专利名称：设计用于多边型低密度奇偶校验编码调制的多路分用器的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明的原理涉及电缆传输系统和技术。更具体地说，本发明的原理涉及用于有线电视传输的前向纠错(FEC)首标设计。
背景技术：
涡式(Turbo)码和LDPC (低密度奇偶校验)码代表当代信道编码理论和实践的前沿。作为涡式码和LDPC码的混合体，具有准循环结构的基于累加器不规则LDPC码(IRA) 在包括IEEE 802. Iln, IEEE 802. 16e和ETSI第二代标准的通信标准中已经广泛用于数字视频广播(DVB)。IRA码以独特的方式控制它们的2次(degree-幻变量节点，以保证线性编码复杂性、低错误本底以及迭代解码的稳定性。另一方面，编码理论家和实践人员已经认识到，精心设计的LDPC码在一整套数据传输和存储信道上普遍可以达到接近容量(capacity-approaching)性能。一个例子是将相同LDPC码重复用于卫星、地面和有线通信的ETSI第二代DVB标准。尽管这不是像多级代码和调整成适用给定调制格式的单信道代码那样达到容量的最佳方式，但它保留了 CODEC(编解码器)结构的兼容性，避免了实现的难以企及复杂性。DVB LDPC代码族(具有两种块长16200和64800 ；代码率范围从1/4到9/10)原来是为以包括BPSK (二进制相移键控)、QPSK(正交相移键控)、8PSK(8相相移键控)、16APSK(16相幅度相移键控)和 32APSK(32相幅度相移键控)的调制为目标的卫星通信(DVB-S2)开发的。这些LDPC码属于结构化不规则重复累积(S-IRA)代码的类别。如先有方法所论证的，可以让代码集合具有结构简单性，以便不损害瀑布区和错误本底区两者中的性能地有助于编码和解码的线性复杂性。尤其，在非迭代调制和传统和-积解码下，已经证明DVB-S2代码在10_6的位错率上只是远离香农(aiarmon)容量极限的0. 7-0. SdB (分贝)。因此，它们已经被标准化组织用于地面和有线通信，并且将重复用在地面和有线信道上。不过，每种信道类型的谱效率是不同的，在编码和调制的联合设计中需要加以考虑。例如，DVB-T2支持高达256的QAM(正交调幅)阶次，而DVB-C2将使4096QAM强制性的，以满足更高数据速率的要求。为了保持信道CODEC的低复杂性以及实现节能的星座映射，可以在信道编码器与星座映射器之间插入随机位交织器，以便使给定代码的不规则外形与多级调制的非均勻抗误性匹配。这种范式一般称为位交织编码调制(BICM)。尽管随机位交织器的插入通常产生良好的性能，但由于牵涉到大量的存储器和电路路由，所以对于编码和调制的高速实现是有问题的。对于有非均勻纠错要求的体全息存储器(VHM)系统，以前在代码设计的框架方面已经做了一些工作。实际上，非均勻并行信道的模型可以推广到像多级调制、0FDM(正交频分多路复用)系统和收缩码那样的其它应用。此外，理论分析和模拟结果两者都表明，解码阈值未明显依赖于信道细节，而是依赖于有效信道的输入端与输出端之间的交互信息。
发明内容
本文所述的原理提出了用一组代理二进制删除信道(Binary Erasure Channel, BEC)模拟非均勻并行信道，该近似基于位级容量的等效性。为了使随机位交织的复杂性有所降低，本文所述的原理提出了构建位多路分用器并将它插在信道编码器与调制器之间。 所述多路分用器均勻地划分编码位，然后将它们映射到星座映射器的不同级。将一组代理二进制删除信道(BEC)用于模拟星座映射的非均勻并行信道，其中该近似基于位级容量的等效性。提出构建位多路分用器以及在信道编码器与调制器之间实现它也是本发明的目的。所述多路分用器均勻地划分编码位，然后将它们映射到星座映射器的不同级。图面说明
图1示出了 LDPC编码多级调制以及位多路分用的系统模型；图2示出了用于长度N LDPC码和Q个调制级的多路分用器的内部结构；图3示出了结构化IRA码的奇偶校验(a)原奇偶校验H和(b)具有按块循环模式的重新组织奇偶校验B;图4示出了在MET设置下S-IRA编码调制的分层边度分布；图5示出了具有相等容量的两种二进制输入信道(a)具有I(Z;C)容量的 AWGN (加性高斯白噪声)信道；(b)具有删除概率I-I (Z ；C)的BEC ；图6示出了使用不同位交织器的7/9比率LDPC编码4096-QAM的误差性能的比较；图7示出了使用不同位交织器的7/9比率LDPC编码10M-QAM的误差性能的比较；图8示出了为多级调制多路分用LDPC编码位流的方法；以及图9示出了为多级调制多路分用LDPC编码位流的装置。
具体实施例方式多级调制用在像DVB-C2、DVB_S2和DVB-T2那样的传输标准中。通常，随机位交织器用在这样的应用中，但在存储器和电路方面代价高昂。然而，应该尽可能最佳地将LDPC 编码位映射到调制器。为了减少在多级调制环境下随机交织器通常需要的存储器和电路的数量，这个描述涉及到用于LDPC编码器与星座映射器之间的LDPC编码位流的多路分用器的设计。具体地说，这个描述研究非均勻并行信道上的给定S-IRA代码的多路分用器的设计，将重点放在多级调制上。这样的多路分用器系统地将编码位分组成馈入星座映射器的并行群。由于代码和多路分用器两者的结构约束，我们可以应用先有方法提出的多边型 (MET)设置，以包容接收分布(信道质量)和边类型两方面的差异。本文所述的原理描述了通过一组代理二进制删除信道(BEC)模拟星座映射的非均勻并行信道，其中该近似基于位级容量的等效性。提出构建位多路分用器以及在信道编码器与调制器之间实现它也是本发明的目的。该多路分用器均勻地划分编码位，然后将它们映射到星座映射器的不同级。
本描述按如下编排。第2部分介绍位多路复用多级调制的系统模型。当对于密度演化将BEC用作代理信道时，第3部分研究在MET代码集合的框架下位多路分用器的设计。 第5部分给出数值结果。最后，第6部分对本描述加以总结。所提的位多路复用多级调制的系统模型显示在图1中。我们假设在解调器与解码器之间没有迭代。在不失一般性的情况下，我们假设多级调制采用2Q阶QAM的形式。假定 LDPC码具有块长N(N可被Q除尽)，编码位依次用索引0，1，…，N-I表示。如图2所示，位
多路分用器D可以通过偏移χ和Q-大小集合G = ^ je来定义，其中义+ 1，2，…吾_j，
和G中的元素是{0，1，…Q-1}的置换。给定D= {x，G}，将位索引均勻划分成Q个子群
￠^11,其中、=…，乂+^叫 -丄—和 二“卩。为了获得第IQAM符号S1,
将每个子群中的第1位集中成阵列{x+glNQ+l，x+g2NQ+l··· x+gQNQ+l}并且并行地馈入星座映射器的Q个级中，其中将用％索引表示的位子群映射到星座级％。在AWGN信道的输出端上，第1接收符号通过下式给出
Yi=S^mn(1)其中叼.表示具有双面谱密度队/2的循环对称、复高斯噪声的样本，S1的平均符号能量是Es。为了将浓度定理的应用推广到多级调制所致的并行子信道，在像J.Hou， P.H. Siegel，L.B.Milstein 和 D.Pfister 提出的方法(“Capacity approaching bandwidth-efficient coded modulaiton schemes based on low-density parity-check codes, “ IEEE Trans. Inf. Theory, pp. 1016-1020,2003)那样的先有方法中已经使用了增广(augmented)信道模型，其中将I. I. D位发生器强加在通用BICM系统模型上以加强信道对称性。因此，用于通过预测整个码本的性能跟踪全零码字的密度演化。其结果是，当到多路分用器的随机输入在！0，1}上具有均勻分布时，多路分用器输入端(C)与多路复用器输出端(Z)之间的增广信道满足如下的对称条件P(Z = z|C = 0) = P(Z =-z|C = 1)。(2)从S-IRA码的结构中可以看出，它的奇偶校验矩阵H(大小L θ XJ θ)在将尾位 (tailing biting)应用于结束奇偶位之后总是可以重新组织成阵列B = [by]。例如，图 3示出了对于长度16200和比率3/4的DVB-S2代码重新组织前后的奇偶校验矩阵的模式。让我们假设I0是θ大小单位矩阵，则这个LXJ阵列的每个项目是θ X θ矩阵， 可以以I0与其循环置换的线性叠加的形式将它表达成b^^Jjx^l, j)(Ue)\(3)
τ=0其中α τ (1，j) e {0，1}，Π 0是通过将10的所有项目向左循环移动一次获得的， 10的τ-大小(1< τ < θ)循环移位可以通过(Π 0Γ，I0的τ -重自乘和(Π 0)° = 10 表示。其结果是，可以分别通过两个向量Wv= [WV(1)...WV(J)]和Wc= [Wc(I)-Wc(L)] ffi 述B的列权重和行权重的分布，其中
权利要求
1.一种多路分用低密度奇偶校验(LDPC)编码位流的方法，包含 接收LDPC编码位流；以及使用优化多路分用器多路分用接收的LDPC编码位流，所述优化多路分用器被配置成 用Q个并行二进制删除信道替代星座映射器的Q个级；优化多种多路分用器配置的在所述二进制删除信道上的密度演化，以得出相应多种优化多路分用器配置；以及从所述多种优化多路分用器配置当中识别检验节点解码器冲突次数最少的那些配置。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包含将所述多路分用器的输出作为输入提供给星座映射器。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述方法用于DVB-T2环境。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述方法用于电缆传输。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述方法用在地面广播环境中。
6.一种通过接收低密度奇偶校验编码位流为多级调制多路分用低密度奇偶校验编码位流、和使用优化多路分用器进行多路分用的装置，所述优化电路包含用Q个并行二进制删除信道替代星座映射器的Q个级的电路； 优化多种多路分用器配置的在所述二进制删除信道上的密度演化，以得出相应多种优化多路分用器配置的处理器；以及从所述多种优化多路分用器配置当中识别检验节点解码器冲突次数最少的多路分用器配置的电路。
7.如权利要求6所述的装置，其中将所述多路分用器的输出提供给星座映射器。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述装置用在DVB-T2环境中。
9.如权利要求7所述的装置，其中所述装置用于电缆传输。
10.如权利要求7所述的装置，其中所述装置用在地面广播环境中。
全文摘要
一种方法包括接收LDPC编码位流；以及使用优化多路分用器多路分用接收的LDPC编码位流，所述优化多路分用器被设计成用Q个并行二进制删除信道替代星座映射器的Q个级；优化多种多路分用器配置的在所述二进制删除信道上的删除概率的密度演化；以及从所述多种优化多路分用器配置当中识别检验节点解码器冲突次数最少的那些配置。
文档编号H04L1/00GK102349257SQ201080011694
公开日2012年2月8日 申请日期2010年1月14日 优先权日2009年1月14日
发明者雷静, 高文 申请人:汤姆森特许公司