CN111183590B - 用于比特交织编码调制的列行交织 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于通信***(500)的发送设备(100)。发送设备(100)获取包括待发送给接收设备(300)的信息比特的信息消息，并对该信息消息进行编码以便获得码字。发送设备(100)还对码字进行速率匹配以产生包括***比特和奇偶校验比特的速率匹配后的码字。此外，发送设备(100)还对速率匹配后的码字的***比特和奇偶校验比特进行联合交织以获得交织后的码字，其中，交织后的码字的***比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置，并且该交织后的码字的奇偶校验比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置。此外，本发明还涉及相应的接收设备(300)、相应的方法以及计算机程序。

Description

用于比特交织编码调制的列行交织
技术领域
本发明涉及发送设备和接收设备。此外，本发明还涉及对应的方法和计算机程序。
背景技术
比特交织的低密度奇偶校验(low density parity check，LDPC)编码调制代表了能够非常接近***容量运行的最常用的无线通信传输方案之一。在新空口(new radio，NR)下，包括IEEE和3GPP的一些国际标准采用具有阶数高达256QAM的自适应调制的LDPC码来实现非常高的频谱效率。
NR LDPC码是长度为n且维度为k＜n的准循环(quasi-cyclic，QC)LDPC码。这些码被指定为k×(n+2Z)的二进制***奇偶校验矩阵(parity-check matrix，PCM)H的零空间，其中第一2Z个***码字比特被打孔。二进制PCM H以下述方式生成：
·根据NR规范中规定的条件，基于码字长度n和维度k，在两个可能的基矩阵HBG，1和HBC，2中选择基图矩阵HBG；
·根据扩展因子Z扩展HBG以获得H，Z其中Z是基于码字长度n和维度k确定的。
扩展过程包括下述步骤：根据以下，使用Z×Z矩阵替换HBG的每个元素来获得矩阵H：
·HBG中值为0的每个元素被替换为大小为Z×Z的全零矩阵0；
·HBG中值为1的每个元素被替换为大小为Z×Z的循环置换矩阵I(Pi，j)，其中i和j是元素的行索引和列索引，并且I(Pi，j)是通过将大小为Z×Z的单位矩阵I向右循环移位Pi，j次而获得的。Pi，j的值由Pi，j＝mod(Vi，j，Z)给出。Vi，j的值由设定的索引iLS和所选择的基本矩阵给出。
NR LDPC编码器将大小为k的信息矢量i＝(i1，...，ik)映射到矢量d＝(d1，...，dn+2Z)，如
d＝iG (1)
其中G是大小为k×n的二进制矩阵，称为生成矩阵。在***码的情况下，生成矩阵具有下述结构：
G＝[Ik P] (2)
其中Ik是k×k单位矩阵并且P是k×(n-k)矩阵。当生成矩阵为***形式时，如(2)中那样，可以容易地获得奇偶校验矩阵，如
Hs＝[PT In-k] (3)
其中PT表示P的转置。值得注意的是，满足下述条件的任何矩阵H都可以用作由G生成的码的奇偶校验矩阵：
GHT＝0 (4)
其中0是具有(n-k)个元素的全零矢量。因此，从Hs的行的线性组合获得的任何全秩矩阵都是由G生成的码的奇偶校验矩阵。NR中指定的奇偶校验矩阵并非为***形式(3)。
通过打孔来自矢量d的第一2Z个***比特来获得NR LDPC码字矢量c＝(c1，...，cn)。因此，码字矢量c具有下述结构：c＝(i2Z+1，t2Z+2，...，ik，w1，...，wn-k+2Z)，其中w＝(w1，...，wn-k+2Z)是获得的奇偶校验比特使得
Figure BDA0002404724010000021
因此，NR LDPC码不是***的。然而，其码字包含进入LDPC编码器的信息比特的较大子集。通常使用低复杂度迭代算法来译码LDPC码，该算法对邻接矩阵为所述LDPC码的PCM的二分图进行置信传播(belief-propagation，BP)。
调制符号是根据属于可用星座图集x＝{χ1，...，χL}的星座图
Figure BDA0002404724010000022
得出的。每个星座图χl，l＝1，...，L，由大小Ml＝|χ1|和阶数ml＝log2Ml来表征。标签函数
Figure BDA0002404724010000023
将χl的每个星座图符号与ml比特的不同的二进制矢量相关联。为了便于表示，在下文中略去星座图索引并且在需要时再次使用。星座图x的二进制标签中的每个比特由比特级容量来表征，比特级容量通常被定义为星座图的二进制标签中的每个比特的互信息，当在某信道(例如AWGN信道)上发送星座图符号时对其进行测量。具体地，在传统的比特交织编码调制(bit-interleaved coded modulation，BICM)方案中，在发送器处，编码比特的每个m元组(e1，...，em)被映射到星座图符号s∈χ，然后发送该星座图符号。在接收器处，检测器计算发送的比特的对数似然比(log-likelihood ratio，LLR)，如
Figure BDA0002404724010000031
其中k＝1，...，m，其中P(ε)指示事件ε发生的概率，y是接收的信号并且
Figure BDA0002404724010000034
指示与星座图符号s相关联的标签的第k比特。比特级容量被定义为
βk＝I(ek；λk) (6)
其中I(a；b)指示表示符号a与符号b的互信息。例如，如果信道是AWGN，则比特级容量可以被估计为
Figure BDA0002404724010000032
其中m是星座图阶数，并且
Figure BDA0002404724010000033
表示期望运算符。
对于包括AWGN信道在内的大多数实际感兴趣的信道，比特级容量是在该信道上经历的SNRρ的单调非递减函数βk，k＝1，...，m。
发明内容
本发明的实现方式的目的是提供一种减轻或解决传统解决方案的缺陷问题的解决方案。
通过独立权利要求的技术特征解决了上述和其他目的。
在从属权利要求中可以找到本发明的其他有利实施方式。
根据本发明的第一方面，利用一种用于通信***的发送设备来实现以上所提及的目的和其他目的，该发送设备用于：
获取包括待发送给接收设备的信息比特的信息消息；
对该信息消息进行编码以获得码字；
对该码字进行速率匹配以产生包括***比特和奇偶校验比特的速率匹配后的码字；
对所述速率匹配后的码字的***比特和奇偶校验比特进行联合交织以获得交织后的码字，其中，交织后的码字的***比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置，并且该交织后的码字的奇偶校验比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置。
相对于传统方案，第一方面所述的发送设备具有很多优势。一个优势在于，与传统解决方案相比，所述发送设备可以提高错误率方面的性能，即在给定信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)或者同等质量度量的情况下可以降低错误率。这是因为以下事实：通过使用根据第一方面的发送设备，编码传输变得更可靠。对于具有高阶调制的低密度奇偶校验码(LDCP)编码传输尤其如此。
根据第一方面的发送设备的一种实现方式中，在初始传输中每个第一可靠性高于任何第二可靠性。
初始传输是在新的信息消息被发送给接收设备时执行的。
根据第一方面的发送设备的一种实现方式中，在重传中每个第一可靠性低于任何第二可靠性。
重传是在初始传输不成功和/或接收设备向发送设备指示其没有成功译码信息消息时发生的。这可以例如涉及重传方案，例如HARQ等。重传是在初始传输之后执行的。
根据第一方面的发送设备的一种实现方式中，所述交织后的码字是具有m列和s行的矩阵，其中，m是所述调制星座图的标签中的比特数，并且其中，s乘以m至少等于码字的长度。
这种实现形式的优点在于，所述矩阵的交织结构简单，可以被容易地实现在例如硬件或数字信号处理软件中。
根据第一方面的发送设备的一种实现方式，发送设备还用于，在初始传输中，
对矩阵的每行进行循环移位以获得该矩阵的每行的重新排列的行，其中，该矩阵的行的所有***比特被排列在重新排列的行的最左侧位置，并且该矩阵的该行的所有奇偶校验比特被排列在该重新排列的行的最右侧位置，其中，重新排列的行的最左侧位置中的比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置，并且该重新排列的行的最右侧位置中的比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置。
这种实现方式的优点在于，循环移位置换容易实现，因为可以通过简单地从某个比特位置开始顺序读取其输入中的比特位，并在到达最后一个输入比特位时回绕到第一个比特位，从而可以生成交织器输出。
根据第一方面的发送设备的一种实现方式，所述发送设备还用于，在重传中，
对矩阵的每行进行循环移位以获得该矩阵的每行的重新排列的行，其中，该矩阵的行的***比特被排列在重新排列的行的最右侧位置，并且该矩阵的该行的奇偶校验比特被排列在该重新排列的行的最左侧位置，其中，重新排列的行的最左侧位置中的比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置，并且该重新排列的行的最右侧位置中的比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置。
这种实现方式的优点在于，循环移位置换容易实现，因为通过简单地从某个比特位置开始顺序读取其输入中的比特位，并在到达最后一个输入比特位时回绕到第一个比特位，从而可以生成交织器输出。并且，在最可靠的调制比特标签位置上放置奇偶校验比特有助于解码器增加编码增益，从而为发送的信息报文提供更好的错误保护。
根据第一方面的发送设备的一种实现方式，所述发送设备还用于：
将每个重新排列的行映射到调制星座图的调制符号上以获得多个调制符号；
将通信信号中多个调制符号发送至接收设备。
该实现方式的优点在于，每个重新排列的行已经具有与调制标签相同的大小。因此，执行重新排列的行到调制符号的一对一映射是简单(低复杂度)的。
根据第一方面的发送设备的一种实现方式中，所述发送设备还用于，在初始传输中，
选择矩阵的每行的所有***比特以获得该矩阵的每行的第一子行，其中，第一子行包括该矩阵的行的所有***比特，其中，第一子行中的比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置；
选择矩阵的每行的所有奇偶校验比特以获得该矩阵的每行的第二子行，其中，第二子行包括该矩阵的行的所有奇偶校验比特，其中，该第二子行中的比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置。
即使在行中的信息比特(奇偶校验比特也是如此)没有连续排列的情况下，这种实现方式也能够将***比特分组在最可靠的调制标签位置中并且将奇偶校验比特分组在不太可靠的调制标签位置中。
根据第一方面的发送设备的一种实现方式，所述发送设备还用于，在重传中，
选择矩阵的每行的奇偶校验比特以获得该矩阵的每行的第一子行，其中，第一子行包括该矩阵的行的奇偶校验比特，其中，第一子行中的比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置；
选择矩阵的每行的***比特以获得该矩阵的每行的第二子行，其中，第二子行包括该矩阵的行的***比特，其中，第二子行中的比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置。
即使在行中的信息比特(奇偶校验比特也是如此)没有连续排列的情况下，这种实现方式也能够将***比特分组在最可靠的调制标签位置中并且将奇偶校验比特分组在不太可靠的调制标签位置中，即使在信息比特(因此还有奇偶校验比特)被不连续地排列在行中时也能够如此。
在根据第一方面的发送设备的实现形式中，所述发送设备还用于：
对矩阵中每行的第一子行和第二子行进行合并以获得该矩阵的每行的合并后的行；
将每个合并后的行映射到调制星座图的调制符号以获得多个调制符号；
将通信信号中多个调制符号发送至接收设备。
该实现方式的优点在于，每个合并后的行已经具有与调制标签相同的大小，因此将合并后的行一一映射到调制符号的实现方式简单(低复杂度)。
在根据第一方面的发送设备的实现形式中，所述发送设备还用于：
确定控制消息，其中，控制消息包括对信息消息的信息比特数的指示、对码字的编码比特数的指示以及对调制符号的调制阶数的指示；
将控制消息发送至接收设备。
该实现方式的优点在于，控制消息向接收设备通知交织操作，从而使接收设备更易于进行解交织。
在根据第一方面的发送设备的实现形式中，调制星座图是正交幅度调制星座图。
该实现形式的优点在于，正交幅度调制实现起来简单，是广泛使用的调制方式，具有多种可靠度等级，因此当与第一方面所述的发送设备一起使用时会提供良好的性能。
根据第一方面的发送设备的实现方式中，所述码字属于低密度奇偶校验码本。
根据本发明的第二方面，通过一种用于无线通信***的接收设备来实现以上所提及的目的和其他目的，该接收设备用于：
从发送设备接收通信信号，其中，该通信信号包括多个调制符号；
对多个调制符号进行解映射以获得多个软比特标签，其中，多个软比特标签中的每个软比特标签包括***软比特和奇偶校验软比特；
对多个软比特标签进行解交织以获得解交织后的软码字，其中，多个软比特标签中的***软比特是从调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置解映射的，并且多个软比特标签中的奇偶校验软比特是从调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置解映射的；
对解交织后的软码字进行解速率匹配以获得解速率匹配后的软码字。
相对于传统方案，第二方面所述的接收设备具有很多优势。一个优势在于，相比传统方案，所述接收设备可以提高错误率方面的性能，即在给定信噪比(SNR)或者同等质量度量的情况下可以降低错误率。这是由于通过第一方面所述的发送设备，使得编码传输更加可靠，尤其是对于高阶调制的低密度奇偶校验码(LDPC)编码传输的情况更是如此。
根据第二方面所述的接收设备的一种实现方式中，在初始接收中每个第一可靠性高于任何第二可靠性。所提及的初始接收对应于发送设备的初始传输。
根据第二方面的接收设备的一种实现方式中，在后续接收中每个第一可靠性低于任何第二可靠性。所提及的后续接收对应于发送设备的重传。
根据第二方面的接收设备的一种实现方式中，所述接收设备还用于：
对解速率匹配后的软码字进行译码以获得码字。
该实现方式的优点在于，译码纠正了解速率匹配后的码字中的错误，从而输出端可以传送更加可靠的消息。
根据第二方面的接收设备的一种实现方式中，所述接收设备还用于：
获得控制消息，其中，控制消息包括对信息消息的信息比特数的指示、对码字的编码比特数的指示以及对调制符号的调制阶数的指示；
基于控制消息对多个软比特标签进行解交织。
该实现方式的优点在于，通过获得控制消息，向接收设备通知由发送设备执行的交织操作，从而使接收设备更易于进行解交织。
根据本发明的第三方面，利用一种用于发送设备的方法来实现以上提及的目的和其他目的，该方法包括：
获取包括待发送给接收设备的信息比特的信息消息；
对信息消息进行编码以获得码字；
对码字进行速率匹配以产生包括***比特和奇偶校验比特的速率匹配后的码字；
对所述速率匹配后的码字的***比特和奇偶校验比特进行联合交织以获得交织后的码字，其中，交织后的码字的***比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置，并且该交织后的码字的奇偶校验比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置。
根据第三方面的方法可以扩展为与根据第一方面的发送设备的实现方式对应的实现方式。因此，该方法的实现方式包括发送设备的对应实现方式的特征。
第三方面所述的方法的优势与第一方面所述的发送设备的相应实现方式的优势相同。
根据本发明的第四方面，通过一种用于接收设备的方法以实现上述以及其他目的，该方法包括：
从发送设备接收通信信号，其中，该通信信号包括多个调制符号；
对多个调制符号进行解映射以获得多个软比特标签，其中，多个软比特标签中的每个软比特标签包括***软比特和奇偶校验软比特；
对多个软比特标签进行解交织以获得解交织后的软码字，其中，多个软比特标签中的***软比特是从调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置解映射的，并且多个软比特标签中的奇偶校验软比特是从调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置解映射的；
对解交织后的软码字进行解速率匹配以获得解速率匹配后的软码字。
第四方面所述的方法可以扩展为对应于第二方面所述的接收设备的实现方式的实现方式。因此，所述方法的实现方式包括所述接收设备的相应实现方式的特征。
第四方面的方法的优点与第二方面的接收设备的对应实现方式的优点相同。
本发明还涉及一种计算机程序，其特征在于代码装置，该代码装置在由处理装置运行时使该处理装置执行根据本发明所述的任一方法。此外，本发明还涉及一种计算机程序产品，其包括计算机可读介质和所述提及的计算机程序，其中，所述计算机程序被包括在计算机可读介质中，并且该计算机可读介质包括选自以下组中的一个或更多个：只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、闪速存储器、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)以及硬盘驱动器。
根据以下详细描述，本发明的其他应用和优点将变得明显。
附图说明
附图旨在阐明和解释本发明的不同实施方式，其中：
图1示出了本发明实施例提供的发送设备；
图2示出了本发明实施例提供的接收设备；
图3示出了本发明实施例提供的交织器结构；
图4示出了本发明实施例提供的LDPC码字的不同结构；
图5示出了本发明实施例提供的交织器结构；
图6示出了本发明实施例提供的一种用于发送设备的方法；
图7示出了本发明实施例提供的一种用于接收设备的方法；
图8示出了本发明实施例提供的比特交织的LDPC码和非交织的LDPC码的性能对比。
具体实施方式
图1示出了本发明实施例提供的发送设备100的框图。在图2中示出了根据本发明实施例的对应接收设备300的框图。为了提供对本发明的理解，在使用QAM调制的LDPC编码传输方案下描述所提及的实施方式，但不限于此。其他编码和调制技术可以与本发明结合使用。例如，任何线性分组码例如turbo码、串行级联卷积码、里所(Reed-Solomon，R-S)码、博斯-乔赫里-霍克文黑姆(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem，BCH)码和极化码都可以与本发明结合使用。至于调制技术，任何调制技术例如M-QAM、M-PSK、M-PPM都可以与本发明结合使用。
图1的实施例提供的发送设备100包括编码器102(在该示例中为LDPC编码器)、速率匹配器104、交织器106和映射器108(在该示例中为QAM映射器)，它们如图1所示的那样彼此耦接。由于该发送设备100可以在无线通信***、有线通信***或其组合中进行操作，因此本发送设备100还包括无线通信装置110和/或有线通信装置112。
编码器102用于获取包括待发送给接收设备300(参见图2)的信息比特的信息消息。编码器102还用于对信息消息进行编码以获得码字并将该码字转发至速率匹配器104。LDPC编码器102接收包括信息比特的信息消息I并对该信息消息I进行编码以生成码字c。在LDPC编码器102的输出处，生成的码字矢量c的长度为n比特。在非速率匹配情况下，码字矢量c的第一k-2Z分量是***比特，并且该码字矢量c的其余分量是奇偶校验比特。
在接收到码字c时，速率匹配器104用于对码字c进行速率匹配以产生包括***比特和奇偶校验比特的速率匹配后的码字，奇偶校验比特也被称为冗余比特。在由冗余版本rv＝0表示的初始传输中，速率匹配器104对码字c的最后的奇偶校验比特打孔，并且不对该码字中的任何初始***比特打孔。在随后的传输中，速率匹配器104对***比特和奇偶校验比特打孔，其中冗余版本rv指示被打孔的***比特和奇偶校验比特的组合。
接收速率匹配后的码字的交织器106用于对速率匹配后的码字的***比特和奇偶校验比特进行联合交织以获得交织后的码字。交织后的码字通常是具有m列和s行的矩阵，其中m是调制星座图的标签中的比特数，并且其中s乘以m至少等于码字的长度。然而，应当注意，在不执行速率匹配的情况下，到交织器106的输入将是未经速率匹配的码字c。在交织器106的这个操作中，交织后的码字c的***比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置，并且交织后的码字的奇偶校验比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置，使得在初始传输中每个第一可靠性高于任何第二可靠性，并且在重传中每个第一可靠性低于任何第二可靠性。然后，码字c＝(c1，c2，…cn)被映射到
Figure BDA0002404724010000081
调制符号，其中M＝2m是调制器星座图的大小。到调制符号的映射是以下述方式执行的：首先通过将码字c逐列从左上角开始先从上到下再从左向右写入大小为s×m(s行，m列)的矩阵B的方式交织后的码字c。这样，码字c中的(k-2Z)个***比特将被写入最左侧的
Figure BDA0002404724010000082
个列中。如果码字大小n不是m的整数倍，则在矩阵B的最后一列的末尾***Nz＝(sm-n)个零填充比特。以这种方式，交织器可以处理任何整数大小的码字c。
然后从第一行开始逐行读出矩阵B的内容。第r行br＝(br，0，...，br，m-1)被读取作为m元组b(i)，...，b(i+m-1)并且在映射器108中被映射到复值QAM符号x＝I+jQ。根据其中指定的调制映射，在m元组b(i)，...，b(i+m-1)中各比特以比特级容量的非增加顺序进行排列，即b(i)，b(i+1)具有最高的比特级容量，b(i+2)，b(i+3)具有第二高的比特级容量，...，b(i+m-2)，b(i+m-1)具有最低的比特级容量。在QAM映射之后，将复调制符号x收集到信号矢量x中并将其发送至通信***500中的接收设备300。
所描述的交织器操作对码字中的比特位置进行置换，使得得到的置换码字包含编码比特段的序列，其中，每一段将映射到单独的调制符号。每一段包含以所需顺序排列的奇偶校验比特和***比特。因此，这里的交织器对***比特和奇偶校验比特进行联合交织/置换。在初始传输中每个第一可靠性高于任何第二可靠性，并且该初始传输是在新信息消息被发送给接收设备时执行的。在重传中每个第一可靠性低于任何第二可靠性，并且重传是在初始传输不成功和/或接收设备向发送设备指示其没有成功译码信息消息时发生的。这与重传方案如HARQ等相关。重传是在初始传输之后执行的。
此外，如前文所述，存在其中码字c中的初始***比特都没有被打孔的rv＝0(即初始传输)的情况以及***比特被打孔的rv＞0的情况。
由于***比特以更高的可靠度传送给接收机，因此将***比特放置在最可靠的调制比特标签位置上提供了对抗初传中的传输错误的更高的鲁棒性，从而为发送的信息报文获得更好的错误保护。
对于重传，在最可靠的调制比特标签位置中放置奇偶校验比特有助于解码器增加编码增益，由此在重传之后执行译码时，为所发送的信息报文带来更好的差错保护。。
在初始传输即rv＝0的情况下，矩阵B的内容可以被写为图3所示的那样，其中信息比特在最左侧位置，并且奇偶校验比特在最右侧位置。该结构可以被解释为具***字c中的***比特和奇偶校验比特的特定排序的最大距离交织器106。交织器106对***比特和奇偶校验比特进行共同置换，并且同时产生一种排序，在该排序下交织后的码字c的***比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置并且交织后的码字c的奇偶校验比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置，其中每个第一可靠性高于任何第二可靠性。
现在考虑重传的情况，即，当冗余版本为rv≥1时的情况。在这种情况下，码字c由编码器102和速率匹配器104提供给交织器106。速率匹配器104将LDPC编码器输出写入循环缓冲器，并且然后开始从某个位置读取循环缓冲器中的比特。循环缓冲器中的初始位置读取位置可以对应于***比特或奇偶校验比特。因此，进入交织器106的码字c可以具有图4所示的结构之一。对于图4中除了情况(a)之外的所有情况(情况(a)对应于非速率匹配的情况)，***比特将不会被放置在矩阵B的最左侧的列。因此，交织器106不会将这些***比特映射到最可靠的调制比特。然而，在***比特被映射到最可靠调制比特的初始传输之后的重传中，使奇偶校验比特被映射到最可靠位置可能是有益的。在仿真中已对这一行为进行了细致观察，并且可以通过高度可靠的奇偶校验比特位所带来的较高编码增益来解释这一行为。
为了获得所期望的***比特和奇偶校验比特的映射，公开了交织器结构以及到调制符号的映射，如图5所示。为了获得所期望的映射，在进行调制映射之前使用行交织器120对矩阵B的每行中的比特进行置换。行交织器120以下述方式置换矩阵B的每行中的m个比特：在进行交织之后，***比特被映射到调制标签中的最可靠比特或最不可靠比特，这取决于传输是初始传输还是重传。在以下公开内容中，描述了使用行交织器120来构造矩阵的行的两个主要解决方案。在一个解决方案中，在矩阵B的每行上应用循环移位，以及在另一解决方案中，针对矩阵B的每行形成两个子行，其中一个子行包括行的所有***比特而另一个子行包括该行的所有奇偶校验比特。
根据实施方式，行交织器120在初始传输中执行对矩阵的每行的左循环移位。在图5所示的示例中，每行被左循环移位，直到该行中的所有***比特占据第一(最左侧)位置并且所有奇偶校验比特占据最后(最右侧)位置。在行交织之后，每行被映射到调制符号。因此，这里的行交织器120用于对矩阵的每行进行循环移位以获得该矩阵的每行的重新排列的行，在重新排列的行中，该矩阵的行的所有***比特被排列在重新排列的行的最左侧位置中，并且该矩阵的该行的所有奇偶校验比特被排列在该重新排列的行的最右侧位置中。重新排列的行的最左侧位置中的比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置，并且该重新排列的行的最右侧位置中的比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置。
根据另一实施方式，行交织器120在重传中执行对矩阵的每行的左循环移位。在一个示例中，每行被左循环移位，直到该行的所有奇偶校验比特占据第一(最左侧)位置并且所有***比特占据最后(最右侧)位置。在行交织之后，每行被映射到调制符号。因此，这里的行交织器120用于对矩阵的每行进行循环移位以获得该矩阵的每行的重新排列的行，在重新排列的行中，该矩阵的行的所有奇偶校验比特被排列在重新排列的行的最左位置中，并且该矩阵的该行的所有***比特被排列在该重新排列的行的最右侧位置中。重新排列的行的最左侧位置中的比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置，并且重新排列的行的最右侧位置中的比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置。
在传输时，每个重新排列的行被映射到调制星座图的调制符号上以获得多个调制符号。在被表示为x的矢量形式的通信信号510中将多个调制符号发送至接收设备300。
根据另一实施方式，这里的行交织器120用于在初始传输中选择矩阵B的每行的所有***比特以获得矩阵B的每行的第一子行。第一子行包括矩阵B的行的所有***比特，并且第一子行中的比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置。因此，在该第一步骤中，行交织器120从左到右跳过奇偶校验比特依次读取其输入矢量中的所有***比特，并将这些比特发送至其输出。行交织器120还用于选择矩阵B的每行的所有奇偶校验比特以获得矩阵B的每行的第二子行。第二子行包括矩阵B的行的所有奇偶校验比特，并且第二子行中的比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置。因此，在该第二步骤中，行交织器120从左到右跳过***比特依次读取其输入矢量中的所有奇偶校验比特，并将读取的比特发送至其输出。
根据另一实施方式，这里的行交织器120用于在重传中选择矩阵B的每行的所有奇偶校验比特以获得矩阵B的每行的第一子行。第一子行包括矩阵B的行的所有奇偶校验比特，并且第一子行中的比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置。因此，在该第一步骤中，行交织器120从左到右跳过***比特依次读取其输入矢量中的所有奇偶校验比特，并将这些比特发送至其输出。行交织器120还用于选择矩阵B的每行的所有***比特以获得矩阵B的每行的第二子行。第二子行包括矩阵B的行的所有***比特，并且第二子行中的比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置。因此，在该第二步骤中，行交织器120从左到右跳过奇偶校验比特依次读取其输入矢量中的所有***比特，并将读取的比特发送至其输出。
在传输时，对矩阵B中的每行的第一子行和第二子行进行合并以获得该矩阵B的每行的合并后的行。每个合并后的行被映射到调制星座图的调制符号以获得多个调制符号。在通信信号x中将多个调制符号发送至接收设备300。
通过使用上述实施方式中描述的行交织器120，以与图4中的情况(b)相同的方式处理图4中的情况(c)和情况(d)。更有益的是考虑任何行交织器120不改变矩阵B的右下部分中的Nz个零的位置，因为这些零已经占据了低可靠性位置，因此将它们移动至其他更高可靠性位置会导致通信资源的浪费。
图2示出了根据本发明的实施方式的接收设备300。图2中的接收设备300包括解映射器302(在该示例中为软解映射器)、解交织器304、解速率匹配器306和解码器308(在该示例中为LDCP解码器)，它们如图2所示的那样彼此耦接。由于本接收设备300可以在无线通信***、有线通信***或其组合中进行操作，因此该接收设备300还包括无线通信装置310和/或有线通信装置312。通常，接收设备300用于执行由根据本发明的发送设备100执行的操作的逆操作。
包括多个调制符号的被表示为r的矢量形式的通信信号520由接收设备300接收并被转发至解映射器302。接收的通信信号520是传播通过一个或更多个信道(例如无线信道或有线通信信道)之后的所发送的通信信号510。
解映射器302用于对多个调制符号进行解映射以获得多个软比特标签。多个软比特标签中的每个软比特标签包括***软比特和奇偶校验软比特。
解交织器304用于对多个软比特标签进行解交织以获得跨越多个调制符号的解交织的软码字。多个软比特标签中的***软比特被从调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置解映射，并且多个软比特标签中的奇偶校验软比特被从调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置解映射，并且在初始接收(即，对应于初始传输的接收)中每个第一可靠性高于任何第二可靠性，并且在后续接收(即，对应于重传的后续接收)中每个第一可靠性低于任何第二可靠性。解交织包括执行由发送设备100中的交织器106执行的操作的逆操作，因此解交织器304获得软解调符号的矢量l＝(l1，...，ln)作为其输入并将该矢量l——从左上角开始并且先从左到右然后从上到下前进——逐行地写入与B相同大小即s×m(s行，m列)的矩阵B-1。B-1的内容被先从上到下然后从左到右逐列地读出至解速率匹配器306。
解速率匹配器306用于对从解交织器304接收的解交织的软码字进行解速率匹配以获得解速率匹配后的软码字。
最后，解速率匹配后的软码字被发送至LDPC解码器308进行译码以输出信息消息。
在本发明的另一实施方式中，提供了从发送设备100到接收设备300的控制信令机制。因此，发送设备100用于确定控制消息。该控制消息包括对信息消息的信息比特数的指示、对码字的编码比特数的指示以及对调制符号的调制阶数的指示。发送设备100将控制消息发送至接收设备300(图中未示出)。
相应地，接收设备300用于获得控制消息。该控制消息包括对信息消息的信息比特数、码字的编码比特数以及调制符号的调制阶数的指示。接收设备300使用控制消息中的信息来对多个软标签进行解交织。因此，将向接收设备300通知信息比特数、所发送的码字中的编码比特数和调制阶数。接收设备300为了确定交织器结构还需要的唯一附加信息是关于冗余版本rv的知识。关于冗余版本rv的该信息可以例如从本地调度器获得或者通过控制信道从远程设备获得等，本地调度器基于信道质量信息来计算每次传输的传输参数。
接收设备300可以从调度器、通信***的控制节点或直接从发送设备100接收控制消息。
图6示出了根据本发明的实施方式的方法的流程图。该方法可以在发送设备100(例如图1中的发送设备)中实现。方法200包括获得202信息消息，该信息消息包括对接收设备300寻址的信息比特。方法200还包括对信息消息进行编码204以获得码字。方法200还包括对码字进行速率匹配206以产生包括***比特和奇偶校验比特的速率匹配后的码字。方法200还包括共同交织208速率匹配后的码字的***比特和奇偶校验比特以获得交织后的码字，其中，交织后的码字的***比特被映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置，并且该交织后的码字的奇偶校验比特被映射到调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置。
图7示出了根据本发明的实施方式的对应方法的流程图。该方法可以在接收设备100(例如图2中的接收设备)中实现。方法400包括从发送设备100接收402通信信号520，其中，通信信号520包括多个调制符号。方法400还包括对多个调制符号进行解映射404以获得多个软比特标签，其中，多个软比特标签中的每个软比特标签包括***软比特和奇偶校验软比特。方法400还包括对多个软比特标签进行解交织406以获得解交织的软码字，其中，多个软比特标签中的***软比特被从调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置解映射，并且多个软比特标签中的奇偶校验软比特被从调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置解映射。方法400还包括对解交织的软码字进行解速率匹配408以获得解速率匹配的软码字。
在本节中，参照图8呈现了本发明的实施方式的一些性能结果。在这方面已经进行了仿真，并且在表1中总结了仿真参数。如RAN1中约定的那样，奇偶校验矩阵是使用基本矩阵1构造的。
Figure BDA0002404724010000121
Figure BDA0002404724010000131
表1：仿真参数
x轴显示信噪比(SNR)，并且y轴显示块错误率(block error rate，BLER)。图8示出了与没有进行交织的LDPC编码***(虚线)相比，使用本发明的实施方式的LDPC编码***的BLER性能(实线)。在这些评估中，假设初始传输即rv＝0的情况。观察到使用本交织器可以获得显著的增益。从图8可以得出，对于BLER＝0.1，可以看到对应于编码率0.667、0.5和0.4的增益为0.25dB、0.3dB、0.625dB。
<u>编码率</u> <u>BLER＝10<sup>-1</sup>处的SNR增益</u>
2/5 0.625
1/2 0.3
2/3 0.25
表2：对于块长度K＝4928比特和256QAM调制的SNR增益
发送设备100和接收设备300可以是具有在通信***500中分别发送、接收通信信号的能力的任何类型的通信设备。所提及的通信***500可以是无线通信***、有线通信***或它们的组合。这种通信***的示例有LTE、LTE高级、NR、WiFi、HSPA、HSDPA和宽带CDMA。
在实施例中，发送设备100和接收设备300是客户端设备或网络接入节点。
这里的客户端设备(其可以被表示为用户装置、用户设备(User Equipment，UE)、移动台、物联网(internet of thing，IoT)设备、传感器设备、无线终端和/或移动终端)能够在无线通信***(有时也被称为蜂窝无线***)中无线地进行通信。UE还可以被称为具有无线能力的移动电话、蜂窝电话、平板计算机或膝上型计算机。在本上下文中，UE可以是例如能够经由无线接入网络与另一实体(例如另一接收器或服务器)传送语音和/或数据的便携式、口袋可存储式、手持式、计算机包含式或车载式移动设备。UE可以是站(Station，STA)，其是包含到无线介质(Wireless Medium，WM)的符合IEEE802.11的媒体访问控制(Media Access Control，MAC)和物理层(Physical Layer，PHY)接口的任何设备。UE还可以被配置用于在与3GPP相关的LTE和LTE高级中、在WiMAX及其演进中以及在第五代无线技术(例如新空口(New Radio))中进行通信。
这里的网络接入节点也可以被表示为无线网络接入节点、接入网络接入节点、接入点或基站(例如，无线电基站(Radio Base Station，RBS))，其在一些网络中可以根据所使用的技术和术语而被称为发送器、“eNB”、“eNodeB”、“NodeB”或“B节点”。无线网络接入节点可以基于传输功率并且因此也基于小区大小而具有不同的类别，如例如宏eNodeB、家庭eNodeB或微微基站。无线网络接入节点可以是站(STA)，其是包含到无线介质的符合IEEE802.11的媒体访问控制和物理层接口的任何设备。无线网络接入节点也可以是与第五代(fifth generation，5G)无线***对应的基站。
此外，根据本发明的实施方式的任何方法可以以具有代码装置的计算机程序实现，该代码装置在由处理装置运行时使得该处理装置执行该方法的步骤。计算机程序被包括在计算机程序产品的计算机可读介质中。计算机可读介质可以基本上包括任何存储器，例如只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、闪速存储器、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable PROM，EEPROM)或硬盘驱动器。
此外，技术人员认识到，发送设备100和接收设备300的实施方式包括用于执行本解决方案的例如功能、装置、单元、元件等形式的必要通信能力。其他这样的装置、单元、元件和功能的示例有：处理器、存储器、缓冲器、控制逻辑、编码器、解码器、速率匹配器、解速率匹配器、映射单元、乘法器、决策单元、选择单元、开关、交织器、解交织器、调制器、解调器、输入、输出、天线、放大器、接收器单元、发送器单元、DSP、MSD、TCM编码器、TCM解码器、电力供应单元、功率馈送器、通信接口、通信协议等，它们被合适地布置在一起以执行本解决方案。
特别地，发送设备100和接收设备300的处理器可以包括例如以下中的一个或更多个实例：中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、处理单元、处理电路、处理器、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、微处理器或者可以解释并执行指令的其他处理逻辑。因此，表述“处理器”可以表示包括多个处理电路例如上述电路中的任何、一些或全部电路的处理电路***。处理电路***还可以执行用于输入、输出和处理数据(包括数据缓冲)的数据处理功能以及诸如呼叫处理控制、用户接口控制等的设备控制功能。
最后，应当理解，本发明不限于上述实施方式，而是还涉及并包括所附独立权利要求范围内的所有实现方式。

Claims (19)

1.一种用于通信***(500)的发送设备(100)，所述发送设备(100)用于：
获取包括待发送给接收设备(300)的信息比特的信息消息；
对所述信息消息进行编码以获得码字；
对所述码字进行速率匹配以产生包括***比特和奇偶校验比特的速率匹配后的码字；
对所述速率匹配后的码字的所述***比特和所述奇偶校验比特进行联合交织以获得交织后的码字，其中，所述速率匹配后的码字逐列从左上角开始先从上到下再从左向右写入矩阵进行交织；
将所述交织后的码字的***比特映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置，并且将所述交织后的码字的奇偶校验比特映射到所述调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置，其中，所述矩阵的内容从第一行开始逐行读出，在初始传输中每个第一可靠性高于任一第二可靠性，在重传中每个第一可靠性低于任一第二可靠性。
2.根据权利要求1所述的发送设备(100)，其中，所述交织后的码字是具有m列和s行的矩阵，其中，m是所述调制星座图的标签中的比特数，并且其中，s乘以m至少等于所述码字的长度。
3.根据权利要求2所述的发送设备(100)，所述发送设备(100)用于在所述初始传输中，
对所述矩阵的每行进行循环移位，以获得所述矩阵的每行的重新排列的行，其中，所述矩阵的行的***比特被排列在所述重新排列的行的最左侧位置，并且所述矩阵的所述行的奇偶校验比特被排列在所述重新排列的行的最右侧位置，其中，所述重新排列的行的所述最左侧位置中的比特被映射到所述调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置，并且所述重新排列的行的所述最右侧位置中的比特被映射到所述调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置。
4.根据权利要求3所述的发送设备(100)，所述发送设备(100)用于：
将每个重新排列的行映射到所述调制星座图的调制符号上以获得多个调制符号；
将通信信号(510)中所述多个调制符号发送至所述接收设备(300)。
5.根据权利要求2所述的发送设备(100)，所述发送设备(100)用于在所述重传中，
对所述矩阵的每行进行循环移位以获得所述矩阵的每行的重新排列的行，其中，所述矩阵的行的***比特被排列在所述重新排列的行的最右侧位置，并且所述矩阵的所述行的奇偶校验比特被排列在所述重新排列的行的最左侧位置，其中，所述重新排列的行的所述最左侧位置中的比特被映射到所述调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置，并且所述重新排列的行的所述最右侧位置中的比特被映射到所述调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置。
6.根据权利要求5所述的发送设备(100)，所述发送设备(100)用于：
将每个重新排列的行映射到所述调制星座图的调制符号上以获得多个调制符号；
将通信信号(510)中所述多个调制符号发送至所述接收设备(300)。
7.根据权利要求2所述的发送设备(100)，所述发送设备(100)用于在所述初始传输中，
选择所述矩阵的每行的***比特以获得所述矩阵的每行的第一子行，其中，所述第一子行包括所述矩阵的行的所述***比特，其中，所述第一子行中的比特被映射到所述调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置；
选择所述矩阵的每行的奇偶校验比特以获得所述矩阵的每行的第二子行，其中，所述第二子行包括所述矩阵的行的所述奇偶校验比特，其中，所述第二子行中的比特被映射到所述调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置。
8.根据权利要求7所述的发送设备(100)，所述发送设备(100)用于：
对所述矩阵中每行的所述第一子行和所述第二子行进行合并以获得所述矩阵每行的合并后的行；
将每个合并后的行映射到所述调制星座图的调制符号以获得多个调制符号；
将通信信号(510)中所述多个调制符号发送至所述接收设备(300)。
9.根据权利要求2所述的发送设备(100)，所述发送设备(100)用于在所述重传中，
选择所述矩阵的每行的奇偶校验比特以获得所述矩阵的每行的第一子行，其中，所述第一子行包括所述矩阵的行的所述奇偶校验比特，其中，所述第一子行中的比特被映射到所述调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置；
选择所述矩阵的每行的***比特以获得所述矩阵的每行的第二子行，其中，所述第二子行包括所述矩阵的行的所述***比特，其中，所述第二子行中的比特被映射到所述调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置。
10.根据权利要求9所述的发送设备(100)，所述发送设备(100)用于：
对所述矩阵中每行的所述第一子行和所述第二子行进行合并以获得所述矩阵每行的合并后的行；
将每个合并后的行映射到所述调制星座图的调制符号以获得多个调制符号；
将通信信号(510)中所述多个调制符号发送至所述接收设备(300)。
11.根据权利要求4或6或8或10所述的发送设备(100)，所述发送设备(100)用于：
确定控制消息，其中，所述控制消息包括对所述信息消息的信息比特数的指示、对所述码字的编码比特数的指示以及对所述调制符号的调制阶数的指示；
将所述控制消息发送至所述接收设备(300)。
12.根据权利要求1-10中任一项所述的发送设备(100)，其中，所述调制星座图是正交幅度调制星座图。
13.根据权利要求1-10中任一项所述的发送设备(100)，其中，所述码字属于低密度奇偶校验码本。
14.一种用于通信***(500)的接收设备(300)，所述接收设备(300)用于：
从发送设备(100)接收通信信号(520)，其中，所述通信信号(520)包括多个调制符号；
对所述多个调制符号进行解映射以获得多个软比特标签，其中，所述多个软比特标签中的每个软比特标签包括***软比特和奇偶校验软比特；
对所述多个软比特标签进行解交织以获得解交织后的软码字，其中，所述多个软比特标签逐行从左上角开始先从从左到右再从上到下写入矩阵；
从调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置解映射所述多个软比特标签中的所述***软比特，并且从所述调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置解映射所述多个软比特标签中的所述奇偶校验软比特，其中，在初始接收中每个第一可靠性高于任何第二可靠性，在后续接收中每个第一可靠性低于任何第二可靠性；
对所述解交织后的软码字进行解速率匹配以获得解速率匹配后的软码字，其中，所述矩阵的内容逐列先从上到下再从左到右读出。
15.根据权利要求14所述的接收设备(300)，所述接收设备(300)用于：
对所述解速率匹配后的软码字进行译码以获得信息消息。
16.根据权利要求15所述的接收设备(300)，所述接收设备(300)用于：
获得控制消息，其中，所述控制消息包括对所述信息消息的信息比特数的指示、对所述码字的编码比特数的指示以及对所述调制符号的调制阶数的指示；
基于所述控制消息对所述多个软比特标签进行解交织。
17.一种用于发送设备(100)的方法，所述方法(200)包括：
获取(202)包括待发送给接收设备(300)的信息比特的信息消息；
对所述信息消息进行编码(204)以获得码字；
对所述码字进行速率匹配(206)以产生包括***比特和奇偶校验比特的速率匹配后的码字；
对所述速率匹配后的码字的所述***比特和所述奇偶校验比特进行联合交织以获得交织后的码字，其中，所述速率匹配后的码字逐列从左上角开始先从上到下再从左向右写入矩阵进行交织；
将所述交织后的码字的***比特映射到调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置，并且将所述交织后的码字的奇偶校验比特映射到所述调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置，其中，所述矩阵的内容从第一行开始逐行读出，在初始传输中每个第一可靠性高于任一第二可靠性，在重传中每个第一可靠性低于任一第二可靠性。
18.一种用于接收设备(300)的方法，所述方法(400)包括：
从发送设备(100)接收(402)通信信号(520)，其中，所述通信信号(520)包括多个调制符号；
对所述多个调制符号进行解映射(404)以获得多个软比特标签，其中，所述多个软比特标签中的每个软比特标签包括***软比特和奇偶校验软比特；
对所述多个软比特标签进行解交织(406)以获得解交织后的软码字，其中，所述多个软比特标签逐行从左上角开始先从从左到右再从上到下写入矩阵；
从调制星座图中具有第一可靠性的调制标签位置解映射所述多个软比特标签中的所述***软比特，并且从所述调制星座图中具有第二可靠性的调制标签位置解映射所述多个软比特标签中的所述奇偶校验软比特，其中，在初始接收中每个第一可靠性高于任何第二可靠性，在后续接收中每个第一可靠性低于任何第二可靠性；
对所述解交织后的软码字进行解速率匹配(408)以获得解速率匹配后的软码字，其中，所述矩阵的内容逐列先从上到下再从左到右读出。
19.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有包括程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，用于执行根据权利要求17或18所述的方法。
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