格栅编码调制和内部非二进制低密度奇偶校验码的串行级联

摘要

一种级联编码调制通信系统和方法将格栅编码调制与非格雷码星座映射进行组合，交织，并且将非二进制低密度奇偶校验编码信道调制与格雷码星座映射组合，以改进错误性能。

说明书

技术领域

本发明通常涉及通信系统，更具体地说，涉及调制系统(例如地面广播、蜂窝、无线保真(Wi-Fi)、卫星)以及可以受益于错误纠正的其它系统。

背景技术

数字视频广播传输中的预编码调制主要包括二进制信道编码与非二进制调制的组合。采用驻留在传输信道附近的内部编码块以及驻留在数据输入附近的外部编码块的级联编码器是本领域已知的。某些级联编码器也已经使用内部编码块与外部编码块之间的交织设备来减轻传输信道中的突发错误的影响。分组码(例如Reed-Solomon码)通常用作外部码，而例如格栅编码调制的码通常用作内部码。二进制低密度奇偶校验码也已经用作内部码，其中，外部码是Reed-Solomon编码或BCH编码。

在地面广播的欧洲DVB-T标准中，应用级联信道编码方案。其使用Reed-Solomon(RS)码(204，188)作为外部码，并且使用卷积码作为内部码。位于外部码元件与内部码元件之间的卷积交织器用于减少长序列信道错误的影响。在美国，地面广播标准采用八电平残留边带(8-VSB)调制技术。这种技术也使用级联方案，其将RS(207，187)表征为具有格栅编码8电平残留边带(8-VSB)调制的外部码。再者，卷积交织器位于外部码元件与内部码元件之间。ISDB日本广播标准具有与DVB-T相似的信道编码方案。

二进制编码良好地适合于二进制调制。因为增加的信道容量需求，所以非二进制正交幅度调制(例如16QAM、64QAM和256QAM)已经用在数字视频广播传输系统中。当二进制信道编码用于非二进制无记忆调制时，比特流必须于在发射机侧调制之前映射为码元。相似地，在接收机侧，在可以进行解码判决之前，需要将调制码元似然率转换为码比特概率。

标准理论分析表明，因比特到码元转换以及码元到比特转换而可能产生性能方面的明显损失。为了得到更好的性能，信道解码器所生成的二进制固有概率反馈到解映射部分，以关闭接收机侧的迭代检测/解码环路。另一方面，当信道码符号集匹配于调制符号集时，信道似然率直接受解码器处理，而无信息损失，并且无需解调与解码之间的重复。

二进制低密度奇偶校验(LDPC)码被看作当码字大小趋于无限时接近于各种信道的码的容量。然而，存在这样的情形：二进制LDPC码的限制对性能具有不利效果。使用小的或适中的块长度或将二进制LDPC编码与非二进制调制组合突显了二进制LDPC编码的限制。

本发明的目标之一在于克服当使用小的或适中的块长度时所遭遇的问题。另一目标在于减少如所描述的在使用二进制LDPC编码的同时所遭遇的问题。

格栅编码调制(TCM)已知是增加星座图中各码元之间的欧几里得距离。在现有技术TCM系统中，所生成的星座图直接应用于同相(I)和正交(Q)相位IQ调制器，以应用于传输信道。

发明内容

根据本发明，应理解，当已经使用集合部分映射的非格雷准则对数据进行格栅编码调制(TCM)时，使用格雷映射准则映射为高阶调制系统的非二进制低密度奇偶校验(LDPC)编码在通信信道上产生改进的错误性能。置于TCM块与非二进制LDPC块之间的交织块改进了突发错误性能，并且因此改进了整体性能。

附图说明

图1.根据本发明的示例性框图。

图1a.根据本发明的示例性流程图。

图2.TCM的示例性仿真结果。

图3.比较混合和格雷准则的仿真结果。

具体实施方式

图1示出根据本发明的组合的发送和接收系统的示例性系统框图(100)。数据源(101)将数字数据序列提供给格栅编码调制(TCM)块(102)，其目的在于使用非格雷码集合部分映射生成256QAM码元星座。码元交织块(103)接收TCM块(102)的码元流输出，并且重排码元，以分离相邻码元，从而改进通过传输信道的突发错误性能。从交织块(103)输出的码元的整数值输入到非二进制256元低密度奇偶校验(LDPC)编码器(104)。LDPC编码器(104)将该整数值作为消息比特分配给特定变量节点，并且根据奇偶校验矩阵生成用于校验节点的奇偶比特分配。非二进制LDPC编码器(104)输出是通过映射块(105)而映射为传输信道星座图的格雷码。在LDPC编码器输出的TCM和格雷码映射的非格雷码集合部分的组合在此指代为混合准则。调制器(图1中未示出)用于修改载波信号，并且将该信号应用于传输信道(106)。该信号穿越传输信道(106)到达接收机，其包含解调器(图1中未示出)，接收机接收修改后的载波信号，并且恢复发送码元的星座图。解映射块(107)对在发送侧执行的映射功能进行逆转，以输出非二进制LDPC编码信号。该非二进制LDPC编码信号应用于256元LDPC解码器(108)，256元LDPC解码器(108)将信号解码为码元的交织格栅编码整数值。码元解交织器(109)按所述整数值的初始顺序将它们返回给各码元，以应用于TCM256QAM解码器(110)。TCM 256QAM解码器(110)恢复初始数字数据序列。

TCM编码器使用卷积编码来创建冗余信息，这样实现了编码增益而没有带宽扩展。通过在保持码元传输速率的同时增加星座图大小以容纳所述冗余信息来完成该操作。在本发明中，非格雷集合部分映射准则有利地用于通过增加各码元之间的欧几里得距离的方式将比特结构分配给星座图码元。在本发明中，对输入数据执行格栅编码调制，以提供错误保护，但所生成的星座图码元并未如现有技术中进行的操作那样直接应用于IQ调制器。TCM编码器块(102)的输出码元进入附加级联处理，之后所得信息在传输信道上受调制。

图1a示出根据本发明的示例性流程图(200)。数据编码步骤(201)执行格栅编码调制，以生成已受非格雷码映射的码元。TCM码元通过TCM码元交织步骤而得以交织(202)。交织码元通过LDPC编码步骤被低密度奇偶校验编码(203)，后跟随格雷码星座图映射步骤(204)，其将信号映射为传输星座。调制步骤(205)准备用于传输的信号。传输步骤(206)将来自发射机侧的已调制信号(包括步骤201、202、203、204和205)携带到接收侧(包括步骤207、208、209、210、211和212)。在接收机处，解调恢复码元步骤(207)后跟随格雷码解映射和转换码元为非二进制LDPC编码信号步骤(208)。LDPC编码信号通过步骤209而得以解码，以恢复错误纠正交织格栅编码码元。解交织格栅编码码元步骤(210)将TCM码元返回为它们的交织前顺序。使用非格雷码解映射的解调步骤(211)执行格栅编码解调，并且将输出传送到步骤212，在步骤212，错误纠正数据得以确定。

本发明通过在两个块之间进行交织而专用非二进制低密度奇偶校验码作为驻留在传输信道附近的内部码，并且使用格栅编码调制作为驻留在级联编码器中的数据输入附近的外部码。由于映射为高阶调制星座图的二进制低密度奇偶校验(LDPC)码产生低于期望的性能，因此在本发明中将非二进制LDPC码映射为高阶星座图。使用非二进制LDPC码允许将信道码符号集直接映射为调制符号集。归因于在二进制LDPC编码器的发射机侧的比特到码元转换以及在接收机侧的二进制LDPC解码器处的码元到比特转换而导致的性能损失通过使用非二进制LDPC编码/解码系统而得以消除。

非二进制LDPC解码器能够关于解码值进行硬判决或软判决。图2示出的所描述的系统的性能结果显现使用软判决数据比之LDPC解码器提供的硬判决数据的误比特率方面的改进情况。在图2中，在LDPC解码器的输出处的错误率标记为256ary LDPC。在格栅编码解调器的输出处的错误率标记为hard-TCM，其指示使用硬判决的LDPC解码器产生的输出。使用软判决的错误率标记为soft-TCM。

仅使用格雷准则与使用本发明所描述的混合准则的错误率结果的比较示出于图3中。使用本发明的错误结果标记为hybrid，以及现有技术结果标记为gray。从图3可见，混合准则的错误性能具有大于格雷准则的0.25dB增益。

在一个实施例中，接收机装置包括：解调器，用于恢复发送码元；格雷码解映射器，用于将恢复的码元转换为非二进制LDPC编码信号；非二进制LDPC解码器，用于从非二进制LDPC编码信号恢复错误纠正交织码元；解交织器，用于将交织码元返回为交织前顺序；以及非格雷码解映射格栅编码解调器，用于从解交织码元恢复错误纠正数据。可选地，非二进制LDPC解码器可以是4元LDPC解码器、8元LDPC解码器、16元LDPC解码器、64元LDPC解码器、128元LDPC解码器和256元LDPC解码器之一。可选地，格栅编码解调器的码元星座可以是4-QAM码元星座、8-QAM码元星座、16-QAM码元星座、64-QAM码元星座、128-QAM码元星座和256-QAM码元星座之一。

在一个实施例中，接收机装置所执行的方法包括：对载波信号进行解调，以恢复发送码元；使用格雷码解映射将解调后的码元转换为非二进制LDPC编码信号；对非二进制LDPC编码信号进行解码，以恢复错误纠正交织格栅编码码元；将格栅编码码元解交织为交织前顺序；使用非格雷码解映射对解交织格栅编码码元进行解调；以及确定错误纠正数据。可选地，对解交织格栅编码码元进行解调的步骤可以包括：对4-QAM、8-QAM、16-QAM、64-QAM、128-QAM或256-QAM码元星座之一进行解调。可选地，解码步骤中的非二进制LDPC编码信号可以是4元LDPC非二进制编码信号、8元LDPC非二进制编码信号、16元LDPC非二进制编码信号、64元LDPC非二进制编码信号、128元LDPC非二进制编码信号或256元LDPC非二进制编码信号之一。

在一个实施例中，发射机装置包括：数据源；格栅编码调制器，用于将数据映射并且格栅编码为非格雷码映射格栅编码码元；码元交织器，用于对非格雷码映射格栅编码码元进行时间重排；非二进制LDPC编码器，用于对交织码元进行编码；格雷码星座映射器，用于将LDPC编码码元映射为传输星座；以及调制器，用于将信号应用于传输信道。可选地，格栅编码调制器的码元星座可以是4-QAM码元星座、8-QAM码元星座、16-QAM码元星座、64-QAM码元星座、128-QAM码元星座或256-QAM码元星座之一。可选地，非二进制LDPC编码器可以是4元LDPC非二进制编码器、8元LDPC非二进制编码器、16元LDPC非二进制编码器、64元LDPC非二进制编码器、128元LDPC非二进制编码器或256元LDPC非二进制编码器之一。

在一个实施例中，发射机方法包括：使用非格雷编码码元映射对数据进行编码，以形成格栅编码调制码元；对格栅编码调制码元进行交织，以对码元进行时间重排；使用非二进制LDPC编码器对交织格栅编码调制码元进行编码；以及使用格雷码星座映射将非二进制LDPC编码器的输出映射为传输星座。可选地，格栅编码调制的码元星座可以是4-QAM码元星座、8-QAM码元星座、16-QAM码元星座、64-QAM码元星座、128-QAM码元星座和256-QAM码元星座之一。可选地，非二进制LDPC编码器可以是4元LDPC非二进制编码器、8元LDPC非二进制编码器、16元LDPC非二进制编码器、64元LDPC非二进制编码器、128元LDPC非二进制编码器或256元LDPC非二进制编码器之一。

在此描述的实现方式可以例如实现为方法或处理、装置、或软件程序。即使仅在单一形式的实现方式的情况下讨论(例如，仅作为方法而讨论)，所讨论的特征的实现方式也可以通过其它形式(例如装置或程序)来实现。装置可以实现为例如适当的硬件、软件以及固件。方法可以实现为例如装置，例如比如处理器，其通常指代处理设备，包括例如计算机、微处理器、集成电路、或可编程逻辑器件。处理设备还包括通信设备，例如比如计算机、蜂窝电话、便携式/个人数字助理(“PDA”)、以及促进各端用户之间的信息的传送的其它设备。

在此描述的各种处理和特征的实现方式可以实施在各种不同的设备或应用中，尤其是例如与数据发送和接收关联的设备或应用。设备的示例包括视频编码器、视频解码器、视频编解码器、web服务器、机顶盒、膝上计算机、个人计算机、以及其它通信设备。应理解，设备可以是移动的，甚至安装在移动车辆中。

另外，方法可以通过处理器所执行的指令来实现，并且所述指令可以存储在处理器可读介质(例如比如集成电路)、软件载体或其它存储设备(例如比如硬盘、致密盘、随机存取存储器(“RAM”)或只读存储器(“ROM”))上。指令可以形成处理器可读介质上有形实施的应用程序。应理解，处理器可以包括具有例如用于执行处理的指令的处理器可读介质。

本领域技术人员应显见，实现方式也可以产生格式化为携带可以例如存储或者发送的信息的信号。信息可以包括例如用于执行方法的指令、或所描述的各实现方式之一所产生的数据。所述信号可以格式化为例如电磁波(例如，使用频谱的射频部分)或基带信号。格式化可以包括例如对数据流进行编码，封装编码后的流，和以封装后的流来调制载波。信号携带的信息可以是例如模拟信息或数字信息。信号可以在各种不同的有线链路或无线链路上发送，正如人们所知的那样。

已经描述了多种实现方式。然而，应理解，可以进行各种修改。例如，不同实现方式的元素可以组合、补充、修改或者移除，以产生其它实现方式。另外，本领域技术人员应理解，其它结构和处理可以代替所公开的结构和处理，所得实现方式将以至少基本上相同的方式至少基本上执行相同功能，以实现与所公开的实现方式至少基本上相同的结果。相应地，这些和其它实施例落入所附权利要求的范围内。