专利名称：利用二元删除替代信道在awgn信道条件下将比特交织器适配于ldpc码和调制的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于平行非均勻信道的(parallel non-uniform channels)的代码相关比特交织器(code-d印endent bit interleave!·)。具体而言，涉及一种利用一组替代二元删除信道(BEC)的代码匹配交织(code matched interleaving)。
背景技术：
有线、卫星和地面网络是将数字广播服务发送至终端消费者的三种主要介质。与卫星和地面传输不同，有线信道不具有很大的时间和频率选择性。因此，在有线网络中采用高效频谱(spectrally efficient)调制(即256-QAM和1024-QAM)以满足带宽消耗型服务(例如HDTV和VoD)的容量要求，并增强数字视频广播的穿透性。近来，因为设计灵活、 解码便利并且在各种信道类型上具有普遍优秀的纠错性能，在DVB-S2和DVB-T2标准中引入了低密度奇偶校验(LDPC)码。出于实施方便性和元件互操作性方面的考虑，DVB-S2中规定的LDPC编码还被极力推荐再次用于下一代的DVB-C系统。尽管如此，众所周知在二元制调制(binary modulation)中优化的LDPC码集对于高阶调制并不一定有效，这是因为调制引起的不等差错保护(unequal error protection)造成的。对用于无穷码长的多级编码(MLC)的渐进性能(asymptotic performance)进行了研究，并发现当采用多级解码(MSD)时是最佳的逼近容量(capacity approaching)策略。但是，MSD策略要求将决策从较低解码级传递至较高解码级，这将导致较大解码延迟，从而可能无法被高速应用所接受。通信领域普通技术人员可以理解，交织是用于重排一个序列的顺序以满足不同目的的过程。对于在时域和频域经受选择性衰落的信道，比特和/或符号交织与信道编码一起使用以分配误差群(error burst) 0另外，比特交织还被级联码(特别是Turbo码)所采用以对于第二成员编码器(constituent encoder)加扰信息比特，从而能够产生长随机码。作为LDPC的结果，产生一种框架(例如密度进化、差分进化和外信息转移(EXIT) 图)以设计和分析码表(code ensemble)的度分布(degree profile)。在用于解码收敛性的门限SNR方面，在这些框架之后构建的代码可以逼近Siannon极限，假设块长度为无限，代码结构随机并且解码迭代数不受约束。但是，从实际实施的角度而言，随机结构通常导致过高的(prohibitive)编码/解码复杂性和存储器要求。由于此原因，能够在功率效率(power efficiency)与实施简单性之间取得良好折衷的结构化LDPC码对于系统设计师是很有吸引力的选择。例如，ETSI用于卫星信道的第二代数字视频广播标准(DVB-S2)、 IEEE802. Iln和IEEE802. Ile标准采用的差错控制码都属于结构化LDPC码范畴。
另一方面，最初为卫星通信中的前向差错控制设计的DVB-S2 LDPC码集合(code family)被DVB-T2 (用于地面信道的第二代DVB标准)重新采用，并且也为DVB-C2 (用于有线信道的第二代DVB标准)所强烈推荐。除了出于系统兼容性的考虑之外，重新使用DVB-S2 码的主要原因在于其在各种信道条件下的普遍优越性能。但是，为了满足有线运营商的更高频谱效率和灵活产出的要求，在DVB-C2中重新使用DVB-S2码的技术上的挑战在于给定代码向非常高阶星座(从256-QAM至4096-QAM)的映射。
发明内容
本发明提出利用替代信道法(surrogate channel approach)来简化代码相关比特交织器的设计。为了在功率效率与频谱效率之间获得良好折衷并且保持CODEC的简单结构，本发明提出分别在信道编码器/解码器与调制器/解调制器之间插入比特交织器/解交织器。另外，考虑到用于高阶调制(例如256-QAM)的非正则LDPC码和星座映射器(调制器)，可以利用比特交织器将代码的不等纠错(unequal error correction)与二元标记 (binary labeling)方案固有的非对称逐比特(bitwise)欧几里得距离间距相匹配。根据一个实施方式，用于在AWGN信道条件下将比特交织器适配于LDPC码和调制的方法包括计算非均勻平行AWGN信道的逐比特容量；用具有删除概率的一组Q个替代二元删除信道(BEC)近似所述AWGN信道；确定解码门限SNR是否导致用于比特交织器配置的最低解码门限SNR ；并基于对应于所述确定的最低解码门限SNR的比特交织器配置对所述比特交织器进行配置。根据另一个实施方式，用于在AWGN信道条件下将比特交织器适配于LDPC码和调制的装置包括处理器，所述处理器用于i)计算非均勻平行AWGN信道的逐比特容量；ii) 用一组替代二元删除信道(BEC)近似所述AWGN信道；iii)为所述一个或多个比特交织器配置的每一个确定解码门限SNR。所述处理器还为每个确定的SNR确定删除概率。存储器存储所述一个或多个确定的解码门限SNR以及对应的比特交织器配置。基于对应于从存储的一个或多个确定的解码门限SNR选择的最低解码门限SNR的比特交织器配置由所述处理器配置所述比特交织器。通过下面结合附图对本发明的示例性实施方式进行详细说明，本发明的上述和其他方面、特征和优势将变得更为明显。
结合附图考虑下面的详细说明更容易理解本发明，其中图Ia是根据本发明实施方式的用于代码匹配交织的装置的框图；图Ib是根据本发明实施方式的用于代码匹配交织的装置的框图；图Ic是根据本发明实施方式的奇偶校验比特的块交织的图示；图Id是根据本发明实施方式的交织比特的分级分配的图示；图Ie是本发明的代码匹配交织的通信系统实施的框图；图If是图Ie中系统的详细框图；图Ig是根据本发明实施方式的用于代码匹配交织的装置的仿真设置；
图加和图2b是根据本发明实施方式的示例性星座映射器的信道条件的图示；图3a是具有预定容量的AWGN信道的框图；图北示出了根据本发明实施方式的具有删除概率的二元删除信道(BEC)；图4是根据本发明实施方式在替代信道上进行代码匹配交织的方法的流程图；图5至图8是两个速率的解码BER的比较以及本发明的装置和方法提供的节能的图示。
具体实施例方式本发明涉及一种用于在替代信道上进行代码匹配交织的方法和装置。本说明书解释了本发明的原理。虽然在本说明书中并未描述，但本领域普通技术人员在本发明的原理和范围之内能够设想出各种实施方式。本说明书中所采用的示例性和条件性的语言的目的在于帮助阅读者理解由发明人对现有技术进行改进的本发明的原理和概念，本发明并不局限于这种特定的实例和条件。并且，对于本发明原理、方面和实施方式以及特定实例的所有陈述都意在包括等同的结构和功能。另外，这种等同结构和功能包括当前已知和以后开发出来的结构和功能、 即不论结构如何而用来执行相同功能的任何元件。因此，例如，本领域普通技术人员可以理解，说明书中的框图表示根据本发明原理的实施方式的示例性电路的概念性图示。类似地，可以理解，任何流程图、操作程序图、状态转换图、伪代码等都表示能够有计算机可读介质表示并因而由计算机或处理器执行的各种过程步骤，这种计算机或处理器是否明确示出并无关系。附图中所示各种元件的功能可以与适当的软件联合通过使用专用硬件以及能够执行软件的硬件来提供。当通过处理器提供时，该功能可以通过单个专用处理器、单个共享处理器或者多个处理器(某些可以共享)来提供。并且，术语“处理器”或者“控制器”的明确使用不应当被理解为专指能够执行软件的硬件，还可以非限制性地包括数字信号处理器 (DSP)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)以及非易失性存储器。其他普通和/或定制硬件也可以包括进来。类似地，图中所示的任何开关都是概念性的。其功能可以通过程序逻辑、专用逻辑、程序控制和专用逻辑的相互作用甚至手动操作来执行，实施者可以根据应用环境选择特定的技术。在权利要求中，任何被表达为用于执行特定功能的元件都包括执行该功能的任何方式，例如a)执行该功能的电路元件的组合；b)任何形式的软件，包括固件、微代码等，与适当的电路结合以执行该软件从而执行该功能。这些权利要求限定的本发明的原理基于的事实是，各个引用的装置所提供的功能型以权利要求要求的方式结合在一起。因此可以认为任何能够提供这些功能性的装置都等同于所述装置。说明书中所提到的本发明原理的“一个实施方式”或“实施方式”表示特定结合该实施方式描述的特征、结构、要素包括在本发明原理的至少一个实施方式中。因此，说明书各个地方出现的表述“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定指同一实施方式。本发明提出利用替代信道法来简化代码相关比特交织器的设计。总体上，对于通过解码器的消息的行为的分析包括两个重要选择。一个是有效信道的建模(modeling)，另一个是分析工具的选择以跟踪迭代解码过程。迄今为止，以二元制输入在各种类型的信道下对LDPC码表的性能进行了研究。理论分析和仿真结果都证明解码门限并不取决于信道类型，而是取决于有效信道的输入与输出之间的互信息(mutual information) 0另一方面，引入了各种一维高斯近似法(GA)来简化对迭代解码的分析，这不但减小了密度进化的复杂性，还为理解所述解码算法提供了有用的基础信息(insight)。但是， 由于高斯模型不能确信地捕获从校验节点(check nodes/CND)传输至变量节点(variable node/VND)的消息的概率分布(probability distribution)，GA是一种实际但不严密的方法，特别是对于低码率和中高度的CND。为了解决这个问题，提出了一种基于高斯模型的随机框架来对于解码过程的动态特征进行更精确的近似。但是，由于复杂性，很难将此方法扩展至非均勻信道，例如高阶调制、OFDM产生的平行信道和具有非等差错保护要求的磁盘信道(disk channel)。为了避免GA的局限，本发明通过一组替代二元删除信道(BEC)建模所述非均勻平行信道，并且基于逐比特容量的等值(equivalence)近似所述信道，该等值代表平行AWGN 信道的二元制输入与有效输出之间的互信息。结果，平均删除概率的进化完全可以通过一组递归方程来表征。另外，在高SNR状况下(接近于解码门限)，解码器的动态特征可以通过齐次线形差分方程进一步简化，从中可以得出解码收敛所需条件并随后用于配置比特交织器。与无线通信不同，有线信道在高信噪比(SNR)状况下运转并且在信号传输过程中很少或者不遇到选择性衰落。因此，可以将它们表示为附加白高斯噪声信道，在这些信道上可以采用高效频谱调制(例如256-QAM和4096-QAM)。为了保证平均传输功率受限条件下的通信可靠性，逼近容量纠错码(例如LDPC)需要与这些高阶调制联合采用。在不丧失一般性的条件下，假设调制格式是2Q阶方形QAM。由于证明具有最优性，将采用二元反射格雷码(binary reflected gray code)来
标记星座映射器(例如QAM调制器)。在此实施方式中，假设Q个编码比特{Cuj^聚集在一
组并映射至QAM符号X1，其中1是符号指数。具体而言，比特Clit^PCwty2 (q = 1,2,.. Q/2) 分别被用于标记QAM星座的同相(1)和正交(Q)分支。结果，当采用平行解码时，它们具有相同逐比特容量。在AWGN信道的输出，第1个接收到的符号由下述公式给出
权利要求
1.一种将比特交织器适配于LDPC码和调制的方法，包括 计算非均勻平行AWGN信道的逐比特容量02)；用具有删除概率的一组Q个替代二元删除信道(BEC)近似所述AWGN信道04)； 利用删除概率密度分布确定解码门限信噪比(SNR)是否导致用于比特交织器配置的最低解码门限信噪比(46，58，60)；并且基于对应于所述确定的最低解码门限信噪比的比特交织器配置对所述比特交织器进行配置(58)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定步骤G6)还包括 当删除概率收敛至0时以预定步长减小所述信噪比07)；确定减小的信噪比的删除概率G8)；确定所述减小的信噪比的删除概率是否收敛至0 (46b)；当所述删除概率不收敛于0时将所述减小之前的信噪比作为用于所述比特交织器配置的解码门限信噪比(50)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定步骤06)还包括 当删除概率不收敛至0时以预定步长增加所述信噪比(52)；确定增加的信噪比的删除概率(54)；确定所述增加的信噪比的删除概率是否收敛至0 (46c)；当所述删除概率收敛于0时将所述增加的信噪比作为用于所述比特交织器配置的解码门限信噪比(56)。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括存储每个比特交织器配置以及对应的确定的最低解码门限信噪比(58)； 改变所述比特交织器配置(Λ) (60)；进行所述确定步骤以确定用于所述改变的比特交织器配置的解码门限信噪比； 选择具有最低解码门限信噪比的比特交织器配置(62)；并且以所述选择的配置对所述比特交织器进行配置(62)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述计算逐比特容量还包括基于所述平行AWGN信道的二元输入与有效输出之间的互信息计算逐比特容量，所述近似基于所述计算的逐比特容量的等值。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括以配置的比特交织器比特交织所述代码(58)。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定06)还包括由所述解码门限信噪比确定从预定线形差分方程建模的平均删除概率密度分布。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述确定平均删除概率还包括 确定所述LDPC码的节点/边集度分布；凸组合每个子信道的删除概率。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述密度分布模型从下述公式得出
10.根据权利要求3所述的方法，还包括通过所述比特交织器的度分布的约束优化最小化所述解码门限信噪比。
11.一种用于将比特交织器适配于LDPC码和调制的装置，包括处理器(8)，所述处理器(8)用于计算非均勻平行AWGN信道的逐比特容量；用一组替代二元删除信道近似所述AWGN信道；并利用删除概率密度分布为所述一个或多个比特交织器配置的每一个确定解码门限信噪比，其中所述处理器为每个确定的信噪比确定删除概率；存储器(9)，用于存储所述一个或多个确定的解码门限信噪比以及对应的比特交织器配置；和比特交织器(10)，基于对应于从存储的一个或多个确定的解码门限信噪比选择的最低解码门限信噪比的比特交织器配置由所述处理器进行配置。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述处理器还由所述确定的一个或多个解码门限信噪比确定从预定线形差分方程建模的平均删除概率密度分布。
13.根据权利要求11所述的装置，其中所述处理器基于所述平行AWGN信道的二元输入与有效输出之间的互信息计算逐比特容量。
14.根据权利要求11所述的装置，其中所述比特交织器用于基于从对应于每个门限信噪比的每个确定的删除概率得出的解码迭代的解码收敛性条件比特交织所述代码。
15.根据权利要求12所述的装置，其中所述处理器通过确定所述LDPC码的节点/边集度分布确定平均删除概率并凸组合每个子信道的删除概率。
16.根据权利要求12所述的装置，其中所述密度分布模型从下述公式得出
17.一种将接收器比特交织器适配于LDPC码和调制的方法，包括 计算非均勻平行AWGN信道的逐比特容量02)；用具有删除概率的一组Q替代二元删除信道(BEC)近似所述AWGN信道04)； 利用删除概率密度分布确定解码门限信噪比(SNR)是否导致用于比特交织器配置的最低解码门限信噪比(46，58，60)；并且基于对应于所述确定的最低解码门限信噪比的比特交织器配置对所述接收器比特交织器进行配置(58)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述确定步骤G6)还包括 当删除概率收敛至0时以预定步长减小所述信噪比07)；确定减小的信噪比的删除概率G8)；确定所述减小的信噪比的删除概率是否收敛至0 (46b)；当所述删除概率不收敛于0时将所述减小之前的信噪比作为用于所述比特交织器配置的解码门限信噪比(50)。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述确定步骤G6)还包括 当删除概率不收敛至0时以预定步长增加所述信噪比(52)；确定增加的信噪比的删除概率(54)；确定所述增加的信噪比的删除概率是否收敛至0 (46c)；当所述删除概率收敛于0时将所述增加的信噪比作为用于所述比特交织器配置的解码门限信噪比(56)。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括存储每个比特交织器配置以及对应的确定的最低解码门限信噪比(58)； 改变所述比特交织器配置(Λ) (60)；进行所述确定步骤以确定用于所述改变的比特交织器配置的解码门限信噪比； 选择具有最低解码门限信噪比的比特交织器配置(62)；并且以所述选择的配置对所述比特交织器进行配置(62)。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述计算逐比特容量还包括基于所述平行AWGN 信道的二元输入与有效输出之间的互信息计算逐比特容量，所述近似基于所述计算的逐比特容量的等效值。
22.根据权利要求17所述的方法，还包括以配置的比特交织器比特交织所述代码 (58)。
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述确定06)还包括由所述解码门限信噪比确定从预定线形差分方程建模的平均删除概率密度分布。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述确定平均删除概率还包括 确定所述LDPC码的节点/边集度分布；凸组合每个子信道的删除概率。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述密度分布模型从下述公式得出
26.根据权利要求19所述的方法，还包括通过所述比特交织器的度分布的约束优化最小化所述解码门限信噪比。
27.一种用于将接收器比特交织器适配于LDPC码和调制的装置，包括处理器(8)，所述处理器(8)用于计算非均勻平行AWGN信道的逐比特容量；用一组替代二元删除信道近似所述AWGN信道；并利用删除概率密度分布为所述一个或多个比特交织器配置的每一个确定解码门限信噪比，其中所述处理器还为每个确定的信噪比确定删除概率；存储器(9)，用于存储所述一个或多个确定的解码门限信噪比以及对应的比特交织器配置；和比特交织器(10)，基于对应于从存储的一个或多个确定的解码门限信噪比选择的最低解码门限信噪比的比特交织器配置由所述处理器进行配置。
28.根据权利要求27所述的装置，其中所述处理器还确定06)还由所述确定的一个或多个解码门限信噪比确定从预定线形差分方程建模的平均删除概率密度分布。
29.根据权利要求27所述的装置，其中所述处理器基于所述平行AWGN信道的二元输入与有效输出之间的互信息计算逐比特容量。
30.根据权利要求27所述的装置，其中所述比特交织器用于基于从对应于每个门限信噪比的每个确定的删除概率得出的解码迭代的解码收敛性条件比特交织所述代码。
31.根据权利要求观所述的装置，其中所述处理器通过确定所述LDPC码的节点/边集度分布确定平均删除概率并凸组合每个子信道的删除概率。
32.根据权利要求观所述的装置，其中所述密度分布模型从下述公式得出
全文摘要
本发明涉及用于平行非均匀信道的代码相关比特交织器。由于给定码表的信道依赖度取决于信道输入与输出之间的互信息，本发明提出通过利用一组替代二元删除信道(BEC)简化关于解码行为的分析。通过替代BEC对实际信道的近似建立在逐比特容量的等值，其代表了均匀分布的二元输入与有效平行AWGN信道的似然比之间的互信息。并且，删除概率的变换在解码门限信噪比周围通过线形差分方程建模，从而得到解码迭代收敛的必要条件并且获得比特交织器配置的有用指导。
文档编号H03M13/11GK102292917SQ200980139687
公开日2011年12月21日 申请日期2009年10月2日 优先权日2008年10月3日
发明者雷静, 高文 申请人:汤姆逊许可公司