用于将校验不规则非系统ira码编码和解码的系统和方法
【专利说明】用于将校验不规则非系统I RA码编码和解码的系统和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求由相同发明人于2012年12月3日提交的、题为"用于将校验不规则非 系统IRA码编码和解码的系统和方法"的第13/693, 029号美国专利申请的优先权，其全部 内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及用于在其中期望实现编码的的容量的任何通信系统中编码和解码消 息的方法和系统，其中该通信系统包括全数字或混合数字无线电（HD无线电或HDR)通信发 射器和接收器，以及其他无线或有线通信系统。
【背景技术】
[0004] Turbo码和低密度奇偶校验（LDPC)码是先进的前向纠错（FEC)方案。随着信息块 大小增大，已知这些码性能接近香农极限。同样，这些码在设计现代有线和无线通信系统， 诸如 3G 蜂窝、Wi-Fi、Wi-MAX、DVB-x (-C2/T2/S2、-SH、-RCS/RCS2、-NGH)、ADSL2+ 和遥测技 术（CCSDS)中以及对于磁盘的可靠性是有吸引力的。实践中，考虑到并行解码架构，LDPC码 可有效实施并实现高数据吞吐量。LDPC码可具有比turbo码更好的纠错能力，尤其是对于 较高的编码速率和较大的块大小。如本领域中已知，不规则重复累积（IRA)码是特征在于 比通常的LDPC码更低的编码复杂性的具有可比较的误码率性能的一类LDPC码。
[0005] 在本领域中普遍意识到这些容量实现码（例如，turbo、LDPC和IRA)需要是系统 性的以使得能够在低信噪比实现其收敛。在系统码中，信息位与编码位或奇偶校验位一起 经由信道传输。信息数目对奇偶校验位数目的比率取决于编码率（R)。在非系统码中，不 传输信息位但仅传输编码位。直到近来，缺少关于非系统容量实现码的工作。然而，应注意 在某些现有技术系统中，非系统IRA码可与系统IRA码一样执行。重要地，在一些通信情境 下，非系统容量实现码可具有优于系统容量实现码的显著优点。
[0006] 非系统码优于系统码的典型情境是：（i)在所接收的编码位流的一小部分上存在 强干扰或其他信道损害；（ii)卫星分集（当由于严重的遮蔽或多径衰落因此来自一个卫星 的信号损失时）；传输，或通常的传输分集（例如，来自两个或更多个站点或天线 的信号传输，或在时间或频率上的多个信号传输）；以及（iv)混合自动重复请求（HARQ或 混合ARQ)系统（其中包重发可采用全互补编码位）。
[0007] 例如，在具有双卫星分集的系统诸如Sirius卫星数字无线电系统中，例如，其中 相同信息包从两个卫星传输，期望在两个卫星编码符号流上实施互补编码，使得每个流具 有编码率R但来自两个流的组合信号具有编码率R/2。这可用非系统码通过采用速率R/2 的已编码流的互补删余（puncturing)以获得每个的速率均为R的两个互补的已编码流容 易地实现。因此，当来自两个卫星的信号都有效接收时，接收具有强FEC的组合信号。如果 来自卫星中的一个的信号被树或建筑物衰减或遮挡，则来自另一卫星的信号仍受速率R的 FEC码保护。关于系统容量实现码，互补编码和组合不是有效的，因为通常所有系统位需要 在两个流中重复，并且仅奇偶校验位可以是互补的，因此，引起组合信号中较低效的FEC保 护。对于本领域技术人员，在包括上述通信情境的其他前述通信情境下系统码为什么不可 以是期望的相似推论是明显的。因此，需要具有低错误平层的容量接近的非系统码，包括改 善的IRA编码策略。
[0008] 非系统 IRA 码的设计在 S. ten Brink 和G. Kramer/'Design of Repeat-Accumulate Codes for Iterative Detection and Decoding'，，IEEE Trans, on Signal Processing， Vol. 51，No. 11，pp. 2764-2772, 2003年11月中为了仅码率R= 1/2,采用二进制相移键控 (BPSK)调制而提出。S. ten Brink等人的方法的非系统IRA码具有双规则校验节点结构， 度数1的校验节点的子集，即也称为校验旁路，用于掺杂，和剩余的度数3的校验节点，也 称为度数3的校验组合器。度数η的校验组合器执行在{0,1}域中表示的η个输入位的 模2加法。S. ten Brink等人的方法中的IRA码的缺点中的一个是由于相对大部分的低度 数位重复节点引起的该码展现相对高的错误平层。另外，需要非常大数目的迭代以实现收 敛。展现改善的错误平层的某些码可通过用线性块码诸如汉明（8,4)块码替代一小部分度 数 2 的位码来实现，与在 S. I. Park 和 K. Yang，"Extended Hamming Accumulate Codes and Modified Irregular Repeat Accumulate Codes'，，IEE Electronics Letters, Vol. 38, No. 10，pp. 467-468, 2002年5月中的IRA码的情况一样。Park等人的方法中的IRA码是具 有度数3的校验节点的校验规则码。然而，实验模拟结果示出校验规则非系统IRA码诸如 源自Park等人的该码在许多情况下不收敛。
[0009] 因此，进一步需要改善的IRA编码策略，包括采用容量接近非系统IRA码，其中该 IRA码是不规则的并展现低错误平层。
【发明内容】
[0010] 根据某些实施方式，提供将不规则非系统IRA码编码和解码的方法和系统，即包 括帮助开始迭代解码的某一部分的度数1的校验节点，以及较高度数例如度数3和4的一 些其他校验节点。除改善解码收敛速率和错误平层之外，通过具有改变位和校验节点度数 的自由，本文中所述的校验不规则非系统IRA码优选地还提供在设计各种期望的FEC速率 上的额外灵活性。IRA码还以适度数目的迭代非常好地执行。
[0011] 不失一般性，某些方面和实施方式的优点在以下部分中通过R= 1/3和R= 5/12 码率与不同调制，诸如二进制相移键控（BPSK)和64正交幅度调制（64-QAM)的示例来表 明。
[0012] 如先前解释的那样，在非系统码的情况下，源自相同编码器的单独的高编码率码 可以互补形式在接收器适当组合，产生低编码率码。例如，两个非系统互补的R = 4/5码的 组合产生R = 4/10 = 2/5非系统码，并因此在接收器形成更强的码。然而，这不是系统码 诸如本领域中已知的系统turbo码和LDPC码的情况。在这些情况下，假设系统位在两个组 件码中重复（这是必需的，因为系统位的删余导致显著的性能恶化），则两个系统R = 4/5 码的组合产生R = 4/6 = 2/3系统码。因此，预期组合信号流的性能相对于对应的R = 2/5 非系统码恶化。为此，非系统IRA码具有特别的重要性，因为当在接收器处适当组合时，其 产生具有较低等效码率的更强码。这使得非系统IRA码的设计具有实际重要性，因为：（i) 其允许产生更强较低速率码的较高速率码的适当组合；以及（ii)在一个较高速率码损失 的情况下，解码器仍能利用接收的仅一个较高速率码操作。
[0013] 在一些实施方式中，校验不规则非系统IRA码与互补删余一起使用，以改善HD无 线电（HDR)数字广播系统的性能。混合HDR是用于地面数字无线电广播的系统，其中模拟 AM/FM和数字无线电信号基于正交频分复用（OFDM)同时传输，其中数字信号在低功率级在 模拟主机信号的两侧上的子带中传输。在全数字HDR系统中，仅传输数字OFDM子载波，但 上下边带可仍经历不同的信道损害。由于频率选择性多径衰落和可能的邻信道干扰（ACI)， 边带中之一中的信号可显著受损。显然一些接收器可在信道失真后损失一个边带，并且HDR 系统使用卷积码在两个边带上采用互补删余/编码，以在损失一个边带或没有损失一个边 带的情况下允许最有效的解码。然而，HDR系统中的卷积码，以及一些情况下的链接的卷积 码和Reed-Solomon码远离信道容量进行操作。在一些情况下，它们令人不满意地执行。因 此，通过采用与本发明的原理一致的更有效的FEC编码来改善HDR系统的性能。
[0014] 在一些实施方式中，采用校验不规则非系统IRA码而不是FEC码用于混合（即，模 拟和数字）AM HDR。在其他实施方式中，采用校验不规则非系统IRA码改善混合FM HDR的 性能。在一些实施方式中，校验不规则非系统IRA码应用于全数字AM HDR。在其他实施方 式中，校验不规则非系统IRA码应用于全数字FM HDR。
[0015] 在一些实施方式中，在多天线系统诸如snro、Miso和Mnro中有利地采用校验不规 则非系统IRA码。
[0016] 在又一些实施方式中，在具有全互补编码重传的HARQ系统中有利地采用校验不 规则非系统IRA码。
[0017] 本文中所述的方法和系统可以依靠信息位重复器、一个或多个交织器、校验节点 组合器、校验节点旁路和累加器以将校验不规则非系统不规则重复累加码编码，并依靠一 个或多个调制映射器，并可用于包括AM或FM、全数字或混合系统、HD无线电系统的不同通 信系统。信息位重复器产生被交织的第一级编码位。校验节点组合器具有大于或等于2的 不同度数，并且其中至少之一包括一个或多个模2加法器。校验节点旁路将该组第一级编 码位转到另一编码级，累加器将其与源自校验节点旁路的输出一起编码。累加器可用具有 较大存储器顺序的R=1的卷积码替代。外部编码器可在第一级编码前将至少一些信息位 编码。较不有效的源位可被引导至较不容错的位置，而更有效的源位被引导至较高度数位 重复器。
[0018] 相似地，这些方法和系统可依靠解映射器、一个或多个校验节点处理器、累加器解 码器、位解码器与一个或多个交织器/去交织器，以将校验不规则非系统不规则重复累加 码解码，并可用于包括AM或FM、全数字或混合系统、HD无线电系统的不同通信系统。一个 或多个解映射器用于将接收的有噪音符号序列软解调以产生第三级编码位的对数似然比。 校验节点处理器产生与源自进入消息和源自先验信息（例如，交织的外部信息）的第一级 编码位对应的外发消息，并产生作为第二级编码位的先验信息用于转到累加器解码器的第 二级编码位的外部信息。累加器解码器产生软位，即与从第三级编码位的对数似然比和先 验信息获得的第二级编码位对应的外发消息，该先验信息对应于第二级编码位。位解码器 处理与第一级编码位对应的去交织的更新进入消息，以产生用于第一级编码位的外部信息 和信息位软输出。交织器/去交织器分别将用于第一级编码位的