專利名稱：用于ldpc編碼的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及數(shù)字通信，并且，更特別地，涉及用于對數(shù)字通 信進行編碼的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
通信網(wǎng)絡(luò)以各種形式出現(xiàn)。著名的網(wǎng)絡(luò)包括有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng) 絡(luò)。有線網(wǎng)絡(luò)包括局域網(wǎng)(LAN)、數(shù)字用戶線路(DSL)網(wǎng)絡(luò)和電 纜網(wǎng)等。無線網(wǎng)絡(luò)包括蜂窩式電話網(wǎng)絡(luò)、傳統(tǒng)的地上移動無線通信網(wǎng) 絡(luò)和衛(wèi)星傳送網(wǎng)絡(luò)等。這些無線網(wǎng)絡(luò)一般表現(xiàn)為廣域網(wǎng)。最近，已提 出無線局域網(wǎng)和無線家庭網(wǎng)絡(luò)，并且，已經(jīng)引入諸如藍牙和IEEE 802.11的標準以指導(dǎo)用于這種局域網(wǎng)的無線設(shè)備的開發(fā)。
無線局域網(wǎng)(LAN) —般使用紅外(IR)或射頻(RF)通信信 道以在便攜式或移動計算機終端和固定訪問點或基站之間通信。這些 訪問點又通過有線或無線通信信道與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)連接，該網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)將多組訪問點連在 一 起以形成任選地包括 一 個或更多個主機系 統(tǒng)的LAN。
諸如藍牙和IEEE 802.11的無線協(xié)議支持這種具有各種類型的
通信能力的便攜式漫游終端與主機的邏輯互連。邏輯互連基于終端中 的至少一些在位于預(yù)定的范圍內(nèi)時能夠與訪問點中的至少兩個通信
的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，各終端一般與訪問點中的單個訪問點相關(guān)并與其通信。 基于網(wǎng)絡(luò)的總體空間布置、響應(yīng)時間和負載要求，已設(shè)計不同的網(wǎng)絡(luò) 方案和通信協(xié)議以最有效地調(diào)節(jié)通信。
IEEE標準802.1K "802.11")是在"Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications,'中被提出 的，并且是可從IEEE Standards Department, Piscataway， N. J.得到的。802.11允許在1Mbps、 2Mbps和更高的數(shù)據(jù)速率下的IR或RF 通信、與載波偵聽多點接入/沖突避免(CSMA/CA)類似的媒體訪問 技術(shù)、用于電池操作移動站的節(jié)電模式、全蜂窩式網(wǎng)絡(luò)中的無縫漫游、 高吞吐量操作、被設(shè)計為消除"盲點"的不同的天線系統(tǒng)和與現(xiàn)有的網(wǎng) 絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的便利接口。
802.11a標準限定5GHz頻帶中的6、 12、 18、 24、 36和54Mbps 的數(shù)據(jù)速率。對于更高的數(shù)據(jù)速率的需求會導(dǎo)致對于這種裝置的需 求，即，這種裝置可以在更高的速率下相互通信，然而，不管更高數(shù) 據(jù)速率裝置是否可與802.11a裝置通信，都在相互之間沒有明顯的干 擾或阻斷的情況下在相同的WLAN環(huán)境或區(qū)域中共存?？赡苓€期望 高數(shù)據(jù)速率裝置能夠諸如在標準802.11a速率中的任一種下與802.11a 裝置通信。
無線信道會使傳送的信號經(jīng)受嚴重的且隨時間變化的隨機性質(zhì) 的衰減。出于這種原因，在原始信息位流上引入預(yù)計算的冗余的信道 編碼、或錯誤糾正編碼(ECC)是用于無線調(diào)制解調(diào)器的基帶處理器 的主要的部分。稱為低密度奇偶檢驗編碼(LDPCC)的一類信道代 碼以接近理論極限的方式實現(xiàn)該錯誤糾正編碼。LDPC代碼包括參數(shù) (n,k),這里，ii是塊長(#位)，k是每個塊編碼的信息位的數(shù)量。 常規(guī)的塊編碼器對于k個信息位的各塊添加固定數(shù)量的奇偶位m-n-k,以用編碼率R-k/n形成n位編碼塊。
對于給定的速率，LDPC代碼的錯誤糾正能力通過塊長n改善。 一般通過迭代算法對LDPC代碼進行解碼，其改善各通道(pass)的 位判決的可靠性。通過各次迭代，解碼器的性能改善，隨著越來越多 的迭代被執(zhí)行，這種改善減少。在多次迭代之后，解碼器的性能對于 所有的實際目的停止改善，并且，該解碼器被稱為已經(jīng)"會聚"。會聚 所需要的迭代的次數(shù)是代碼自身以及使用它的特定信道的特性。 LDPC代碼的解碼器性能因此是可被執(zhí)行的迭代的次數(shù)的函數(shù)。對于 給定的編碼器速率R，解碼迭代的上限通過由公式(l-R) xn確定的 奇偶位的數(shù)量指導(dǎo)。因此，雖然期望使用具有盡可能大的塊長的LDPC
7代碼，但是，較長的塊長意味著在單位時間內(nèi)具有較少的迭代，這意 味著解碼器不會獲得代碼的優(yōu)越的錯誤糾正能力。另一方面，即使解
碼器可實現(xiàn)許多快速的迭代，但具有較小的塊長的代碼也會固有地缺 少所需要的錯誤糾正能力。
例如服從802.11的基于分組的WLAN無線電系統(tǒng)中的一種挑戰(zhàn) 是，挑選LDPC代碼塊尺寸和迭代的次數(shù)，以在平衡解碼器的實際復(fù) 雜性的同時最佳符合分組尺寸(可用的代碼位的總數(shù))。隨著傳送數(shù) 據(jù)速率增加，解碼器必須平均起來更快地運行，以跟上數(shù)據(jù)流。對于 關(guān)注的典型的LDPC代碼，解碼器可使用較大的并行度，以在各接收 到的軟代碼字上執(zhí)行期望數(shù)量的解碼迭代。因此，解碼速度的上限大 致由最大平均編碼傳送速率、每個塊的奇偶位的數(shù)量(l-R) xn和每 個塊執(zhí)行的解碼迭代的次數(shù)的積指導(dǎo)。為了在分組中保持位錯誤率性 能(或代碼塊錯誤率性能)大致恒定，分組結(jié)構(gòu)中的代碼字可以具有 近似相等的尺寸和相等的速率。通過使用相同數(shù)量的解碼迭代對它們 進行解碼。否則，分組中的最弱的代碼塊會主導(dǎo)總體分組錯誤率。
對于WLAN無線電中的解碼器的另一挑戰(zhàn)是，能夠在接收分組 結(jié)束時迅速完成解碼，使得返回確認(例如，ARQ機制)可被立即 發(fā)送回發(fā)射器。 一些WLAN無線電系統(tǒng)依賴于該"ARQ"機制以傳達 分組錯誤并在錯誤的情況下促成分組的重新傳送。其允許的最短時間 根據(jù)各傳送標準而改變，但是，對于下一代802.11無線電，可短至約 6ps。接收結(jié)束和確認傳送之間的時間是"死寂"播放時間，并因此有 助于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開銷。因此，在實際限制內(nèi)，用于確認的最短幀間傳送 時間(SIF)可在該標準中被優(yōu)化為盡可能地短。
增加數(shù)據(jù)速率并允許更有效地使用在這些頻帶中操作的裝置的 帶寬使得能夠更有效地通信。較高的數(shù)據(jù)速率會使得服務(wù)提供商能夠 更有效地使用他們的分配的頻譜。消費者也會實現(xiàn)成本節(jié)約。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的實施例提供用于低密度奇偶檢驗(LDPC)編碼的系統(tǒng)和方法。筒言之，在結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)的一個實施例等可被如下實現(xiàn)一 種處理器，該處理器為配置為計算在分組的數(shù)據(jù)位可適合的多個正 交頻分復(fù)用(OFDM)代碼字中可用位的數(shù)量；計算整數(shù)個要傳送的 低密度奇偶檢驗編碼(LDPCC )代碼字和要使用的LDPCC代碼字的 長度；計算在編碼成LDPCC代碼字之前要補入數(shù)據(jù)位的縮短位的數(shù) 量；通過使用每個LDPCC代碼字的縮短位的數(shù)量對數(shù)據(jù)位進行編碼； 計算在編碼成LDPCC代碼字之后要從所述代碼字收縮的數(shù)據(jù)位的數(shù) 量；通過使用每個LDPCC代碼字收縮位的數(shù)量對數(shù)據(jù)位進行重新編 碼；和實現(xiàn)編碼的LDPCC代碼字的傳送。
本公開的實施例還可被視為提供用于LDPC編碼的方法。在這 一方面，這種方法的一個實施例等可被以下步驟概括計算在分組的 數(shù)據(jù)位可適合的多個正交頻分復(fù)用(OFDM)代碼字中可用位的數(shù)量； 計算整數(shù)個要傳送的低密度奇偶檢驗編碼(LDPCC)代碼字和要使 用的LDPCC代碼字的長度；計算在編碼成LDPCC代碼之前要補入 數(shù)據(jù)位的縮短位的數(shù)量；通過使用每個LDPCC代碼字的縮短位的數(shù) 量對數(shù)據(jù)位進行編碼；計算在編碼成LDPCC代碼字之后要從LDPCC 代碼字收縮的數(shù)據(jù)位的數(shù)量；通過使用每個LDPCC代碼字收縮或重 復(fù)位的數(shù)量對數(shù)據(jù)位進行重新編碼；和傳送編碼的LDPCC代碼字。
參照以下的附圖和詳細說明，，本公開的其它系統(tǒng)、方法、特征和 優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將會或變得十分明顯。所有這些附加的 系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點應(yīng)包括于本說明中、在本公開的范圍內(nèi)并且 被所附的權(quán)利要求保護。


參照附圖，可以更好地理解本公開的許多方面。附圖中的構(gòu)成未 必按照比例，相反，它強調(diào)的是清楚地解釋本公開的原理。并且，在 附圖中，在幾個圖中類似的附圖標記表示相應(yīng)的部分。
圖l是用于數(shù)據(jù)傳送的示例性開放系統(tǒng)互連(OSI)分層模型的框圖。
9圖2是包括使用圖1的OSI模型的兩個站點的通信系統(tǒng)的示例 性實施例的示圖。
圖3是圖1的OSI分層模型的示例性PHY層的框圖。
圖4是圖3的PHY層的示例性PPDU層的框圖。
圖5是示例性低密度奇偶檢驗代碼塊的框圖。
圖6是用于對圖5的LDPC代碼塊進行編碼的編碼率、信息塊 長、代碼字塊長的示例性實施例的表格。
圖7是示出循環(huán)置換矩陣的示例性實施例的示意圖。
圖8是示例性PPDU編碼參數(shù)的表格。
圖9是對于塊長n = 648位下的1/2編碼率的示例性奇偶檢驗矩 陣的示意圖。
圖IO是對于塊長n = 648位下的2/3編碼率的示例性奇偶檢驗矩 陣的示意圖。
圖11是對于塊長n = 648位下的3/4編碼率的示例性奇偶檢驗矩 陣的示意圖。
圖12是數(shù)字傳送系統(tǒng)中的LDPC編碼方法的示例性實施例的流程圖。
具體實施方式
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這里公開的是低密度奇偶檢驗(LDPC)編碼系統(tǒng)和方法的各實 施例。 一種系統(tǒng)實施例包括接收數(shù)據(jù)信號、通過使用LDPC編碼對其 進行編碼并通過縮短尾端符號減少解碼等待時間的處理器?？梢栽谥T 如PHY層處理器但不限于PHY層處理器的任何類型的處理器中完成 編碼，該處理器包括但不限于數(shù)字信號處理器(DSP)、微處理器 (MCU)、通用處理器、專用集成電路(ASIC)等。稱為IEEE 802.11n ("802.11n提議，，)的新標準正在被提出，該標準是5GHz下的802.11a 標準的高數(shù)據(jù)速率擴展。注意，當前，802.11n提議僅是提議，還不 是完全定義的標準。其它可適用的標準包括藍牙、xDSL、 802.11的 其它部分等。802.11針對無線局域網(wǎng)(WLAN)，并且特別規(guī)定MAC和PHY 層。這些層意圖在于緊密地與基于OSI的ISO基本參考模型的系統(tǒng) 的兩個最低層即數(shù)字鏈路層和物理層相對應(yīng)。圖l表示由國際標準化 組織(ISO)開發(fā)的開放系統(tǒng)互連(OSI)分層模型IOO的圖形表示， 用于說明通信網(wǎng)絡(luò)中的各層之間的信息交換。OSI分層模型100對于 將各層的技術(shù)功能分開是特別有用的，并由此在不對相鄰各層的功能 造成有害影響的條件下促進給定層的修改或更新。
在最下面的層上，OSI模型100具有負責將數(shù)據(jù)編碼和解碼成通 過特定的介質(zhì)傳送的信號的物理層或PHY層102。在PHY層102之 上，限定用于在與PHY層102和網(wǎng)絡(luò)層106執(zhí)行適當?shù)慕涌谶B接的 同時在網(wǎng)絡(luò)上提供可靠的數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)鏈路層104。網(wǎng)絡(luò)層106負 責在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點之間發(fā)送數(shù)據(jù)，并用于起動、維持和終止與節(jié)點連 接的用戶之間的通信鏈路。傳輸層108負責在特定的服務(wù)質(zhì)量水平內(nèi) 執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸。話路層110 —般涉及控制什么時候用戶能夠傳送和接 收數(shù)據(jù)。表示層112負責翻譯、轉(zhuǎn)換、壓縮和解壓縮要通過介質(zhì)傳送 的數(shù)據(jù)。最后，應(yīng)用層114向用戶提供用于訪問網(wǎng)絡(luò)并與網(wǎng)絡(luò)連接的 適當?shù)慕涌凇?br> 該OSI才莫型100可用于例如圖2所示的兩個站點120、 130之間
的傳送。示出提供LDPC編碼并在一個實施例中^:配置為無線自組織 網(wǎng)絡(luò)(IBSS)的通信系統(tǒng)125的實施例。IBSS是諸如相互通信的站 點120、 130的一組802.11站點。在一些實施例中，站點120、 130分 別包括編碼器140、 160和解碼器150、 170,以執(zhí)4亍LDPC編碼和解 碼?？蛇x擇地，站點120、 130可4又包括編碼器140、 160或解碼器150、 170。通信系統(tǒng)125的站點120、 130可包括用于在站點120、 130之 間傳送和接收數(shù)據(jù)流的收發(fā)器，并且可包括用于接收和/或傳送的多個 天線。站點120、 130可包括兩個客戶站點或一個客戶站點和一個AP。 站點120、 130不必具有相同數(shù)量的天線。站點120、 130可作為非限 制性例子通過使用時分多路存取(TDMA)協(xié)議或載波偵聽多點接入 /沖突避免(CSMA/CA)協(xié)議或相同和/或其它協(xié)議的組合進行傳送。
ii雖然在本例子中僅設(shè)置兩個站點，但是，LDPC編碼的公開原理也適 用于具有更多的裝置的更大的網(wǎng)絡(luò)。用于LDPC編碼的方法和系統(tǒng)的 某些實施例還可表現(xiàn)為基本服務(wù)集(BSS) 。 BSS是具有中央訪問點 (AP)的一組802.11站點。AP可以是用于BSS中的多個站點的中
央l方問點o
在一些實施例中，各站點120、 130包括被配置為除了執(zhí)行LDPC 編碼以外還實現(xiàn)通信操作的PHY信號處理器。通信操作可以在編碼 器/解碼器中共址或與編碼器/解碼器通信。即，各PHY信號處理器單 獨地或通過與其它邏輯或部件組合實現(xiàn)各實施例的功能?？梢栽跓o線 電或其它通信裝置中體現(xiàn)LDPC編碼系統(tǒng)和方法的功能。這種通信裝 置可包括許多無線通信裝置，包括計算機(桌上型、便攜式、膝上型 等)、消費電子裝置(例如，多媒體播放器)、兼容的電信裝置、個 人數(shù)字助理(PDA)或任何其它類型的網(wǎng)絡(luò)裝置，諸如打印機、傳真 機、掃描儀、網(wǎng)絡(luò)集線器、開關(guān)、路由器、機頂盒、具有通信能力的 電視機等。
可以在硬件、軟件、固件或它們的組合中實現(xiàn)本公開的實施例。 在示例性實施例中，可以在被存儲在存儲器中并且通過適當?shù)闹噶顖?zhí) 行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件中實現(xiàn)用于在數(shù)字傳送系統(tǒng)中進行LDPC 編碼的方法。如果如在可選擇的實施例中那樣在硬件中被實現(xiàn)，那么 可以用在現(xiàn)有技術(shù)中公知的以下技術(shù)的任一種或組合實現(xiàn)用于在數(shù) 字傳送系統(tǒng)中進行LDPC編碼的方法具有用于基于數(shù)據(jù)信號實現(xiàn)邏 輯功能的邏輯門的離散邏輯電路、具有適當?shù)慕M合邏輯門的專用集成 電路(ASIC)、可編程門陣列(PGA)、場可編程門陣列(FPGA) 等。
可以在任何計算機可讀介質(zhì)中體現(xiàn)可包括用于實現(xiàn)邏輯功能的 可執(zhí)行指令的有序列表的LDPC編碼程序，該計算機可讀介質(zhì)供諸如 基于計算機的系統(tǒng)、包含處理器的系統(tǒng)的指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置 或可從指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置取得指令并執(zhí)行這些指令的其它系 統(tǒng)使用或與其相關(guān)。另外，本公開的范圍包括在硬件或軟件配置的介質(zhì)中體現(xiàn)的邏輯中體現(xiàn)本公開的示例性實施例的功能。
如圖3提供的那樣，示出示例性PHY層102的框圖。PHY層 102包括物理層會聚程序(PLCP) 200和物理介質(zhì)相關(guān)(PMD) 202 子層。PHY層處理器可被配置為執(zhí)行這里說明的示例性實施例的功 能。
如圖4提供的那樣，示出示例性PPDU層204的框圖。PPDU層 204除了包括由MAC層利用的幀字段以外還包括以下字段同步300、 幀起始定界符302、信號304、服務(wù)306、長度308、幀檢驗序列310 和物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元312 ( PSDU )。同步字段300可包括警告接收 器存在可接收信號的交替的Os和ls。接收器可在檢測到同步字段300 之后開始與輸入信號同步。幀起始定界符字段302可以為 1111001110100000，并且可限定幀的開始J言號字段304可識別802.11 幀的數(shù)據(jù)速率，使得其二進制值等于除以100Kbps的數(shù)據(jù)速率。例如， 字段304可包含用于1Mbps的00001010的值和用于2Mbps的 00010100的值等。但是，可以在為1Mbps的最低速率下發(fā)送PLCP 200。這可保證接收器最初使用可隨不同的數(shù)據(jù)速率改變的正確的解 調(diào)機制。
月良務(wù)字l殳306可#皮設(shè)為00000000，并且，802.11標準4呆留它以 備將來之用。長度字段308可代表傳送PPDU 204的內(nèi)容所花費的微 秒數(shù)，并且，接收器可使用該信息以確定幀的結(jié)束。為了檢測物理層 報頭中的可能的錯誤，該標準限定用于包含16位循環(huán)冗余校驗(CRC ) 結(jié)果的幀檢驗序列字段310。 MAC層也可在PPDU204內(nèi)容上執(zhí)行錯 誤檢測功能。PSDU字段312可代表PPDU的內(nèi)容(即，正被發(fā)送的 實際的802.11幀)。
當數(shù)據(jù)幀正被傳送時，PPDU204以及具體地PSDU字段312可 包含基本分組數(shù)據(jù)單元。"有效載荷"是分組將攜帶的、單位為字節(jié)的 數(shù)據(jù)尺寸。根據(jù)對于傳送選擇的調(diào)制和編碼速率，可改變需要將被裝 入(pack into)正交頻分復(fù)用(OFDM)幀尺寸中的編碼數(shù)據(jù)的量。
在傳送之前，在數(shù)據(jù)鏈路104中實現(xiàn)的媒體訪問控制器(MAC)發(fā)信號給PHY 102以限定有效載荷字節(jié)量和用于傳送的期望的調(diào)制、 編碼和速率參數(shù)。然后，通過PHY處理器執(zhí)行PPDU編碼算法，以 確定用于指定的PPDU傳送的實際分組構(gòu)造參數(shù)。用可對于各個分組 不同的代碼字和OFDM符號結(jié)構(gòu)獨立地對各分組進行構(gòu)建、傳送、 接收和解碼。
這里公開的實施例可防止由于符號擦除，即，不利的信道條件上 的一個或更多個調(diào)制符號的損失而導(dǎo)致的錯誤。代碼字位被映射到頻 域調(diào)制符號，并且可通過使用寬帶信道上的一組正交子載波(OFDM) 被發(fā)送。在示例性實施例中，各載波可被模型化為單獨的信道，并且 不同的載波可具有不同的信道特性。因此，不同的子載波上的調(diào)制符 號會經(jīng)受不同的信道條件。由于寬帶信道上的頻率選擇性質(zhì)，因此， 一些載波會較弱(不利)而其它的載波會較強(有利)。
由于信道的時間變化性質(zhì)，不可能預(yù)先識別較弱的載波。但是， 這里公開的LDPC代碼已經(jīng)被設(shè)計為補償這種弱載波的隨機存在和 識別，這會導(dǎo)致調(diào)制符號的完全擦除。只要被擦除(較弱)的子載波 與數(shù)據(jù)子栽波的總數(shù)的比小于(l-R)，這里R是編碼率，那么， 即使當一組OFDM數(shù)據(jù)子載波的一部分被信道完全擦除時，這里公 開的LDPC編碼方法和系統(tǒng)也產(chǎn)生可靠的傳送。
信道的例子包括退化信道、平衰落(flat-fading)信道和加性高 斯白噪聲信道。退化信道擦除比代碼可恢復(fù)的多的符號。例如，如果 多于四分之一 的信道被擦除，那么對于解碼器來說速率-3/4代碼作為 速率-RH代碼出現(xiàn)。在這種情況下，解碼器不能例如僅基于關(guān)于少于 486位的信息而可靠地恢復(fù)486位。平衰落信道是數(shù)據(jù)子載波的相對 增益在頻域中為常數(shù)但未必在時域中為常數(shù)的信道。換句話說，所有 子栽波的強度是類似的。有時它們均較弱，有時它們均較強。加性高 斯白噪聲信道是數(shù)據(jù)子栽波的相對增益在時間和頻率上始終為常數(shù) 的信道，并且，加性接收器噪聲可在數(shù)據(jù)子載波上被模型化為高斯隨 機過程的獨立和同樣分布的采樣。
可以在用于傳送的PHY層102中對數(shù)據(jù)信號進行編碼。低密度奇偶檢驗編碼(LDPCC)是用于對數(shù)據(jù)信號進行編碼的具有長的塊 長的塊碼。LDPCC借助于長的塊長和代碼結(jié)構(gòu)得到性能優(yōu)點，這允 許軟迭代解碼以幫助解碼判決會聚。隨著塊長和執(zhí)行的解碼迭代的數(shù) 量的增加，可改善錯誤率性能。
由于LDPCC塊尺寸一般比OFDM符號位承載能力大，因此可 以在給定的短幀間(SIF)等待時間內(nèi)在傳送結(jié)束時將編碼數(shù)據(jù)的多 個符號解碼。這導(dǎo)致在結(jié)束接收傳送中的最后的OFDM符號之后解 碼器加速其解碼速度。如果在結(jié)束傳送解碼期間解碼器以更高的峰值 速度操作，那么它可具有更高的并行性(更高的復(fù)雜性)。PPDU編 碼算法(有時也被稱為代碼字級聯(lián)(concatenation)算法)可使峰值 最小化以使解碼器的速度要求平均化。這導(dǎo)致解碼器硬件的實際上有 效使用和最小的復(fù)雜性。
公開的LDPC編碼(或級聯(lián))算法包括代碼塊尺寸適合和代碼 字縮短的過程，以確?？上鄬τ谡麄€分組傳送時段的平均速度使傳送 解碼速度增加的結(jié)束最小化。為了用LDPC代碼實現(xiàn)更高的性能，可 迭代解碼過程。LDPC代碼是基于解碼器使用的過程的表現(xiàn)。解碼器 可對于多次迭代執(zhí)行該過程。 一般地，為了實現(xiàn)這些代碼提供的性能， 可以執(zhí)行幾次解碼迭代(例如，十次或十二次)。解碼器被設(shè)計為使 得可以支持大量的迭代。迭代的次數(shù)是可被加入算法中并被調(diào)整以控 制解碼器在給定量的時間內(nèi)執(zhí)行的工作量的變量。
由于用縮短的分組解碼等待時間處理最多次數(shù)的解碼迭代所需 要的并行性的量和大的代碼塊尺寸，因此LDPCC解碼器具有高的邏 輯復(fù)雜性。常規(guī)的實現(xiàn)可包括單一代碼塊尺寸。用根據(jù)需要添加的補 零位或零填充位對PSDU進行編碼，使得可以傳送整數(shù)個代碼塊和整 數(shù)個OFDM符號。通過LDPC代碼(至少2k位)所需要的相對大的 塊尺寸，特別是對于較短的分組(例如，小于2千字節(jié))，因為補零 導(dǎo)致的有效速率損失可相當大。例如，根據(jù)傳送模式1千字節(jié)塊可使 有效速率經(jīng)受20。/。或更多的損失，從而對于吞吐量性能造成負面影 響。如果可減少所需要的最大次數(shù)的解碼迭代，那么可減少解碼等待時間并由此降低復(fù)雜性。
塊代碼可被構(gòu)造成使得與固定數(shù)量的奇偶位組合的固定數(shù)量的 信息位是系統(tǒng)的，以形成代碼塊。代碼的速率只是除以總塊尺寸的信 息位的數(shù)量。如果在該塊中的每個信息位中存在更多的奇偶位，那么 該代碼是更強的。代碼的速率由相對于奇偶位的數(shù)量存在多少信息位 來確定。對于給定的代碼速率，代碼一般是固定塊尺寸。
圖5提供包括數(shù)據(jù)塊402和奇偶校驗塊404的、在3個64 QAM OFDM符號中傳送的全LDPC代碼塊400的框圖。在該非限制性例 子中，整個塊400長為1944位，其中，數(shù)據(jù)塊402包括1458個數(shù)據(jù) 位，奇偶校驗塊404包括486位。本公開說明例如作為巻積代碼的替 代的可以作為高性能錯誤檢驗和糾正(ECC)技術(shù)在高吞吐量(HT) 系統(tǒng)中使用的LDPCC。在圖6的表500中說明示例性編碼率、信息 塊長度和代碼字塊長。
對于三個可用的代碼字塊長度中的每一個，公開的LDPCC支持 速率-1/2、速率-2/3、速率-3/4和速率-5/6編碼。LDPCC編碼器是系 統(tǒng)的。即，通過添加獲得的w-A:奇偶位，使得H.Cr= 0(這里H是()
xn奇偶檢驗矩陣)，它將尺寸為A的信息塊I (/q、 ..... Vd)編
石馬成尺寸為n的4戈石馬字c， c= (Z0、 A、…、/(k-i)、 /;0、 /7?！?、/ ("-w))。
奇偶檢驗矩陣中的每一個可被分成尺寸ZxZ的正方形子塊(子 矩陣)。這些子矩陣是單位矩陣的循環(huán)置換，或者它們是零矩陣。通 過循環(huán)地將各列向右偏移/個元素，從ZxZ單位矩陣獲得循環(huán)置換矩 陣尸,.。矩陣A是ZxZ單位矩陣。圖7示出循環(huán)置換矩陣P,的例子(對 于8x8的子塊尺寸)，這里，在本例子中，/=0、 1、 5。
圖8表示示例性PPDU編碼參數(shù)的表格。該表格對于給定的可 用位的數(shù)量7Vavbits提供整數(shù)LDPCC代碼字的數(shù)量7VCW和LDPC代碼
字長度i^DCP。在示例性實施例中，如果iVavbits小于或等于648,那么
7VCW是1且丄ujcp為1296或648。如果7Vavbits在648和1296之間，那 么TVcw為1且丄LDCP為1944或1296。如果A^bits在1296和1944之 間，那么7VCW為1且ZLDCP為1944。如果iVavbits在1944和2592之間，
16那么iVcw為2且1LDCP為1944或1296。如果7Vavbits大于2592，那么 ^cw為ceil(7Vpld/(1944xR))，這里，ceil(A^/(1944xR))是大于或等于 7Vpw/(1944xR)的最小的整數(shù)值，并且ZLDCP為1944，這里，iVpld是PSDU 和SERVICE字段中的位的數(shù)量。
圖9顯示塊長n = 648位下的編碼率3/4的奇偶檢驗矩陣的示例 性實施例。該表的空白輸入表示零(零值)子矩陣。矩陣中的列可以 在不改變代碼的情況下以任意的次序出現(xiàn)。在保持各單獨的列的完整 性的同時對列進行正移(shuffle)不影響編碼操作的輸出。圖10以 與圖9所示的方式類似的方式顯示塊長n - 1296位下的編碼率3/4的 奇偶檢驗矩陣的矩陣原型。圖ll以與圖9和圖IO所示的方式類似的 方式顯示塊長n = 1944位下的編碼率3/4的奇偶檢驗矩陣的矩陣原型。
如圖12所提供的那樣，在塊2010~2070中依次執(zhí)行LDPC編碼 的方法2000。在塊2010中，確定圖4的分組400的數(shù)據(jù)字段402可 適合的OFDM符號的最小數(shù)量中的可用位的數(shù)量，這里，
乂vb"s = WCBPS x (1十"匿)x ceil
Z 、
pld
、WcBPS X R X (" "STBC L
f/sTBc在使用空時分組碼(STBC)時是1,否則為0， ；Vcbps是 每個OFDM符號的編碼位的數(shù)量，/^i^/,是高吞吐量信號字段中的長 度字段的值。在塊2020中，通過使用圖6中的表格500確定要傳送 的整數(shù)個LDPCC代碼字7Vcw和要使用的代碼字的長度1ldcp。在塊 2030中，確定在編碼之前對于要補入TVp,d數(shù)據(jù)位的縮短位的數(shù)量，這 里，
縮短位可均布于所有的7VCW代碼字上，使得第一 rem( 7Vshrt, 7VCW) 代碼字比剩余的代碼字多縮短l位，這里，rem ( iVshrt， 2VCW )表示7Vshrt 除以JVcw時的余數(shù)。在與它們在奇偶校驗矩陣中的位置相對應(yīng)的代碼 字的系統(tǒng)部分中的數(shù)據(jù)位的右邊，所有縮短位可被設(shè)為0。在塊2035 中，可對于在塊2060中編碼分布這些縮短位。在塊2040中，確定在編碼之后要從代碼字收縮的位的數(shù)量，這
里，
如 果 ((7Vpunc>0.1x7Vcwx￡LDCPx(l-R))) AND
(^VsHRT〈1.2xTVp蒙xR/(l誦R))為真或者如果(iVpuncX).3x7VcwX丄LDCpX(l-R))為真，那么A^avbits加1并且通過下式重新計算7Vp訓(xùn)c:
Wavbits = + Wcbps x (1 + C/STBC )
A^p獄-maX(0，(iVcwXlLDCP)-7Vavb"s-7Vshrt)，這里，iVCBPS是每個
OFDM符號的編碼位的數(shù)量。
在塊2045中，收縮位(punctured bit)可均布于所有的iVcw代碼字上，使得第一 rem ( Wpunc，A^cw)代碼字比剩余的代碼字多收縮1位。這些收縮位可以為與它們在奇偶校驗矩陣中的位置相對應(yīng)的代碼字的最右邊的奇偶部分，并且可以在編碼之后被舍棄?？赏ㄟ^等式AWM-A^,/A^BPs計算在PPDU中要傳送的OFDM符號的數(shù)量。
在塊2050中，確定要重復(fù)的編碼字的數(shù)量7Vrep，這里，7Vrep =max(0，iVavbits-iVcwxI^DCpX(l-R)-7Vpuj)。在塊2055中，要重復(fù)的編碼位的數(shù)量可均布于所有的A^cw代碼字上，使得第一 rem ( 7Vrep， 7VCW )代碼字比剩余的代碼字多包含一個重復(fù)位，這里，rem ( 7Vshrt， Wcw )表示AU"除以Wcw時的余數(shù)。當出現(xiàn)收縮時，編碼位不被重復(fù)。從最左邊的系統(tǒng)數(shù)據(jù)位開始、如果必要的話繼續(xù)貫穿奇偶位、與它們在奇偶檢驗矩陣中的位置相對應(yīng)，每個代碼字要重復(fù)的編碼位應(yīng)被復(fù)制(必要時被循環(huán)重復(fù))。這些重復(fù)的位然后以它們的相同的次序在奇偶位之后被級聯(lián)成代碼字。
在塊2060中，通過使用LDPCC編碼器順序并且通過使用來自圖7 15的奇偶檢驗矩陣、在塊2030中計算的每個代碼字的縮短位的數(shù)量和在塊2040和塊2050中計算的每個代碼字的收縮位或重復(fù)位，對數(shù)據(jù)進行編碼。在塊2065中，縮短位和收縮位可在塊2060中編碼之后被舍棄。在塊2070中，聚集并然后用LDPC剖析器剖析所有的代碼字。
18編碼過程得到的LDPC縮短和收縮的代碼字。將該編碼的數(shù)據(jù)流剖析成空間流可遵從如對于心理聲學(xué)編碼(BCC)編碼器所限定的剖析規(guī)則。
流程圖中的任何過程說明或塊應(yīng)被理解為代表包括用于實現(xiàn)該過程中的特定邏輯功能或步驟的一個或更多個可執(zhí)行指令的代碼的模塊、段或部分，并且，如本公開領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的那樣，在本公開的示例性實施例的范圍內(nèi)包括替代性實現(xiàn)，在這些替代性實現(xiàn)中，根據(jù)所包含的功能，可以以與示出或討論的次序不同的次序執(zhí)行各功能，這些次序包括基本上同時或相反的次序。
縮短包括通過將大量的信息位固定到不被傳送的例如為"O"的已知位值作為例子通過使用(k到n)詳盡手冊將大尺寸消息編碼成更小尺寸的消息。這些位可被稱為縮短位。以這種方式有效降低代碼的速率。這些縮短位被編碼器和解碼器獲知，因此解碼器在信息中的一些沒有被傳送的情況下已完全獲知它，從而導(dǎo)致更加有效的編碼。這實質(zhì)是將信息位預(yù)定為已知的值并然后不傳送這些位。在接收側(cè)，解碼器只填充它獲知的那些位。這里公開的縮短算法可適用于任何有效載荷數(shù)據(jù)尺寸。
作為非限制性例子，對于作為基碼的(n，k)K8，4)系統(tǒng)代碼，四個消息位(ml， m2, m3， m4 )被編碼成八個代碼字位(ml， m2, m3， m4， pl,p2， p3, p4 )，這里，pl， p2， p3， p4是奇偶位并且是消息位(ml， m2, m3，m4 )的函數(shù)。如果基碼被應(yīng)用于六位消息(ml， m2， m3， m4， m5， m6 )，那么前四個可被編碼，從而產(chǎn)生(ml，m2，m3，m4，pl，p2，p3，p4)。為了對(m5， m6)編碼，需要兩個額外的位，因此，兩個縮短位m7和m8被j吏用并且^皮設(shè)為零。因此，m5和m6被編碼成(m5， m6， 0， 0,p5， p6, p7, p8 )。但是，由于解碼器符合縮短算法，因此兩個零不被傳送。在本例子中，需要兩個代碼字傳送6個位-第一，8位的規(guī)則代碼字；第二， 6位的縮短代碼字。
可選擇的實施例包括將m4和m8設(shè)為零(ml， m2， m3， pl， p2，p3，p4)和(m5， m6, m7， p5， p6, p7， p8 )。在本實施例中，兩個代碼字被平衡。為了實現(xiàn)平衡的代碼字，在執(zhí)行縮短之后，可以執(zhí)行收縮?？梢詮拇a字的最右邊的奇偶部分執(zhí)行收縮。因此，在以上的例子中，如果從各代碼字收縮一個位，那么p4和p8被收縮。現(xiàn)在，第一代碼字是(ml， m2， m3, pl， p2， p3 )，第二代碼字是(m5， m6， m7， p6， p7 )。在示例性實施例中，假定要在各OFDM符號包括用速率-3/4LDPCC編碼器編碼的7VCBPS = 208個編碼位的非STBC方案中傳送1500個數(shù)據(jù)位的PSDU。因此，有效載荷位的總數(shù)是 1(1= 1500+16- 1516 。為了建立編碼，首先，7Vavbits被計算為7Vavbits =(^VCBpS)xceil(7Vpld/( iVcBPsxR)) = 2080。由于iVavbits比1944大且比2592小，因此，從圖7，代碼字的數(shù)量為7VCW = 2。并且，由于iVavbitjb7Vpld+2916 ( 1-R) -2245小，因此代碼字長度為7VLDCP = 1296位?？s短位的數(shù)量被計算為7Vshrt = 2xl296x(3/4)-1516 = 428。這表示，將用428/2 = 214個縮短位對兩個代碼字中的每一個進行編碼。然后通過4吏
用7Vp隱-max(0，(7VcwxZLDCP)誦AUits-A^rt)計算收縮位的數(shù)量，這里，JVcBPs是每個OFDM符號的編碼位的數(shù)量，從而導(dǎo)致iVpune=84。這表示兩個代碼字中的每一個將經(jīng)受84/2 = 42位的收縮。
因此，1516位的輸入消息;故分成兩個758位的組。各組然后附加214個"零位"以產(chǎn)生1296位的消息字。然后通過使用1296位代碼字對1296位消息中的每一個進行編碼?？s短位(來自每一個的214個)被舍棄以產(chǎn)生兩個1082位縮短的代碼字。各代碼字然后收縮42位以產(chǎn)生1040位最終代碼字。要傳送的OFDM符號的數(shù)量被計算為WSYM = AUitsWCBPS =10。各代碼字占用5個OFDM符號。
在沒有每個OFDM符號的位數(shù)和整數(shù)個OFDM符號的限制的情況下，通過速率-3/4編碼器對1516位進行編碼會產(chǎn)生2022位。通過對于某范圍的分組字節(jié)值添加最小冗余，該示例性實施例導(dǎo)致最小信道占用(OFDM符號)，額外冗余比每OFDM符號小六位。
在示例性實施例中，可以利用具有三個明顯不同的塊長的LDPC代碼以在LDPC模式對分組中的數(shù)據(jù)進行編碼。未必對于所有分組使用所有的三個塊長。在一個實現(xiàn)中，648位代碼字會是最短的塊長。在一個實施例中，對于各塊長可存在四個編碼器速率。例如，對于速率-3/4編碼，這里公開的數(shù)字傳送系統(tǒng)中的LDPC編碼的方法的示例性實施例可將486個數(shù)據(jù)位編碼成648個編碼位。在LDPC模式中，可通過使用該方法有效地對具有486個位或更少的位的數(shù)據(jù)突發(fā)進行編碼。對于一些分組長度，也可對于分組結(jié)尾編碼使用該方法。
應(yīng)當強調(diào)，本公開的上述實施例僅是僅為了清楚地理解本公開的原理闡述的實現(xiàn)的可能的例子。在不明顯背離本公開的精神和原理的情況下，可以對于公開的上述實施例進行許多變型和修改。所有這些修改和變型意圖在于在這里包括在本公開的范圍內(nèi)并被以下的權(quán)利要求保護。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括計算在分組的數(shù)據(jù)位可適合的多個正交頻分復(fù)用(OFDM)代碼字中可用位的數(shù)量；計算要傳送的低密度奇偶檢驗編碼(LDPCC)代碼字的整數(shù)和要使用的LDPCC代碼字的長度；計算在編碼成LDPCC代碼字之前要補入數(shù)據(jù)位的縮短位的數(shù)量；通過使用每個LDPCC代碼字的縮短位的數(shù)量對數(shù)據(jù)位進行編碼；計算在編碼成LDPCC代碼字之后要從LDPCC代碼字收縮的數(shù)據(jù)位的數(shù)量；通過使用每個LDPCC代碼字收縮的數(shù)量對數(shù)據(jù)位進行重新編碼；和傳送編碼的LDPCC代碼字。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括計算要重復(fù)的編碼位的 數(shù)量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括向解碼器傳送方案，使 得在不通過編碼器傳送信息位的情況下解碼器獲知信息位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，計算要從LDPCC代碼 字收縮的數(shù)據(jù)位的數(shù)量包括對于所有的LDPCC代碼字計算縮短位的 數(shù)量，使得兩個LDPCC代碼字之間的縮短位的數(shù)量的最大差是一個 位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括通過使LDPCC代碼字 平衡來收縮LDPCC代碼字，使得兩個LDPCC代碼字之間的縮短位 的數(shù)量的最大差是一個位。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，計算要傳送的LDPCC 代碼字的整數(shù)包括將可用位的數(shù)量除以基碼代碼字長度并舍入到下一整數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，計算要補入數(shù)據(jù)位的縮 短位的數(shù)量包括從LDPCC代碼字的整數(shù)和基碼代碼字長度相乘的結(jié) 果減去可用位的數(shù)量。
8. —種計算機可讀存儲介質(zhì)，包括被配置為計算在分組的數(shù)據(jù)位可適合的多個正交頻分復(fù)用 (OFDM)符號中可用位的數(shù)量的邏輯；被配置為計算要傳送的低密度奇偶檢驗編碼(LDPCC)代碼字 的整數(shù)和要使用的LDPCC代碼字的長度的邏輯；:帔配置為計算在編碼成LDPCC代碼字之前要補入數(shù)據(jù)位的縮 短位的數(shù)量的邏輯；被配置為通過使用每個LDPCC代碼字的縮短位的數(shù)量對數(shù)據(jù) 位進行編碼的邏輯；凈皮配置為計算在編碼成LDPCC代碼字之后要從LDPCC代碼字 收縮的數(shù)據(jù)位的數(shù)量的邏輯；被配置為通過使用每個LDPCC代碼字的收縮位的數(shù)量對數(shù)據(jù) 位進行重新編碼的邏輯；和:帔配置為傳送編碼的LDPCC代碼字的邏輯。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，還包括被配置 為計算要重復(fù)的編碼位的數(shù)量的邏輯。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，還包括被配置 為向解碼器傳送方案使得在不通過編碼器傳送信息位的情況下解碼 器獲知信息位的邏輯。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，被配置 為計算要從LDPCC代碼字收縮的數(shù)據(jù)位的數(shù)量的邏輯包括被配置為 對于所有的LDPCC代碼字計算縮短位的數(shù)量使得兩個LDPCC代碼 字之間的縮短位的數(shù)量的最大差是一個位的邏輯。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，還包括被配 置為通過使LDPCC代碼字平衡來收縮LDPCC代碼字使得兩個LDPCC代碼字之間的縮短位的數(shù)量的最大差是一個位的邏輯。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，被配置 為計算要傳送的LDPCC代碼字的整數(shù)的邏輯包括被配置為將可用位 的數(shù)量除以基碼代碼字長度的邏輯和被配置為舍入到下一整數(shù)的邏 輯。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，被配置 為計算要補入數(shù)據(jù)位的縮短位的數(shù)量的邏輯包括被配置為從LDPCC 代碼字的整數(shù)和基碼代碼字長度相乘的結(jié)果減去可用位的數(shù)量的邏 輯。
15. —種系統(tǒng)，包括 處理器，該處理器為配置為 計算在分組的數(shù)據(jù)位可適合的多個正交頻分復(fù)用(OFDM)代碼字中可用位的數(shù)量；計算要傳送的低密度奇偶檢驗編碼(LDPCC)代碼字的整數(shù)和要使用的LDPCC代碼字的長度；計算在編碼成LDPCC代碼字之前要補入數(shù)據(jù)位的縮短位的數(shù)量；通過使用每個LDPCC代碼字的縮短位的數(shù)量對數(shù)據(jù)位進行編碼；計算在編碼成LDPCC代碼字之后要從所述代碼字收縮的 數(shù)據(jù)位的數(shù)量；通過使用每個LDPCC代碼字的收縮位的數(shù)量對數(shù)據(jù)位進4亍重新編碼；和實現(xiàn)編碼的LDPCC代碼字的傳送。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，處理器還被配置為計算要重復(fù)的編碼位的數(shù)量。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，處理器還被配置為向 解碼器傳送方案使得在不通過編碼器傳送信息位的情況下解碼器獲 知信息位。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，被配置為計算要從 LDPCC代碼字收縮的數(shù)據(jù)位的數(shù)量的處理器包括被配置為對于所有 的LDPCC代碼字計算縮短位的數(shù)量使得兩個LDPCC代碼字之間的 縮短位的數(shù)量的最大差是一個位的處理器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，處理器還被配置為通 過使LDPCC代碼字平衡來收縮LDPCC代碼字使得兩個LDPCC代 碼字之間的縮短位的數(shù)量的最大差是一個位。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，被配置為計算要傳送的LDPCC代碼字的整數(shù)的處理器包括被配置為將可用位的數(shù)量除以 基碼代碼字長度并被配置為舍入到下一整數(shù)的處理器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，被配置為計算要補入 數(shù)據(jù)位的縮短位的數(shù)量的處理器包括被配置為從LDPCC代碼字的整 數(shù)和基碼代碼字長度相乘的結(jié)果減去可用位的數(shù)量的處理器。
全文摘要
這里公開了低密度奇偶檢驗編碼(LDPCC)的編碼方法和系統(tǒng)，其中，一組LDPC代碼保證其中調(diào)制符號會以隨機方式經(jīng)受衰減的信道的可靠的傳送。這里公開的LDPC編碼的方法和系統(tǒng)包括選擇代碼塊長和數(shù)據(jù)分組可被編碼的級聯(lián)代碼字。為了優(yōu)化編碼方案，首先，執(zhí)行代碼字縮短以對于期望的分組長度保證整數(shù)個代碼字。然后可收縮或重復(fù)代碼字以保證每個代碼字的整數(shù)個信道符號。實現(xiàn)縮短和收縮重復(fù)方法，以在保持低的有效編碼速率的同時產(chǎn)生最少的系統(tǒng)開銷。
文檔編號H03M13/00GK101663822SQ200880012530
公開日2010年3月3日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者C·科澤 申請人:佐塞斯特轉(zhuǎn)移股份有限責任公司