产生低密度奇偶校验码的方法和系统技术方案

提供了一种产生结构化低密度奇偶校验（ＬＤＰＣ）码的方法。通过将奇偶校验矩阵的某一部分限定为下半部的三角形，提供了ＬＤＰＣ码的结构，由此得到一种不需要代码发生器矩阵的非常简单的编码方法。该方法也能够使用ＬＤＰＣ码对传送的比特的不均等的误码保护能力，以对高阶次调制星座（如８－ＰＳＫ）的更脆弱的比特提供额外的误码保护。此外，描述了一种有效的解码方案，其中比特节点和校验节点被分为组。对于比特节点组和校验节点组，与每一组相关的边沿值被同时一起放置在存储器中。这种结构允许多个边沿在一个时钟周期被提取。描述了一种设计奇偶校验矩阵的方法，该方法确保了对一组比特节点或校验节点，在几个时钟周期内所有相邻边沿被提取。上述方法特别适用于需要高数据速率的带宽受限的通信系统。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信系统，更具体地说，涉及编码的通信系统。
技术介绍
通信系统使用编码来确保在有噪声的通信信道中能提供可靠的通信。这些通信信道表现出一种固定的能力，它可以被表示为在给定的信噪比(SNR)下每个符号的比特数，它定义了一个理论上的上限。因此，编码设计以实现接近于这个山农极限的速率为目标。一种能接近山农极限的此类代码就是低密度奇偶校验(LDPC)码。从传统上来说，由于存在许多缺点，使得LDPC码尚未被广泛地使用。其中，一个缺点就是，LDPC编码技术是高度复杂的。使用发生器矩阵来对LDPC码进行编码可能需要存储一个非常大的、非稀疏矩阵。此外，LDPC码要求大的数据块变为有效；因而，即使LDPC码的奇偶校验矩阵是稀疏的，要存储这些矩阵仍然是有问题的。从实施的角度来看，存储问题是为什么LDPC码在实践中尚未得到普遍推广的一个重要原因。在LDPC码实现过程中的一个主要挑战就是如何在解码器中的几个处理引擎(节点)之间实现连接网络。因此，需要一种使用简单的编码和解码处理的LDPC通信系统。这也需要有效地使用LDPC码，以支持高的数据速率，同时不引入较大的复杂性。还需要改进LDPC编码器和解码器的性能。还需要使用于实现LDPC编码的存储要求最小。还需要一种简化在LDPC解码器中的处理节点之间的通信的方案。
技术实现思路
本专利技术针对这些和其他需求，其中，提供了一种产生结构化低密度奇偶校验(LDPC)码的方法。通过将奇偶校验矩阵的某一部分限定为下半部的三角形和/或满足其它要求，提供了LDPC码的结构，使得解码器的节点之间的通信变得非常简单。该方法也能够使用LDPC码对传送的比特的不均等的误码保护能力，以对高阶次调制星座(如8-PSK)的更脆弱的比特提供额外的误码保护。此外，通过利用预存储的常数和逐位操作，可通过算法产生奇偶校验矩阵。根据本专利技术的一个实施例的一个方面，提供了一种产生低密度奇偶校验(LDPC)码的方法，该方法包括仅利用LDPC码的奇偶校验矩阵，将接收的输入消息变换为LDPC码字，而不使用LDPC码的发生器矩阵；和输出LDPC码字。根据本专利技术的一个实施例的另一个方面，提供了一种支持线性分组码的编码的方法，该方法包含将高阶次信号星座比特映射到对应于线性分组码的奇偶校验矩阵的比特节点。信号星座的脆弱的比特被映射到具有至少3个边沿的比特节点。根据本专利技术的一个实施例的又一个方面，公开了一种支持线性分组码的编码的方法，该方法包含将高阶次信号星座比特映射到对应于线性分组码的奇偶校验矩阵的比特节点。信号星座的脆弱的比特被映射到其边沿的数量不少于更可靠的比特的边沿数量的比特节点。根据本专利技术的一个实施例的再一个方面，提供了一种产生低密度奇偶校验(LDPC)码的方法，该方法包括仅利用LDPC码的奇偶校验矩阵，将接收的输入消息变换为LDPC码字，而不使用LDPC码的发生器矩阵。该方法还包含对LDPC码字施加外码，和输出具有施加的外码的LDPC码。根据本专利技术的一个实施例的再一个方面，公开了一种产生低密度奇偶校验(LDPC)码的方法，该方法包括将一组比特节点的边沿的内容相互邻接地放置在存储器中。该方法还包含同时将一组校验节点的边沿的内容相互邻接地放置在存储器中。根据本专利技术的一个实施例的再一个方面，公开了一种产生低密度奇偶校验(LDPC)码的系统，该系统包括仅利用LDPC码的奇偶校验矩阵，将接收的输入消息变换为LDPC码字，而不使用LDPC码的发生器矩阵的装置。该系统还包含输出LDPC码字的装置。根据本专利技术的一个实施例的再一个方面，公开了一种处理低密度奇偶校验(LDPC)码的方法，该方法包括通过LDPC解码器解码接收的LDPC码。该方法还包含在每一次或几次LDPC解码器叠代之后，叠代地重新产生信号星座比特度量到LDPC解码器。从以下的详细说明中，通过图解若干特定的实施例和实施方案，包括被设想用于实行本专利技术的最佳模式，将使本专利技术的其他方面，特征和优点变得更加明显。在不背离本专利技术的精神实质和范围的前提下，本专利技术还可以包括其他的和不同的实施例，并且在各个明显的方面对一些细节进行修改。相应地，从性质上来说，附图和说明都被认为是说明性的，而不是限制性的。附图说明在附图的各视图中，借助于实例，而不是借助于限制，来说明本专利技术，并且在其中，相同的参考数字指的是类似的元件，在附图中图1是根据本专利技术的一个实施例的、被构成去使用低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统的图；图2是在图1的系统中的示例性的发射机的图；图3是在图1的系统中的示例性的接收机的图；图4是在根据本专利技术的一个实施例中，一个稀疏的奇偶校验矩阵的图；图5是图4的矩阵的LDPC码的两部分构成的图；图6是根据本专利技术的一个实施例的一个稀疏的奇偶校验矩阵的一个子矩阵的图，其中，该子矩阵含有仅限于下半部的三角形区域的奇偶校验数值； 图7是表示使用无约束的奇偶校验矩阵(H矩阵)的代码对具有如图6所示的子矩阵的有约束的H矩阵的代码之间的性能比较的图；图8A和8B分别是一个非格雷8-相移键控调制方案的图，以及一个格雷8-相移键控调制方案的图，它们当中的每一种都可以用于图1的系统之中；图9是表示使用格雷标记的代码对非格雷标记的代码之间的性能比较的图；图10是在根据本专利技术的一个实施例中，使用非格雷映射的LDPC解码器的工作流程图；图11是表示在根据本专利技术的一个实施例中，使用格雷映射的LDPC解码器的工作情况的流程图；图12A-12C是在根据本专利技术的一个实施例中，各校验节点和各比特节点之间的交互作用的图；图13A-13C表示在根据本专利技术的各个实施例中，所产生的各LDPC码的仿真结果；图14A-14B分别表示在根据本专利技术的一个实施例中，被构成用以支持结构化存取、以实现在LDPC编码中的随机性的存储器的顶部边沿和底部边沿的图；图15是表示在根据本专利技术的一个实施例中，能执行LDPC码的编码和解码处理的一个计算机系统的图。具体实施例方式下面描述用于有效地产生结构化的低密度奇偶校验(LDPC)码的系统、方法和软件。在以下的描述中，为了说明的目的，将列举许多特定的细节，以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，对本领域技术人员来说，显而易见，在实施本专利技术时，可以不用这些特定的细节，或者采取一种等效的设计安排。在其他各实例中，以方框图的形式来表示一些众所周知的结构和装置，以避免不必要地使本专利技术变得模糊不清。图1是根据本专利技术的一个实施例的、被配置成使用低密度奇偶校验(LDPC)码的通信系统的图。数字通信系统100包括发射机101，它产生各种信号波形，通过通信信道103送往接收机105。在这个离散通信系统100中，发射机101有一个消息源，它产生各种可能的消息的一个离散的集合；各种可能的消息中的每一种都有一个相应的波形。这些信号波形被通信信道103所衰减，或被改变。为了克服在信道103中的噪声，使用了LDPC码。由发射机101产生的LDPC码能在不引起任何性能损失的条件下实现高速实施方案。从发射机101输出的结构化的LDPC码避免向各比特节点(bit node)分配小量的校验节点(check node)，由于所用的调制方案(例如，8-相移键控)，使得各比特节点容易出现信道误码。这样的LDPC码具有一种可并行化的解码算法(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生低密度奇偶校验（ＬＤＰＣ）码的方法，该方法包括：仅利用ＬＤＰＣ码的奇偶校验矩阵，将接收的输入消息变换为ＬＤＰＣ码字，而不使用ＬＤＰＣ码的发生器矩阵；和输出ＬＤＰＣ码字。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：姆斯塔法伊罗兹，孙凤文，李琳南，
申请(专利权)人：休斯电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]