專利名稱：無線通信裝置的編碼及調(diào)制方法、以及解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及經(jīng)由無線傳輸路徑進行數(shù)據(jù)收發(fā)的無線通信裝置的編碼及調(diào)制方法、
以及解碼方法。
背景技術(shù)：
作為移動通信等無線通信方式，如何恰當?shù)亟M合編碼方式以及調(diào)制方式來實現(xiàn)高 效的、即接近作為理論極限的香農(nóng)(Shannon)極限的通信的課題攻關(guān)，多年來長久不衰。為 此，已知采用了特性良好的編碼(糾錯編碼)方式，在1990年代中期出現(xiàn)的CDMA(碼分多 址)方式的IS-95標準中，通過使用約束長度9(k = 9)的巻積編碼和維特比解碼，實現(xiàn)低 SNR (信噪比)中的通信，并且使系統(tǒng)容量跨越性地增大。并且，在第三代移動通信IMT-2000 以及作為其改進系統(tǒng)的HSPA(High Speed Packet Access) 、 EV-DO等中，作為糾錯編碼方 式采用了 Turbo編碼以及重復解碼。并且，在下一代系統(tǒng)中，也正在研究采用LDPC(Low Density Parity Check)碼等。在這些IMT-2000的改進系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信采 用了多值調(diào)制方式。作為多值調(diào)制方式，規(guī)定了 8PSK、16QAM、64QAM等，通過一個符號可以 傳輸?shù)奈粩?shù)分別為3、4、6位。在解調(diào)這些多個位時，為了提取更多的信息量，作為位的分配 (映射)方法采用了Gray映射。Gray映射如圖29 (a)、圖29 (b)所示，在相鄰的信號點(符 號)之間以僅l位不同的方式進行位的分配(映射)，具有通過單個解調(diào)器(解映射器)能 夠取出的信息量達到最大的特征，因此被廣泛采用。 可以說以上的方法是分別獨立地追求針對調(diào)制的解調(diào)處理和針對編碼的解碼處 理的特性的方法。與此相對，提倡了 BICM-ID(Bit Interleaved Code (Modulation with Iterative Decoding)技術(shù)(非專利文獻1)，并正受到關(guān)注。BICM-ID是重復執(zhí)行針對調(diào)制 的解調(diào)處理和針對編碼的解碼處理，以包含解調(diào)處理和解碼處理的形式執(zhí)行將一個處理結(jié) 果在下一次的另一處理中進行參考的、所謂的Turbo信號處理方式的技術(shù)。根據(jù)BICM-ID 技術(shù)，如(非專利文獻2)所示，顯然并不是改善編碼方式以及調(diào)制方式中的各個單個方式 的特性，而是通過取得兩者特性的整合(匹配)可以實現(xiàn)優(yōu)秀的特性。
根據(jù)(非專利文獻2)可知，在作為編碼方式使用了約束長度3& = 3)、編碼 率1/2(1 = 1/2)的巻積代碼的情況下，在采用了與Gray映射相比單體的特性較差的調(diào) 制方式、即被稱為MSP(Modified Set Partitioning,圖30)的映射方式的情況下，作為 BICM-ID，能夠發(fā)揮比采用Gray映射時優(yōu)秀得多的特性。此外，根據(jù)(非專利文獻3)可知， 通過作為編碼方式使用約束長度2(k = 2)、編碼率1/2 (R = 1/2)的巻積代碼，作為調(diào)制方 式組合了圖32所示的被稱為擴展映射(extended m即ping)的、與原本能夠映射的位數(shù)相 比分配更多位的特殊映射的BICM-ID，得到優(yōu)秀的特性。使用在(非專利文獻4)中提出的 EXIT (Extrinsic Information Transfer)分析，在(非專利文獻2)、(非專利文獻3)中說 明了在這些各個文獻中所示的BICM-ID發(fā)揮優(yōu)秀的特性。 另一方面，在(非專利文獻5)等中表示了使用所述的LDPC代碼等單個也具有優(yōu) 秀特性的代碼的BICM-ID方式。
非專禾U文獻lX丄i and J. A. Ritcey，"Bit-interleaved coded modulationwith iterative decoding, ，， IEEE Communications Letters, vol. 1，pp.169171,1997
非專利文獻2F. Schreckenbach， N. Gortz， J. Hagenauer and G. Bauch， "Optimized Symbol Mappings for Bit-Interleaved Coded Modulation withlterative Decoding," IEEE GL0BEC0M 2003， pp.3316-3320,2003.非專禾U 文獻3化Henkel， "Extended M卿ings for Bit-Interleaved CodedModulation， " IEEE P皿C 200非專利文獻4jS. ten Brink, "Convergence Behavior of Iteratively DecodedParallei Concatenated Codes,"IEEE Transactions on Communications, Vol. 49， No. 10， pp.1727-1737， October 200非專禾U 文獻5S.ten Brink, G. Kramer, and A.Ashikhmin，
"Design ofLow-Density Parity-Check Codes for Modulation and Detection, ，， IEEETransactions on Communications, Vol. 52， No. 4， April 200
發(fā)明內(nèi)容
(非專利文獻2)、(非專利文獻3)所示的巻積編碼，約束長度短到3或者2，作為 單個代碼，與在所述IS-95中采用的巻積代碼相比特性較差。此外，(非專利文獻2)所示 的調(diào)制方式MSP，單個特性也比Gray映射差。并且，在(非專利文獻3)中采用的擴展映射 (Extended Mapping)，是一種即使在完全沒有噪聲的情況下，也無法通過單個解調(diào)器(解 映射器)沒有錯誤地對各個位進行解調(diào)的調(diào)制方式。盡管如此，根據(jù)在各個文獻中所示的 EXIT (Extrinsic InformationTransfer)圖表可知，解調(diào)器(解映射器)以及解碼器的EXIT 曲線良好地匹配，作為進行BICM-ID的重復處理的結(jié)果，在收斂的點、即解調(diào)器的EXIT曲線 和解碼器的EXIT曲線的交叉點的相互信息量大致為l，由此說明上述那些方式發(fā)揮了優(yōu)秀 的特性。 說明(非專利文獻2)所示的EXIT圖表(圖31)。在此說明的例子是作為編碼方 式使用約束長度3、編碼率1/2 (R = 1/2)的巻積編碼，作為調(diào)制方式采用進行了 MSP映射 的16QAM多值調(diào)制的例子。EXIT曲線2300是解碼器的EXIT曲線，EXIT曲線2302是解調(diào) 器的EXIT曲線。橫軸是對解調(diào)器輸入的相互信息量，縱軸是解調(diào)器輸出的相互信息量。在 BICM-ID方式中，因為重復進行解調(diào)和解碼，所以分別地橫軸與解碼器輸出的相互信息量、 縱軸與對解碼器輸入的相互信息量相等。折線2304表示通過重復進行解調(diào)和解碼，相互信 息量接近于1。即，解調(diào)器最初向解碼器輸出大約O. 37的相互信息量的信息，解碼器通過對 該信息進行解碼，對解調(diào)器輸出大約0.41的相互信息量的信息。可知通過這樣的重復，解 碼器輸出的相互信息量(橫軸)收斂于l。作為參考，作為調(diào)制方式采用了Gray映射時的解 調(diào)器的EXIT曲線為EXIT曲線2306。此時，解調(diào)器輸出的相互信息量大致恒定，在BICM-ID 中沒有效果。(非專利文獻3)所示的EXIT圖表(圖33)也相同。在此說明的例子是作為編碼 方式采用約束長度2、編碼率1/2 (R= 1/2)的巻積編碼，作為調(diào)制方式采用圖32所示的進 行了擴展映射的16QAM多值調(diào)制的例子。EXIT曲線2500是解碼器的EXIT曲線，EXIT曲線 2502是解調(diào)器的EXIT曲線。橫軸是對解調(diào)器輸入的相互信息量，縱軸是解調(diào)器輸出的相互信息量。與圖31相同，折線2504表示通過重復進行解調(diào)和解碼，相互信息量接近于1。
另一方面，根據(jù)圖31、圖33的EXIT圖表可知，在解調(diào)器的EXIT曲線和解碼器的 EXIT曲線之間，在交叉點以外的場所具有不小得距離。已知解調(diào)器的EXIT曲線和解碼器的 EXIT曲線之間的面積對應(yīng)于傳輸率的損失，該面積接近于0意味著傳輸率接近調(diào)制信號的 星座(constellation)制約中的香農(nóng)極限。這可以如下理解。即，在解調(diào)器的EXIT曲線和 解碼器的EXIT曲線之間存在距離，對應(yīng)于從解調(diào)器(解碼器)向解碼器(解調(diào)器)輸入的 信息包含很多冗余信息，由此相互信息量能夠增大。換句話說，傳輸率降低。從該觀點出發(fā)， 希望與(非專利文獻2)、(非專利文獻3)的BICM-ID方式相比傳輸率的損失小的BICM-ID 方式。因此，本發(fā)明的第一目的在于提供一種傳輸率損失小的BICM-ID方式。
此外，(非專利文獻5)所示的BICM-ID方式繼承了 LDPC代碼的特性的優(yōu)點，使用 EXIT曲線表示了傳輸率的損失極小。但是，因為使用LDPC代碼等強力的代碼，所以存在解 碼器的處理量變大的缺點。因此，本發(fā)明的第二目的在于提供解碼器的處理量小的BICM-ID 方式。 為了達成上述目的，在發(fā)送側(cè)無線通信機中，通過以重復代碼為基礎(chǔ)的代碼進行 編碼，該重復代碼被當作最簡單的代碼，經(jīng)過更替編碼后得到的各位的順序的交織處理后， 執(zhí)行基于非Gray映射、例如擴展映射(Extended M即ping)的多值調(diào)制，然后進行發(fā)送。此 外，在接收側(cè)的無線通信機中，進行與上述映射對應(yīng)的解調(diào)處理(解映射處理)，對解調(diào)結(jié) 果進行解交織，對進行了上述以重復代碼為基礎(chǔ)的代碼的解碼處理后得到的結(jié)果再次進行 交織，參照解交織后得到的解碼處理結(jié)果執(zhí)行所述解調(diào)處理，由此構(gòu)成BICM-ID方式。
擴展映射由從1位向m位(m < 1)的位數(shù)削減處理以及非Gray映射構(gòu)成，位數(shù)削 減處理，在根據(jù)交織后的多個位決定映射為1個符號的規(guī)定數(shù)量的位的至少一位的同時， 僅根據(jù)交織后的一位決定規(guī)定數(shù)量的位的至少一位。此時，希望交織后的多個位中的各個 位僅在決定特定的1個符號的特定的1位時使用，不會對進行非Gray映射的其他位造成影 響。 通過使解碼方式和解調(diào)方式的EXIT曲線良好地整合(匹配)，可以進一步降低傳 輸速度的損失。由此，可以實現(xiàn)更加接近于香農(nóng)極限的傳輸。 此外，另一方面，因為在編碼中以重復代碼為基礎(chǔ)，所以可以降低解碼器的處理 并且，另一方面，可以分離地進行非Gray映射的解調(diào)處理以及與位數(shù)削減處理有 關(guān)的解調(diào)處理，可以減少擴展映射的解調(diào)處理。由此，即使在使用多值數(shù)大的調(diào)制方式時， 也可以將擴展映射的解調(diào)處理中的處理量的增大抑制得較小。


圖1表示本發(fā)明的發(fā)送側(cè)無線通信機的結(jié)構(gòu)、接收側(cè)無線通信機的結(jié)構(gòu)、天線以 及無線傳輸路徑的關(guān)系。 圖2說明第一實施例的發(fā)送側(cè)無線通信機的結(jié)構(gòu)。 圖3說明調(diào)制器的結(jié)構(gòu)，圖3 (a)是歸M(l = 8)的例子，圖3 (b)是64QAM(1 = 12)的例子，圖3(c)是256QAM(1 = 16)的例子。
圖4(a) 、 (b)表示調(diào)制器的第一映射的例子。
6圖5(a)、 (b)表示調(diào)制器的第二映射的例子。 圖6(a)、 (b)表示調(diào)制器的第三映射的例子。 圖7表示第一實施例的解碼處理的結(jié)構(gòu)。 圖8表示位削減處理解映射器的結(jié)構(gòu)。 圖9表示第一實施例的解碼處理步驟。 圖10表示第一實施例的解碼處理步驟。 圖11表示第一實施例的解碼處理步驟。 圖12表示第一實施例的解碼處理步驟。 圖13表示第一實施例的解碼處理步驟。 圖14說明第二實施例的發(fā)送側(cè)無線通信機的結(jié)構(gòu)。 圖15表示第二實施例的解碼處理的結(jié)構(gòu)。 圖16說明第三實施例的發(fā)送側(cè)無線通信機的結(jié)構(gòu)。 圖17表示第三實施例的解碼處理的結(jié)構(gòu)。 圖18表示第三實施例的解碼器的處理步驟。 圖19說明第四實施例的發(fā)送側(cè)無線通信機的結(jié)構(gòu)。 圖20說明第四實施例的編碼器的處理步驟。 圖21表示第四實施例的解碼處理的結(jié)構(gòu)。 圖22表示第四實施例的EXIT圖表。 圖23表示第四實施例的EXIT圖表。 圖24表示第四實施例的EXIT圖表。 圖25表示第四實施例的EXIT圖表。 圖26表示第四實施例的EXIT圖表。 圖27表示第四實施例的編碼方式的例子。 圖28表示第四實施例的傳輸率。
圖29表示現(xiàn)有技術(shù)的Gray映射方式，圖29 (a)是8PSK Gray映射的例子，圖29 (b) 是16QAM Gray映射的例子。 圖30表示現(xiàn)有技術(shù)的非Gray映射方式。
圖31表示(非專利文獻2)的BICM-ID方式的EXIT圖表。 圖32表示(非專利文獻3)的擴展映射方式。 圖33表示(非專利文獻3)的BICM-ID方式的EXIT圖表。 符號說明
1發(fā)送側(cè)無 線通信機；2接收側(cè)無線通信機；10基于重復代碼的編碼器；11交織
器；12調(diào)制器(映射器)；13解調(diào)器(解映射器)；14解交織器；15解碼器；16交織器；21
串行并行轉(zhuǎn)換器；22異或運算器；23并行串行轉(zhuǎn)換器；24解復用器(De-MUX) ;25復用器 (MUX) ;30-l、30-2、30-3位削減處理映射器；31-l、31-2、31-3非Gray映射器;32I+Qj運算 器(正交調(diào)制器)；40QAM解映射器；41位削減處理解映射器



























具體實施例方式圖1表示本發(fā)明的通信系統(tǒng)。在發(fā)送側(cè)無線通信機1中，通過基于重復代碼的編碼器IO對信息位進行編碼，通過交織器11進行從編碼器IO輸出的代碼字內(nèi)的位順序的更 替，通過調(diào)制器12進行調(diào)制后從天線進行發(fā)送。另一方面，在接收側(cè)無線通信機2中，通過 解映射器13對通過天線接收到的信號進行解調(diào)，使用解交織器14通過交織器11的逆處理 使位順序復原，通過基于重復代碼的解碼器15進行解碼。把通過解碼器15進行解碼后得 到的信號再次經(jīng)由進行解交織器14的逆處理的交織器16提供給解映射器13，解映射器13 根據(jù)從解碼器提供的信息輸出精度更好的解調(diào)結(jié)果。如此，通過重復進行解映射器13、解交 織器14、解碼器15、交織器16的處理，構(gòu)成BICM-ID。
(實施例1) 圖2表示第一實施例的發(fā)送側(cè)無線通信機的結(jié)構(gòu)。編碼器10由只進行簡單的重 復處理的位復制器20構(gòu)成，將輸入的信息位復制成dv位，經(jīng)由交織器11、調(diào)制器12進行發(fā)送。 圖3表示調(diào)制器(映射器)12的結(jié)構(gòu)例。圖3 (a) (c)所示的調(diào)制器12是進行 擴展映射的調(diào)制器的例子。圖3(a)是將8位的代碼字映射為16個符號的例子(16QAM(1 =8))，圖3(b)是將12位的代碼字映射為64個符號的例子(64QAM(1 = 12))，圖3(c)是 將16位的代碼字映射為256個符號的例子(256QAM(1 = 16))。分別由位削減處理映射器 30-1、30-2、30-3以及調(diào)制器(映射器)31-l、31-2、31-3構(gòu)成。并且，在圖3(c)的調(diào)制器 中，具有用于在復數(shù)平面上對I、 Q信號進行映射的正交調(diào)制器。在調(diào)制器12中，通過進行 位削減處理的子映射器30-l、30-2、30-3，按照預定的規(guī)則削減位。在16QAM(1 = 8)的例子 中，位削減處理映射器30-1被輸入d0 d7的8位，輸出4位。此時，輸出d0、 dl、 d2三個 位的異或(ExOR) ;d3、d4兩個位的異或；d5、d6的異或；以及d7自身。此時，為了在接收側(cè) 解調(diào)處理中，即使在沒有來自解碼器的反饋信息的初次處理中也得到某種程度的信息，必 須原樣不變地輸出d7。關(guān)于64QAM(1 = 12)、256QAM(1 = 16)的例子也相同，在64QAM的 例子中將12位削減為6位，在256QAM的例子中將16位分為兩組的8位，然后分別削減為 4位。 在圖3中，位削減處理映射器30按照以下兩個規(guī)則對交織后得到的代碼字位(圖 3(a)的例子中為d0 d7)進行位削減處理，得到削減位(在圖3(a)的例子中為m0 m3)。
(1)代碼字位的至少1位，不與用于削減位數(shù)的其他位進行運算，原樣地進行調(diào) 制。在圖3的例子中，16QAM(1 = 8)的位"d7"、64QAM(1 = 12)的位"dll"等相當于上述代 碼字位的至少l位。
(2)通過各自不同的交織后得到的代碼字的運算來得到削減位。在圖3(a)中， d0 d2的位僅用于m0， d3 d4的位僅用于ml， d5 d6的位僅用于m2， d7的位僅用于 m3，不把各個交織后得到的代碼字的相同位用于多個為得到削減位而進行的運算中。
圖3 (a) 圖3 (c)所示的位削減處理按照該兩個規(guī)則，只要是按照這兩個規(guī)則就 可以進行各種變形。將在后面敘述規(guī)則(1)(2)的含義。 從位削減處理映射器30-1 、 30-2 、 30-3輸出的削減位被提供給調(diào)制器(映射 器)31-l、31-2、31-3來進行調(diào)制。在此，調(diào)制器(映射器)31-l、31-2、31-3的調(diào)制處理不 是所述Gray映射，而進行基于非Gray映射的調(diào)制。在本申請中，"非Gray映射"的含義為 不是"Gray映射"。使用非Gray映射的理由是為了在接收側(cè)進行重復解碼處理，在上述的 EXIT圖表中成為收斂點的事前信息幾乎完全，即為了使在完全確定了解調(diào)對象位以外的位
8的狀況下輸出的信息量變大。 在圖3(a)的歸M(l = 8)的例子中，作為非Gray映射，例如可以使用圖4(a)所 示的稱為MSEW(Maximum Squared Euclidean Weight)的映射(非專利文獻2)。例如可以如 圖4(b)所示那樣進行位的削減。此夕卜，在64QAM(1 = 12)的例子中，可以使用圖5 (a)的映 射。雖然在圖5(a)的映射中看不出規(guī)則性，但例如像圖5(b)所示的那樣進行位的削減，是 為了在EXIT曲線的右端得到大的信息量而進行搜索所得到的映射。在圖3(c)的256QAM(1 =16)的例子中，不直接映射為QAM，而是在通過非Gray映射的16ASK的映射器31_3分別 對I、 Q進行調(diào)制后，通過I+jQ運算處理32生成了 QAM符號。作為非Gray 16ASK，可以使 用圖6(a)所示的映射。圖6(a)的映射也是通過搜索而得到的，沒有特別的規(guī)則性。各個 位的對應(yīng)例如可以像圖6(b)所示的那樣。 然后，使用圖7說明第一實施例的接收側(cè)無線通信機2中的處理。解映射器13由 QAM解映射器40和位削減處理解映射器41構(gòu)成。此外，經(jīng)由解交織器14、交織器16，與解 碼器15(變量節(jié)點解碼器)連接。如上所述，通過重復進行解映射器、解交織器、解碼器、交 織器的處理來實施解碼處理。位削減處理解映射器41可以由檢查節(jié)點解碼器構(gòu)成。圖8 的例子是與所述位削減處理映射器30-1以及30-3對應(yīng)的結(jié)構(gòu)例。 所接收到的信號，首先如圖9所示，使用接收信號900以及事前(a priori)信息 902進行QAM解調(diào)處理，輸出外部信息904。此時，在計算某位的外部信息的情況下，使用同 一符號的該位以外的位(m-l位)的事前信息和接收信號來計算外部信息。外部信息，一般 以對數(shù)似然比LLR(Log Likelihood Ratio)的形式輸出。LLR是該位為0的概率與為1的 概率的比的對數(shù)表現(xiàn)，可以通過(數(shù)學式1)來表示。
數(shù)學式1<formula>formula see original document page 9</formula> P (b = 0)表示b為0的概率，P (b = 1)表示b為1的概率。 對同一符號的其他位也同樣地進行解調(diào)，根據(jù)1個接收符號計算出m位的LLR然 后輸出。在重復的初次，因為未得到來自解碼器15的事前信息，所以設(shè)LLR為0。
如圖10(a)所示，針對每一個接收符號將m位的LLR作為事前信息提供給位削減 處理解映射器41，進行解碼處理。與圖3所示的位削減處理映射器30-1、30-2、30-3對應(yīng) 的解碼器由檢查節(jié)點解碼器(圖10(b))構(gòu)成。檢查節(jié)點解碼器使用從QAM解映射器40提 供的事前信息1000以及從交織器16提供的事前信息1002，輸出解碼對象的位的外部信息 1004。此時，與從交織器16提供的該位有關(guān)的LLR不用于運算，關(guān)于來自交織器的其他位 的事前信息輸入(1-1)位1002、以及從QAM解映射器40作為外部信息被輸出、作為事前信 息被提供的m位1000，通過進行(數(shù)學式2)所示的運算來計算外部信息1004。
數(shù)學式2
<formula>formula see original document page 9</formula> Z ( ! w2 A w ) = 2 arctaoh n tanh 〃 其中，<formula>formula see original document page 10</formula> 本處理與作為LDPC代碼的解碼方式而已知的Sum-Product算法的檢查節(jié)點解碼 器處理相同。 更具體地說，在與圖4 (b)所示的位削減處理映射器30-1對應(yīng)的位削減處理解映 射器中，在與d0有關(guān)的外部信息的計算中，關(guān)于m0、dl、d2進行上述的(數(shù)學式2)的運算。 同樣在與d4有關(guān)的外部信息的計算中，關(guān)于ml、m3的事前信息進行(數(shù)學式2)的運算。作 為與d7有關(guān)的外部信息，原樣不變地輸出關(guān)于m3的事前信息。在此，關(guān)于d7不受位削減 的影響，這對于實施本發(fā)明來說是極為重要的。即，在重復的初次中，因為沒有從交織器16 供給事前信息(LLR為0)，所以如果不存在能夠在沒有來自交織器16的事前信息的情況下 輸出外部信息的d7，則(數(shù)學式2)的處理的結(jié)果成為0，不會對解碼器15提供解調(diào)結(jié)果。 于是，在位削減處理映射器30-1的情況下，在初次處理中向解碼器只提供d7的解調(diào)結(jié)果。
通過以上的處理，從解映射器13針對每一符號計算出1位的外部信息，然后將其 提供給解交織器14。把通過解交織器更替順序后得到的外部信息作為事前信息提供給解 碼器15。解碼器15通過與作為發(fā)送側(cè)編碼器10的位復制器20對應(yīng)的處理來進行解碼處 理。當假設(shè)位復制器20進行將l位復制為dv位的處理時，如圖ll所示，作為事前信息從 解交織器14得到針對同一信號的dv個LLR，所以解碼處理成為(數(shù)學式5)所示的變量節(jié) 點解碼器(VariableNode Decoder)處理。
數(shù)學式5丄(％ +w2 + A +、) - 本處理與作為LDPC代碼的解碼方式而已知的Sum-Product算法的變量節(jié)點解碼 器處理相同。此時也和所述檢查節(jié)點相同，只對與成為外部信息的計算對象的位以外的位 有關(guān)的外部信息進行運算，所以通過執(zhí)行dv次的根據(jù)dv-l位的事前信息計算1位的外部 信息(數(shù)學式5)的運算，計算出針對各個復制位的外部信息。 針對通過變量節(jié)點解碼器計算出的1位，將dv個外部信息經(jīng)由交織器16再次提 供給位削減處理解映射器41。如上所述，位削減處理解映射器41由檢查節(jié)點解碼器構(gòu)成， 如圖12(a)所示，根據(jù)1位的事前信息1200計算出m位的外部信息1202。更具體地說，如 圖12(b)所示，關(guān)于在位削減處理時執(zhí)行了 ExOR運算的多個位的事前信息1204，進行(數(shù) 學式2)的運算。在圖4(b)的位削減處理映射器30-l的情況下，在關(guān)于m0的外部信息的 計算中使用d0、 dl、 d2的事前信息。關(guān)于ml，對d3、 d4進行運算，關(guān)于m3原樣地輸出關(guān)于
10d7的事前信息。把根據(jù)以上所述得到的針對每一符號的m位的外部信息提供給QAM解映射 器40，實施先前所述的圖9的QAM解調(diào)處理。 以上，重復實施圖9 圖12的處理，在重復了足夠使處理收斂的次數(shù)之后，解碼器 15通過圖13所示的處理計算各變量節(jié)點的解碼結(jié)果。解碼結(jié)果通過事后概率的LLR而得 到，所以通過(數(shù)學式5)運算全部dv位的事前信息，得到1位的信息位輸出。
至此，根據(jù)第一實施例，可以通過僅僅組合了簡單的重復編碼以及擴展映射的極 為簡單的結(jié)構(gòu)來構(gòu)成BICM-ID。如上所述，在BICM-ID中重要的是EXIT曲線的匹配性。作 為在第一實施例中使用的代碼的重復代碼的EXIT曲線，基本上成為右側(cè)上升并且向下凸 出的形狀(參照圖22 26的虛線)。因此，在BICM-ID中對于重復代碼匹配良好的調(diào)制方 式，也成為右側(cè)上升并且向下凸出的形狀。 通過圖3所示的位削減處理映射器和基于非Gray映射的QAM映射器所構(gòu)成的調(diào) 制器12，如圖22 26的實線所示，具有右側(cè)上升并且向下凸出的形狀，通過與重復編碼進 行組合，可以構(gòu)成傳輸率損失小的BICM-ID。作為具有右側(cè)上升并且向下凸出的形狀的調(diào)制 方式，還可以通過在低SNR區(qū)域中使用基于多值數(shù)較大的非Gray映射的QAM來實現(xiàn)。此時， 當采用映射了每一符號本來可以傳輸?shù)奈粩?shù)的兩倍左右的位數(shù)的調(diào)制方式時，與重復代碼 的EXIT曲線良好地匹配。 但是，例如在SNR = 20dB左右的環(huán)境中，理論上每一符號可以進行6位的傳輸， 所以為了使EXIT曲線成為右側(cè)上升并且向下凸出的形狀，需要將12位左右映射為l個符 號。于是，需要在本來通過64( = 2S)QAM可以傳輸?shù)奈粩?shù)的傳輸中使用4096( = 212)QAM 這樣的不現(xiàn)實的調(diào)制方式，這是不切實際的。雖然通過在64QAM中映射12位的擴展映射也 可以得到幾乎相同形狀的EXIT曲線，但是為了得到理想形狀的EXIT曲線，需要通過(非專 利文獻3)中揭示的搜索來設(shè)計映射。通過搜索得到的映射沒有規(guī)則性，解映射器中的解調(diào) 處理需要對全部4096種可能性進行概率運算，處理量變得極大。在使用了圖3 (c)所示的 256QAM(1 = 16)的調(diào)制方式時，也要在256QAM中映射12位，但通過I、 Q的正交性分離I、 Q，變換為兩個16ASK的解調(diào)處理。如果組合位削減映射器30-3和非Gray 16ASK映射器 31-3來考慮，因為成為了擴展映射，所以關(guān)于I、Q分別具有256種組合，但在本發(fā)明中將其 分離為16ASK映射器31-3和位削減映射器30-3來構(gòu)成，所以在16ASK的解映射處理中削 減為分別關(guān)于16種可能性的概率運算。此外，因為位削減解映射器41的處理對于I、 Q分 別進行8次(數(shù)學式2)的運算即可，所以可以通過極少的處理量實現(xiàn)解映射處理。與在編 碼器中使用極簡單的重復代碼這樣的特征互相結(jié)合，可以降低接收側(cè)無線通信機中的解碼 處理的處理量。 在圖3(b) (c)的64QAM(1 = 12)以及256QAM(1 = 16)中，與(非專利文獻3)相 同，使用了通過搜索導出的映射，但因為多值數(shù)分別為64、16(X2)比較少，所以所述概率 運算的處理量較少即可。 此外，更為一般的是，位數(shù)削減處理為了使圖4(b)所示的位削減處理映射器30-1 的m0、 ml、 m2成為這樣，根據(jù)交織后的多個位決定在非Gray映射調(diào)制器(31-1 、31-2、31-3 等)中映射為l個符號的規(guī)定數(shù)量的位中的至少一位。由此，具有即使在比較高的SNR中也 成為右側(cè)上升并且向下凸出的形狀的效果，所以作為非Gray映射調(diào)制器(31_1、31_2、31_3 等)可以采用多值數(shù)較小的調(diào)制方式。因此，組合了非Gray映射和所述位削減處理而得到的擴展映射，發(fā)揮在對應(yīng)的解調(diào)器(解映射器)13中通過較少的處理量使EXIT曲線成為右側(cè)上升并且向下凸出的形狀的效果。此外，正如僅通過d7來決定圖4(b)所示的位削減處理映射器30-1的m3那樣，僅根據(jù)交織后的位中的一位決定在非Gray映射調(diào)制器(31-1、31-2、31-3等)中映射為1個符號的規(guī)定數(shù)量的位的至少一位。 由此，可以防止解調(diào)器(解映射器)13的EXIT曲線的左端完全成為0，即使在重復解碼處理的初次處理中也能夠輸出信息。更一般的是，這樣的位未必需要存在于全部的調(diào)制符號中，按照一定的比例存在于形成一個代碼字的代碼字位中即可。因此，如果允許映射處理以及解映射處理對于每個符號不同，則可以在從一個代碼字得到的多個符號中，在規(guī)定比例的符號中，根據(jù)交織后的多個位決定被映射的規(guī)定數(shù)量的位的至少一位，并且，還可以對于規(guī)定比例的符號，僅根據(jù)交織后的位的一位決定被映射的規(guī)定數(shù)量的位的至少一位。 此外，作為防止解調(diào)器(解映射器)13的EXIT曲線的左端完全成為0的方法，除了上述僅根據(jù)交織后的位的一位決定映射為1個符號的規(guī)定數(shù)量的位的至少一位的方法之外，還可以使對解映射器提供的事前信息(事前概率)的LLR在初次時不全部成為O。最簡單的是，通過混合一部分已知的位來進行發(fā)送，可以使已知的位的LLR成為非零。此外，代碼字位中的0和1不是完全按照1/2的概率產(chǎn)生，可以采用稍微具有偏頗的方法(例如在進行編碼之前進行預編碼等)。即使在這種情況下，也希望所述交織后的多個位的各個位(d0、 dl、……)僅用于決定特定的1個符號的特定的1位(m0、 ml、……)，不會對被進行非Gray映射的同一符號的其他位造成影響。這是由于，在解映射處理13中從同一符號得到的多個位受到同一噪音、干擾的影響，不成為獨立事項。從獨立事項得到的LLR能夠進行(數(shù)學式2)、(數(shù)學式5)等運算，但在不獨立時，(數(shù)學式2)、(數(shù)學式5)不成立。然而，在一個位(d0、dl、……)對同一符號的其他位(m0、ml、……)造成影響時，需要根據(jù)多個位(mO、ml、……)計算向解碼器15提供的位(dO、dl、……)的LLR，所以產(chǎn)生了 LLR的計算變得復雜的問題。因此，例如圖4(b)所示的本發(fā)明的位削減映射器30-l構(gòu)成為，d0、dl 、 d2、 d3、 d4、 d5、 d6 、 d7分別僅對m0、 m0、 m0、 ml 、 ml 、 m2、 m2、 m3造成影響。從上述觀點出發(fā)，在交織后的多個位的各個位(d0、 dl、……)僅用于決定某個符號的特定的1位(m0、ml、……)的情況下，還可以在其他符號的決定中使用。但是，在存在延遲波的傳輸路徑中，時間上相鄰的符號彼此引起干擾。此外，根據(jù)外部干擾的性質(zhì)，相鄰的符號還可能受到具有相關(guān)性的干擾。因此，希望交織后的多個位的各個位(dO、dl、……)僅用于決定特定符號的特定的1位(mO、ml、 )。(實施例2) 然后，說明第二實施例。在第二實施例中，作為編碼仍使用重復代碼，但相對于在
第一實施例中全部信息位重復dv次，如圖14所示，按照規(guī)定的比率(a_l、a_2........a_
n)使用重復次數(shù)不同的位復制器20-l 20-n。重復次數(shù)不同的重復代碼的EXIT曲線各自形狀不同，重復次數(shù)越大向下凸出的形狀越顯著。因此，通過使多個重復次數(shù)共存，與EXIT曲線的形狀對應(yīng)的自由度增加，在調(diào)制方式中可以實現(xiàn)更加良好匹配的EXIT曲線。第二實施例中的解碼處理如圖15所示。與第一實施例的圖7幾乎相同，不同點僅為變量節(jié)點的次
數(shù)(dvl、 dy2.......)根據(jù)位而不同。因此，僅僅通過第一實施例的圖11、圖13所示的變
量節(jié)點處理的次數(shù)根據(jù)信息位發(fā)生變更，可以進行解碼，解碼處理量可以認為與第一實施例相同。(實施例3) 然后，說明第三實施例。在第三實施例中，作為編碼在重復代碼之前附加奇偶校 驗位(parity bit)。如圖16所示，編碼器10在進行重復編碼的位復制器20之前，配置根 據(jù)(dc-1)位的信息位生成1位奇偶校驗位，將其與信息位組合輸出dc位的奇偶位附加器 1600。奇偶位附加器1600由位的串行并行轉(zhuǎn)換器(21、23)以及異或(ExOR)運算器22構(gòu) 成。如圖17所示，通過把與奇偶運算對應(yīng)的檢查節(jié)點解碼器與變量節(jié)點解碼器連接，來實 現(xiàn)第三實施例的解碼處理。作為解碼步驟，取代圖ll，進行圖18(a) (c)的處理。
在圖18(a)中，對于從解交織器14提供的事前信息1S00執(zhí)行(數(shù)學式5)的運算， 計算外部信息1802。把計算出的外部信息作為事前信息輸出給圖18(b)所示的檢查節(jié)點 解碼器1804，實施(數(shù)學式2)的運算來計算反饋給各變量節(jié)點的外部信息。把從圖18(b) 的檢查節(jié)點解碼器輸出的外部信息作為事前信息1806反饋給圖18(c)的變量節(jié)點解碼器， 使用該信息通過(數(shù)學式5)計算出應(yīng)該反饋給解映射器的外部信息1808。
至此，第三實施例與第一實施例相比，因為追加了圖18(a)以及圖18(b)的處理， 所以解碼處理有些增加。另一方面，通過附加奇偶校驗位，具有使解碼器的EXIT曲線的右 端更加接近1的效果，具有減少解碼處理收斂時的殘余差錯。
(實施例4) 至此，通過組合第二實施例和第三實施例，可以得到圖19所示的第四實施例的結(jié) 構(gòu)。第四實施例可以兼具所述第二實施例具有的解碼器EXIT曲線的設(shè)計自由度、以及第三 實施例具有的降低殘余差錯的效果。圖19的結(jié)構(gòu)一眼看上去比較復雜，但如圖20所示，實 際的處理僅僅通過以下來實現(xiàn)在信息位串(A)中附加奇偶校驗位(B)，按照規(guī)定的比率進 行位的復制(在圖20(C)的例子中，重復次數(shù)dv = 3為60%，重復次數(shù)dv = 5為40% )， (D)按照虛線所示的順序提供給交織器ll。對應(yīng)的解碼處理如圖21所示，解碼處理量與第 三實施例的圖17大體相同。 至此，通過圖22 圖26的EXIT圖表舉例表示了第四實施例的特性。作為調(diào)制器 (映射器)12，全部為圖3所示的256QAM(1 = 16)的調(diào)制器。編碼器為圖19所示的結(jié)構(gòu)， 在圖27中表示了奇偶位附加率、重復次數(shù)。圖27是與圖19的解調(diào)器EXIT圖表匹配的代 碼結(jié)構(gòu)(Code Type)，代碼結(jié)構(gòu)(I) (V)分別是與SNR = 0、5、 10、 15、20dB的情況匹配的 代碼結(jié)構(gòu)。如此，可知在SNR = OdB至SNR = 20dB的較寬的范圍內(nèi)，通過恰當?shù)剡x擇代碼 結(jié)構(gòu)，可以極其良好地使解映射器的EXIT曲線(實線)和解碼器的EXIT曲線(虛線)匹 配。 在(非專利文獻2)、(非專利文獻3)的EXIT圖表(圖31、圖33)中，解映射器的 EXIT曲線成為直線的右側(cè)上升的特性，解碼器的EXIT曲線成為右側(cè)上升倒S形的特性，因 為產(chǎn)生了傳輸率損失。與此相對，本發(fā)明的傳輸率的損失極小。在圖22的低SNR時產(chǎn)生了 較少的損失，是因為256QAM(1 = 16)這樣的較高的多值數(shù)，通過選擇圖3所示的其他調(diào)試 方式，與圖23 圖26相同，可以使傳輸率損失幾乎消失。 圖28表示通過以上的結(jié)構(gòu)達成的傳輸率。實線2800是作為香農(nóng)極限而得知的信 道容量，虛線2802是信道容量的90%，黑點是通過與圖22 圖26對應(yīng)的代碼結(jié)構(gòu)(I) (V)得到的傳輸率。在SNR = OdB 20dB的全部區(qū)域中，大致可以達成信道容量的90%，可以達成極其接近理論極限的傳輸率。 至此，從第一實施例到第四實施例，編碼器各不相同，但向調(diào)制器(映射器)12提供的全部位或者大半部分位，成為對信息位進行復制后的位，基本上具有作為重復代碼的特性。這是解碼器的EXIT曲線成為右側(cè)上升并且向下凸出的形狀的主要原因，即使是在上述實施例中沒有舉例表示的其他編碼方式，只要提供給調(diào)制器(映射器)的全部位、或者大半部分位成為信息位的副本，則可以和與圖3所示的構(gòu)造的調(diào)制器(映射器)對應(yīng)的解調(diào)器(解映射器)的EXIT曲線良好地匹配，因此可以作為編碼方式來代替。
—般，在平均地使用發(fā)送符號的全部信號點的情況下、與僅使用偏頗的信號點的情況下，解調(diào)器(解映射器)13的EXIT曲線成為不同的形狀。因此，在信息位全部為0，或者全部為l這樣的特殊情況下，接收側(cè)處理有可能不收斂。例如，在第一實施例中，在全部的信息位為0時，提供給調(diào)制器12的位全部為0。因此，在圖3(a)所示的16QAM(1 = 8)中，發(fā)送的全部符號僅為一個種類的信號點(O，O，O，O)。同樣地，在全部信息位為1的情況下，提供給調(diào)制器12的位全部成為1。因此，在圖3(a)所示的16QAM(1 = 8)中，提供給映射器31-1的位，關(guān)于發(fā)送的全部符號成為(l，O，O，l)。因為通常無法根據(jù)發(fā)送的信息變更編碼方法，所以對于可能發(fā)送的全部的位信息位的組合，需要使EXIT曲線不交叉地調(diào)整編碼方法。此時，在一部分特殊序列的情況下，EXIT曲線最接近，所以EXIT曲線平均地出現(xiàn)間隙，產(chǎn)生傳輸率的損失。 因此，適合于一同使用在提供給調(diào)制器12的位串中盡可能不產(chǎn)生偏頗的手段。具體地說，在交織時不僅更替位的順序，還可以隨機地更替位的極性(O，l)。在對應(yīng)的解交織時進行使翻轉(zhuǎn)后的極性復原的操作。當在接收側(cè)針對LLR進行位的極性翻轉(zhuǎn)時，成為符號(±)的翻轉(zhuǎn)。當在編碼器一側(cè)進行位的極性翻轉(zhuǎn)時，可以簡單地保持第偶數(shù)個的位不變，使第奇數(shù)個的位進行翻轉(zhuǎn)。結(jié)果，例如圖20(D)的輸出序列(b0，b0，b0，bl，bl，bl，b2，b2，...)成為(b0， b0，b0， bl，bl， bl，b2， b2，...)，無論對于怎樣的信息位，都不會產(chǎn)生全部為0或者全部為1這樣的偏頗的序列(在此，記號 表示位翻轉(zhuǎn))。即使在進行了這樣的規(guī)則的極性翻轉(zhuǎn)的情況下，由于在交織處理中隨機地更替位的順序，所以提供給調(diào)制器12的位序列為隨機的，不會產(chǎn)生發(fā)送的調(diào)制符號的信號點的偏頗。 更一般的是，可以隨機地使提供給調(diào)制器12的位序列的大約一半數(shù)量的位極性翻轉(zhuǎn)。但是，不希望隨機地翻轉(zhuǎn)提供給編碼器10的信息位串。其原因在于，當碰巧與翻轉(zhuǎn)模式一致的位串為信息位時，成為全部為0或者全部為1的位序列。本發(fā)明通過對重復編碼后的序列進行翻轉(zhuǎn)處理，無論對于怎樣的信息位串都不會產(chǎn)生偏頗，結(jié)果，可以使解調(diào)器(解映射器)13的EXIT曲線不根據(jù)信息位串而發(fā)生變化。 在使用(非專利文獻5)所示的組織LDPC代碼來構(gòu)成BICM-ID的情況下，關(guān)于組織位，原樣不變地映射為符號。特別是在編碼率高、奇偶校驗位少的情況下，通過組織位對多個發(fā)送符號進行調(diào)制。因此，在使用QAM等多值調(diào)制時，對于特定的信息位串，無法防止偏頗地使用發(fā)送符號的特定信號點的問題。此外，在作為3GPP(3rd Generation PartnershipProject) LTE (Long TermEvolution)而已知的無線方式等中，已知在交織處理后，通過數(shù)據(jù)的PN(Pseudo-Noise)序列進行加擾(scrambling)處理的技術(shù)，但是在編碼率較高的情況下，很多位串成為組織位，仍然會產(chǎn)生信號點的偏頗。作為編碼，本發(fā)明以重復編碼為基礎(chǔ)，所以編碼器10的編碼率低，通過上述那樣的簡單的處理可以防止代碼字位串偏向成特定
14的位模式，因此，為了構(gòu)成使用QAM等多值調(diào)制的BICM-ID，在這一點上也可以認為是優(yōu)秀 的。 至此，在各個實施例中以解調(diào)(解映射)處理、解碼處理為焦點進行了說明，當然
另外還需要無線頻率(RF)電路、定時同步、對傳輸路徑的相位旋轉(zhuǎn)進行修正的檢波處理等
通常的無線通信所需要的處理。此外，上述實施例作為無線通信裝置進行了記載，但也可以
適用于進行編碼以及調(diào)制的其他通信裝置、例如可以適用于有線調(diào)制解調(diào)裝置等。 在達成極其接近理論極限的傳輸率的同時，作為編碼使用以極其簡單的重復代碼
為基礎(chǔ)的代碼，解碼處理量少，因此可以廣泛地應(yīng)用于以無線通信裝置為首的各種通信設(shè)備。
權(quán)利要求
一種發(fā)送機，其特征在于，具有編碼器，其對第一位串進行重復編碼；交織器，其對從所述編碼器輸出的代碼字進行交織；以及調(diào)制器，其對從所述交織器輸出的第二位串進行調(diào)制，變換為符號；所述調(diào)制器把削減所述第二位串的位數(shù)后得到的第三位串映射為所述符號，所述第三位串具有僅由所述第二位串的1位生成的至少一個第一位、以及對所述第二位串的多個位進行運算而生成的第二位組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)送機，其特征在于，為了生成所述第三位串的某1位而使用的第二位串的位，不用于生成所述第三位串的 其他位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)送機，其特征在于， 在將所述第三位串映射為所述符號時，使用非Gray映射方式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)送機，其特征在于， 所述編碼器具有重復次數(shù)相互不同的多個位復制器，所述編碼器按照預定的比率使用所述多個位復制器來進行所述第一位串的重復編碼。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)送機，其特征在于， 所述第一位串包含信息位和奇偶校驗位。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)送機，其特征在于， 所述交織器隨機地更替所述代碼字的位的順序以及極性。
7. —種接收機，其接收從k位的預定位變換而得的符號串，其特征在于， 所述符號串是通過把按照dv次的重復次數(shù)對所述預定位進行重復編碼而得的復制位，對于1位削減為m位，對m位分配1個符號而生成的，其中m < 1， 所述接收機具有符號解映射器，其使用接收到的l個接收符號以及m-l位的事前信息，輸出l位的第一 外部信息；檢查節(jié)點解碼器，其針對與所述1個接收符號對應(yīng)的m位的各個位，使用所述符號解映 射器輸出的m位的所述第一外部信息以及1-1位的事前信息，輸出1位的第二外部信息；解交織器，其對與所述符號串對應(yīng)的多個位的第二外部信息進行解交織；變量節(jié)點解碼器，其把從所述解交織器輸出的dv-l位的第二外部信息作為事前信息 來使用，輸出1位的第三外部信息；以及交織器，其對于從所述變量節(jié)點解碼器輸出的各復制位的第三外部信息進行與所述解 交織為逆處理的交織，所述檢查節(jié)點解碼器把從所述交織器輸出的1位的所述第三外部信息作為事前信息 來使用，輸出m位的第四外部信息，所述第四外部信息被用作所述符號解映射器的事前信息。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的接收機，其特征在于， 所述檢查節(jié)點解碼器具有將m位變換為1位的功能，僅通過所述1位的1位來決定所述m位中的至少1位，通過所述1位中的預定的位的 運算來變換所述m位中的其他的多個位。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的接收機，其特征在于，在所述m位的某1位的變換中所使用的所述1位的位，不用于所述m位串的其他位的 變換。
10. —種信號接收裝置，具有從接收到的符號輸出與被映射為該符號的多個位有關(guān)的 解調(diào)結(jié)果的符號解映射器、交織器、解交織器、以及解碼器，其特征在于，具有與該符號解映射器、所述交織器、以及所述解交織器連接的檢查節(jié)點解碼器，所述 解碼器具有與所述解交織器以及所述交織器連接的變量節(jié)點解碼器，所述檢查節(jié)點解碼器和所述解交織器以及所述交織器按照i : n的關(guān)系相連，其中n > i。
全文摘要
本發(fā)明提供一種傳輸率損失小的BICM-ID(Bit Interleaved Coded Modulation-Iterative Decoding)方式的無線通信裝置的編碼以及調(diào)制方法、以及解碼方法。通過以重復代碼為基礎(chǔ)的代碼來進行編碼(10)，經(jīng)由對編碼后的各位的順序進行更替的交織處理(11)后，執(zhí)行基于擴展映射(Extended Mapping)的多值調(diào)制(12)，然后進行發(fā)送。在此，擴展映射由從1位向m位(m＜1)的位數(shù)削減處理和非Gray映射構(gòu)成，位數(shù)削減處理僅根據(jù)交織后的位中的一位決定規(guī)定數(shù)量的位中的至少一位。
文檔編號H04W88/02GK101753268SQ20091022509
公開日2010年6月23日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者松本正, 矢野隆 申請人:株式會社日立制作所