專(zhuān)利名稱(chēng)：用兩個(gè)分組碼糾錯(cuò)的制作方法
背景技術(shù)：
近幾年，對(duì)有效而可靠的數(shù)字通信系統(tǒng)的需求日益增長(zhǎng)。數(shù)字信息的傳輸受到通信信道的不良影響，例如噪聲、失真和衰落。這些影響對(duì)所發(fā)射的數(shù)據(jù)流引入了誤碼，稱(chēng)為信道誤碼。接收二進(jìn)制序列中的誤碼率是無(wú)線通信鏈路中的一個(gè)最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。
1948年，Claude E.Shannon在其里程碑式的論文中表明，通過(guò)對(duì)數(shù)字信息正確編碼，噪聲信道引入的誤碼可以降低到任何所需的水平，同時(shí)不犧牲信息傳輸速率。從那時(shí)起，大量研究致力于開(kāi)發(fā)有效的噪聲信道差錯(cuò)控制的編碼和解碼方法。這些開(kāi)發(fā)現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到可靠的數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)是可能的程度?，F(xiàn)在使用差錯(cuò)控制編碼成為現(xiàn)代數(shù)字無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)組成部分。
在GSM中，存在無(wú)數(shù)的編碼方案，保護(hù)通過(guò)RF信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。不同的編碼方案用于不同的邏輯信道。例如，用于發(fā)射話音消息的業(yè)務(wù)信道比用于發(fā)射用戶(hù)數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)信道需要較少的保護(hù)。因此，語(yǔ)音信道通常使用高速率碼。用于發(fā)射信令數(shù)據(jù)的控制信道需要更高的保護(hù)，要求較低的碼率。較低的碼率增加了編碼開(kāi)銷(xiāo)而且增加了對(duì)帶寬的要求。因此，希望開(kāi)發(fā)更有效的碼，可以以最少的編碼開(kāi)銷(xiāo)增加得到所需程度的差錯(cuò)保護(hù)。
對(duì)于很多控制信道，數(shù)據(jù)在兩個(gè)步驟中進(jìn)行信道編碼。信令數(shù)據(jù)在卷積編碼之前進(jìn)行分組編碼。因此卷積編碼使要發(fā)射的比特?cái)?shù)加倍。盡管這種兩步驟編碼方案在發(fā)射長(zhǎng)序列的控制信道中工作比較有效，但是對(duì)于只發(fā)射短序列的隨機(jī)接入信道(RACH)這樣的控制信道則不太理想。對(duì)短數(shù)據(jù)序列使用卷積碼不太有效。分組碼一般比卷積碼具有更好的漢明距離。此外，通常使用的循環(huán)碼不允許軟解碼，因此解碼器的輸入是硬限幅的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于無(wú)線通信系統(tǒng)中差錯(cuò)控制的檢糾錯(cuò)系統(tǒng)。該檢糾錯(cuò)系統(tǒng)對(duì)于短數(shù)據(jù)序列的差錯(cuò)保護(hù)特別有用。檢錯(cuò)和控制系統(tǒng)包括在發(fā)送之前對(duì)數(shù)字信息序列編碼的發(fā)射機(jī)編碼器，以及對(duì)接收序列解碼重建原始信息序列的接收機(jī)解碼器。將原始的信息序列編碼以產(chǎn)生包括信息矢量和初級(jí)冗余矢量的信息碼字。然后對(duì)初級(jí)冗余矢量編碼，產(chǎn)生包括初級(jí)冗余矢量和第二冗余矢量的冗余碼字。信息碼字和冗余碼字被合成，然后發(fā)射。
接收機(jī)包括對(duì)接收信息碼字軟解碼以產(chǎn)生最初的估計(jì)信息矢量的初級(jí)信息解碼器。冗余解碼器對(duì)接收的冗余碼字軟解碼以產(chǎn)生估計(jì)的初級(jí)冗余矢量。然后二級(jí)信息解碼器將信息矢量和初級(jí)冗余矢量的最初估計(jì)硬解碼，產(chǎn)生第二估計(jì)的信息碼字。比較信息碼字的第一和第二估計(jì)，確定它們之間的漢明距離。如果漢明距離大于預(yù)定值，二級(jí)信息解碼器失敗，接收碼字被消除。
兩步驟解碼處理比目前在隨機(jī)接入信道使用的編碼方案有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，本發(fā)明使用嵌套分組碼，可以產(chǎn)生高效的差錯(cuò)控制，而不增加編碼開(kāi)銷(xiāo)。本發(fā)明的嵌套分組碼方案的碼率可以是1/3或1/4。其次，嵌套分組碼方案比以前的編碼方案提供更大的靈活性。例如，本發(fā)明可以使用軟判決解碼以便考慮可靠性因素。最后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與以前使用的編碼方案相比，殘留誤比特率和幀擦除率有很大的降低。
在另一個(gè)實(shí)施例中，信息碼字多次發(fā)向接收站。接收的信息矢量被有選擇地合成及/或路由選擇到一系列并聯(lián)解碼器。然后單個(gè)對(duì)信息矢量解碼，產(chǎn)生信息序列的多個(gè)估計(jì)。產(chǎn)生的信息序列估計(jì)被合成，產(chǎn)生最終的估計(jì)。
本發(fā)明其它目的和優(yōu)點(diǎn)從研究如下描述和只是說(shuō)明該發(fā)明的附圖中變得清楚和明顯。
附圖的簡(jiǎn)要描述

圖1是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的框圖。
圖2是發(fā)射機(jī)編碼器的框圖。
圖3是碼字處理器和接收機(jī)解碼器的框圖。
圖4是說(shuō)明發(fā)射機(jī)編碼器所用的比特定位方案的圖。
圖5是表示使用并聯(lián)分組編碼方案的接收機(jī)解碼器另一種設(shè)計(jì)的框圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述現(xiàn)在參考附圖，特別是圖1，本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一般性地用號(hào)碼10來(lái)表示。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)10包括信息源20、發(fā)射機(jī)編碼器30、調(diào)制器40、解調(diào)器50、接收碼字處理器60、以及接收機(jī)解碼器70。
信息源20可以是模擬形式或數(shù)字比特序列。如果它是模擬形式的，可以被抽樣并量化，產(chǎn)生必要的數(shù)字比特序列。但是，該序列可能不直接適于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信道編碼或載波調(diào)制。在這種情況下，要使用信源編碼重構(gòu)數(shù)據(jù)序列，以使它與信道要求兼容。信源編碼器對(duì)信息編碼，以便降低信源數(shù)據(jù)的冗余度。通常稱(chēng)之為“數(shù)據(jù)壓縮”。其結(jié)果是得到較短的比特序列，而且在給定的分配中可以發(fā)送或存儲(chǔ)更多的消息。信息源20的輸出稱(chēng)為信息序列。
發(fā)射機(jī)編碼器30將信息序列從信息源轉(zhuǎn)換成稱(chēng)為碼字的離散編碼序列。這種類(lèi)型的編碼稱(chēng)為信道編碼，指的是信源編碼之后、但在調(diào)制之前進(jìn)行的數(shù)據(jù)變換，將信源比特變換成信道比特。
信道編碼可以有兩種形式波形編碼和結(jié)構(gòu)化序列編碼。波形編碼變換信源數(shù)據(jù)并使檢測(cè)過(guò)程較少地受到誤碼的影響，因此改善了傳輸性能。結(jié)構(gòu)化序列編碼(線性分組碼)代表將結(jié)構(gòu)化冗余插入信源數(shù)據(jù)使得可以識(shí)別并糾正傳輸或信道誤碼的方法。結(jié)構(gòu)化序列有兩種類(lèi)型分組編碼和卷積編碼。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)10使用分組編碼，其中信源數(shù)據(jù)首先被分成k個(gè)數(shù)據(jù)比特一組的組。每個(gè)分組可以代表m＝2k個(gè)不同消息中任何一個(gè)。信道編碼器取k個(gè)輸入比特的每個(gè)組，將它們編碼為n個(gè)輸出比特。2k個(gè)編碼消息集合稱(chēng)為碼組。編碼過(guò)程加入的(n-k)個(gè)比特稱(chēng)為冗余比特，并且不攜帶任何信息信息。比率k/n被定義為編碼速率，而且該碼稱(chēng)為(n，k)碼。
編碼器30加入的冗余信息用于保護(hù)信息序列不受傳輸中出現(xiàn)的誤碼影響。這是眾所周知的差錯(cuò)控制編碼。冗余比特流從信息序列中計(jì)算(例如，通過(guò)模-2加法上的校驗(yàn))。因此，原始信息序列和冗余比特流之間的依賴(lài)性或相關(guān)性被顯示出來(lái)。解碼器利用該依賴(lài)性，檢測(cè)并糾正信道環(huán)境中產(chǎn)生誤碼。冗余比特常常稱(chēng)為校驗(yàn)比特。
調(diào)制器40將來(lái)自發(fā)射機(jī)編碼器30的碼字與載波信號(hào)合成，使其適于傳輸。在數(shù)字系統(tǒng)中，整個(gè)信息消息的數(shù)據(jù)比特，包括開(kāi)始、結(jié)束、前導(dǎo)、和后同步信號(hào)比特，在物理電平上與通信信道接口。一旦比特流被編碼、格式化、及準(zhǔn)備實(shí)際傳輸，它必須與信道特性相兼容。這種信道特性通過(guò)將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成時(shí)變波形來(lái)進(jìn)行。
調(diào)制器40提供從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流到該數(shù)據(jù)的波形表示的轉(zhuǎn)換，這種波形表示是波形信道能夠接受的。優(yōu)化這樣一種信道以便滿(mǎn)足傳輸功率的限制。技術(shù)(AM、FM、或PM)的選擇、或技術(shù)的綜合，一般根據(jù)差錯(cuò)性能準(zhǔn)則、帶寬效率、以及所需信號(hào)處理的復(fù)雜度而定。
GSM規(guī)定的調(diào)制技術(shù)是GMSK。GMSK是一種恒定包絡(luò)的FSK，這里頻率調(diào)制是仔細(xì)設(shè)計(jì)的相位調(diào)制的結(jié)果。因此，由于在載波中明顯地缺少AM，使所占據(jù)的帶寬得以限制。本發(fā)明優(yōu)選地使用非奈奎斯特濾波器的GMSK調(diào)制。
調(diào)制的信號(hào)通過(guò)通信信道發(fā)射，例如無(wú)線通信信道。通信信道受到諸如可改變調(diào)制信號(hào)的噪聲這類(lèi)的某些不利影響。
在接收機(jī)處，接收的波形由解調(diào)器50處理。解調(diào)器50產(chǎn)生離散的(量化的)、或連續(xù)的(非量化的)輸出。對(duì)應(yīng)于編碼序列的解調(diào)器輸出序列稱(chēng)為接收序列。
接收碼字處理器60以及接收機(jī)解碼器70將接收序列變換成二進(jìn)制序列，理想地應(yīng)該是原始信息序列的復(fù)制。接收序列常常包含信道環(huán)境的噪聲或其它不利影響帶來(lái)的信道誤碼。解碼器70利用發(fā)射機(jī)編碼器30添加的冗余信息以及對(duì)編碼方案的了解，檢測(cè)并糾正任何信道誤碼。
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)10使用兩個(gè)分組碼的組合，對(duì)發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)控制。圖2和3分別說(shuō)明了使用嵌套分組編碼方案的發(fā)射機(jī)編碼器30和接收機(jī)解碼器70的優(yōu)選實(shí)施例。
現(xiàn)在參考圖2，其中表示了使用兩個(gè)嵌套(n，k)分組碼的發(fā)射機(jī)編碼器30的框圖。發(fā)射機(jī)編碼器30包括信息編碼器32、解復(fù)接器34、冗余編碼器36、以及矩形塊交織器38。
信息編碼器32的功能是對(duì)從信息源20接收的信息序列編碼。信息編碼器22以引入冗余信息的方式對(duì)信息序列I編碼，冗余信息可以被解碼器70用于檢測(cè)及/或糾正誤碼。信息編碼器22的輸出是信息碼字，包括原始信息序列或信息矢量I以及從信息矢量空間得到的信息校驗(yàn)比特流P1。導(dǎo)出過(guò)程基于規(guī)定的信息矢量的線性組合。信息檢驗(yàn)比特流P1也稱(chēng)為初級(jí)冗余矢量。
信息編碼器32所用的碼優(yōu)選的是(n，k)分組碼。在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)(24，12)格雷碼用于對(duì)12比特的信息序列編碼。使用(24，12)格雷碼主要是因?yàn)樗淖钚h明距離較長(zhǎng)，得到可以檢測(cè)7個(gè)誤碼或糾正多達(dá)3個(gè)誤碼的能力。其它(n，k)分組碼也可以使用。
從信息編碼器輸出的信息碼字IP1饋入矩形塊交織器38以及解復(fù)接器34。解復(fù)接器34從信息碼字IP1中剝掉信息校驗(yàn)比特流P1。然后將信息校驗(yàn)比特流P1饋入冗余編碼器36，通過(guò)將次級(jí)校驗(yàn)比特(P2)加入信息校驗(yàn)比特(P1)產(chǎn)生冗余碼字。這個(gè)冗余碼字P1P2包括信息校驗(yàn)比特流P1和從P1矢量空間內(nèi)矢量的線性組合得到的附加比特流P2。冗余編碼器也使用(24，12)格雷碼。然后將冗余碼字P1P2饋入信息碼字IP1所饋入的交織器38。
交織器38將信息碼字IP1、以及冗余碼字P1P2交織，以便隨后發(fā)送到接收機(jī)。為了得到最佳性能，使用圖4所示的比特定位方案。Sj代表一系列三比特矢量、使用1/3碼速率時(shí)，Sj是分別由I、P1、和P2的第j比特組成的矢量。對(duì)于1/4碼速率，P1的第j比特在Sj中重復(fù)兩次。
現(xiàn)在參考圖3，更詳細(xì)地表示了接收機(jī)。接收機(jī)包括碼字處理器60和解碼器70。解調(diào)器50將接收序列饋入碼字處理器60。碼字處理器60包括解復(fù)接器62和矢量合成器64。解復(fù)接器62從接收序列中提取接收矢量 。當(dāng)使用1/4碼速率時(shí)，解復(fù)接器的輸出包括兩次出現(xiàn)的信息校驗(yàn)比特矢量 。矢量合成器64將兩次出現(xiàn)的信息校驗(yàn)比特矢量 合成，產(chǎn)生用于解碼操作的單個(gè)情況。然后將矢量 饋入接收機(jī)解碼器70處理。
接收機(jī)解碼器70包括初級(jí)信息矢量解碼器72、初級(jí)冗余矢量解碼器78、次級(jí)信息矢量解碼器84、以及比較器90。
所收的信息矢量和所收的信息校驗(yàn)比特流 被饋入包括估計(jì)信息矢量產(chǎn)生器74和內(nèi)部存儲(chǔ)器76的初級(jí)信息矢量解碼器72。矢量產(chǎn)生器74對(duì)矢量和 軟解碼，以便產(chǎn)生信息矢量的估計(jì) 。優(yōu)選地，產(chǎn)生多個(gè)信息矢量估計(jì) 并按照它們的正確可能性順序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器76中。
信息校驗(yàn)比特流矢量 ，也與次級(jí)校驗(yàn)比特矢量 一起饋入初級(jí)冗余矢量解碼器78。初級(jí)冗余矢量解碼器78包括估計(jì)初級(jí)冗余矢量產(chǎn)生器80以及存儲(chǔ)器82。信息校驗(yàn)比特流矢量 和冗余校驗(yàn)比特矢量 通過(guò)軟格雷碼進(jìn)行軟解碼，產(chǎn)生信息校驗(yàn)比特流 的估計(jì)P1。優(yōu)選地，計(jì)算多個(gè)信息校驗(yàn)比特流 的估計(jì)并以它們的正確可能性順序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器82中。
估計(jì)信息矢量 和估計(jì)信息校驗(yàn)比特流 被饋入包括碼字產(chǎn)生器86和存儲(chǔ)器88的次級(jí)信息解碼器84。碼字產(chǎn)生器86處理將第一估計(jì)解碼，產(chǎn)生最終估計(jì) 。最終估計(jì) 與第一估計(jì) 一起饋入比較器90。比較器90包括距離計(jì)算器92，計(jì)算 和 之間的漢明距離。如果 和 之間的漢明距離大于預(yù)定值，比較器90就產(chǎn)生消除信號(hào)并提供給次級(jí)信息解碼器84，將接收碼字消除。
或者，比較器90可以將失敗通知內(nèi)部解碼器72和78，使內(nèi)部解碼器72、78，按照與存儲(chǔ)在它們各自存儲(chǔ)器76、78中的IP1和P1P2對(duì)應(yīng)的概率遞減順序，輸出其它可能的碼字。失敗信號(hào)在圖3中用虛線表示。如果其它可能的碼字存在，再次將修改的估計(jì)碼字 和 饋入外部解碼器84，重復(fù)上述過(guò)程。該過(guò)程可以重復(fù)任意指定的次數(shù)，計(jì)數(shù)由構(gòu)成比較器90一部分的計(jì)數(shù)器94維護(hù)。如果外部解碼器84在n次嘗試后失敗，就產(chǎn)生消除信號(hào)。
現(xiàn)在參考圖5和6，這里表示了使用并聯(lián)編碼方案的接收機(jī)解碼器100。所考慮的并聯(lián)編碼方案限于系統(tǒng)差錯(cuò)控制碼，它們通過(guò)一些分集裝置在接收機(jī)中重復(fù)。重復(fù)可以是時(shí)間的(TDMA)、頻段的(FDMA)、或其它正交方式(CDMA)?；蛘撸邮諜C(jī)碼通過(guò)使用天線分集看到發(fā)射的同一碼字的獨(dú)立獲得的版本。
正如圖5和6所示，接收信號(hào)由重復(fù)L次的同一信息序列I與校驗(yàn)P1、P2..P1一起組成。校驗(yàn)P1、P2..P1可以從相同碼或從不同碼產(chǎn)生。接收碼字IP1、IP2..IP1在解調(diào)后饋入解復(fù)接器102。解復(fù)接器102將接收的校驗(yàn)矢量P1、P2..P1從接收信息矢量中分開(kāi)。
在圖5所示的實(shí)施例中，將信息矢量饋入矢量合成器104，并使用軟合成或硬合成技術(shù)來(lái)合成。接收信息矢量的軟合成可以使用各種分集合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)。硬合成等效于比特級(jí)上的大數(shù)判決。由于合成技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，這里就不再詳細(xì)描述。然后將產(chǎn)生的信息矢量與單個(gè)校驗(yàn)矢量P1、P2..P1一起饋入一系列并聯(lián)解碼器。然后用每個(gè)接收校驗(yàn)矢量分別對(duì)信息矢量解碼。然后將得到的信息序列估計(jì) 饋入第二矢量合成器108，使用硬或軟合成技術(shù)合成。開(kāi)關(guān)107允許解碼器106的輸出選擇性地通過(guò)。例如，如果軟解碼器106的可靠性低于預(yù)定值，開(kāi)關(guān)107可以被解碼器106關(guān)閉。矢量合成器108的輸出被傳遞到硬限幅器110。
在圖6所示的實(shí)施例中，取消矢量合成器104并由兩個(gè)路由器105取代。路由器105允許將輸入導(dǎo)向任一解碼器106。因此，信息矢量1-L可以使用任一冗余矢量 來(lái)解碼。輸出J1-JL可對(duì)應(yīng)于不同的輸入1-L，或可以相同。類(lèi)似地，輸出Q1-QL可以對(duì)應(yīng)于不同的輸入 ，或可以相同。如同在前面的實(shí)施例中，每個(gè)解碼器106產(chǎn)生信息序列的估計(jì)。估計(jì)被矢量合成器108合成。開(kāi)關(guān)107允許解碼器106有選擇地通到矢量合成器108。
嵌套編碼方案提供了一種差錯(cuò)控制的有效方法，但不增加編碼開(kāi)銷(xiāo)。嵌套分組碼方案的碼速率可以是1/3或1/4，而且比一些現(xiàn)有技術(shù)方案更靈活。并聯(lián)編碼方案也對(duì)解碼器提供了更大的靈活性。
當(dāng)然，本發(fā)明可以在不背離發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)特征的前提下用這里所提的以外的其它特定方式實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)施例在所有方面都被認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限定性的，所附權(quán)利要求的含義和等效范圍內(nèi)進(jìn)行的所有改變都認(rèn)為是包含于其中的。
權(quán)利要求
1.一種用于編碼通過(guò)傳送裝置在接收機(jī)站重復(fù)的接收的碼字，其中接收的碼字每一個(gè)重復(fù)包括一個(gè)信息矢量和冗余矢量，所述方法包括將在所述接收的碼字中的一個(gè)或多個(gè)所述信息矢量輸入到一系列并行譯碼器；將在所述接收的碼字中的一個(gè)或多個(gè)所述冗余矢量輸入到所述并行譯碼器；單獨(dú)地在所述并行譯碼器中譯碼信息矢量以產(chǎn)生多個(gè)信息序列的估測(cè)；及組合至少兩個(gè)信息序列估測(cè)以產(chǎn)生一個(gè)合成的估測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述信息矢量被組合以產(chǎn)生一個(gè)合成信息矢量，而其中所述的合成信息矢量被輸入到每個(gè)所述并行譯碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述譯碼器是軟譯碼器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中由所述并行譯碼器產(chǎn)生的估測(cè)是根據(jù)譯碼的信息序列的可靠性有選擇地組合的。
全文摘要
數(shù)字信息序列編解碼方法用兩個(gè)分組碼的組合同時(shí)糾錯(cuò)和檢錯(cuò)。如下檢驗(yàn)糾錯(cuò)分組碼解碼的數(shù)據(jù)可靠性第一編碼器產(chǎn)生包括信息矢量和初級(jí)冗余矢量的信息碼字。初級(jí)冗余矢量在第二編碼其中編碼得到冗余碼字。信息和冗余碼字被交織并發(fā)射到接收機(jī)，并在第一級(jí)解碼器中解碼，得到第一估計(jì)。第一估計(jì)在第二解碼器中解碼，產(chǎn)生第二估計(jì)。計(jì)算第一和第二估計(jì)的距離。如果距離大于1，消除接收碼字?；蛘撸畔⑿蛄性诮邮占兄貜?fù)。
文檔編號(hào)H04L1/18GK1449152SQ0214148
公開(kāi)日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月9日
發(fā)明者Y－P·E, 王, S·契納克沙, P·登特, K·巴拉錢(qián)德朗 申請(qǐng)人:艾利森公司