专利名称：可分解码率兼容低密度校验码的混合自动重传系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信技术领域的系统，具体来说，涉及的是一种可分解 码率兼容低密度校验码的混合自动重传系统。
背景技术：
随着人们对高速数据业务的需求越来越大，作为高速数据传输的基础技术之 一混合自动重传请求(HARQ)的研究越来越收到人们的重视。混合自动重传(HARQ 系统)中所采用的纠错码的性能对这个系统的性能有较大的影响。因此选择一种 合适的纠错码尤为重要。LDPC码(低密度校验码)是由Gallager在1963年提出的，它是一种可用 作多种通信系统或信息存贮系统的纠错/检错技术。由于LDPC码具有逼近信道极 限的性能，它成为近十年来最受关注的一项热门技术之一。LDPC码与传统的信 道编码相比具有明显的优越性，与常用的Turbo码相比，性能接近的同时译码复 杂度降低了许多。最近几年，LDPC信道编码技术因其卓越的性能已经被广泛应 用于从有线到无线的各种宽带数据通信应用场合在蜂窝移动通信中，LDPC码 已被选为数字电视广播DVB-T的信道编码标准；宽带卫星通信，无线个人区域网 (802.15)，无线移动宽带接入网(802.20)以及其它如数据存储介质设备访问和 有线调制解调器(Cable Modem)、 DSL等通信系统也已将其考虑作为信道编码标 准之一。采用固定码率的LDPC码能够获得较大的编码增益。因此LDPC码的HARQ方 案在过去的几年中受到了广泛的关注，特别是建立在码率兼容的LDPC码基础之 上的II型HARQ。为了更有效的实现重传，人们开始从研究LDPC码的结构出发， 构造出了一些非常适合于HARQ系统的码率兼容的LDPC码。普通的ARQ系统只是通过重传获得额外的信道初始信息，从而增大正确译码的可能。而混合自动重传能够在获得额外的信道初始信息的同时降低系统中纠错 码的码率以增强系统的纠错性能，这两个因素同时作用能够进一步的提高系统性能。然而，目前HARQ系统中所采用的码率兼容LDPC码中高码率所兼容的低码率 的LDPC码的性能都没有达到最优，因此降低了系统的性能。经对现有技术的文献检索发现，Ming Jiang， Chunming Zhao, Zhanli Liu 等在ICCCAS, 2006， 2:25-28上发表了"An Improved Construction of LDPC Codes Based on Data Punctured Hybrid ARQ"(通信电路与系统国际会议，2006年 第2巻，25-28页， 一种数据打孔HARQ的改进的LDPC码构造方案)，文中所采 用的混合重传系统利用重传后的校验信息与上次传输的部分信息组合成一个较 低码率的LDPC码进行译码以更新部分节点的信息，然后再用更新后的信息进行 二次译码，这样能获得较大的增益；然而该系统中所采用的码率兼容LDPC码所 兼容的低码率的LDPC码的性能未达到最优，而且重传后的第二次译码采用的是 高码率的LDPC码，其纠错性能不如低码率的LDPC码，所以整个系统的性能还有 待进一步提高。发明内容本发明针对现有技术的不足，提供一种可分解码率兼容低密度校验码的混合 自动重传系统，以改善上述方案中兼容的低码率的LDPC的性能，达到最优的性 能并降低第二次译码的码率以增强纠错性能。本发明是通过以下技术方案实现的，包括信道编码模块、信道译码模块、重 传与软信息组合恢复模块。信道编码模块产生初始的校验位和重传的校验位；信 道译码模块根据信道编码模块获得的初始信道信息或者从重传与软信息组合恢 复模块中恢复的软信息，进行译码输出相应的信源判决值以及信息位与校验位译 码更新后的软信息；重传与软信息组合恢复模块主要负责响应重传请求，根据信 道译码模块初始译码更新后的软信息以及重传后的第一次译码更新后的软信息 组合或恢复出用于低码率LDPC码译码的软信息，该模块同时负责根据重传后的 两次译码输出的校验位的判决值计算初始信源校验位的判决值。所述信道译码模块由初始译码、重传后第一次译码、重传后第二次译码三个 子模块组成。其中初始译码子模块负责利用最高码率的LDPC码对从信道接收到 的初始信息进行译码；重传后第一次译码子模块负责根据初始译码更新后的信息 位的软信息以及重传的校验位的软信息组合得到的分解后的低码率的LDPC码的 初始信息进行译码；重传后第二次译码子模块负责根据由初始译码更新后的信息 位的软信息，初始译码更新后的校验位的软信息以及重传后第一次译码后的校验位的软信息所得到的分解后的另一个低码率的LDPC码的初始信息进行译码。所述信道编码模块、信道译码模块的主要特点是采用了可分解码率兼容低密 度校验码，重传与软信息组合恢复模块的主要特点则是采用了可分解码率兼容低 密度校验码的HARQ方法和利用奇偶校验的关系进行软信息恢复的方法。本发明所述的信道编译码模块中所采用的可分解码率兼容低密度校验码具 有以下特征①所构造的可分解的码率兼容LDPC码中的各个码率的子码的校验 矩阵具有相同的满秩校验块P;②公共的校验块P以及扩展的各个信息块Si，l《/ S w的行重列重都固定为/1;③所兼容的各个码率的LDPC码的度分布对都经过了优化，因此所兼容的各个码率LDPC码与单独构造的低码率LDPC码具有相同的性能。④一个由码率为i 的可分解码率兼容LDPC码可以分解成一个码率为,的LDPC码和一个码率为1/2的LDPC码，它们之间的校验位存在如下关系-P二f^④fn-h其中^/2，n表示信源l经过所分解的1/2码率的LDPC码编码后的校验位；^1-1表示信源[1-1|...^1]经过所分解的码率为&—i的LDPC码编码后的校验位。采用具有上述特征的可分解码率兼容低密度校验码解决了 HARQ系统 中的纠错码在所兼容的各个码率下性能的最优化问题。所述重传与软信息组合恢复模块，在初始译码错误时，重发分解后的一个1/2 码率LDPC码的校验位，这样收端可将其与初始译码更新后的软信息合并组成一 个1/2码率的LDPC码进行重传后第一次译码。所述重传与软信息组合恢复模块，为了降低重传后第二次译码的码率，该模 块利用码率为A的LDPC码以及它所分解出来的一个1/2码率的LDPC码和一个码率为,的LDPC码的校验位之间的奇偶校验关系恢复出码率为凡一,的LDPC码的校验位的软信息，并将其与重传后第一次译码更新后的信息位的软信息合并， 采用码率为凡—,的LDPC码进行译码。与现有技术相比，本发明系统中可分解码率兼容低密度校验码的采用解决了 HARQ系统中的纠错码在所兼容的各个码率下性能的最优化问题。重传与软信息 组合恢复模块的处理使得HARQ系统中重传后的第二次的译码码率得以降低。以 上两点技术改进使得系统中的纠错码的纠错能力得以提高，从而进一步改善了系统的性能。仿真结果表明，采用2000左右的码长初始码率为2/3的纠错码实现 的这种HARQ系统与普通ARQ系统相比能获得约2. 0dB的增益，从而能够提高系 统的吞吐量。随着人们对数据速率的要求进一步的提高，该系统将具有较好的使 用前景。
图1为所发明的可分解的兼容码率LDPC码的HARQ系统的结构图。图2为本发明所构造的可分解的兼容码率LDPC码的H矩阵结构示意图。图3为由高码率的H矩阵分解成两个低码率矩阵的示意图。图4为实例码及其所分解的码与采用PEG算法构造的码的性能比较曲线图5为纠错码为实例码的所发明方案与其它方案误帧率性能曲线。图6为纠错码为实例码的所发明方案与其它方案吞吐量的比较曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括三个模块信道编码模块、信道译码模块、重传与软信息组合恢复模块。信道编码模块产生初始的校验位和重传的校验位，信道 译码模块根据信道编码模块获得的初始信道信息或者从重传与软信息组合恢复模块中恢复的软信息，进行译码输出相应的信源判决值以及信息位与校验位译码 更新后的软信息。重传与软信息组合恢复模块主要负责响应重传请求，根据信道 译码模块初始译码更新后的软信息以及重传后的第一次译码更新后的软信息组 合或恢复出用于低码率低密度校验码译码的软信息，该模块同时负责根据重传后 的两次译码输出的校验位的判决值计算初始信源校验位的判决值。所述信道译码模块由初始译码、重传后第一次译码、重传后第二次译码三个 子模块组成。其中初始译码子模块负责利用最高码率的LDPC码对从信道接收到 的初始信息进行译码，重传后第一次译码子模块负责根据由初始译码更新后的信 息位的软信息以及重传的校验位的软信息组合得到的分解后的低码率的LDPC码 的初始信息进行译码，重传后第二次译码子模块负责根据初始译码更新后的信息 位的软信息以及从初始译码更新后的校验位的软信息以及重传后第一次译码后 的校验位的软信息得到的分解后的另一个低码率的LDPC码的初始信息进行译码。本实施例中，所述信道编码模块所构造的可分解的码率兼容LDPC码中的各 个码率的子码的校验矩阵具有相同的满秩校验块P ;公共的校验块P以及扩展的各个信息块Sj,B /《"的行重列重都固定为/1;所兼容的各个码率的LDPC码的度分布对都经过了优化，因此所兼容的各码率LDPC码与单独构造的低码率LDPC码 具有相同的性能。 一个由码率为&的可分解码率兼容LDPC码可以分解成一个码率为的LDPC码和一个码率为1/2的LDPC码。它们之间的校验位存在如下关 系f = f ^ ，其中f 1/2，n表示信源l经过所分解的1/2码率的LDPC码编 码后的校验位。，1)-1表示信源[1-1|...|§1]经过所分解的码率为&—,的LDPC码编 码后的校验位。如图2所示，本实施例中信道编码模块采用的可分解码率兼容LDPC码的H 矩阵H,有一满秩的校验块P和两个行重和列重都为义=3的信息块组成。如图3所示，本实施例中信道编码模块中，码率为^=2/3的可分解码率兼容LDPC码的H矩阵H2可以分解成一个码率为A—^1/2的LDPC码的校验矩阵H,和一个码率为1/2的LDPC码的校验矩阵111/2，2，且它们拥有共同的校验块P。所以上述三个LDPC码的校验位之间的关系满足f = ^ e ，2 ，其中f表示利用H2对信源[l lll进行编码得到的校验位，Fi表示利用H,对信源^进行编码的得到的校验位，&表示利用111/2，2对信源^进行编码的得到的校验位。对于图2所述的校验位为1024比特的实例码，采用BPSK的调制方式、AWGN 信道、LDPC译码算法为BP算法、最大迭代次数为100的模型对对其进行了仿真。图4为本发明实施例中所采用的实例码与采用普通的PEG算法构造的相同参 数的LDPC码的误帧率性能的比较曲线。从图中可以看出所构造的可分解的码率 兼容LDPC中的各个H矩阵所对应的LDPC码的性能与采用PEG构造的相同码长、 相同码率的LDPC码的性能相等，所以该构造方法不会带来任何的性能损失。可 见该技术可以使HARQ系统中纠错码所兼容的各个码率下LDPC码的性能均得到最 优化。重传与软信息组合恢复模块重传的信息为校验位f 2 。第一次译码后利用^ 更新后的软信息gZi (^)以及初始译码更新后的软信息gi^(F)恢复出第二次采 用的1/2码率的译码器的校验为的软信息Z^i (^)，将其与初始译码更新后的软信息gzj (l)合并即可以采用1/2码率的LDPC码进行第二次译码。这使得重传后的两次译码的码率都降为1/2，大大增强了系统的纠错性能。图5为所发明的以实例码为纠错码的HARQ系统与未采用重传协议以及采用 普通的ARQ方案的误帧率性能比较曲线。从图中可以看出采用本发明的系统的 误帧率性能，和不采用重传机制相比，能够获得约2dB的增益，与普通ARQ重传 机制相比，在重传的数据量为普通ARQ重传数据量的1/3的情况下也能获得1. 5dB 的性能改善。图6为图5所对应的系统的吞吐量性能比较曲线。从图中可以看出所发明 的HARQ系统在吞吐量小于0. 5的时候与普通ARQ方案详细能够大幅度的提高系 统的吞吐量。
权利要求
1、一种可分解码率兼容低密度校验码的混合自动重传系统，其特征在于，包括信道编码模块、信道译码模块、重传与软信息组合恢复模块，所述信道编码模块产生初始的校验位和重传的校验位，所述信道译码模块根据信道编码模块获得的初始信道信息或者从重传与软信息组合恢复模块中恢复的软信息进行译码输出相应的信源判决值以及信息位与校验位译码更新后的软信息，所述重传与软信息组合恢复模块主要负责响应重传请求，根据信道译码模块初始译码更新后的软信息以及重传后的第一次译码更新后的软信息组合或恢复出用于低码率低密度校验码译码的软信息，该模块同时负责根据重传后的两次译码输出的校验位的判决值计算初始信源校验位的判决值。
2、 根据权利要求1所述的可分解码率兼容低密度校验码的混合自动重传系统，其特征是，所述信道译码模块由初始译码、重传后第一次译码、重传后第二 次译码三个子模块组成，其中初始译码子模块负责利用最高码率的低密度校验码 对从信道接收到的初始信息进行译码，重传后第一次译码子模块负责根据初始译 码更新后的信息位的软信息以及重传的校验位的软信息组合得到的分解后的低 码率的低密度校验码的初始信息进行译码，重传后第二次译码子模块负责根据初 始译码更新后的信息位的软信息以及从初始译码更新后的校验位的软信息以及 重传后第一次译码后的校验位的软信息得到的分解后的另一个低码率的低密度 校验码的初始信息进行译码。
3、 根据权利要求1所述的可分解码率兼容低密度校验码的混合自动重传系 统，其特征是，所述的信道编译码模块，其采用的可分解码率兼容低密度校验码 中，各个码率的子码的校验矩阵具有相同的满秩校验块P。
4、 根据权利要求1或3所述的可分解码率兼容低密度校验码的混合自动重 传系统，其特征是，所述的信道编译码模块，其所采用的可分解码率兼容低密度 校验码中，公共的校验块P以及扩展的各个信息块Si，l&、"的行重列重都固定为/1。
5、 根据权利要求1或3所述的可分解码率兼容低密度校验码的混合自动重 传系统，其特征是，所述的信道编译码模块，其所采用的可分解码率兼容低密度校验码中，所兼容的各个码率低密度校验码与单独构造的低码率低密度校验码具 有相同的性能。
6、根据权利要求1或3所述的可分解码率兼容低密度校验码的混合自动重 传系统，其特征是，所述的信道编译码模块，其所采用的可分解码率兼容低密度 校验码中， 一个由码率为i "的可分解码率兼容低密度校验码能分解成一个码率为i ^的低密度校验码和一个码率为1/2的低密度校验码，它们之间的校验位存 在如下关系f = 5^ ^^，其中f^表示信源l经过所分解的1/2码率的低 密度校验码编码后的校验位，fn-!表示信源[^w |...|^]经过所分解的码率为 的低密度校验码编码后的校验位。
7、 根据权利要求1所述的可分解码率兼容低密度校验码的混合自动重传系统，其特征是，所述重传与软信息组合恢复模块，在初始译码错误时，重发分解后的一个1/2码率低密度校验码的校验位，这样收端可将其与初始译码更新后的 软信息合并组成一个1/2码率的低密度校验码进行重传后第一次译码。
8、 根据权利要求1或7所述的可分解码率兼容低密度校验码的混合自动重传系统，其特征是，所述重传与软信息组合恢复模块，利用码率为i "的低密度 校验码以及它所分解出来的一个1/2码率的低密度校验码和一个码率为的低密度校验码的校验位之间的奇偶校验关系恢复出码率为i ^的低密度校验码的校验位的软信息，并将其与重传后第一次译码更新后的信息位的软信息合并，采 用码率为&一,的低密度校验码进行译码。
全文摘要
本发明公开一种无线通信技术领域的可分解码率兼容低密度校验码的混合重传系统，其中信道编码模块产生初始的校验位和重传的校验位，信道译码模块根据信道编码模块获得的初始信道信息或者从重传与软信息组合恢复模块中恢复的软信息进行译码输出相应的信源判决值以及信息位与校验位译码更新后的软信息，重传与软信息组合恢复模块负责响应重传请求，根据信道译码模块初始译码更新后的软信息以及重传后的第一次译码更新后的软信息组合或恢复出用于低码率低密度校验码译码的软信息，该模块同时负责根据重传后的两次译码输出的校验位的判决值计算初始信源校验位的判决值。本发明改善了系统的纠错性能，提高了系统的吞吐量。
文档编号H04L1/16GK101242247SQ200710173269
公开日2008年8月13日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者洁 丁, 晖 俞, 徐友云, 沈进旗, 甘小莺 申请人:上海交通大学