專利名稱：級(jí)聯(lián)式信道編碼的方法和設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及編碼方法和設(shè)備，更具體地涉及一種用于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中具有可變碼率和編碼增益的級(jí)聯(lián)式信道編碼。2.相關(guān)技術(shù)描述
如共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利號(hào)6,016,311中所述地，一種無線通信系統(tǒng)便于在多個(gè)用戶無線電站或用戶單元(固定或移動(dòng)的)與固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行雙向通信。示例性通信系統(tǒng)包括移動(dòng)蜂窩式電話系統(tǒng)、個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)和無繩電話。這些無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵目的是根據(jù)要求在多個(gè)用戶單元和他們的相應(yīng)的基站之間提供通信信道以便將一個(gè)用戶單元的用戶連至固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(通常是一個(gè)有線系統(tǒng))。在具有多個(gè)接入方案的無線系統(tǒng)中，一個(gè)時(shí)“幀”用作基本信息傳輸單元。每一幀被劃分為多個(gè)時(shí)隙。某些時(shí)隙被用于控制目的和某些被用于信息傳輸。用戶單元通常使用一個(gè)“雙工”方案與所選基站通信，因而允許在兩個(gè)連接方向內(nèi)交換信息。
自基站至用戶單元的傳輸通常稱為“下行”傳輸。
自用戶單元至基站的傳輸通常稱為“上行”傳輸。
取決于給定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，現(xiàn)有技術(shù)無線通信系統(tǒng)通常使用時(shí)分雙工(TDD)或頻分雙工(FDD)方法以便于在基站與用戶單元之間交換信息。TDD和FDD這兩種雙工方法都是技術(shù)中眾所周知的。
近來，寬帶或“廣帶”無線通信網(wǎng)絡(luò)已被建議用于發(fā)送加強(qiáng)寬帶服務(wù)例如聲音、數(shù)據(jù)和視頻服務(wù)。寬帶無線通信系統(tǒng)便于在多個(gè)基站與多個(gè)固定用戶站或顧客房舍設(shè)備(CPE)之間進(jìn)行雙向通信。一個(gè)示例性寬帶無線通信系統(tǒng)被描述于共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?8/974,376中并且顯示于

圖1的框圖中。如圖1中所示，一個(gè)示例性寬帶無線通信系統(tǒng)100包括多個(gè)單元102。每個(gè)單元102包含一個(gè)相關(guān)聯(lián)單元站104，它主要包括一個(gè)基站106和一個(gè)有源天線陣列108。每個(gè)單元提供單元的基站106與位于單元102的整個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)的固定顧客站112處的多個(gè)顧客房舍設(shè)備(CPE)110之間的無線連接。系統(tǒng)100的用戶可能包括居住的和商業(yè)的顧客兩者。因此，該系統(tǒng)的用戶具有不同和變動(dòng)的用途和帶寬需求。每個(gè)單元可以為上百或更多居住和商業(yè)CPE提供服務(wù)。
圖1中的寬帶無線通信系統(tǒng)100向多個(gè)CPE110提供真正“點(diǎn)播帶寬”。CPE從它們相應(yīng)的基站106處根據(jù)由CPE所服務(wù)的顧客所請(qǐng)求的服務(wù)類型和質(zhì)量來請(qǐng)求分配帶寬。不同寬帶服務(wù)具有不同帶寬和等待時(shí)間要求。提供給顧客的服務(wù)類型和質(zhì)量是變動(dòng)的和可選的?；久劫|(zhì)接入控制(“MAC”)在上行和下行的物理信道上分配可用帶寬。在上行和下行子幀內(nèi)，基站MAC根據(jù)由它們的服務(wù)質(zhì)量(“QoS”)所提出的優(yōu)先級(jí)和規(guī)則來分配不同服務(wù)之間的可用帶寬。MAC在一層MAC“層”(更高層例如TCP/IP上的信息)與一層“物理層”(物理信道上的信息)之間傳送數(shù)據(jù)。
由于基站106與CPE112之間傳輸鏈路中出現(xiàn)的多個(gè)已知通信現(xiàn)象，已經(jīng)知道傳輸鏈路或信道可能具有噪音，因而在傳輸期間產(chǎn)生誤差。這些誤差通常以數(shù)據(jù)傳輸期間產(chǎn)生的位錯(cuò)率(BER)測(cè)量。取決于這些誤差的嚴(yán)重性，基站106與CPE112之間的通信可能被損害。眾所周知，通過合適地將數(shù)據(jù)編碼，由信道噪音引入的誤差能夠被減少至任何所需電平而不犧牲信息傳輸率或存儲(chǔ)率。由于1948年香農(nóng)首次在他的里程碑文章“通信的算術(shù)理輪”(C.E.Shannon，publishedin the Bell System Technical Journal，pps.379-423(Part I)，623-656(Part II)，in July1948)中闡述了這個(gè)概念，已經(jīng)作出很多努力進(jìn)行有效的編碼方法以便在有噪音的通信環(huán)境中控制誤差。因此，誤差校正編碼方案的使用已經(jīng)成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)組成部分。
例如，為補(bǔ)償有噪音通信信道(或可能在來源和目的地兩者中產(chǎn)生的噪音)所產(chǎn)生的不良影響，可以使用傳統(tǒng)編碼和調(diào)制的組合設(shè)計(jì)將圖1的系統(tǒng)100的基站106與CPE112之間交換的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。例如，技術(shù)中眾所周知的卷積或格構(gòu)編碼調(diào)制(TCM)-Reed-Solomon(RS)類型編碼器能夠被用于將圖6的系統(tǒng)100中交換的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。卷積或TCM-RS級(jí)聯(lián)式編碼方案是通信中眾所周知的，其例子見名為“卷積編碼、原理及應(yīng)用”的文章(L.H.Charles Lee，published by Artech House，Inc.in1997)，其全部?jī)?nèi)容在此引為卷積/TCM-RS編碼方案和技術(shù)的原理的參考。眾所周知，過去將信道編碼設(shè)計(jì)和調(diào)制設(shè)計(jì)當(dāng)作個(gè)別的實(shí)體看待。漢明距離被考慮為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)合適的量度。TCM設(shè)計(jì)使用一個(gè)特定信號(hào)映射技術(shù)來提供信道代碼器輸出代碼向量與調(diào)制器之間的最優(yōu)匹配。
眾所周知，采用卷積的編碼方案或是將TCM用于內(nèi)部碼和將RS用于外部碼的編碼方案(即將卷積/TCM內(nèi)部碼與RS外部碼級(jí)聯(lián))所產(chǎn)生的編碼增益，就達(dá)到的最小漢明距離和編碼率而言是相對(duì)地高的。不利的是，這些傳統(tǒng)方案所達(dá)到的高編碼增益需要在復(fù)雜性、費(fèi)用、尺寸、速度、數(shù)據(jù)傳輸延遲和功率方面付出代價(jià)。
如專業(yè)人員熟知的，與現(xiàn)有技術(shù)中級(jí)聯(lián)編碼方案相關(guān)聯(lián)的主要缺點(diǎn)之一是這些技術(shù)需要使用符號(hào)“交織器”。卷積/TCM-RS級(jí)聯(lián)技術(shù)必須采用一個(gè)外部和內(nèi)部碼之間的符號(hào)交織器，因?yàn)楫?dāng)內(nèi)部碼解碼器造成解碼誤差時(shí)，它通常產(chǎn)生一長(zhǎng)串誤差，影響外部解碼器的多個(gè)連續(xù)符號(hào)。因此沒有去交織器時(shí)，該外部解碼器的性能嚴(yán)重地下降及由級(jí)聯(lián)所產(chǎn)生的有效編碼增益被丟失。此外，交織器/去交織器的存在使誤差串分布在多個(gè)外部碼字上，從而有效地利用外部碼能力。在只傳輸短或可變長(zhǎng)度的分組的通信系統(tǒng)中，因?yàn)榉?hào)交織器不實(shí)際而無法利用。此外，現(xiàn)有技術(shù)級(jí)聯(lián)信道編碼方案所要求的符號(hào)交織器增加數(shù)據(jù)傳輸中的延遲。
這些增加的傳輸延遲可能在某些場(chǎng)合中無法接受。例如當(dāng)圖1的系統(tǒng)100用于在基站和CPE之間傳送T1型連續(xù)數(shù)據(jù)服務(wù)時(shí)。這些類型的數(shù)據(jù)服務(wù)通常具有很好地控制的傳輸?shù)却龝r(shí)間要求，這可能無法容忍由現(xiàn)有技術(shù)級(jí)聯(lián)信道編碼方案所用符號(hào)交織器所引入的傳輸延遲。
與現(xiàn)有技術(shù)中級(jí)聯(lián)編碼方案相關(guān)聯(lián)的第二個(gè)缺點(diǎn)是這些技術(shù)要求附加開銷以便在分組末尾處實(shí)行格構(gòu)終結(jié)。此附加開銷減弱通過級(jí)聯(lián)所取得的有效編碼增益。第三個(gè)與現(xiàn)有技術(shù)中級(jí)聯(lián)編碼方案相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)是使用有約束長(zhǎng)度7代碼的Viterbi解碼器。如專業(yè)人員熟知的，約束長(zhǎng)度7 Viterbi解碼器造成顯著的解碼延遲，它在分組數(shù)據(jù)傳輸中是不希望的。此外，這些解碼器相對(duì)地復(fù)雜，因此必須使用具有增加的費(fèi)用和功率特性的設(shè)備來加以實(shí)施。
現(xiàn)有技術(shù)級(jí)聯(lián)信道編碼方案在實(shí)施中相對(duì)地復(fù)雜，因而與不太復(fù)雜的實(shí)施例比較，在功率、尺寸和可靠性方面都有缺點(diǎn)。其結(jié)果是，分組數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)所用現(xiàn)有技術(shù)信道編碼實(shí)施例通常使用“單級(jí)”編碼技術(shù)例如卷積、TCM或塊編碼技術(shù)。塊碼的例子是Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)碼、Reed-Muller(RM)碼、循環(huán)碼、陣列碼、單誤差校正(SEC)漢明碼和Reed-Solomon(RS)碼。因此，不利的是，分組傳輸系統(tǒng)無法利用傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)編碼技術(shù)所提供的優(yōu)點(diǎn)，此優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部碼的軟決策解碼，其結(jié)果是較大編碼增益和較好編碼效率。
因此需要一種級(jí)聯(lián)信道編碼方法和設(shè)備，它能夠容易地被實(shí)施，提供可接受的編碼性能，很好地適用于可變尺寸分組數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，及克服現(xiàn)有技術(shù)級(jí)聯(lián)信道編碼方法和設(shè)備的缺點(diǎn)。具體地，需要一種級(jí)聯(lián)信道編碼方法和設(shè)備，它沒有由格構(gòu)終結(jié)所引起的附加開銷和并且減少實(shí)施復(fù)雜性和解碼延遲。此外，需要一種級(jí)聯(lián)信道編碼方法和設(shè)備，用于分組數(shù)據(jù)傳輸，并且允許變動(dòng)編碼增益。發(fā)明概要
本發(fā)明是一種用于將數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)有效地進(jìn)行編碼的新穎方法和設(shè)備。本發(fā)明的級(jí)聯(lián)信道編碼技術(shù)很好地適合于小的或可變尺寸分組數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。該技術(shù)也能適用于一個(gè)連續(xù)模式數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。該方法和設(shè)備能夠減少通常與現(xiàn)有技術(shù)信道編碼方法和設(shè)備相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性、費(fèi)用、尺寸和功率消耗，而仍然達(dá)到可接受的編碼性能。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明能夠完成級(jí)聯(lián)信道編碼而不需要符號(hào)交織器。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明在實(shí)施中是簡(jiǎn)單的，因此比現(xiàn)有技術(shù)方案使用小得多的空間和功率。本發(fā)明不但不需要外部碼與內(nèi)部碼之間的符號(hào)交織器，而且還顯著地減少內(nèi)部碼Viterbi解碼器的實(shí)施復(fù)雜性。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例不需要符號(hào)交織器(或解碼器端的去交織器)，因?yàn)楫?dāng)內(nèi)部碼造成解碼誤差時(shí)，它只產(chǎn)生單個(gè)或有限數(shù)量的外部碼符號(hào)誤差。本方法和設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例或者使用軟決策解碼技術(shù)來校正收到的有噪音符號(hào)，或者它在輸出端產(chǎn)生誤差符號(hào)。因此，內(nèi)部碼能夠被考慮為完全匹配，或者換言之完全專用于有助于發(fā)揮外部碼性能的任務(wù)。
使用最優(yōu)解碼方法所解碼的代碼的漸近編碼增益被給定為10log10(r dmin)，其中r是代碼率和dmin是代碼的最小漢明距離。傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)編碼中采用的卷積/TCM碼通常使用一個(gè)具有較大dmin但通常低碼率的內(nèi)部碼。dmin愈高，則通常該代碼愈復(fù)雜。根據(jù)本發(fā)明的編碼技術(shù)，選用具有相對(duì)地中等dmin值的內(nèi)部碼。而碼率被改進(jìn)并且優(yōu)于傳統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)級(jí)聯(lián)編碼方案所用代碼。另一個(gè)影響性能的重要參數(shù)是Ndmin。這是距離正確路徑dmin處的路徑數(shù)量。希望Ndmin值較低以便獲得較好性能。但通常dmin愈高則實(shí)施的代碼愈復(fù)雜，并且它還具有較低速率和較高Ndmin。
與現(xiàn)有技術(shù)方案比較，本發(fā)明編碼技術(shù)所用內(nèi)部碼具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)(1)內(nèi)部碼與外部碼的要求和特性匹配(這有助于外部解碼器以最優(yōu)方式將代碼解碼)；(2)內(nèi)部碼產(chǎn)生一個(gè)具有相當(dāng)高的編碼率的編碼技術(shù)，因而使用中等dmin值提供良好編碼增益；及(3)內(nèi)部碼產(chǎn)生低Ndmin值。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)具有從短約束長(zhǎng)度卷積代碼中導(dǎo)得的短長(zhǎng)度塊碼的內(nèi)部碼。本發(fā)明利用格構(gòu)尾位和一個(gè)包括4個(gè)4狀態(tài)Viterbi解碼器并且具有相應(yīng)的短最大長(zhǎng)度的解碼器。該內(nèi)部碼能夠包括從4狀態(tài)(即約束長(zhǎng)度為3)、不系統(tǒng)的、壓縮或不壓縮卷積碼中導(dǎo)得的短塊碼。該內(nèi)部碼也能利用格構(gòu)尾位技術(shù)。本級(jí)聯(lián)編碼技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)是分組數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能夠被設(shè)計(jì)為具有可變編碼增益和編碼率。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，外部碼是一個(gè)在GF(2m)上的(N，K)Reed-Solomon代碼。該內(nèi)部碼優(yōu)選地是一個(gè)(m+1，m)奇偶校驗(yàn)碼。內(nèi)部碼的最小漢明距離dmin是2?？偞a率由以下等式(等式1)給出等式1其中R是RS代碼的冗余度，N是RS代碼的長(zhǎng)度(以符號(hào)數(shù)測(cè)量)，K是消息長(zhǎng)度(以符號(hào)數(shù)表示)和m是以位數(shù)表示的符號(hào)長(zhǎng)度。
該單個(gè)奇偶校驗(yàn)位能夠通過平行地將m個(gè)輸入位進(jìn)行異或計(jì)算而得。或者，該單個(gè)奇偶校驗(yàn)位能夠通過順序方式由單個(gè)移位寄存器和單個(gè)異或門計(jì)算而得。附圖的簡(jiǎn)要描述
圖1是一個(gè)適用于本發(fā)明的寬帶無線通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖2是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的編碼器的簡(jiǎn)化框圖3是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的級(jí)聯(lián)信道編碼方法和設(shè)備中的解碼器的簡(jiǎn)化框圖4顯示一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的級(jí)聯(lián)信道編碼技術(shù)的奇偶校驗(yàn)碼的格構(gòu)圖5闡述一個(gè)用于顯示一個(gè)使用QPSK調(diào)制和本發(fā)明的級(jí)聯(lián)信道編碼技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的性能的圖6闡述一個(gè)用于顯示本發(fā)明的第一闡述性實(shí)施例的BER性能特性的圖7闡述一個(gè)用于顯示本發(fā)明的第二闡述性實(shí)施例的BER性能特性的圖8闡述一個(gè)用于顯示本發(fā)明的第三闡述性實(shí)施例的BER性能特性的不同圖中類似參考數(shù)字和標(biāo)記標(biāo)示著類似元件。本發(fā)明的詳細(xì)描述
在此整個(gè)說明中，所示優(yōu)選實(shí)施例和例子應(yīng)該被考慮為例子而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
本級(jí)聯(lián)編碼技術(shù)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是它不但不需要外部碼與內(nèi)部碼之間的符號(hào)交織器，而且還明顯地減少內(nèi)部碼Viterbi解碼器的實(shí)施復(fù)雜性。也即，用于實(shí)施內(nèi)部碼的Viterbi解碼器比現(xiàn)有技術(shù)方案所要求的簡(jiǎn)單得多。Viterbi編碼器/解碼器是眾所周知的并且被詳細(xì)地描述于Shu Lin和Daniel Costello，Jr.所著“誤差控制編碼，原理和應(yīng)用”的專著中(1983年由Prentice Hall出版)，該專著此處全部引為誤差控制編碼原理上的參考。
本發(fā)明的級(jí)聯(lián)技術(shù)不要求使用交織器/去交織器，因?yàn)楫?dāng)內(nèi)部碼造成一個(gè)解碼誤差時(shí)它只產(chǎn)生單個(gè)或少數(shù)外部代碼符號(hào)誤差。根據(jù)本發(fā)明，該解碼器或者依賴于軟決策解碼方法而“清除”一個(gè)收到的有噪音符號(hào)，或者它生成有誤差符號(hào)。因此，該新系統(tǒng)中的內(nèi)部碼能夠被考慮為完全匹配，或者換言之完全專用為有助于發(fā)揮外部碼性能的任務(wù)。
眾所周知，使用最優(yōu)解碼方法所解碼的代碼的漸近編碼增益被給定為10log10(r dmin)，其中r是碼率和dmin是代碼的最小漢明距離?，F(xiàn)有技術(shù)級(jí)聯(lián)編碼器中采用的現(xiàn)有技術(shù)卷積/TCM碼通常使用一個(gè)具有較大dmin值的內(nèi)部碼。然而，與這些編碼器相關(guān)聯(lián)的碼率通常是低的。dmin值愈高，則該代碼愈復(fù)雜。在此處提出的級(jí)聯(lián)編碼方案中，選用一個(gè)具有相對(duì)地中等dmin值的內(nèi)部碼。然而，該碼率優(yōu)于傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)編碼方案所用代碼。此外，眾所周知，另一個(gè)影響性能的重要參數(shù)是Ndmin。這是距離正確路徑dmin處的路徑數(shù)量。希望Ndmin值較低以便獲得較好性能。通常dmin值愈高則實(shí)施的代碼愈復(fù)雜。此外，它還具有較低速率和較高Ndmin值。
本發(fā)明級(jí)聯(lián)編碼技術(shù)所用內(nèi)部碼的能力能夠總結(jié)如下(1)內(nèi)部碼與外部碼的要求和特性匹配，因而有助于外部解碼器以最優(yōu)方式工作；(2)內(nèi)部碼具有獲得高編碼率的能力，因而甚至使用中等dmin值也能提供可接受的編碼增益；及(3)內(nèi)部碼產(chǎn)生相對(duì)低的Ndmin值。注意到，對(duì)于m＝8，奇偶校驗(yàn)內(nèi)部碼的漸近編碼增益是10log10(2*8/9)＝2.49db。
圖2是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的編碼器的簡(jiǎn)化框圖。如圖2中所示，本發(fā)明編碼器優(yōu)選地包括一個(gè)級(jí)聯(lián)信道編碼器200，它具有一個(gè)在操作上連至內(nèi)部碼編碼器204的外部碼編碼器202。該外部碼編碼器優(yōu)選地使用一個(gè)在GF(2m)上的(N，K)Reed-Solomon代碼。這些類型的RS代碼是技術(shù)中眾所周知的，它們能夠使用如上所述在此處全部引為參考的Lin和Costello的專著中所提供的原理來加以實(shí)施。根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)部編碼器204優(yōu)選地使用一個(gè)(m+1，m)奇偶校驗(yàn)碼。優(yōu)選地，內(nèi)部碼的最小漢明距離dmin是2?？偞a率r由以下等式1給出等式1如上所述，其中R是RS代碼的冗余度；N是RS代碼的長(zhǎng)度(以符號(hào)數(shù)測(cè)量)，K是消息長(zhǎng)度(以符號(hào)數(shù)表示)和m是以位數(shù)表示的符號(hào)長(zhǎng)度。該單個(gè)奇偶校驗(yàn)位能夠通過平行地將m個(gè)輸入位電路進(jìn)行異或計(jì)算而得?；蛘?，該單個(gè)奇偶校驗(yàn)位能夠以熟知方式通過順序方式由單個(gè)移位寄存器和單個(gè)異或門計(jì)算而得。
圖3顯示一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的級(jí)聯(lián)信道編碼方法和設(shè)備的解碼器的框圖。如圖3中所示，本發(fā)明解碼器300優(yōu)選地包括一個(gè)在操作上連至一個(gè)唯誤差或誤差和擦除RS代碼解碼器304的最大似然“軟決策”奇偶校驗(yàn)碼解碼器302。奇偶校驗(yàn)碼解碼器302以已知方式從通信信道和調(diào)制器處接收“軟信道位”。在所示實(shí)施例中，軟信道位包括“m+1”位，而RS解碼器的輸入包括“m”位。解碼器優(yōu)選地使用一個(gè)技術(shù)中熟知的相對(duì)地不復(fù)雜的軟決策Viterbi解碼器加以實(shí)施。這類解碼器被詳細(xì)地描述于在此處引為參考的Lin和Costello的專著中第315-384頁。
圖4顯示一個(gè)根據(jù)本級(jí)聯(lián)信道編碼技術(shù)的(m+1，m)奇偶校驗(yàn)碼的格構(gòu)圖400。如圖4中所示，內(nèi)部碼具有2狀態(tài)格構(gòu)圖，而在格構(gòu)內(nèi)存在(m+1)個(gè)階格。因此它能夠使用很簡(jiǎn)單和直觀的軟決策Viterbi解碼器進(jìn)行解碼。該格構(gòu)在(m+1)階格處終結(jié)于零狀態(tài)。注意到，由于格構(gòu)內(nèi)只有2個(gè)狀態(tài)及格構(gòu)長(zhǎng)度是一個(gè)小的數(shù)(通常m的典型值是“8”)，能夠利用一個(gè)寄存器交換方法來存儲(chǔ)通過格構(gòu)的解碼路徑。因此，有利的是，通過此簡(jiǎn)單2狀態(tài)Vitebi解碼器時(shí)沒有解碼延遲。作為比較，不利的是，采用卷積/TCM代碼的現(xiàn)有技術(shù)級(jí)聯(lián)編碼方案所用Viterbi解碼器的缺點(diǎn)是復(fù)雜得多并且具有顯著的解碼延遲。
在一個(gè)替換實(shí)施例中，內(nèi)部碼能夠通過以下步驟進(jìn)行解碼(1)完成收到的其長(zhǎng)度為“m”并且具有2m個(gè)可能的代碼字的向量的相關(guān)計(jì)算，及(2)選擇具有最大相關(guān)量度的代碼字作為解碼輸出。這是用于完成最優(yōu)解碼的相對(duì)地“強(qiáng)力”(強(qiáng)制性)方案。該格構(gòu)是完成相同任務(wù)的有效得多的方法?；蛘?，如果輸入位率相對(duì)地高，則可能希望平行地處理多個(gè)輸入樣本。圖4中的格構(gòu)圖能夠容易地被修改以便實(shí)施此修改方案。其結(jié)果是一個(gè)格構(gòu)具有增加的分支數(shù)但長(zhǎng)度較短。
例如，如果內(nèi)部碼是(9，8)碼，則有可能將格構(gòu)內(nèi)的三個(gè)階格合并為單個(gè)階格并且同時(shí)處理三個(gè)輸入位。只有個(gè)別例子可能或者實(shí)施內(nèi)部碼解碼器。主要地存在所有等效的實(shí)施例。如專業(yè)人員所知道的，許多替換實(shí)施例能夠在不背離本發(fā)明范圍的情況下被使用。
內(nèi)部碼與所有類型的信號(hào)群集都工作。對(duì)于較高級(jí)群集例如16QAM，如下地為單個(gè)收到的I，Q對(duì)計(jì)算多個(gè)分支量度。
例如，使(b3，b2，b1，b0)表示一個(gè)16QAM信號(hào)群集的4位二進(jìn)制標(biāo)記。使y表示收到的信號(hào)點(diǎn)和S表示b3＝0時(shí)的16QAM信號(hào)點(diǎn)的集。前提0的情況下位b3的分支量度然后被給出如下
類似地計(jì)算其他前提和其他位的量度。有可能使用分支量度的距離而不是平方距離。內(nèi)部碼編碼器與調(diào)制符號(hào)映射器之間的位置換器能夠用于使更高級(jí)調(diào)制的格構(gòu)的連續(xù)階格中的分支量度互不相關(guān)。此方案能夠略為改進(jìn)級(jí)聯(lián)代碼性能。使用本發(fā)明信道編碼技術(shù)的性能特性
現(xiàn)在提供本發(fā)明編碼方法和設(shè)備的性能特性。描述一個(gè)唯誤差RS解碼技術(shù)的性能特性。
以下的上限(等式2)給出使用BPSK或QPSK調(diào)制及使用最大似然軟決策Viterbi解碼的內(nèi)部碼的誤差事件概率等式2其中ad是離開正確路徑的漢明距離為d處從正確路徑散開后又在以后某些階格處重新集合的不正確路徑的數(shù)量。在編碼/解碼技術(shù)方面的專業(yè)人員能夠從圖4的格構(gòu)圖中知道，對(duì)于(m+1，m)奇偶校驗(yàn)碼為
對(duì)于較高SNR，只有第一項(xiàng)是顯著的。通過忽略較高次的各項(xiàng)，能夠?qū)?等式2的)上限轉(zhuǎn)換為一個(gè)近似表達(dá)式。因此RS解碼器的輸入處的符號(hào)誤差概率能夠由以下表達(dá)式(等式3)給出等式3
具有冗余度R的RS代碼的塊誤差概率由以下等式(等式4)給出等式4
再次，對(duì)于較高SNR，只有以上所給出的求和中的第一項(xiàng)是顯著的。RS解碼器的輸出端處的位誤差概率由以下等式(等式5)近似地給出等式5
現(xiàn)在描述一個(gè)例子。設(shè)K＝54個(gè)字節(jié)，因此m＝8。圖5闡述一個(gè)用于顯示本發(fā)明的使用QPSK調(diào)制和級(jí)聯(lián)信道編碼技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的性能的圖。此級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的位錯(cuò)率顯示于圖5中，其中R＝6，8，10和12。在10-9的輸出BER時(shí)，這些4個(gè)代碼的編碼增益和總碼率顯示于以下表1中。
在一個(gè)替換實(shí)施例中，圖3的Viterbi解碼器能夠被修改以便輸出每個(gè)生成的符號(hào)的可靠性信息。然后誤差和擦除校正RS解碼器能夠使用本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)系統(tǒng)性能。
表1
使用本發(fā)明級(jí)聯(lián)編碼方案
的示例性系統(tǒng)的碼率和增益具有可變編碼增益和編碼率的級(jí)聯(lián)編碼技術(shù)
本級(jí)聯(lián)編碼技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是分組數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能夠被設(shè)計(jì)為具有可變編碼增益和速率。因此，這類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者能夠選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)為以較低編碼效率為代價(jià)而具有較高編碼增益，及反之亦然。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要外部碼與內(nèi)部碼之間的符號(hào)交織器。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供與標(biāo)準(zhǔn)RS/卷積級(jí)聯(lián)代碼相同的編碼率靈活性，同時(shí)提供類似的或更好編碼增益?，F(xiàn)在討論利用本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例而不是標(biāo)準(zhǔn)RS/卷積級(jí)聯(lián)代碼的數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，本發(fā)明利用格構(gòu)尾位，它不要求格構(gòu)終結(jié)的附加開銷。不利的是，具有約束長(zhǎng)度7代碼的標(biāo)準(zhǔn)碼要求在每個(gè)分組末尾處有一個(gè)6位附加開銷以供格構(gòu)終結(jié)之用。其次，本發(fā)明內(nèi)部碼的實(shí)施復(fù)雜性比約束長(zhǎng)度7標(biāo)準(zhǔn)代碼顯著地減少。本內(nèi)部碼解碼器只是比奇偶校驗(yàn)解碼器稍微復(fù)雜些。第三，本發(fā)明內(nèi)部碼的解碼延遲比使用約束長(zhǎng)度7標(biāo)準(zhǔn)代碼時(shí)觀察到的延遲要小得多，因此提供一個(gè)很合適的機(jī)制以供分組數(shù)據(jù)傳輸之用。第四，如上所述，本發(fā)明不要求使用交織器；然而本發(fā)明能夠利用一個(gè)相對(duì)小尺寸的交織器并且提供附加編碼增益。例如，一個(gè)深度4交織器提供一個(gè)附加0.5至1.0dB的編碼增益。第五，本發(fā)明能夠用于上行和下行通信信道兩者而無需交織器，因而為上行和下行信道兩者提供相等編碼增益?，F(xiàn)在描述本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例包括一個(gè)具有利用格構(gòu)尾位從短約束長(zhǎng)度卷積碼導(dǎo)得的短長(zhǎng)度塊碼的內(nèi)部碼以及一個(gè)包括2k-1個(gè)2k-1狀態(tài)及具有短相應(yīng)最大長(zhǎng)度的Viterbi解碼器的解碼器，其中“k”是代碼的約束長(zhǎng)度。該內(nèi)部碼優(yōu)選地包括從4狀態(tài)(即約束長(zhǎng)度3)、不系統(tǒng)的、壓縮和不壓縮卷積碼中導(dǎo)得的短塊碼。壓縮卷積碼是技術(shù)中眾所周知的，一個(gè)這類用于提供壓縮卷積碼的技術(shù)被詳細(xì)地描述于美國(guó)專利號(hào)5,511,082中，它于1996年4月23日被頒發(fā)給How等人，名為“壓縮的卷積編碼器”，在此處它被全部引為通信編碼原理的參考。內(nèi)部碼的發(fā)生器多項(xiàng)式優(yōu)選地是7和5。內(nèi)部碼優(yōu)選地利用格構(gòu)尾位技術(shù)(例如利用一塊中的最后K-1位來將編碼器存儲(chǔ)器初始化，其中K是約束長(zhǎng)度)格構(gòu)尾位技術(shù)是技術(shù)上眾所周知的。一個(gè)這類技術(shù)被詳細(xì)地描述于Jack Keil Wolf和Andrew J.Viterbi的名為“關(guān)于從卷積碼中形成的線性塊碼的加權(quán)分布”(Published by IEEE in the IEEETransactions on Communications Vol.44，No.9，September 1996)，全文在此處引為編碼技術(shù)原理的參考。
本發(fā)明優(yōu)選地利用格構(gòu)尾位(而不是利用格構(gòu)終結(jié))，因?yàn)閷?duì)短長(zhǎng)度塊碼使用格構(gòu)終結(jié)的結(jié)果是過多的速率損失。由于以下涉及格構(gòu)尾位的理由，本發(fā)明優(yōu)選地利用一個(gè)相對(duì)短的約束長(zhǎng)度(例如3或4)。如編碼技術(shù)中專業(yè)人員熟知的，格構(gòu)尾位技術(shù)生成特定最小尺寸的塊碼長(zhǎng)度，以便獲得一個(gè)類似于使用格構(gòu)終結(jié)所獲得的加權(quán)分布的加權(quán)分布。約束長(zhǎng)度愈大則所需塊碼長(zhǎng)度愈長(zhǎng)。這促使外部碼性能降低，因?yàn)閮?nèi)部碼生成相關(guān)的多個(gè)符號(hào)誤差。內(nèi)部碼生成相關(guān)的符號(hào)誤差，因?yàn)閮?nèi)部碼消息長(zhǎng)度通常不與外部碼符號(hào)尺寸匹配。較高約束長(zhǎng)度碼的這種不匹配效應(yīng)更為顯著。為最大似然解碼而實(shí)施的格構(gòu)尾位技術(shù)要求2k-1個(gè)格構(gòu)。這隱含著格構(gòu)尾位對(duì)長(zhǎng)約束長(zhǎng)度是不實(shí)際的。因此，本發(fā)明優(yōu)選地使用短約束長(zhǎng)度3或4?，F(xiàn)在詳細(xì)地描述本發(fā)明的三個(gè)示例性實(shí)施例。第一示例性實(shí)施例-內(nèi)部碼K＝3，速率1/2卷積碼
第一示例性實(shí)施例包括一個(gè)具有從不壓縮速率1/2約束長(zhǎng)度3卷積碼導(dǎo)得的短長(zhǎng)度塊碼的內(nèi)部碼。對(duì)于每個(gè)內(nèi)部碼消息塊，格構(gòu)尾位要求使用該塊的最后兩位將編碼器存儲(chǔ)器初始化。在第一示例性實(shí)施例中，內(nèi)部碼的消息長(zhǎng)度優(yōu)選地等于或大于8位。對(duì)于基于GF(2n)的外部RS碼，內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度的位數(shù)最好是n的倍數(shù)。因此，對(duì)于基于GF(28)的外部RS碼，內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度(以位數(shù)表示)最好是8的倍數(shù)。類似地，對(duì)于基于GF(29)或GF(210)的外部RS碼，內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度(以位數(shù)表示)最好分別是9或10的倍數(shù)。這些配置只是示例性的，編碼技術(shù)中的專業(yè)人員知道，其他配置能夠在不背離本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)的情況下用于本發(fā)明中。例如，內(nèi)部碼能夠從較高約束長(zhǎng)度中導(dǎo)得，然而解碼復(fù)雜性將會(huì)很大地增加以及用于內(nèi)部碼的最小消息長(zhǎng)度也增加。第二示例性實(shí)施例-內(nèi)部碼K＝3，速率2/3卷積碼
第二示例性實(shí)施例包括一個(gè)具有從壓縮的速率2/3約束長(zhǎng)度3卷積碼導(dǎo)得的短長(zhǎng)度塊碼的內(nèi)部碼。對(duì)于每個(gè)內(nèi)部碼消息塊，格構(gòu)尾位要求使用該塊的最后兩位將編碼器存儲(chǔ)器初始化。壓縮模式優(yōu)選地是分別對(duì)應(yīng)于發(fā)生器多項(xiàng)式7和5的11和10。此壓縮模式只是示例性的，因?yàn)閷I(yè)人員知道其他壓縮模式能夠在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的情況下用于本發(fā)明。第二示例性實(shí)施例的內(nèi)部碼的長(zhǎng)度優(yōu)選地等于或大于8位和壓縮周期(即2)的倍數(shù)。如同參考第一示例性實(shí)施例所描述的，對(duì)于基于GF(28)的外部RS碼，內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度(以位數(shù)表示)最好是8的倍數(shù)。因此，有利的是，相同內(nèi)部碼解碼器能夠同時(shí)用于第一和第二示例性實(shí)施例兩者。第三示例性實(shí)施例-內(nèi)部碼K＝3，速率4/5卷積碼
第三示例性實(shí)施例包括一個(gè)具有從壓縮的速率4/5約束長(zhǎng)度3卷積碼導(dǎo)得的短長(zhǎng)度塊碼的內(nèi)部碼。對(duì)于每個(gè)內(nèi)部碼消息塊，格構(gòu)尾位要求使用該塊的最后兩位將編碼器存儲(chǔ)器初始化。壓縮模式優(yōu)選地是分別對(duì)應(yīng)于發(fā)生器多項(xiàng)式7和5的1001和1110。此壓縮模式只是示例性的，因?yàn)閷I(yè)人員知道其他壓縮模式能夠在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的情況下用于本發(fā)明。第三示例性實(shí)施例的內(nèi)部碼的長(zhǎng)度優(yōu)選地等于或大于16位和壓縮周期(即4)的倍數(shù)。如同參考第一和第二示例性實(shí)施例所描述的，對(duì)于基于GF(28)的外部RS碼，內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度的位數(shù)最好是8的倍數(shù)。因此，有利的是，相同內(nèi)部碼解碼器能夠同時(shí)用于本發(fā)明的所有三個(gè)示例性實(shí)施例。本發(fā)明信道編碼技術(shù)的示例性實(shí)施例的性能特性
現(xiàn)在提供本發(fā)明編碼方法和設(shè)備的示例性實(shí)施例的性能特性。本發(fā)明級(jí)聯(lián)編碼方法和設(shè)備的以上所述示例性實(shí)施例的BER性能特性是使用一個(gè)半分析方法進(jìn)行計(jì)算的。下面對(duì)一個(gè)32位內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度和一個(gè)基于GF(28)的RS外部碼描述該半分析方法。專業(yè)人員知道不同內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度和RS符號(hào)尺寸能夠用于本半分析方法以便提供本發(fā)明的性能特性。
位錯(cuò)概率(Pb)是在內(nèi)部碼解碼器輸出端出現(xiàn)位錯(cuò)的概率。類似地，字節(jié)錯(cuò)概率(Pbyte)是在內(nèi)部碼解碼器輸出端出現(xiàn)字節(jié)錯(cuò)的概率。Pw、Px、Py和Pz表示在32位解碼字中在內(nèi)部碼解碼器輸出端分別出現(xiàn)1、2、3和4個(gè)字節(jié)錯(cuò)的概率。在一個(gè)t字節(jié)校正RS解碼器輸出端的BER((Pe)RS)能夠由以下表達(dá)式(等式6)給出，其中N＝(M+2t)/4及M是消息尺寸的字節(jié)數(shù)等式6
編碼技術(shù)中的專業(yè)人員應(yīng)該知道，能夠從不同Eb/No的仿真中獲得各概率Pb、Pbyte、Pw、Px、Py和Pz。優(yōu)選地每種類型的至少500個(gè)誤差事件被進(jìn)行仿真以便保證通過仿真獲得概率的正確性。最好使用計(jì)算機(jī)或類似設(shè)備來估計(jì)等式6，因?yàn)榈仁絻?nèi)各項(xiàng)的數(shù)量很大?，F(xiàn)在參考圖6-8描述以上所述示例性實(shí)施例的BER性能特性。
圖6闡述一個(gè)用于顯示一個(gè)本發(fā)明的第一闡述性實(shí)施例的BER性能特性的圖，其中一個(gè)級(jí)聯(lián)碼具有一個(gè)基于(8，4)擴(kuò)展?jié)h明碼的內(nèi)部碼和一個(gè)級(jí)聯(lián)碼具有一個(gè)基于(24，12)擴(kuò)展戈萊碼的內(nèi)部碼。圖6中所示本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的BER性能是在56個(gè)字節(jié)的消息塊長(zhǎng)度、16個(gè)字節(jié)的RS碼冗余度和8位的內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度的情況下獲得的。此示例性實(shí)施例的總碼率是0.38。
為比較目的，圖6闡述兩個(gè)級(jí)聯(lián)碼，其中一個(gè)級(jí)聯(lián)碼具有一個(gè)基于(8，4)擴(kuò)展?jié)h明碼的內(nèi)部碼和一個(gè)級(jí)聯(lián)碼具有一個(gè)基于(24，12)擴(kuò)展戈萊碼的內(nèi)部碼。如果這些代碼使用基于格構(gòu)的最大似然解碼算法進(jìn)行解碼，則它們通常具有比本發(fā)明較高復(fù)雜性的格構(gòu)(或者更多狀態(tài)以及/或者時(shí)間變動(dòng)不規(guī)則格構(gòu))。因此，漢明碼和戈萊碼的使用會(huì)導(dǎo)致更為復(fù)雜的內(nèi)部碼解碼器。該漢明碼利用一個(gè)基于GF(28)的RS碼及該戈萊碼利用一個(gè)基于GF(212)的RS碼。
如圖6中所示，新級(jí)聯(lián)代碼勝過基于漢明碼的級(jí)聯(lián)碼達(dá)0.75dB。強(qiáng)有力的基于戈萊碼的級(jí)聯(lián)碼只在輸出的BER為10-9時(shí)才接近第一示例性實(shí)施例的性能。眾所周知，一個(gè)(8，4)漢明碼的實(shí)施復(fù)雜性可以與第一示例性實(shí)施例的內(nèi)部碼相比較或者稍高于后者，而不利的是，最大似然戈萊碼解碼器的實(shí)施復(fù)雜性高過一個(gè)數(shù)量級(jí)。專業(yè)人員知道，一個(gè)沒有交織器的RS/約束長(zhǎng)度7速率1/2級(jí)聯(lián)碼具有與第一示例性實(shí)施例相同的性能，但其代價(jià)是高得多的解碼復(fù)雜性和解碼延遲。
圖7闡述一個(gè)用于顯示一個(gè)本發(fā)明的第二闡述性實(shí)施例的BER性能特性的圖，其中該實(shí)施例具有16位的內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度、32位的內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度和一個(gè)具有一個(gè)基于(12，8)縮短漢明碼的內(nèi)部碼的級(jí)聯(lián)碼。圖7中所示本發(fā)明第二示例性實(shí)施例的BER性能是在56個(gè)字節(jié)的消息塊長(zhǎng)度、16個(gè)字節(jié)的RS碼冗余度和16和32位的內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度的情況下獲得的。此示例性實(shí)施例的總碼率是0.51。
如圖7中所示，第二示例性實(shí)施例在BER輸出方面勝過更為復(fù)雜的基于漢明碼級(jí)聯(lián)編碼系統(tǒng)的量多至10-9，眾所周知，這是高數(shù)據(jù)率/高性能系統(tǒng)的典型操作區(qū)域。專業(yè)人員知道，不利的是，一個(gè)(12，8)漢明碼解碼器必須與一個(gè)(8，4)漢明碼解碼器不同。因此，為同時(shí)實(shí)施兩個(gè)漢明碼率，要求為每個(gè)速率實(shí)施個(gè)別的解碼器。有利的是，本發(fā)明為所有速率利用一個(gè)解碼器。
圖8闡述一個(gè)用于顯示一個(gè)具有32位的內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度的本發(fā)明的第三闡述性實(shí)施例的BER性能特性的圖。圖8中所示本發(fā)明第三示例性實(shí)施例的BER性能是在212個(gè)字節(jié)的消息塊長(zhǎng)度、32個(gè)字節(jié)的RS碼冗余度和32位的內(nèi)部碼消息長(zhǎng)度的情況下獲得的。此示例性實(shí)施例的總碼率是0.71?？偨Y(jié)
已經(jīng)描述了新穎的本發(fā)明級(jí)聯(lián)編碼方案，其中外部碼包括一個(gè)在GF(2m)上的RS碼和內(nèi)部碼包括一個(gè)(m+1，m)單個(gè)奇偶校驗(yàn)碼。該內(nèi)部碼優(yōu)選地使用最大似然軟決策解碼技術(shù)例如使用一個(gè)Viterbi解碼方法來進(jìn)行解碼。在一個(gè)實(shí)施例中，有關(guān)被解碼的符號(hào)的可靠性的信息被提供給外部解碼器。外部解碼器優(yōu)選地或者包括一個(gè)唯誤差或者包括一個(gè)誤差和擦除校正RS解碼器。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例包括一個(gè)具有利用格構(gòu)尾位從短約束長(zhǎng)度卷積碼導(dǎo)得的短長(zhǎng)度塊碼的內(nèi)部碼以及一個(gè)包括4個(gè)4狀態(tài)及具有短相應(yīng)最大長(zhǎng)度的Viterbi解碼器的解碼器。該內(nèi)部碼優(yōu)選地包括從4狀態(tài)(即約束長(zhǎng)度3)、不系統(tǒng)的、壓縮或不壓縮卷積碼中導(dǎo)得的短塊碼。該內(nèi)部碼也優(yōu)選地利用格構(gòu)尾位技術(shù)。
本級(jí)聯(lián)編碼技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是分組數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能夠被設(shè)計(jì)為具有可變編碼增益和編碼率。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要外部碼與內(nèi)部碼之間的符號(hào)交織器。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供與標(biāo)準(zhǔn)RS/卷積級(jí)聯(lián)代碼相同的編碼率靈活性，同時(shí)提供類似的或更好編碼增益。
已經(jīng)描述了三個(gè)示例性級(jí)聯(lián)編碼方案。這些方案很好地適合于分組數(shù)據(jù)傳輸并且也具有比現(xiàn)有技術(shù)方案簡(jiǎn)單得多的實(shí)施復(fù)雜性。本發(fā)明編碼方案實(shí)施時(shí)顯著地簡(jiǎn)單(只要求少數(shù)狀態(tài)短長(zhǎng)度Viterbi解碼器)以及提供具有可變碼率的可變編碼增益。示例性解碼器包含4個(gè)最大長(zhǎng)度為32的4狀態(tài)Viterbi解碼器。示例性解碼器的實(shí)施非常簡(jiǎn)單，因?yàn)樗恍枰馗櫞鎯?chǔ)器、往回跟蹤機(jī)制、路徑量度規(guī)范化等，而這些都是具有較大約束長(zhǎng)度和較大塊長(zhǎng)度的典型Viterbi解碼器的實(shí)施所要求的。所有三個(gè)示例性方案分享相同的用于將內(nèi)部碼解碼的解碼器。三個(gè)示例性方案提供與現(xiàn)有技術(shù)所提供的性能相同或更好的性能，但卻顯著地減少實(shí)施復(fù)雜性。
當(dāng)為連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)使用短深度(例如2或4)交織器時(shí)，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)性能改進(jìn)。因此，本發(fā)明能夠有效地用于實(shí)施費(fèi)用、解碼延遲或芯片功率消耗是主要問題的場(chǎng)合。編碼技術(shù)中的專業(yè)人員知道，能夠在不背離本發(fā)明范圍和實(shí)質(zhì)的情況下使用從具有不同壓縮模式的不同約束長(zhǎng)度卷積碼中導(dǎo)得的不同長(zhǎng)度塊碼、不同RS符號(hào)尺寸和不同數(shù)量的冗余度來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明編碼方法和設(shè)備。因此，這些參數(shù)能夠加以改變以便獲得大量可望成功的級(jí)聯(lián)編碼系統(tǒng)，以供不同場(chǎng)合應(yīng)用。
已經(jīng)描述了多個(gè)本發(fā)明實(shí)施例。然而應(yīng)該理解，可在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的情況下作出不同修改。例如，以上所述編碼器(和解碼器)的實(shí)際實(shí)施例可以實(shí)施于一個(gè)集成電路設(shè)備、軟件、固件、組合式邏輯電路、只讀存儲(chǔ)器、平行時(shí)鐘電路或串聯(lián)電路中。此外，本發(fā)明的方法和設(shè)備能夠?qū)嶋H上應(yīng)用于任何類型的通信系統(tǒng)。它的使用不限于無線通信系統(tǒng)?；蛘?，本發(fā)明能夠應(yīng)用于有線通信系統(tǒng)。最后，編碼技術(shù)能夠使用于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)內(nèi)的任何方便位置上。編碼器和解碼器能夠位于圖1的系統(tǒng)中基站106和CPE112處。因此應(yīng)該理解，本發(fā)明不應(yīng)受具體所闡述實(shí)施例的限制，而只受所附權(quán)利要求書的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和解碼的方法，其中該通信系統(tǒng)包括多個(gè)與相關(guān)聯(lián)和相應(yīng)的基站進(jìn)行通信的顧客房舍設(shè)備(CPE)，及其中每個(gè)基站包括一個(gè)具有多個(gè)媒質(zhì)接入控制(MAC)數(shù)據(jù)消息的相關(guān)聯(lián)和相應(yīng)的媒質(zhì)接入控制(MAC)，及其中該MAC通過一個(gè)MAC數(shù)據(jù)分組傳輸一個(gè)MAC數(shù)據(jù)消息，該MAC數(shù)據(jù)分組被映射至一個(gè)分層數(shù)據(jù)傳輸體系結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)TC/PHY分組，該方法包括
(a)獲取一個(gè)包含數(shù)據(jù)的TC/PHY分組；
(b)使用級(jí)聯(lián)信道編碼方案將TC/PHY分組中的數(shù)據(jù)編碼，其中使用一個(gè)GF(2m)上的(N，K)Reed-Solomon碼生成一個(gè)外部碼，及使用一個(gè)(m+1，m)奇偶校驗(yàn)碼生成一個(gè)內(nèi)部碼；
(c)使用一個(gè)最大似然軟決策解碼器將步驟(b)中編碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼以便將步驟(b)中生成的內(nèi)部碼進(jìn)行解碼；及
(d)通過從步驟(c)中接收數(shù)據(jù)而產(chǎn)生解碼位及生成誤差或?qū)⒉襟E(b)中生成的Reed-Solomon碼的解碼擦除。
2.一種用于在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)進(jìn)行級(jí)聯(lián)信道編碼的方法，包括
(a)獲取多個(gè)數(shù)據(jù)單元以供數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中編碼和傳輸之用；
(b)使用一個(gè)GF(2m)上的(N，K)Reed-Solomon(RS)代碼為多個(gè)數(shù)據(jù)單元生成一個(gè)外部碼，及
(c)使用一個(gè)(m+1，m)奇偶校驗(yàn)碼為多個(gè)數(shù)據(jù)單元生成一個(gè)內(nèi)部碼。
3.如權(quán)利要求2中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中在步驟(c)期間生成的內(nèi)部碼具有一個(gè)等于2的最小漢明距離dmin。
4.如權(quán)利要求2中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中該編碼方法的總碼率由下式給出其中R包括一個(gè)RS代碼的冗余度量度，N包括一個(gè)以符號(hào)數(shù)測(cè)量的RS代碼長(zhǎng)度，K包括一個(gè)以符號(hào)數(shù)測(cè)量的消息長(zhǎng)度，和m包括一個(gè)以位數(shù)測(cè)量的符號(hào)長(zhǎng)度。
5.如權(quán)利要求2中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中該內(nèi)部碼與外部碼的所選性能特性匹配。
6.如權(quán)利要求3中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中該內(nèi)部碼產(chǎn)生相對(duì)低的Ndmin值及其中Ndmin包括一個(gè)離正確路徑的距離為dmin處的路徑數(shù)量。
7.如權(quán)利要求2中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，還包括
(d)使用步驟(b)中生成的外部碼和步驟(c)中生成的內(nèi)部碼將多個(gè)編碼的數(shù)據(jù)單元進(jìn)行解碼。
8.如權(quán)利要求7中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中解碼步驟(d)包括
(1)使用一個(gè)奇偶校驗(yàn)碼解碼器將步驟(c)中生成的內(nèi)部碼進(jìn)行解碼，其中奇偶校驗(yàn)解碼器生成與步驟(a)中獲取的多個(gè)數(shù)據(jù)單元相關(guān)聯(lián)和對(duì)應(yīng)的多個(gè)m個(gè)解碼數(shù)據(jù)位；及
(2)使用一個(gè)RS碼解碼器將子步驟(1)中的多個(gè)m個(gè)解碼數(shù)據(jù)位進(jìn)行解碼。
9.如權(quán)利要求8中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中奇偶校驗(yàn)碼解碼器包括一個(gè)最大似然軟決策奇偶校驗(yàn)碼解碼器。
10.如權(quán)利要求8中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中RS碼解碼器包括一個(gè)唯誤差Reed-Solomon碼解碼器。
11.如權(quán)利要求8中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中RS碼解碼器包括一個(gè)誤差和擦除Reed-Solomon碼解碼器。
12.如權(quán)利要求7中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中解碼步驟(d)由一個(gè)軟決策Viterbi解碼器完成。
13.如權(quán)利要求7中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中解碼步驟(d)由一個(gè)2狀態(tài)Viterbi解碼器完成。
14.如權(quán)利要求7中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中解碼步驟(d)由多個(gè)平行軟決策Viterbi解碼器完成。
15.如權(quán)利要求2中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中使用一個(gè)16QAM信號(hào)群集將數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。
16.如權(quán)利要求7中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中解碼步驟(d)包括
(1)將長(zhǎng)度為m的收到的向量與多個(gè)代碼字進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算；及
(2)從多個(gè)代碼字中選擇而生成一個(gè)代碼字。
17.如權(quán)利要求16中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中多個(gè)代碼字包括2m個(gè)代碼字。
18.如權(quán)利要求17中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中權(quán)利要求16中生成一個(gè)代碼字的子步驟(2)包括生成一個(gè)具有最大相關(guān)量度的代碼字。
19.如權(quán)利要求2中定義的級(jí)聯(lián)信道編碼方法，其中編碼步驟(c)進(jìn)一步包括生成一個(gè)置換位內(nèi)部碼。
20.一種用于在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)編碼的級(jí)聯(lián)信道編碼器，包括
(a)用于獲取多個(gè)數(shù)據(jù)單元以供數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中編碼和傳輸之用的裝置；
(b)連至數(shù)據(jù)單元獲取裝置的使用一個(gè)GF(2m)上的(N，K)Reed-Solomon代碼為多個(gè)數(shù)據(jù)單元生成一個(gè)外部碼的裝置，及
(c)連至外部碼生成裝置的使用一個(gè)(m+1，m)奇偶校驗(yàn)碼為多個(gè)數(shù)據(jù)單元生成一個(gè)內(nèi)部碼的裝置。
21.一種級(jí)聯(lián)信道編碼設(shè)備，包括
(a)一個(gè)外部碼編碼器，其中該外部碼編碼器使用一個(gè)GF(2m)上的(N，K)Reed-Solomon(RS)碼為多個(gè)數(shù)據(jù)單元生成一個(gè)外部碼，及
(b)一個(gè)在操作上連至外部碼編碼器的內(nèi)部碼編碼器，其中該內(nèi)部碼編碼器使用一個(gè)(m+1，m)奇偶校驗(yàn)碼為多個(gè)數(shù)據(jù)單元生成一個(gè)內(nèi)部碼。
22.權(quán)利要求21的級(jí)聯(lián)信道編碼設(shè)備，進(jìn)一步包括
(c)一個(gè)軟決策奇偶校驗(yàn)碼解碼器，及
(d)一個(gè)在操作上連至奇偶校驗(yàn)碼解碼器的RS碼解碼器。
23.權(quán)利要求22的級(jí)聯(lián)信道編碼設(shè)備，其中該奇偶校驗(yàn)碼解碼器生成與內(nèi)部碼和外部碼編碼器所編碼的多個(gè)數(shù)據(jù)單元相關(guān)聯(lián)和對(duì)應(yīng)的多個(gè)m個(gè)解碼數(shù)據(jù)位，及其中該RS碼解碼器將多個(gè)m個(gè)解碼數(shù)據(jù)位進(jìn)行解碼。
24.一種適用于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)編碼器/解碼器(CODEC)，其中該數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括與相關(guān)聯(lián)和相應(yīng)的基站進(jìn)行通信的多個(gè)顧客房舍設(shè)備(CPE)，及其中每個(gè)基站包括一個(gè)具有多個(gè)媒質(zhì)接入控制(MAC)數(shù)據(jù)消息的相關(guān)聯(lián)和相應(yīng)的媒質(zhì)接入控制(MAC)，及其中該MAC通過一個(gè)MAC數(shù)據(jù)分組傳輸一個(gè)MAC數(shù)據(jù)消息，該MAC數(shù)據(jù)分組被映射至一個(gè)分層數(shù)據(jù)傳輸體系結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)TC/PHY分組，該CODEC包括
(a)一個(gè)能夠使用一個(gè)GF(2m)上的(N，K)Reed-Solomon(RS)碼將所選TC/PHY數(shù)據(jù)分組的多個(gè)數(shù)據(jù)單元進(jìn)行編碼的外部碼編碼器；
(b)一個(gè)在操作上連至外部碼編碼器輸出端的內(nèi)部碼編碼器，其中該內(nèi)部碼編碼器使用一個(gè)(m+1，m)奇偶校驗(yàn)碼，及其中該內(nèi)部碼編碼器生成與多個(gè)數(shù)據(jù)單元相關(guān)聯(lián)和對(duì)應(yīng)的多個(gè)代碼字；及
(c)一個(gè)在操作上連至內(nèi)部碼編碼器的解碼器，其中該解碼器將由內(nèi)部碼編碼器生成的代碼字進(jìn)行解碼。
25.如權(quán)利要求24中定義的CODEC，其中該解碼器包括
(1)一個(gè)奇偶校驗(yàn)碼解碼器，及
(2)一個(gè)在操作上連至奇偶校驗(yàn)碼解碼器輸出端的RS碼解碼器。
26.一種用于在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和解碼的設(shè)備，其中該數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括與相關(guān)聯(lián)和相應(yīng)的基站進(jìn)行通信的多個(gè)顧客房舍設(shè)備(CPE)，及其中每個(gè)基站包括一個(gè)具有多個(gè)媒質(zhì)接入控制(MAC)數(shù)據(jù)消息的相關(guān)聯(lián)和相應(yīng)的媒質(zhì)接入控制(MAC)，及其中該MAC通過一個(gè)MAC數(shù)據(jù)分組傳輸一個(gè)MAC數(shù)據(jù)消息，該MAC數(shù)據(jù)分組被映射至一個(gè)分層數(shù)據(jù)傳輸體系結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)TC/PHY分組，該設(shè)備包括
(a)一個(gè)使用一個(gè)GF(2m)上的(N，K)Reed-Solomon(RS)碼為所選TC/PHY數(shù)據(jù)分組的多個(gè)數(shù)據(jù)單元生成一個(gè)外部碼的裝置；
(b)一個(gè)連至外部碼生成裝置的裝置，使用一個(gè)(m+1，m)奇偶校驗(yàn)碼用于生成一個(gè)內(nèi)部碼；及
(c)一個(gè)連至內(nèi)部碼生成裝置的裝置，用于將步驟(b)內(nèi)生成的內(nèi)部碼進(jìn)行解碼。
27.如權(quán)利要求26中定義的設(shè)備，其中該解碼裝置包括
(1)一個(gè)最大似然軟決策奇偶校驗(yàn)碼解碼裝置，用于把由內(nèi)部碼生成裝置所生成的內(nèi)部碼進(jìn)行解碼，及用于生成與所選TC/PHY數(shù)據(jù)分組的多個(gè)數(shù)據(jù)單元相關(guān)聯(lián)的多個(gè)解碼位；及
(2)一個(gè)在操作上連至奇偶校驗(yàn)碼解碼裝置的Reed-Solomon碼解碼裝置，用于把由奇偶校驗(yàn)碼解碼裝置所生成的多個(gè)解碼位進(jìn)行解碼。
全文摘要
一種使用一個(gè)外部Reel－Solomon誤差和擦除連接碼和一個(gè)短最大似然可解碼內(nèi)部碼例如一個(gè)Viterbi碼的級(jí)聯(lián)編碼方案。該內(nèi)部碼的速率m/m+1與外部Reel－Solomon碼的符號(hào)側(cè)m匹配。此級(jí)聯(lián)信道編碼技術(shù)很好地適用于小的或可變尺寸分組數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。該技術(shù)也能適用于一個(gè)連續(xù)模式數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明能夠有利地完成級(jí)聯(lián)信道編碼而不需要符號(hào)交織器。此外，本發(fā)明在實(shí)施中是簡(jiǎn)單的，因此比現(xiàn)有技術(shù)方案使用小得多的空間和功率。本發(fā)明不但不需要外部碼與內(nèi)部碼之間的符號(hào)交織器，而且還顯著地減少內(nèi)部碼Viterbi解碼器的實(shí)施復(fù)雜性。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)具有利用格構(gòu)尾位從短約束長(zhǎng)度卷積代碼中導(dǎo)得的短長(zhǎng)度塊碼的內(nèi)部碼和一個(gè)包括4個(gè)4狀態(tài)Viterbi解碼器并且具有相應(yīng)的短最大長(zhǎng)度的解碼器。該內(nèi)部碼優(yōu)選地包括從4狀態(tài)(即約束長(zhǎng)度3)、不系統(tǒng)的、壓縮和不壓縮卷積碼中導(dǎo)得的短塊碼。
文檔編號(hào)H03M13/15GK1413385SQ0081767
公開日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2000年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月24日
發(fā)明者阿洛克·K·古普塔 申請(qǐng)人:通信集合公司