專利名稱：格柵編碼調制和內部非二進制低密度奇偶校驗碼的串行級聯(lián)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及通信系統(tǒng)，更具體地說，涉及調制系統(tǒng)(例如地面廣播、蜂窩、無 線保真(Wi-Fi)、衛(wèi)星)以及可以受益于錯誤糾正的其它系統(tǒng)。
背景技術：
數(shù)字視頻廣播傳輸中的預編碼調制主要包括二進制信道編碼與非二進制調制的 組合。采用駐留在傳輸信道附近的內部編碼塊以及駐留在數(shù)據輸入附近的外部編碼塊的級 聯(lián)編碼器是本領域已知的。某些級聯(lián)編碼器也已經使用內部編碼塊與外部編碼塊之間的交 織設備來減輕傳輸信道中的突發(fā)錯誤的影響。分組碼(例如Reed-Solomon碼)通常用作 外部碼，而例如格柵編碼調制的碼通常用作內部碼。二進制低密度奇偶校驗碼也已經用作 內部碼，其中，外部碼是Reed-Solomon編碼或BCH編碼。在地面廣播的歐洲DVB-T標準中，應用級聯(lián)信道編碼方案。其使用 Reed-Solomon(RS)碼(204，188)作為外部碼，并且使用卷積碼作為內部碼。位于外部碼元 件與內部碼元件之間的卷積交織器用于減少長序列信道錯誤的影響。在美國，地面廣播標 準采用八電平殘留邊帶(8-VSB)調制技術。這種技術也使用級聯(lián)方案，其將RS(207，187) 表征為具有格柵編碼8電平殘留邊帶(8-VSB)調制的外部碼。再者，卷積交織器位于外部 碼元件與內部碼元件之間。ISDB日本廣播標準具有與DVB-T相似的信道編碼方案。二進制編碼良好地適合于二進制調制。因為增加的信道容量需求，所以非二進制 正交幅度調制(例如16QAM、64QAM和256QAM)已經用在數(shù)字視頻廣播傳輸系統(tǒng)中。當二進 制信道編碼用于非二進制無記憶調制時，比特流必須于在發(fā)射機側調制之前映射為碼元。 相似地，在接收機側，在可以進行解碼判決之前，需要將調制碼元似然率轉換為碼比特概 率。標準理論分析表明，因比特到碼元轉換以及碼元到比特轉換而可能產生性能方面 的明顯損失。為了得到更好的性能，信道解碼器所生成的二進制固有概率反饋到解映射部 分，以關閉接收機側的迭代檢測/解碼環(huán)路。另一方面，當信道碼符號集匹配于調制符號集 時，信道似然率直接受解碼器處理，而無信息損失，并且無需解調與解碼之間的重復。二進制低密度奇偶校驗(LDPC)碼被看作當碼字大小趨于無限時接近于各種信道 的碼的容量。然而，存在這樣的情形二進制LDPC碼的限制對性能具有不利效果。使用小 的或適中的塊長度或將二進制LDPC編碼與非二進制調制組合突顯了二進制LDPC編碼的限 制。本發(fā)明的目標之一在于克服當使用小的或適中的塊長度時所遭遇的問題。另一目 標在于減少如所描述的在使用二進制LDPC編碼的同時所遭遇的問題。格柵編碼調制(TCM)已知是增加星座圖中各碼元之間的歐幾里得距離。在現(xiàn)有技 術TCM系統(tǒng)中，所生成的星座圖直接應用于同相(I)和正交(Q)相位IQ調制器，以應用于 傳輸信道。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明，應理解，當已經使用集合部分映射的非格雷準則對數(shù)據進行格柵 編碼調制(TCM)時，使用格雷映射準則映射為高階調制系統(tǒng)的非二進制低密度奇偶校驗 (LDPC)編碼在通信信道上產生改進的錯誤性能。置于TCM塊與非二進制LDPC塊之間的交 織塊改進了突發(fā)錯誤性能，并且因此改進了整體性能。


圖1.根據本發(fā)明的示例性框圖。圖la.根據本發(fā)明的示例性流程圖。圖2. TCM的示例性仿真結果。圖3.比較混合和格雷準則的仿真結果。
具體實施例方式圖1示出根據本發(fā)明的組合的發(fā)送和接收系統(tǒng)的示例性系統(tǒng)框圖(100)。數(shù)據源 (101)將數(shù)字數(shù)據序列提供給格柵編碼調制(TCM)塊(102)，其目的在于使用非格雷碼集合 部分映射生成256QAM碼元星座。碼元交織塊(103)接收TCM塊(102)的碼元流輸出，并且 重排碼元，以分離相鄰碼元，從而改進通過傳輸信道的突發(fā)錯誤性能。從交織塊(10 輸出 的碼元的整數(shù)值輸入到非二進制256元低密度奇偶校驗(LDPC)編碼器(104)。LDPC編碼 器(104)將該整數(shù)值作為消息比特分配給特定變量節(jié)點，并且根據奇偶校驗矩陣生成用于 校驗節(jié)點的奇偶比特分配。非二進制LDPC編碼器(104)輸出是通過映射塊(105)而映射 為傳輸信道星座圖的格雷碼。在LDPC編碼器輸出的TCM和格雷碼映射的非格雷碼集合部 分的組合在此指代為混合準則。調制器(圖1中未示出)用于修改載波信號，并且將該信 號應用于傳輸信道(106)。該信號穿越傳輸信道(106)到達接收機，其包含解調器(圖1中 未示出)，接收機接收修改后的載波信號，并且恢復發(fā)送碼元的星座圖。解映射塊(107)對 在發(fā)送側執(zhí)行的映射功能進行逆轉，以輸出非二進制LDPC編碼信號。該非二進制LDPC編 碼信號應用于256元LDPC解碼器(10 ，256元LDPC解碼器(10 將信號解碼為碼元的交 織格柵編碼整數(shù)值。碼元解交織器(109)按所述整數(shù)值的初始順序將它們返回給各碼元， 以應用于TCM256QAM解碼器(110)。TCM 256QAM解碼器(110)恢復初始數(shù)字數(shù)據序列。TCM編碼器使用卷積編碼來創(chuàng)建冗余信息，這樣實現(xiàn)了編碼增益而沒有帶寬擴展。 通過在保持碼元傳輸速率的同時增加星座圖大小以容納所述冗余信息來完成該操作。在本 發(fā)明中，非格雷集合部分映射準則有利地用于通過增加各碼元之間的歐幾里得距離的方式 將比特結構分配給星座圖碼元。在本發(fā)明中，對輸入數(shù)據執(zhí)行格柵編碼調制，以提供錯誤保 護，但所生成的星座圖碼元并未如現(xiàn)有技術中進行的操作那樣直接應用于IQ調制器。TCM 編碼器塊(10 的輸出碼元進入附加級聯(lián)處理，之后所得信息在傳輸信道上受調制。圖Ia示出根據本發(fā)明的示例性流程圖(200)。數(shù)據編碼步驟(201)執(zhí)行格柵編碼 調制，以生成已受非格雷碼映射的碼元。TCM碼元通過TCM碼元交織步驟而得以交織(202)。 交織碼元通過LDPC編碼步驟被低密度奇偶校驗編碼(20 ，后跟隨格雷碼星座圖映射步驟 004)，其將信號映射為傳輸星座。調制步驟(20 準備用于傳輸?shù)男盘枴鬏敳襟E(206)將來自發(fā)射機側的已調制信號(包括步驟201、202、203、204和20 攜帶到接收側(包括 步驟207、208、209、210、211和21幻。在接收機處，解調恢復碼元步驟(207)后跟隨格雷碼 解映射和轉換碼元為非二進制LDPC編碼信號步驟(208)。LDPC編碼信號通過步驟209而 得以解碼，以恢復錯誤糾正交織格柵編碼碼元。解交織格柵編碼碼元步驟(210)將TCM碼 元返回為它們的交織前順序。使用非格雷碼解映射的解調步驟(211)執(zhí)行格柵編碼解調， 并且將輸出傳送到步驟212，在步驟212，錯誤糾正數(shù)據得以確定。本發(fā)明通過在兩個塊之間進行交織而專用非二進制低密度奇偶校驗碼作為駐留 在傳輸信道附近的內部碼，并且使用格柵編碼調制作為駐留在級聯(lián)編碼器中的數(shù)據輸入附 近的外部碼。由于映射為高階調制星座圖的二進制低密度奇偶校驗(LDPC)碼產生低于期 望的性能，因此在本發(fā)明中將非二進制LDPC碼映射為高階星座圖。使用非二進制LDPC碼 允許將信道碼符號集直接映射為調制符號集。歸因于在二進制LDPC編碼器的發(fā)射機側的 比特到碼元轉換以及在接收機側的二進制LDPC解碼器處的碼元到比特轉換而導致的性能 損失通過使用非二進制LDPC編碼/解碼系統(tǒng)而得以消除。非二進制LDPC解碼器能夠關于解碼值進行硬判決或軟判決。圖2示出的所描述 的系統(tǒng)的性能結果顯現(xiàn)使用軟判決數(shù)據比之LDPC解碼器提供的硬判決數(shù)據的誤比特率方 面的改進情況。在圖2中，在LDPC解碼器的輸出處的錯誤率標記為256ary LDPC。在格柵 編碼解調器的輸出處的錯誤率標記為hard-TCM，其指示使用硬判決的LDPC解碼器產生的 輸出。使用軟判決的錯誤率標記為soft-TCM。僅使用格雷準則與使用本發(fā)明所描述的混合準則的錯誤率結果的比較示出于圖3 中。使用本發(fā)明的錯誤結果標記為hybrid，以及現(xiàn)有技術結果標記為gray。從圖3可見， 混合準則的錯誤性能具有大于格雷準則的0. 25dB增益。在一個實施例中，接收機裝置包括解調器，用于恢復發(fā)送碼元；格雷碼解映射 器，用于將恢復的碼元轉換為非二進制LDPC編碼信號；非二進制LDPC解碼器，用于從非二 進制LDPC編碼信號恢復錯誤糾正交織碼元；解交織器，用于將交織碼元返回為交織前順 序；以及非格雷碼解映射格柵編碼解調器，用于從解交織碼元恢復錯誤糾正數(shù)據?？蛇x地， 非二進制LDPC解碼器可以是4元LDPC解碼器、8元LDPC解碼器、16元LDPC解碼器、64元 LDPC解碼器、1 元LDPC解碼器和256元LDPC解碼器之一?？蛇x地，格柵編碼解調器的碼元 星座可以是4-QAM碼元星座、8-QAM碼元星座、16-QAM碼元星座、64-QAM碼元星座、U8-QAM 碼元星座和256-QAM碼元星座之一。在一個實施例中，接收機裝置所執(zhí)行的方法包括對載波信號進行解調，以恢復 發(fā)送碼元；使用格雷碼解映射將解調后的碼元轉換為非二進制LDPC編碼信號；對非二進 制LDPC編碼信號進行解碼，以恢復錯誤糾正交織格柵編碼碼元；將格柵編碼碼元解交織為 交織前順序；使用非格雷碼解映射對解交織格柵編碼碼元進行解調；以及確定錯誤糾正數(shù) 據?？蛇x地，對解交織格柵編碼碼元進行解調的步驟可以包括對4-QAM、8-QAM、16-QAM、 64-QAM、128-QAM或256-QAM碼元星座之一進行解調?？蛇x地，解碼步驟中的非二進制LDPC 編碼信號可以是4元LDPC非二進制編碼信號、8元LDPC非二進制編碼信號、16元LDPC非二 進制編碼信號、64元LDPC非二進制編碼信號、1 元LDPC非二進制編碼信號或256元LDPC 非二進制編碼信號之一。在一個實施例中，發(fā)射機裝置包括數(shù)據源；格柵編碼調制器，用于將數(shù)據映射并且格柵編碼為非格雷碼映射格柵編碼碼元；碼元交織器，用于對非格雷碼映射格柵編碼碼 元進行時間重排；非二進制LDPC編碼器，用于對交織碼元進行編碼；格雷碼星座映射器，用 于將LDPC編碼碼元映射為傳輸星座；以及調制器，用于將信號應用于傳輸信道?？蛇x地， 格柵編碼調制器的碼元星座可以是4-QAM碼元星座、8-QAM碼元星座、16-QAM碼元星座、 64-QAM碼元星座、U8-QAM碼元星座或256-QAM碼元星座之一?？蛇x地，非二進制LDPC編 碼器可以是4元LDPC非二進制編碼器、8元LDPC非二進制編碼器、16元LDPC非二進制編 碼器、64元LDPC非二進制編碼器、1 元LDPC非二進制編碼器或256元LDPC非二進制編 碼器之一。在一個實施例中，發(fā)射機方法包括使用非格雷編碼碼元映射對數(shù)據進行編碼， 以形成格柵編碼調制碼元；對格柵編碼調制碼元進行交織，以對碼元進行時間重排；使用 非二進制LDPC編碼器對交織格柵編碼調制碼元進行編碼；以及使用格雷碼星座映射將 非二進制LDPC編碼器的輸出映射為傳輸星座。可選地，格柵編碼調制的碼元星座可以是 4-QAM碼元星座、8-QAM碼元星座、16-QAM碼元星座、64-QAM碼元星座、U8-QAM碼元星座和 256-QAM碼元星座之一?？蛇x地，非二進制LDPC編碼器可以是4元LDPC非二進制編碼器、 8元LDPC非二進制編碼器、16元LDPC非二進制編碼器、64元LDPC非二進制編碼器、128元 LDPC非二進制編碼器或256元LDPC非二進制編碼器之一。在此描述的實現(xiàn)方式可以例如實現(xiàn)為方法或處理、裝置、或軟件程序。即使僅在單 一形式的實現(xiàn)方式的情況下討論(例如，僅作為方法而討論)，所討論的特征的實現(xiàn)方式也 可以通過其它形式(例如裝置或程序)來實現(xiàn)。裝置可以實現(xiàn)為例如適當?shù)挠布?、軟件?及固件。方法可以實現(xiàn)為例如裝置，例如比如處理器，其通常指代處理設備，包括例如計算 機、微處理器、集成電路、或可編程邏輯器件。處理設備還包括通信設備，例如比如計算機、 蜂窩電話、便攜式/個人數(shù)字助理(“PDA”)、以及促進各端用戶之間的信息的傳送的其它 設備。在此描述的各種處理和特征的實現(xiàn)方式可以實施在各種不同的設備或應用中，尤 其是例如與數(shù)據發(fā)送和接收關聯(lián)的設備或應用。設備的示例包括視頻編碼器、視頻解碼器、 視頻編解碼器、web服務器、機頂盒、膝上計算機、個人計算機、以及其它通信設備。應理解， 設備可以是移動的，甚至安裝在移動車輛中。另外，方法可以通過處理器所執(zhí)行的指令來實現(xiàn)，并且所述指令可以存儲在處理 器可讀介質(例如比如集成電路)、軟件載體或其它存儲設備(例如比如硬盤、致密盤、隨機 存取存儲器(“RAM”)或只讀存儲器(“ROM”))上。指令可以形成處理器可讀介質上有形 實施的應用程序。應理解，處理器可以包括具有例如用于執(zhí)行處理的指令的處理器可讀介 質。本領域技術人員應顯見，實現(xiàn)方式也可以產生格式化為攜帶可以例如存儲或者發(fā) 送的信息的信號。信息可以包括例如用于執(zhí)行方法的指令、或所描述的各實現(xiàn)方式之一所 產生的數(shù)據。所述信號可以格式化為例如電磁波(例如，使用頻譜的射頻部分)或基帶信 號。格式化可以包括例如對數(shù)據流進行編碼，封裝編碼后的流，和以封裝后的流來調制載 波。信號攜帶的信息可以是例如模擬信息或數(shù)字信息。信號可以在各種不同的有線鏈路或 無線鏈路上發(fā)送，正如人們所知的那樣。已經描述了多種實現(xiàn)方式。然而，應理解，可以進行各種修改。例如，不同實現(xiàn)方式的元素可以組合、補充、修改或者移除，以產生其它實現(xiàn)方式。另外，本領域技術人員應理 解，其它結構和處理可以代替所公開的結構和處理，所得實現(xiàn)方式將以至少基本上相同的 方式至少基本上執(zhí)行相同功能，以實現(xiàn)與所公開的實現(xiàn)方式至少基本上相同的結果。相應 地，這些和其它實施例落入所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種接收機裝置，包括 解調器，用于恢復發(fā)送碼元；格雷碼解映射器，用于將所恢復的碼元轉換為非二進制LDPC編碼信號； 非二進制LDPC解碼器，用于從所述非二進制LDPC編碼信號恢復錯誤糾正交織碼元； 解交織器，用于將交織碼元返回為交織前順序；以及 非格雷碼解映射格柵編碼解調器，用于從解交織后的碼元恢復錯誤糾正數(shù)據。
2.如權利要求1所述的接收機裝置，其中所述非二進制LDPC解碼器是4元LDPC解碼器、8元LDPC解碼器、16元LDPC解碼器、 64元LDPC解碼器、128元LDPC解碼器和256元LDPC解碼器之一。
3.如權利要求1所述的接收機裝置，其中所述格柵編碼解調器的碼元星座是4-QAM、8-QAM、16_QAM、64_QAM、128-QAM和256-QAM之一。
4.如權利要求1所述的接收機裝置，其中 所述非二進制LDPC解碼器的輸出基于軟判決。
5.一種接收機方法，包括對載波信號進行解調，以恢復發(fā)送碼元；使用格雷碼解映射將所述解調后的碼元轉換為非二進制LDPC編碼信號； 對所述非二進制LDPC編碼信號進行解碼，以恢復錯誤糾正交織格柵編碼碼元； 將所述格柵編碼碼元解交織為交織前順序； 使用非格雷碼解映射對所述解交織格柵編碼碼元進行解調；以及 確定錯誤糾正數(shù)據。
6.如權利要求5所述的接收機方法，其中，對所述解交織格柵編碼碼元進行解調的 步驟包括對包括4-QAM碼元星座、8-QAM碼元星座、16-QAM碼元星座、64-QAM碼元星座、 128-QAM碼元星座和256-QAM碼元星座的組之一進行解調。
7.如權利要求5所述的接收機方法，其中所述解碼步驟中的非二進制LDPC編碼信號是包括4元LDPC非二進制編碼信號、8元 LDPC非二進制編碼信號、16元LDPC非二進制編碼信號、64元LDPC非二進制編碼信號、1 元LDPC非二進制編碼信號和256元LDPC非二進制編碼信號的組之一。
8.如權利要求5所述的接收機方法，其中 對非二進制LDPC編碼信號進行解碼基于軟判決。
9.一種發(fā)射機裝置，包括 數(shù)據源；格柵編碼調制器，用于將數(shù)據映射并且格柵編碼為非格雷碼映射格柵編碼碼元； 碼元交織器，用于對非格雷碼映射格柵編碼碼元進行時間重排； 非二進制LDPC編碼器，用于對所述交織碼元進行編碼， 格雷碼星座映射器，用于將所述LDPC編碼碼元映射為傳輸星座；以及 調制器，用于將信號應用于傳輸信道。
10.如權利要求9所述的發(fā)射機裝置，其中所述格柵編碼調制器的碼元星座是包括4-QAM碼元星座、8-QAM碼元星座、16-QAM碼元星座、64-QAM碼元星座、U8-QAM碼元星座和256-QAM碼元星座的組之一。
11.如權利要求9所述的發(fā)射機裝置，其中所述非二進制LDPC編碼器是包括4元LDPC非二進制編碼器、8元LDPC非二進制編碼 器、16元LDPC非二進制編碼器、64元LDPC非二進制編碼器、128元LDPC非二進制編碼器和 256元LDPC非二進制編碼器的組之一。
12.—種發(fā)射機方法，包括使用非格雷編碼碼元映射對數(shù)據進行編碼，以形成格柵編碼調制碼元； 對所述格柵編碼調制碼元進行交織，以對所述碼元進行時間重排； 使用非二進制LDPC編碼器對所述交織格柵編碼調制碼元進行編碼；以及 使用格雷碼星座映射將所述非二進制LDPC編碼器的輸出映射為傳輸星座。
13.如權利要求12所述的發(fā)射機方法，其中所述格柵編碼調制的碼元星座是包括4-QAM碼元星座、8-QAM碼元星座、16-QAM碼元星 座、64-QAM碼元星座、U8-QAM碼元星座和256-QAM碼元星座的組之一。
14.如權利要求12所述的發(fā)射機方法，其中所述非二進制LDPC編碼器是包括4元LDPC非二進制編碼器、8元LDPC非二進制編碼 器、16元LDPC非二進制編碼器、64元LDPC非二進制編碼器、128元LDPC非二進制編碼器和 256元LDPC非二進制編碼器的組之一。
全文摘要
一種級聯(lián)編碼調制通信系統(tǒng)和方法將格柵編碼調制與非格雷碼星座映射進行組合，交織，并且將非二進制低密度奇偶校驗編碼信道調制與格雷碼星座映射組合，以改進錯誤性能。
文檔編號H03M13/25GK102077472SQ200980124584
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權日2008年6月25日
發(fā)明者周偉, 張曉欣, 趙玉萍, 鄒莉 申請人:湯姆森特許公司