说明书一种无线广播通信系统及方法
技术领域
本发明涉及无线广播通信技术领域，特别是涉及下一代广播电视无线 (NGB-W)通信系统中的纠错编码技术。
背景技术
随着世界经济文化的快速发展，用户对无线信息业务的需求量快速增长。单 独依靠传统无线广播网或传统无线双向通信网，已无法实现信息业务的最优化传 输。与此同时，人们不再满足于仅仅收看传统的无线广播电视业务，而是对新型 无线广播电视业务有着越来越强烈的需求。下一代广播电视网无线(NGB-W)系 统，可实现无线广播和无线双向通信的融合共存，是解决移动信息业务数据量快 速增长和无线网络传输容量受限之间矛盾的有效途径，也是支撑有线、无线融合 创新业务的必要途径。
在复杂多变的无线环境中，NGB-W系统业务传输面临严重的干扰和噪声问 题。纠错编码技术是保证信息传输的可靠性、克服噪声和干扰的最有效技术之一。 LDPC码由于其较深的误码平层、较低的译码复杂度，被众多通信标准所采纳。
在传统的通信系统中，例如DVB-T2(第二代欧洲数字地面电视广播传输)， 采用S-IRA结构的LDPC码，这种LDPC码编码复杂度低，只需要根据校验矩 阵即可实现线性复杂度的编码。但DVB-T2系统中所采用的LDPC码，存在以 下两个问题：一、低码率(码率<1/2)的码字性能距离香农限较远，性能有待于 进一步提升；二、某些码字错误平层高于BER＝1E-7。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无线广播通信系 统及方法，解决现有技术中NGB-W系统业务传输面临严重的干扰和噪声的问 题。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种无线广播通信系统，包括： 发送装置、接收装置及两者通讯的业务逻辑信道；其中，所述业务逻辑信道采用 外编码和内编码级联的纠错编码形式，所述外编码包括BCH码，所述内编码包 括LDPC码；所述纠错编码包括：待传输数据经FEC编码处理后，生成FEC编 码块，其中，所述FEC编码处理包括：BCH码的校验比特附加在待传输数据之 后，LDPC码的校验比特附加在BCH码校验比特之后；其中，所述LDPC在低 码率采用第一QC编码结构，在高码率采用第二QC编码结构。
可选的，所述BCH码采用定义在GF(2^14)域上的本原BCH系统码。
可选的，所述内编码采用长度为19200比特的LDPC码，子块大小为320， 其码率包括：1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4和4/5，其中，低于1/2 为所述低码率，大于或等于1/2为所述高码率。
可选的，所述LDPC码校验矩阵H是一个定义在GF(2)域上的维度为 MLDPC×NLDPC的分块矩阵：
其中，MLDPC＝NLDPC-KLDPC， N r LDPC = M LDPC / Z , N c LDPC = N LDPC / Z , ]]>每一个 子块Hi,j是一个维度为Z×Z的循环矩阵，其中，Z＝320，Hi,j的第k行由Hi,j的第0行循环右移k个元素得到， 1≤k≤Z-1；校验矩阵H由其第aZ行的所有元素唯一确定，在Hi,j第一行中，如果只有第ti,j个元素为1，其余元素均为0，即Hi,j由一 个Z×Z维的单位阵循环右移ti,j个元素得来，则Hi,j可以表示为其中：
如果ti,j＝0,则Hi,j是一个Z×Z维的单位阵。
可选的，所述第二QC编码结构包括：所述校验矩阵H的一部分循环矩阵Hi,j具有双循环结构，设为其中，和是两个互不相等的循环矩 阵，所述
可选的，所述第一QC编码结构包括：校验矩阵H分为5个矩阵部分A、B、 C、D及E，所述校验矩阵分成上下两排，上排从左至右依次为A、B及E，下 排从左至右依次为C及D；其中，B和D分别为p×p和 (NLDPC-KLDPC-p)×(NLDPC-KLDPC-p)的方阵，E为p×(NLDPC-KLDPC-p)的零阵，A为 p×KLDPC的高密度矩阵，C为(NLDPC-KLDPC-p)×(KLDPC+p)的低密度矩阵。
可选的，所述A和C均由Z×Z维的0阵或循环矩阵Hi,j构成，B中的循环矩 阵满足以下条件： H i , j = I t i , j if i = j , i = j - 1 I t i , j or 0 if i < j - 1 0 if i ≥ j + 1 ; ]]>D中的循环矩阵满足以下条件： H i , j = I t i , j if i = j 0 if i ≠ j . ]]>
可选的，所述FEC编码包括：
为KBCH比特的待传输数据构成BCH码的信息比特
其中,m0为待传输数据最高有效位(MSB)，
为最低有效位(LSB)；
对m进行BCH码编码，将得到的BCH校验比特
d = d 0 d 1 . . . d N BCH - K BCH - 1 T ]]>附加在m之后，得到LDPC码的信息比特：
Λ = λ 0 λ 1 . . . λ K LDPC - 1 T = m 0 m 1 . . . m K BCH - 1 d 0 d 1 . . . d N BCH - K BCH - 1 T ; ]]>
对长度为KLDPC的Λ进行LDPC码编码，并将得到的LDPC码校验比特： Δ = Δ 0 Δ 1 . . . Δ N LDPC - K LDPC - 1 T ]]>附加在Λ之后，得到长度为NLDPC的LDPC码系统 码字： u = u 0 u 1 . . . u N LDPC - 1 T = λ 0 λ 1 . . . λ K LDPC - 1 Δ 0 Δ 1 . . . Δ N LDPC - K LDPC - 1 T . ]]>
可选的，所述无线广播通信系统包括：下一代广播电视无线网络系统。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种无线广播通信方法，包括： 提供通信使用的业务逻辑信道；其中，所述业务逻辑信道采用外编码和内编码级 联的纠错编码形式，所述外编码包括BCH码，所述内编码包括LDPC码；所述 纠错编码包括：待传输数据经FEC编码处理后，生成一个FEC编码块，其中， 所述FEC编码处理包括：BCH码的校验比特附加在待传输数据之后，LDPC码 的校验比特附加在BCH码校验比特之后，其中，所述LDPC码采用QC结构； 所述LDPC在低码率采用第一QC编码结构，在高码率采用第二QC编码结构。
如上所述，本发明提供一种无线广播通信系统及方法，提供通信使用的业务 逻辑信道；其中，所述业务逻辑信道采用外编码和内编码级联的纠错编码形式， 所述外编码包括BCH码，所述内编码包括LDPC码；所述纠错编码包括：待传 输数据经FEC编码处理后，生成一个FEC编码块，其中，所述FEC编码处理包 括：BCH码的校验比特附加在待传输数据之后，LDPC码的校验比特附加在BCH 码校验比特之后，其中，所述LDPC码采用QC结构；所述LDPC在低码率采用 第一QC编码结构，在高码率采用第二QC编码结构；本发明提高下一代无线广 播通信系统(包含并不仅限于NGB-W系统)的性能，使其更加逼近香农限。
附图说明
图1显示为本发明一实施例中纠错编码过程原理的示意图。
图2显示为本发明一实施例中内编码LPDC的改进QC结构示意图。
图3a显示为本发明一实施例的方案在AWGN信道、QPSK调制下的 FER/BER仿真结果图。
图3b显示为本发明一实施例的方案在i.i.d Rayleigh信道、QPSK调制下的 FER/BER仿真结果图。
图4a显示为本发明一实施例的方案在AWGN信道、QPSK调制下和现有 DVB-T2系统的性能对比的仿真结果图。
图4b显示为本发明一实施例的方案在i.i.d Rayleigh信道、QPSK调制下和 现有DVB-T2系统的性能对比的仿真结果图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本 说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过 另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于 不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的 是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供一种无线广播通信系统，包括：发送装置、接收装置及两者通讯 的业务逻辑信道，所述无线广播通信系统包括但不限于下一代广播电视网络 (NGB-W)系统，优选的是应用于移动场景；其中，所述发送装置、接收装置 例如为移动终端设备、网关设备、或基站等。
其中，所述业务逻辑信道采用外编码和内编码级联的纠错编码(FEC)形式， 在本实施例中，所述外编码为BCH码，所述内编码为LDPC码，但并非以此为 限，在其他通信系统中均可根据需求加以变化。
如图1所示，所述纠错编码包括：长度为KBCH比特的待传输数据经FEC编 码处理后，生成一个NLDPC比特的编码块(FEC块)。BCH码的校验比特附加在 待传输数据之后，LDPC码的校验比特附加在BCH码校验比特之后；所述LDPC 码采用QC(Quasi-Cyclic，分块准循环)结构，低码率采用了改进的QC结构， 相比传统QC结构的LDPC码，其译码门限更接近香农限。
在一实施例中，所述FEC编码处理过程例如以下所示：
·长度为KBCH比特的待传输数据构成BCH码的信息比特
m = m 0 m 1 . . . m K BCH - 1 T , ]]>其中m0为待传输数据最高有效位(MSB)，为最低有效位(LSB)
·对m进行BCH码编码，将得到的BCH校验比特 d = d 0 d 1 . . . d N BCH - K BCH - 1 T ]]>附 加在m之后，得到LDPC码的信息比特
Λ = λ 0 λ 1 . . . λ K LDPC - 1 T = m 0 m 1 . . . m K BCH - 1 d 0 d 1 . . . d N BCH - K BCH - 1 T ; ]]>
·对长度为KLDPC的Λ进行LDPC码编码，并将得到的LDPC码校验比特 Δ = Δ 0 Δ 1 . . . Δ N LDPC - K LDPC - 1 T ]]>附加在Λ之后，得到长度为NLDPC的LDPC码系 统码字 u = u 0 u 1 . . . u N LDPC - 1 T = λ 0 λ 1 . . . λ K LDPC - 1 Δ 0 Δ 1 . . . Δ N LDPC - K LDPC - 1 T . ]]>
在一实施例中，所述外编码采用定义在域GF(2^14)上最多能纠正12比特错 误的本原BCH系统码，其生成多项式十六进制例如表示为：
120BBA549566BA23004BF345D7ADC79EAE3330C560D。
在一实施例中，所述内编码采用长度为19200比特的LDPC码，子块大小Z 为320，其码率分别为1/5、1/4、1/3、5/12、1/2、7/12、2/3、3/4和4/5，其中， 可定义低于1/2为所述低码率，大于或等于1/2为所述高码率。
举例来说，NGB-W系统移动场景纠错编码基本参数设置见表1，其中NLDPC表示LDPC码码长，KLDPC表示LDPC码系统比特长度，NBCH表示BCH码码长， KBCH表示BCH码系统比特长度，Z表示分块大小。
表1：NGB-W系统移动场景LDPC码参数
LDPC码率 KBCH NBCH BCH纠错能力 NBCH-KBCH KLDPC NLDPC Z
1/5 3672 3840 12 168 3840 19200 320
1/4 4632 4800 12 168 4800 19200 320
1/3 6232 6400 12 168 6400 19200 320
5/12 7832 8000 12 168 8000 19200 320
1/2 9432 9600 12 168 9600 19200 320
7/12 11032 11200 12 168 11200 19200 320
2/3 12632 12800 12 168 12800 19200 320
3/4 14232 14400 12 168 14400 19200 320
4/5 15192 15360 12 168 15360 19200 320
结合上述，可以提供9种码率的LDPC码的校验矩阵；所述LDPC码的校 验矩阵H可以是一个定义在GF(2)域上的维度为MLDPC×NLDPC的分块矩阵：
其中，MLDPC＝NLDPC-KLDPC， N r LDPC = M LDPC / Z , N c LDPC = N LDPC / Z , ]]>每一个子 块Hi,j是一个维度为Z×Z的循环矩阵，其中，Z＝320，Hi,j的第k行由Hi,j的第0行循环右移k个元素得到，1≤k≤Z-1；
校验矩阵H由其第aZ行的所有元素唯一确定，
在Hi,j第一行中，如果只有第ti,j个元素为1，其余元素均为0，即Hi,j由一 个Z×Z维的单位阵循环右移ti,j个元素得来，则Hi,j可以表示为其中：
如果ti,j＝0,则Hi,j是一个Z×Z维的单位阵。
优选的，所述第二QC编码结构包括：所述校验矩阵H的一部分循环矩阵Hi,j具有双循环结构，设为其中，和是两个互不相等的循环矩 阵，所述
高码率(R≥1/2)LDPC码的度分布如表2所示：
表2：NGB-W系统移动场景高码率LDPC码的度分布
码率 ρ(x) λ(x)
1/2 0.4562x24+0.1460x3+0.2080x2+0.1898x1 0.1460x9+0.854x8
7/12 0.4839x11+0.3387x2+0.1774x1 0.9274x9+0.0726x8
2/3 0.4348x19+0.1594x3+0.2826x2+0.1232x1 0.8116x13+0.1884x12
3/4 0.4891x14+0.0290x3+0.3804x2+0.1014x1 0.4130x18+0.5870x17
4/5 0.4478x14+0.0448x3+0.4254x2+0.0821x1 0.3431x22+0.6567x21
如图2所示，在一实施例中，所述第一QC编码结构包括：校验矩阵H分 为5个矩阵部分A、B、C、D及E，所述校验矩阵分成上下两排，上排从左至 右依次为A、B及E，下排从左至右依次为C及D，其中，B和D分别为p×p和 (NLDPC-KLDPC-p)×(NLDPC-KLDPC-p)的方阵，E为p×(NLDPC-KLDPC-p)的零阵，A为 p×KLDPC的高密度矩阵，C为(NLDPC-KLDPC-p)×(KLDPC+p)的低密度矩阵。
在一实施例中，所述A和C均由Z×Z维的0阵或循环矩阵Hi,j构成，B中的 循环矩阵满足以下条件： H i , j = I t i , j if i = j , i = j - 1 I t i , j or 0 if i < j - 1 0 if i ≥ j + 1 ; ]]>D中的循环矩阵满足以 下条件： H i , j = I t i , j if i = j 0 if i ≠ j . ]]>
低码率(R<1/2)LDPC码的度分布如表3所示：
表3：NGB-W系统移动场景低码率LDPC码的度分布
码率 ρ(x) λ(x)
1/5 0.0543x11+0.7466x10+0.1991 0.0543x11+0.1493x10+0.7964x3
1/4 0.056x13+0.052x12+0.72x11+0.172 0.1x24+0.092x23+0.6x4+0.208x3
1/3 0.0528x13+0.0491x12+0.7547x9+0.1434 0.025x31+0.025x30+0.3x5+0.65x4
5/12 0.1087x9+0.7174x8+0.0290x7+0.0254x6+0.1196 0.1449x39+0.1379x37+0.7174x5
结合上述，本发明还提供一种无线广播通信方法，其技术原理同上述实施例 大致相同，因此在不冲突的情况下上述实施例中的技术特征均可应用于所述方法 实施例中，因此不再对相同的技术特征进行赘述。
本发明提供一种无线广播通信方法，包括：提供通信使用的业务逻辑信道； 其中，所述业务逻辑信道采用外编码和内编码级联的纠错编码形式，所述外编码 包括BCH码，所述内编码包括LDPC码；所述纠错编码包括：待传输数据经FEC 编码处理后，生成一个FEC编码块，其中，所述FEC编码处理包括：BCH码的 校验比特附加在待传输数据之后，LDPC码的校验比特附加在BCH码校验比特 之后，其中，所述LDPC码采用QC结构；所述LDPC在低码率采用第一QC编 码结构，在高码率采用第二QC编码结构。
在上述实施例的NGB-W系统中，设计了一套码长为19200的LDPC码方案， 进行仿真实验，在AWGN信道、QPSK调制下的译码门限如下表4所示，i.i.d Rayleigh信道和QPSK调制下的FER(Frame Error Rate，误帧率)/BER(Bit Error Rate，误码率)曲线分别如图3a及3b所示；而在AWGN信道及i.i.d Rayleigh信 道、QPSK调制下，本发明实施例的方案与DVB-T2系统的LDPC码BER的性 能对比分别如图4a及4b所示，图3a至图4b中的横轴为符号信噪比Es/N0，单 位为dB；该实施例方案具有以下优良效果：
在AWGN信道、QPSK调制、BER＝10-7下，本发明实施例的方案的工作 范围为-3.65dB～4.68dB(SNR)，涵盖了深度衰落下的深度覆盖场景和高速率数 据传输场景；该方案中，相邻码的译码门限间隔约为1dB(SNR)，使网络部署 具有极大的灵活性；所有9种码率的码均具有逼近香农限的译码门限；与DVB-T2 系统的LDPC码相比，该方案的LDPC码具有更广的工作范围(DVB-T2的1/5 码仅在信令信道中使用)、更均匀的工作点分布、更大的瀑布区斜率、更低的译 码门限(相同码率最大降低0.446dB)。
表4：NGB-W系统移动场景LDPC码译码门限(Eb/N0@BER＝1E-7)(dB)
承前所述，可参考下表A.11～A.19，展示本实施例中9个码率下LDPC码校 验矩阵的具体内容：
表A.11：1/5码率LDPC码校验矩阵，NLDPC＝19200，Z＝320
表A.12：1/4码率LDPC码校验矩阵，NLDPC＝19200，Z＝320
表A.13：1/3码率LDPC码校验矩阵，NLDPC＝19200，Z＝320
表A.14：5/12码率LDPC码校验矩阵，NLDPC＝19200，Z＝320
表A.15：1/2码率LDPC码校验矩阵，NLDPC＝19200，Z＝320
表A.16：7/12码率LDPC码校验矩阵，NLDPC＝19200，Z＝320
表A.17：2/3码率LDPC码校验矩阵，NLDPC＝19200，Z＝320
表A.18：3/4码率LDPC码校验矩阵，NLDPC＝19200，Z＝320
表A.19：4/5码率LDPC码校验矩阵，NLDPC＝19200，Z＝320
综上所述，本发明提供一种无线广播通信系统及方法，提供通信使用的业务逻辑信道； 其中，所述业务逻辑信道采用外编码和内编码级联的纠错编码形式，所述外编码包括BCH码， 所述内编码包括LDPC码；所述纠错编码包括：待传输数据经FEC编码处理后，生成一个 FEC编码块，其中，所述FEC编码处理包括：BCH码的校验比特附加在待传输数据之后， LDPC码的校验比特附加在BCH码校验比特之后，其中，所述LDPC码采用QC结构；所述 LDPC在低码率采用第一QC编码结构，在高码率采用第二QC编码结构；本发明提高下一代 无线广播通信系统(包含并不仅限于NGB-W系统)的性能，使其更加逼近香农限。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。