表示编码率是2 / 3的重复累积准循环低密度奇偶校验(repeat-accumulate quas1-cyclic low-density parity check:RA QC LDPC)代石马的奇偶校验矩阵的一例的图。
[0021]图4为行置换后的图3的RA QC LDPC代码的奇偶校验矩阵的图。
[0022]图5为表示行置换以及奇偶置换后的图3的RA QC LDPC代码的奇偶校验矩阵的图。
[0023]图6为说明在8PAM码元中，被编码后的比特具有彼此不同的健壮级别(robustness level,鲁棒级别)白勺图。
[0024]图7为表示循环系数Q = 8、一个低密度奇偶校验代码字的循环块数N = 12、一个星座的比特数M = 4所对应的通常的比特交织器的构成的框图。
[0025]图8中(a)为表示在DVB — T2标准中使用的DVB — T2调制器的构成的框图，(b)为表示(a)所示的DVB - T2调制器的BICM编码器的构成的框图。
[0026]图9中(a)为表示由12列的列-行交织器执行的16K代码(LDPC代码字长为16200比特的LDPC代码)的代码字的比特的写入处理的图，(b)为表示由列-行交织器执行的在Ca)中被写入的代码字的比特的读出处理的图。
[0027]图10中(a)为表示由8列的列-行交织器执行的16K代码的代码字的比特的写入处理的图，(b)为表示由列-行交织器执行的在(a)中被写入的代码字的比特的读出处理的图。
[0028]图11为表示以DVB - T2标准为基准的、在16QAM中16K代码用的比特-信元(cell)解复用器的构成的框图。
[0029]图12为表示以DVB — T2标准为基准的、在64QAM中16K代码用的比特-信元解复用器的构成的框图。
[0030]图13为表示以DVB - T2标准为基准的、在256QAM中16K代码用的比特-信元解复用器的构成的框图。
[0031]图14为表示在8列的DVB — T2比特交织器中针对16K代码可能发生的问题的图。
[0032]图15为表示在12列的DVB — T2比特交织器中针对16K代码可能发生的问题的图。
[0033]图16为表示在8列的DVB — T2比特交织器中针对16K代码适用列扭曲处理时可能发生的问题的图。
[0034]图17为表示在12列的DVB — T2比特交织器中针对16K代码适用列扭曲处理时可能发生的问题的图。
[0035]图18中(a)为说明能够提供发明人专心研究后所发现的非常高效的交织器的第一个条件的图，(b)为说明第二个条件的图。
[0036]图19为表示本发明的一实施方式所涉及的交织器的映射的功能的图。
[0037]图20为表示本发明的一实施方式所涉及的交织器的构成的框图。
[0038]图21中(a)为表示实施图20的区段置换的区段置换单元的一构成例的框图，(b)为表示(a)的区段置换单元的映射的功能的图。
[0039]图22中(a)为表示实施图20的区段置换的区段置换单元的其他构成例的框图，(b)为表示(a)的区段置换单元的映射的功能的图。
[0040]图23为表示本发明的其他实施方式所涉及的交织器的构成的框图。
[0041]图24是表示图23的比特交织器的一构成例的框图。
[0042]图25为表示本发明的再其他实施方式所涉及的发射器的一构成例的框图。
[0043]图26为表示本发明的再其他实施方式所涉及的BICM编码器的一安装例的框图。
[0044]图27为表示本发明的再其他实施方式所涉及的具有非重复BICM译码器的接收器的一构成例的框图。
[0045]图28为表示本发明的再其他实施方式所涉及的具有重复BICM译码器的接收器的一构成例的框图。
[0046]图29为表示本发明的再其他实施方式所涉及的重复BICM译码器的一安装例的框图。
【具体实施方式】
[0047]《做出本发明的过程》
[0048]图1为表示包括通常的比特交织编码调制(bit-1nterleaved coding andmodulation:BICM)编码器的发射器的构成的框图。图1所示的发射器100包括输入处理单元110、BICM编码器(包含低密度奇偶校验(low-density parity check:LDPC)编码器120、比特交织器130、星座映射器140)、以及调制器150。
[0049]输入处理单元110将输入比特流变换为规定长度的多个块。LDPC编码器120使用LDPC代码将块编码为代码字，并将代码字发送至比特交织器130。比特交织器130针对LDPC代码字实施交织处理，实施交织处理后，分割为信元字(星座字)的列。星座映射器140将各信元字(星座字)映射至星座(例如，QAM)的列。输出端的通常的调制器150包括从BICM编码器的输出到RF (Radio Frequency:射频)电力放大器的所有的处理块。
[0050]LDPC代码是利用奇偶校验矩阵(parity check matrix:PCM)进行完整定义的线性纠错代码。PCM为2值的稀疏矩阵，表示代码字比特(也称“变量节点”)与奇偶校验(也称“校验节点”)的连接(connection)。PCM的列以及行分别对应变量节点以及校验节点。变量节点与校验节点的结合在PCM中通过“I”这样的要素来表示。
[0051 ] 在LDPC块代码中，包括被称为准循环低密度奇偶校验(quas1-cycliclow-density parity-check:QC LDPC)代码的类型。QC LDPC代码具有尤为适合硬件安装的构成。事实上，在现今的几乎所有标准中都使用QC LDPC代码。QC LDPC代码的PCM形成具有多个循环矩阵的特别的构成。循环矩阵是指各行构成为将其紧前的行的要素进行一次循环移位而得的形式的正方矩阵，重合的斜向的列(folded diagonal:折叠对角)能够存在一个、两个、或者更多个。各循环矩阵的尺寸是QXQ。在此Q称为“QC LDPC代码的循环系数(cyclic factor)。通过如上述的准循环的构造,能够并行处理Q个校验节点，QC LDPC代码是明确有利于进行高效的硬件安装的代码。
[0052]图2是作为一例表示循环系数Q = 8时的QC LDPC代码的PCM的图。另外，在图2以及后述的图3至图5中，最小的一个四边形代表PCM的一个要素，其中，涂黑的四边形的要素为“ I ”，此外的要素为“O”。该PCM具有循环矩阵，该循环矩阵具有一个或者两个重合的斜向的列。该QC LDPC代码将8X6 = 48比特的块编码为8X 12 = 96比特的代码字。因此，该QC LDPC代码的编码率为48 / 96 = I / 2。代码字比特被分割为具有Q比特的多块。在本说明书中，将循环系数Q比特的块称为循环块(或者循环组)。
[0053]在QC LDPC代码中，包括重复累积准循环低密度奇偶校验(repeat-accumulatequas1-cyclic low-density parity check:RA QC LDPC)代码这样的特别类型。RA QC LDPC代码由于易于编码而众所周知，在诸多的标准(例如、DVB - S2标准、DVB - T2标准、DVB —C2标准之类的第二代DVB标准)中均被使用。PCM的右侧对应奇偶比特，该部分中的“ I ”的要素的配置形成阶梯构造。图3例示了编码率为2 / 3时的RA QC LDPC代码的PCM。
[0054]另外，DVB— T 是 Digital Video Broadcasting - Terrestrial (数字视频地面广播)的缩写，DVB — S2 是 Digital Video Broadcasting — Second Generation Satellite(数字视频广播一第二代卫星)的缩写，DVB — T2是Digital Video Broadcasting — SecondGeneration Terrestrial(数字视频广播一第二代地面)的缩写，DVB — C2是Digital VideoBroadcasting — Second Generation Cable (数字视频广播一第二代有线)的缩写。
[0055]通过针对图3所示的PCM实施变换该行的排列顺序的简单的行置换，如图4所示，除去奇偶部分而得的RA QC LDPC代码的准循环构造变得明确。行置换仅表示变更图表上的表现，不会对代码的定义产生任何影响。
[0056]通过只对实施行置换后的图4所示的PCM的奇偶比特实施变换比特的排列顺序的适当的置换，PCM的奇偶部分也会具有准循环构造。该方法在该【技术领域】众所周知，在DVB - T2标准等中以奇偶交织或者奇偶置换之类的名称来使用。图5表示针对图4所示的PCM实施奇偶置换之后而得的PCM。
[0057]通常，LDPC代码字的每个比特重要度均不同，另外，星座按每个比特其健壮级别不同。在将LDPC代码字的比特直接即不交织地映射至星座时，无法达到最优的性能。因此，在将LDPC代码字的比特映射至星座之前，需要交织LDPC代码字的比特。
[0058]为达该目的，如图1所示，在LDPC编码器120与星座映射器140之间设置有比特交织器130。通过精心地设计比特交织器130，有利于LDPC代码字的比特与由星座编码的比特的关联性提高，且接收性能改善。该性能通常使用作为SN比(Signal to Noise Ratio:SNR，信噪比)的函数的误码率(Bit Error Rate:BER)来测量。
[0059]按LDPC代码字的每个比特其重要度不相同的主要原因在于，不限于针对所有的比特实施相同次数的奇偶校验。对代码字比特(变量节点)实施的奇偶校验的次数(校验节点的数量)越多，则在重复LDPC解码处理中代码字比特的重要度越高。另一原因在于，LDPC代码的泰纳(Tanner)图表现中的针对循环的连接性(connectivity)按每个变量节点不同。因此，存在即使对代码字比特实施相同次数的奇偶校验，代码字比特的重要度也不同的可能性。这些见解在该【技术领域】中众所周知。作为原则，若与变量节点连结的校验节点的数量越大，则该变量节点的重要度增加。[0060]尤其在QC LDPC代码的情况下，Q比特的循环块所包含的所有比特被实施相同次数的奇偶校验，在Tanner图中相对于循环的连接性相同，因而具有相同的重要度。
[0061]同样地，在星座中被编码后的比特的健壮级别不同也是众所周知的事实。例如，复正交振幅调制(quadrature amplitude modulation:QAM)星座由两个各自独立的脉冲振幅调制(pulse amplitude modulation:PAM)码元构成,其中，一个对应实部，另一个对应虚部。两个PAM码元分别对相同数M的比特进行编码。如表示使用格雷(Gray)编码的8PAM码元的图6所示，在一个PAM码元中被编码后的比特的健壮级别彼此不同。如此地，健壮级别彼此不同是由于，由各比特(O或者I)定义的两个子集之间的距离按每个比特不同。该距离越大，则该比特的健壮级别或者信赖度越高。在图6中，比特b3的健壮级别最高，比特bl的健壮级别最低。
[0062]因此，16QAM星座对4个比特进行编码，具有2个健壮级别。64QAM星座对6个比特进行编码，具有3个健壮级别。256QAM星座对8个比特进行编码，具有4个健壮级别。
[0063]在本说明书中，为了说明而使用以下参数。
[0064]循环系数:Q = 8
[0065]一个LDPC代码字的循环块数:N = 12
[0066]一个星座的比特数:M = 4、即16QAM
[0067]在上述参数中，一个LDPC代码字被映射的星座数为QXN / M = 24。通常，参数Q以及N的选择必须以在系统所支持的所有星座中QXN为M的倍数的方式来执行。
[0068]图7为表示上述参数所对应的通常的交织器的构成的框图。在图7中，QB1、...、QB12为12个循环块，Cl、...、C24为24个星座字。在图7的例子中，比特交织器710对LDPC代码字的96比特进行交织。
[0069]作为以往的比特交织器，DVB — T2标准(ETSI EN302755)的比特交织器众所周知。DVB - T2标准为改良电视标准即DVB - T标准而得的标准，记载有数字地面电视广播用的第二代基线发送系统。在DVB - T2标准中，详述了用于发送数字电视服务或通常的数据的信道编码调制系统。
[0070]图8 (a)为表示在DVB — T2标准中使用的调制器(DVB — T2调制器)的构成的框图。图8 (a)所示的DVB — T2调制器800包括输入处理单元810、BICM编码器820、帧构造器830、以及OFDM产生器840。
[0071]输入处理单元810将输入比特流变换为规定长度的多个块。BICM编码器820针对输入实施BICM处理。帧构造器830利用来自BICM编码器820的输入等生成DVB — T2方式的传送帧构成。OFDM产生器840针对DVB — T2方式的传送帧构成，执行导频附加、快速逆傅里叶变换、保护间隔插入等，输出DVB - T2方式的发送信号。
[0072]DVB - T2标准中使用的BICM在ETSI标准EN302755的第6章中予以说明。该标准在本说明书中引用，以下记述了该说明。
[0073]图8 (b)为表示图8 (a)所示的DVB — T2调制器的BICM编码器820的构成的框图。但是，在图8 (b)中，省略了 BCH外编码、星座旋转、信元交织器、时间交织器等。
[0074]BICM编码器820包括LDPC编码器821、比特交织器(包括奇偶交织器822、列-行交织器823)、比特-信元解复用器824、以及QAM映射器825。
[0075]LDPC编码器821使用LDPC代码将块编码成为代码字。比特交织器(奇偶交织器822、列-行交织器823)针对代码字的比特，实施变换其排列顺序的交织处理。比特-信元解多路复器824将被实施交织处理后的代码字的比特解复用为信元字(星座字)。QAM映射器825将各信元字(星座字)映射至复数QAM码元。再有，复数QAM码元也称为信元。事实上，比特-信元解复用器824可以视为比特交织器的一部分。此时，基于DVB - T2标准的BICM编码器能够当作具备图1所示的标准构成。
[0076]在DVB - T2标准中使用的LDPC代码为具有循环系数Q = 360的RAQC LDPC代码。在DVB - T2标准中，代码字长定义为16200比特与64800比特这两种。在本说明书中，将代码字长为16200比特的LDPC代码以及代码字长为64800比特的LDPC代码称为“16K代码(或者、16K LDPC代码)”以及“64K代码(或者64K LDPC代码)”。有关一个代码字所包含的循环块数，16K代码时为45个、64K代码时为180个。与这两种块长(代码字长)对应的可使用的代码列举在作为DVB - T2标准的ETSI EN302755的表A.1~表A.6中。[0077]比特交织器只针对大于QPSK的星座利用，包括奇偶交织器822、列-行交织器
823、以及比特-信元解复用器824。另外，在DVB— T2标准的定义中，比特交织器不包括比特-信元解复用器824。可是，由于本发明是涉及在星座映射前对LDPC代码实施的交织的发明，因此比特-信元解复用器824也可作为比特交织器的一部分来处理。
[0078]奇偶交织器822如上述(参照图4以及图5)，为了使奇偶比特的准循环构造变得明确、执行变换代码字的奇偶比特的排列顺序的奇偶置换。
[0079]列-行交织器823在概念上，通过将LDPC代码字的比特沿交织器矩阵的列写入，并沿行读出来发挥功能。LDPC代码字所包含的最初的比特最初被写入，最初被读出。列-行交织器823写入LDPC代码字的比特之后，在开始读出比特之前，使比特相对于该列循环地错开规定数的位置。这在DVB — T2标准中称为“列扭曲(column twisting)”。以下的表I中示出了与上述两种LDPC代码字长和各种星座大小对应的交织器矩阵的列数Ne和行数Nr0
[0080][表 I]
[0081]
【权利要求】
1.一种比特交织方法，是使用准循环低密度奇偶校验代码的通信系统中的比特交织方法，其特征在于，所述比特交织方法包括:接收步骤，接收由N个循环块构成的所述准循环低密度奇偶校验代码的代码字，该N个循环块分别由Q个比特构成；比特置换步骤，针对所述代码字的比特实施变换该代码字的比特的排列顺序的比特置换处理；以及分割步骤，将实施所述比特置换处理后的代码字分割为多个星座字，该多个星座字分别由M个比特构成，且分别表示2M个规定的星座点中的某一个星座点；实施所述比特置换处理前的所述代码字被分割为N / M个区段，各所述区段由M个所述循环块构成，各所述星座字与N / M个所述区段中的某一个区段建立了关联，在所述比特置换步骤中，各所述星座字由共计M个比特构成，该M个比特由建立了关联的所述区段中的M个不同的所述循环块各自的I个比特构成，以各所述区段的全部比特仅被映射至与该区段建立了关联的Q个所述星座字的方式，进行所述比特置换处理。
2.如权利要求1所述的比特交织方法，其特征在于，所述比特置换步骤包括:区段置换步骤，以N / M个所述区段相互`独立的方式，针对各所述区段的比特实施变换该区段的比特的排列顺序的区段置换处理。
3.如权利要求2所述的比特交织方法，其特征在于，在所述区段置换步骤中，以所述循环块的Q个比特被映射至与该循环块所对应的所述区段建立了关联的Q个所述星座字的具有同一比特索引的比特的方式，进行所述区段置换处理。
4.如权利要求2所述的比特交织方法，其特征在于，所述区段置换步骤包括:列-行置换步骤，针对所述区段的MXQ个比特实施变换该MXQ个比特的排列顺序的列-行置换处理。
5.如权利要求2所述的比特交织方法，其特征在于，所述区段置换步骤针对N / M个所述区段中的各个区段包括以下步骤:循环块内置换步骤，以所述循环块相互独立的方式，针对各所述循环块的比特实施变换该循环块的比特的排列顺序的循环块内置换处理；以及列-行置换步骤，针对实施所述循环块置换处理后的所述区段的MX Q个比特实施变换该MXQ个比特的排列顺序的列-行置换处理。
6.如权利要求4所述的比特交织方法，其特征在于，所述列-行置换处理是与以下处理等价的处理:在Q列M行的矩阵的行方向写入MXQ个比特，并在列方向读出MXQ个比特。
7.如权利要求1所述的比特交织方法，其特征在于，还包括:循环块置换步骤，针对所述代码字的循环块实施变换该代码字的循环块的排列顺序的循环块置换处理。
8.—种比特解交织方法，是在使用准循环低密度奇偶校验代码的通信系统中对比特流进行比特解交织的比特解交织方法，其特征在于，包括:接收步骤，接收由NXQ个比特构成的比特列；以及逆比特置换步骤，为了复原所述准循环低密度奇偶校验代码的代码字，针对接收的所述比特列的比特实施变换该比特列的比特的排列顺序的逆比特置换处理，所述逆比特置换处理，是使通过权利要求1所述的比特交织方法中的所述比特置换处理变换后的排列顺序恢复原状的处理。
9.一种比特交织器，是使用准循环低密度奇偶校验代码的通信系统所使用的比特交织器，其特征在于，所述比特交织器具备:比特置换部，接收由N个循环块构成的所述准循环低密度奇偶校验代码的代码字，该N个循环块分别由Q个比特构成，该比特置换部针对所述代码字的比特实施变换该代码字的比特的排列顺序的比特置换处理，以将实施所述比特置换处理后的代码字分割为多个星座字的方式输出，该多个星座字分别由M个比特构成，且分别表示2"个规定的星座点中的某一个星座点；实施所述比特置换处理 前的所述代码字被分割为N / M个区段，各所述区段由M个所述循环块构成，各所述星座字与所述N / M个区段中的一个区段建立了关联，所述比特置换部为:各所述星座字由共计M个比特构成，该M个比特由建立了关联的所述区段中的M个不同的循环块各自的I个比特构成，以各所述区段的全部比特仅被映射至与该区段建立了关联的Q个星座字的方式，进行所述比特置换处理。
10.如权利要求9所述的比特交织器，其特征在于，所述比特置换部包括:区段置换部，以N / M个所述区段相互独立的方式，针对各所述区段的比特实施变换该区段的比特的排列顺序的区段置换处理。
11.如权利要求10所述的比特交织器，其特征在于，所述区段置换部以所述循环块的Q个比特被映射至与该循环块所对应的所述区段建立了关联的Q个所述星座字的具有同一比特索引的比特的方式，进行所述区段置换处理。
12.如权利要求10所述的比特交织器，其特征在于，所述区段置换部针对所述区段的MXQ个比特实施变换该MXQ个比特的排列顺序的列-行置换处理。
13.如权利要求10所述的比特交织器，其特征在于，所述区段置换部针对N / M个所述区段中的各个区段，以所述循环块相互独立的方式，针对各所述循环块的比特实施变换该循环块的比特的排列顺序的循环块内置换处理，针对实施所述循环块置换处理后的所述区段的MX Q个比特实施变换该MX Q个比特的排列顺序的列-行置换处理。
14.如权利要求9所述的比特交织器，其特征在于，还具备:循环块置换部，针对所述代码字的循环块实施变换该代码字的循环块的排列顺序的循环块置换处理。
15.一种比特解交织器，是在使用准循环低密度奇偶校验代码的通信系统中对比特流进行比特解交织的比特解交织器，其特征在于，具备:逆比特置换部，接收由NXQ个比特构成的比特列，为了复原所述准循环低密度奇偶校验代码的代码字，针对接收的所述比特列的比特实施变换该比特列的比特的排列顺序的逆比特置换处理；所述逆比特置换处理，是使通过由权利要求9所述的比特交织器实施的所述比特置换处理变换后的排列顺序恢复原状的处理。
16.一种译码器，是使用准循环低密度奇偶校验代码的比特交织编码调制系统用的译码器，其特征在于，具备:星座解映射器，生成表示所对应的比特是O还是I的概率的软比特列；权利要求15所述的比特解交织器，对所述软比特列进行比特解交织；以及低密度奇偶校验译码器，对被进行了比特解交织的所述软比特列进行译码。
17.如权利要求16所述的译码器，其特征在于，还具备:减法运算部，从所述低密度奇偶校验译码器的输出减去所述低密度奇偶校验译码器的输入；以及 权利要求9所述的比特交织器，将所述减法运算部的减法运算结果反馈至所述星座解映射器。
【文档编号】H03M13/27GK103534953SQ201280022666
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年5月18日 优先权日:2011年5月18日
【发明者】米海尔皮特洛夫 申请人:松下电器产业株式会社