專利名稱：數(shù)據(jù)傳輸方法和信號編碼設(shè)備的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及適于傳輸數(shù)字信號的數(shù)據(jù)傳輸方法，包括處理被傳送的信號為使信道中產(chǎn)生的傳輸誤差減至最小。
發(fā)明的背景在數(shù)據(jù)通信線路中，用于傳輸信號的傳輸路徑被認(rèn)為是引起對通信干擾的原因。不管傳輸路徑的物理形式如何，即不論該途徑是無線電通信線路、光纖還是銅電纜，這種干擾總會發(fā)生。
為減少由傳輸路徑引起的干擾作用，數(shù)字信號被編碼，以使接續(xù)會是更可靠的。在這種情況下，根據(jù)所用的編碼方法，在被傳輸?shù)男盘栔杏筛蓴_所產(chǎn)生的誤差能夠被檢出，還能不再傳輸而被修正。
用于數(shù)字通信中傳統(tǒng)編碼方法包括，例如，分組編碼和卷積編碼。在分組編碼中，被編碼的位被分成字組，而奇偶位被加在字組末端，以便前面字組中位的正確性能夠借助奇偶位被檢驗(yàn)。在卷積編碼中，奇偶位被放在數(shù)據(jù)位之間，以致編碼是連續(xù)的。數(shù)據(jù)位既不被分成字組，也不是被連接到緊接前面的數(shù)據(jù)位的奇偶位，但它們被分配在有一定長度的位組區(qū)上，該位數(shù)被稱為卷積碼的約束長度。卷積編碼器和譯碼器以本領(lǐng)域中已知的方式來實(shí)現(xiàn)。編碼器能夠，例如，用移位寄存器來實(shí)現(xiàn)。
“用于擴(kuò)展頻譜多路存取信道的最大理論性能的甚低速率卷積代碼”，作者Viterbi，關(guān)于通信中的選擇范圍的IEE雜志，8卷，4期，1990年5月，641-649頁，該文披露了一種將卷積編碼和多級正交調(diào)制結(jié)合的方法。在該方法中，編碼以如

圖1中所示的原理進(jìn)行。圖中所示的編碼器由K位卷積編碼器組成，K位卷積編碼器用移位寄存器100實(shí)現(xiàn)，輸出m個代碼位106，該代碼位控制正交調(diào)制器102，該正交調(diào)制器的輸出產(chǎn)生M=2m個可能的正交符號中的一個，它用M個并行位表示。這個M級正交信號組可以是，例如，一個M級沃爾什信號組。圖2表示根據(jù)上述參考文獻(xiàn)的方法實(shí)現(xiàn)的譯碼器，包括一個M級解調(diào)器200、例如一組相關(guān)器或沃爾什-哈達(dá)馬德轉(zhuǎn)換電路，其輸出由M個相關(guān)值204組成，這些相關(guān)值被提供給維特比解碼器202。
美國專利5,193,094披露了一種與上述方法類似的方法。其中，取出移位寄存器輸出位中的第一位和最后一位，并將其連接到異或(XOR)門上，該異或(XOR)門的輸出同一個正交調(diào)制器的輸出一起供給另一個異或(XOR)門，該異或(XOR)門的輸出是要被傳輸?shù)姆枴?br> “近香農(nóng)(Near Shannon)極限誤差修正編碼和解碼Turbo碼”，作者Berrou c.,G1avieux A.,Thitimajshima P.,IEE通信國際會議，ICC’93，瑞士日內(nèi)瓦，1993年5月23-26日，2卷，10 64-1070頁，該文被引入作為參考。介紹了并行鏈接卷積編碼的原理。這些代碼常常被稱為turbo代碼。Turbo代碼在AWGN(加性高斯白噪聲)信道中的能力是優(yōu)良的。編碼用2個或更多的并行編碼器進(jìn)行，為了產(chǎn)生獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，輸入到編碼器上的信號被交錯。
已知方法的缺點(diǎn)是，為了達(dá)到所要求的傳輸質(zhì)量，它們需要被接收的信號具有比按照本發(fā)明的新穎結(jié)構(gòu)更高的信噪比。
發(fā)明概要本發(fā)明的目的是提供一種編碼方法，其具有比已有的更好的特性，并使得可能改進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的能力和性能，尤其對于CDMA(碼分多址)系統(tǒng)。
這用在前文中所述類型的方法來達(dá)到，其特征在于利用組合的并行鏈接卷積編碼和超正交卷積代碼來實(shí)現(xiàn)信號編碼。
本發(fā)明也涉及用于編碼和解碼數(shù)字信號的設(shè)備。該設(shè)備在編碼側(cè)至少包括2個并行編碼器，其輸入是被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)列，這樣的數(shù)據(jù)數(shù)列以在每個編碼器中數(shù)據(jù)有不同的次序這樣方式被交錯；在譯碼側(cè)至少包括2個并行解碼器。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的特征是，在編碼側(cè)每個并行編碼器包括一組寄存器，各寄存器被級聯(lián)組合，被編碼的數(shù)據(jù)加到寄存器上，還包括一組加法裝置，其連接取決于給定的多項(xiàng)式發(fā)生器，加法裝置將寄存器的輸出加到被編碼的數(shù)據(jù)上，還包括映像裝置，其輸入由寄存器的輸出組成，這樣的映像裝置的輸出包括根據(jù)轉(zhuǎn)換裝置的輸入所選擇的沃爾什(Walsh)符號或它的補(bǔ)碼；以及在解碼側(cè)每個并行譯碼器的輸入由所接收的沃爾什符號或它的補(bǔ)碼和由其他并行解碼器接收的關(guān)于符號判定的可靠性信息所組成。
同以前的編碼方法比較，根據(jù)本發(fā)明的方法提供了相當(dāng)大的能力。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，編碼被循環(huán)地進(jìn)行，而解碼被迭代地執(zhí)行，執(zhí)行過程的復(fù)雜程度依賴于被進(jìn)行的迭代次數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，有可能使用很低的編碼率(1/N,N》1)。根據(jù)本發(fā)明的方法在CDMA系統(tǒng)中特別有利。在CDMA系統(tǒng)中，若干用戶在相同頻率信道上發(fā)送，該信道與所使用的比特率相比是多樣的。
圖的說明在下面，參照按照附圖的例子將更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
圖1和圖2表示上述的現(xiàn)有技術(shù)的編碼器和解碼器。
圖3表示利用turbo代碼的編碼器結(jié)構(gòu)。
圖4a和圖4b說明二進(jìn)制碼和超正交碼的格式結(jié)構(gòu)的例子。
圖5a和圖5b表示哈達(dá)馬德矩陣。
圖6說明實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的編碼器結(jié)構(gòu)的例子。
圖7說明實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的解碼器結(jié)構(gòu)的例子。
優(yōu)選實(shí)施例的說明在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，利用組合的并行鏈接卷積編碼和超正交卷積代碼實(shí)現(xiàn)信號的信道編碼。在下面，首先通過介紹并行鏈接卷積編碼原理，然后說明根據(jù)本發(fā)明的組合編碼，來研究根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
借助圖3中所示的代碼結(jié)構(gòu)來研究turbo編碼。適于turbo代碼的編碼器由2個或更多個鏈接的卷積編碼器300、302組成。編碼器并行工作。圖3舉例表示2個并行編碼器，其具有多項(xiàng)式發(fā)生器g1=37和g2=21(八進(jìn)制的)。第一個編碼器300直接處理被發(fā)送的數(shù)據(jù)位數(shù)列D=(d0、d1……dN-1)304。該編碼器的輸出既包含許多數(shù)據(jù)信息Xk306，又包含循環(huán)編碼的冗余信息Xk1。因此，代碼是系統(tǒng)的。數(shù)據(jù)信息被交錯308以便在供給第二個編碼器302之前產(chǎn)生獨(dú)立的數(shù)據(jù)流。第二個編碼器的輸出包含循環(huán)計(jì)算的冗余信息Xk2312。
研究其次的超正交編碼。超正交編碼本身以前就被了解，例如，在下文被較詳細(xì)地介紹“CDMA擴(kuò)展頻譜通信”，作者viterbi A.,Addisonwesley出版公司，1995年，155-166頁。首先借助圖4a來研究一個例子。該圖表示有約束長度L=4的二進(jìn)卷積編碼的格式結(jié)構(gòu)圖的一部分。狀態(tài)輸出也被表示。每個分支包括8個狀態(tài)，2個路徑在每個狀態(tài)合并，2個路徑相應(yīng)地離開每個狀態(tài)。如果所用的代碼是1/2速率代碼，則編碼器從每個狀態(tài)提供數(shù)列00、01、10或11中的一個作為輸出。由于有8個狀態(tài)和16個路徑，所以同一數(shù)列必定被經(jīng)常使用。
通過以所有輸出數(shù)列互相正交，即數(shù)列間的相關(guān)性為零這樣方式使用長數(shù)列，能夠減小編碼率。有可能在這里使用，例如，哈達(dá)馬德矩陣H16的行。總共有16個從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。因此有可能設(shè)置哈達(dá)馬德矩陣一行用于一個轉(zhuǎn)移，在這樣情況下，所有狀態(tài)的輸入和輸出都是正交的，這樣增加了帶寬。在這種情況下編碼率是1/16。
利用哈達(dá)馬德矩陣H8，能夠進(jìn)一步改進(jìn)上述代碼。該哈達(dá)馬德矩陣H8用-1乘矩陣H8而得到的數(shù)列補(bǔ)充。矩陣被表示在圖5a和5b中。
于是，一個16個數(shù)列的雙正交組被獲得。但是，所有數(shù)列不是互相雙正交的。而結(jié)果是8對數(shù)列互相相對雙正交，相對于其他14個數(shù)列正交。當(dāng)以從同一狀態(tài)的途徑輸出被提供有互相雙正交的數(shù)列這樣方式建立數(shù)列時，就有可能改進(jìn)能力。對于這樣的雙正交代碼的編碼率是1/8。
以相鄰狀態(tài)的輸出有相同的雙正交數(shù)列這樣方式來建立數(shù)列能夠進(jìn)一步改進(jìn)代碼。它們必須在不同的路徑上被映像，以致輸入和輸出的轉(zhuǎn)換是雙正交的。在圖4b中說明此種情況。由于有可能用哈達(dá)馬德矩陣H4和其補(bǔ)矩陣，它們共同包含足夠數(shù)量的數(shù)列，編碼率則能夠被增加到1/4。在這種連接中補(bǔ)矩陣涉及一種矩陣在其中數(shù)值“1”被轉(zhuǎn)換成數(shù)值“-1”，反之亦然。超正交代碼如此被產(chǎn)生。
為借助圖6中所示的編碼器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信道編碼研究根據(jù)本發(fā)明的下一個結(jié)構(gòu)。該圖示出為提供根據(jù)本發(fā)明的編碼的一個簡單方式，但當(dāng)然也有其他實(shí)施例，這對本專業(yè)技術(shù)人員是明顯的。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，被發(fā)送的數(shù)據(jù)數(shù)列被供給到2個或更多的并行編碼器，其中2個600和602被表示在圖中。數(shù)據(jù)以交錯形式606被供給到另一個編碼器602。每個編碼器包括一個循環(huán)turbo編碼器，該編碼器由若干寄存器612a到618a以及612b到618b組成，寄存器間的連接借助于加法器622a到626a以及622b到626b來實(shí)現(xiàn)。通過從寄存器的輸出提供信號到加法器620a、620b，在這里信號被加到被編碼的數(shù)據(jù)數(shù)列上，實(shí)現(xiàn)循環(huán)。在圖的例子中，多項(xiàng)式發(fā)生器是37(8進(jìn)制的)，約束長度L=5。每個編碼器還包括映像裝置628a、628b，例如，沃爾什-哈達(dá)馬德發(fā)生器。沃爾什-哈達(dá)馬德發(fā)生器根據(jù)寄存器612a到618a以及612b到618b的狀態(tài)生成所要求的哈達(dá)馬德矩陣的行。所得到的數(shù)列，即沃爾什符號和它們的補(bǔ)碼608、610，被加到要被發(fā)送到信道的發(fā)射機(jī)的其他部分。在圖的例子中，哈達(dá)馬德矩陣是H8或者是它的補(bǔ)矩陣。發(fā)生器控制也能夠以這樣方式來實(shí)現(xiàn)，寄存器確定哈達(dá)馬德矩陣的行而數(shù)據(jù)位630a、630b確定矩陣的符號，即不受矩陣直接用哈達(dá)馬德矩陣還是用它的補(bǔ)矩陣。數(shù)據(jù)位也能夠在加法器620a后被取，或者它可以是某個卷積編碼器的其他輸出位。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的編碼率為1/2L-1。映像裝置實(shí)際上能夠，例如，通過存儲元件或處理器被實(shí)現(xiàn)。
借助圖7的原理方框圖來研究為解信道編碼根據(jù)本發(fā)明的下一個結(jié)構(gòu)。在該按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，解碼器包括2個或更多個并行解碼器塊，在圖的例子中表示出2個，700,702。每個解碼器塊在其輸入端接收一個沃爾什符號或從信道接收的它的補(bǔ)碼704、706。沃爾什符號在下面系指不是符號就是它的補(bǔ)碼。在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，解碼器除了產(chǎn)生符號判定708、710，還產(chǎn)生關(guān)于所做判定可靠性的信息718、720。可靠性信息被供給到并行解碼器塊作為能被用于解碼沃爾什符號的輔助信息。由于供給不同編碼器塊的數(shù)據(jù)位為發(fā)送而被交錯，所以也必須在解碼器中執(zhí)行交錯712、714，并且當(dāng)在解碼器間傳送信息時必須進(jìn)行消交錯。相應(yīng)地，在解碼器塊702的輸出上也進(jìn)行消交錯，解碼器塊702有作為輸入的從交錯的數(shù)據(jù)得到的沃爾什符號706。
從初始狀態(tài)開始研究解碼。解碼器700接收第一個符號wi。在這個階段，該解碼器不知道并行解碼器702的可靠性信息，因此輸入Zk已根據(jù)所用的解碼算法被初始化到一合適值。該解碼器進(jìn)行符號判定，也計(jì)算該判定的可靠性。有可能在解碼器中使用已知的判定算法，這些判定算法，例如，在下文中被介紹“為使符號誤碼率最小的最佳線性代碼的解碼”，作者Bahl L.,Cocke J.,Jelinek F.,Raviv J.,IEEE信息理論學(xué)報，1974年3月，284-287頁。解碼器能夠，例如，用信號處理器或者某些其他相應(yīng)的單獨(dú)邏輯線路來實(shí)現(xiàn)?？煽啃孕畔?18被交錯，并被供到并行解碼器702的輸入端。該并行解碼器處理在其輸入端上提供的所接收的沃爾什符號Wj，并且利用其已獲得的可靠性信息。解碼器702作判定，還計(jì)算可靠性信息。Zn的影響由可靠性信息被消除，它又在消交錯714后將720傳輸?shù)讲⑿薪獯a器700，該解碼器可再利用其已獲得的輔助信息Zk進(jìn)一步處理第一個符號Wj。所以，解碼能夠通過重復(fù)解碼所要求的次數(shù)來迭代地實(shí)現(xiàn)。如果被要求，從解碼器輸出708,710獲得符號判定。
即使在上面參照根據(jù)附圖的例子對本發(fā)明作了說明，很清楚，本發(fā)明不受限于此，而是能夠在所附權(quán)利要求中所揭示的發(fā)明思想范圍內(nèi)，對本發(fā)明作任何方面的修改。
權(quán)利要求
1．一種為傳輸數(shù)字信號的數(shù)據(jù)傳輸方法，包括處理被傳輸?shù)男盘枮槭剐诺乐挟a(chǎn)生的傳輸誤差減至最小，其特征在于，利用組合的并行鏈接卷積編碼和超正交卷積代碼來實(shí)現(xiàn)信號編碼。
2．一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，被傳輸?shù)男畔⒔?jīng)受產(chǎn)生位的并行鏈接卷積編碼作用，該編碼產(chǎn)生從被傳輸?shù)某粩?shù)列中選擇一個數(shù)列的位，被傳輸?shù)臄?shù)列數(shù)等于并行卷積編碼器數(shù)。
3．一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法包括將被傳輸?shù)男畔⒐┙o2個或更多的并行編碼塊，供給方式是供給到每塊的信息以不同的次序交錯；根據(jù)預(yù)定的發(fā)生器多項(xiàng)式在每字塊中循環(huán)卷積編碼被傳輸?shù)男畔?；每個編碼字塊的輸出被映像為沃爾什函數(shù)或者其補(bǔ)碼值。
4．一種根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，原始的數(shù)據(jù)位確定是沃爾什函數(shù)還是其補(bǔ)碼被傳輸。
5．一種根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，在卷積編碼器輸出中的位確定是沃爾什函數(shù)還是其補(bǔ)碼被傳輸。
6．一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法包括用2個或更多的并行解碼器迭代解碼所接收的信號，解碼器除了產(chǎn)生被解碼的位外還產(chǎn)生關(guān)于所作判定可靠性的信息，并且其中關(guān)于每次迭代期間所作判定可靠性的信息被供給到其他并行解碼器。
7．一種根據(jù)權(quán)利要求3和6的方法，其特征在于，所接收的沃爾什函數(shù)或它的補(bǔ)碼被各自供給其本身的并行解碼器，由每個解碼器產(chǎn)生的關(guān)于所作判定可靠性的信息被交錯，并供給到其他并行解碼器，其中，所說的信息在下一次迭代圈期間被利用。
8．一種根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，從一個并行解碼器提供的信息的影響是由在其被供給到其他解碼器之前的可靠性信息來消除。
9．用于編碼和解碼數(shù)字信號的設(shè)備，該設(shè)備包括在編碼側(cè)，至少2個并行編碼器(600、602)，其輸入是被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)列(604)，這樣的數(shù)據(jù)數(shù)列以數(shù)據(jù)在每個編碼器(600、602)中以不同的次序這樣方式被交錯，在解碼側(cè)，至少2個并行解碼器(700、702)；該設(shè)備的特征在于在編碼側(cè)，每個并行編碼器(600,602)包括一組寄存器(612a-618a)，它們以級聯(lián)方式被組合，將被編碼的數(shù)據(jù)供給它們；還包括一組加法裝置(620a-626b)，它們的連接依賴于給定的多項(xiàng)式發(fā)生器，它們將寄存器(612a-618a)的輸出加到被編碼的數(shù)據(jù)上；還包括映像裝置(628a)，其輸入由寄存器(612a-618a)的輸出組成，這個映像裝置的輸出包含根據(jù)轉(zhuǎn)換裝置(628a)的輸入所選的沃爾什符號或者其補(bǔ)碼，以及在解碼側(cè)，每個并行解碼器(700、702)的輸入(704、706)由所接收的沃爾什符號或其補(bǔ)碼以及從其他并行解碼器所接收的關(guān)于符號判定的可靠性信息(718、720)組成。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，在編碼側(cè)，被編碼的數(shù)據(jù)(630a)被供給映像裝置(628a)的輸入；所說的數(shù)據(jù)確定映像裝置的輸出(608)是包含沃爾什符號還是包含它的補(bǔ)碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)傳輸方法和信號編碼和解碼設(shè)備,設(shè)備包括在編碼側(cè)至少2個并行編碼器(600、602)和在解碼側(cè)至少2個并行解碼器(700、702)。為了提供有效的編碼,在設(shè)備的編碼側(cè)每個并行編碼器(600,602)包括若干串聯(lián)的寄存器(612a－618a),若干將寄存器(612a－618a)的輸出加到數(shù)據(jù)上的加法裝置(622a－626a),以及映像裝置(628a),其輸入由寄存器(612a－618a)的輸出組成,其輸出(608)包含根據(jù)轉(zhuǎn)換裝置(628a)的輸入所選擇的沃爾什符號;在設(shè)備的解碼側(cè),每個并行解碼器(700、702)的輸入(704、706)是接受的沃爾什符號和從其他并行解碼器接收的關(guān)于符號判定的可靠性信息(718,720)。
文檔編號H04B1/707GK1208525SQ97191680
公開日1999年2月17日 申請日期1997年1月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月12日
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