用在信道编码器和译码器中的高性能差错控制编码的制作方法

专利名称：用在信道编码器和译码器中的高性能差错控制编码的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字通信系统，尤其涉及一种用在信道编码器和译码器中的高性能差错控制编码系统，它用一个选择性的方式将冗余码加入传输之前的数据中并且然后对接收的数据进行译码。用于数据差错预防的这类器件通常称之为用作信道编码和信道译码的″信道编码译码器″。本发明特别适用于数字单元式网络，但也可有效地用在任何使用低速率话音编码译码器和需要为压缩的语音数据进行差错控制的生产线中。
单元式电信系统正从目前的模拟调频(FM)形式向数字系统发展。电信工业协会(TIA)已正式通过了一个标准使用一个全速率8.0kbps的矢量和受激线性预测(VSELP)语音编码器，用于纠错的卷积编码，差分四相移键控(QPSK)调制，以及每个载频使用一个可再分为6个时隙的40ms帧的时分复用信息选取(TDMA)系统。全速率标准每40ms占有两个时隙并因此应使单元式系统的信息量传递容量增加两倍。
为了进一步将其容量增加两倍，TIA已开始评定并随后选择一个每40ms仅需要一个时隙的半速率语言和信道编码译码的过程。为了进行速率编码译码器选择，半速率语音加信道编码译码器应具有6.5kbps的总位速率并被限制为一帧是40ms。半速率语音加信道编码译码器应具有一个在各种状态下可与全速率标准相媲美的话音质量。这些状态包括各种类型的发言者，送受话器的影响，背景噪声状态，以及信道状态。
用在全速率标准中的差错预防系统利用众所周知的半速率卷积信道编码器。半速率卷积信道编码器将冗余码加入压缩语音数据中，这是通过使用移位寄存器，对于每一个输入位产生两个输出位，以及将输出位多路复用形成输出来实现的。按预定生成程序多项式，由输入位的加权模二和以及移位寄存器的内容产生每一输出位。在移位寄存器中的存储单元加1称为卷积编码器约束长度。在全速率标准的情形，约束长度为六或五个存储单元。使移位寄存器的初始状态输出为0，并在压缩语音数据的每个输入块之后通过使用五个尾随位或″0″清除位来清除移位寄存器并且也保证了其最后状态为0。
VSELP语音编码译码器每20ms输出159个压缩语言位。这些位分为两类。一类位是感知较有效的并且因而需要差错保护的位。这由约束长度为6的半速率卷积信道编码译码器来实现。二类位是不如一类位那样有效并且没有加入差错保护的那些位。有77个一类位和82个二类位。在一类位中，有几个感知上最有效的位，并且重要的是这些最有效的位还有检错能力。这通过对十二个感知最有效的位使用7比特循环冗余校验(CRC)来实现。将77个一类位，7个CRC位，以及5个尾随位送入卷积编码器以产生178个编码位。然后将产生的编码位与二类位一起送入大小为26×10的交错矩阵，用前述的20ms帧的交错矩阵按行交错，并且在交错之后按行传送。
在接收台，首先进行去交错以得到前述的20msVSELP帧的已编码的一类和二类位的26×10的矩阵。在提取178个已编码一类位之后，用维特比(viterbi)算法对77个一类位和7个CRC位进行译码，这是动态编程的一个特殊情况。将局部产生的7个CRC位与接收到的7个CRC位进行比较以给VSELP语言解码器提供坏帧指示。
希望半速率语言加上信道编码译码器在各种信道状态(包括传输速度为5mph时误码率(BER)为3％的状态)的工作性能和全速率标准一样好。压缩数据的半速率语音编码译码器以每秒的位数大致减半的方式传送同样的信息。所以，平均来说它应该对位差错更敏感。因而半速率信道编码译码器必须提供更强的差锚保护，尽管它的位速率比全速率信道编码译码器的低也应如此。这仅能由具有较高程度的纠错能力的信道编码译码器来实现，而且最好适合于纠正代表一个Rayleigh衰减信道的这类误差型式。全速率标准中用的卷积信道编码译码器无论如何不适合纠正因Rayleigh衰减信道引起的传输差错。增加这种编码译码器的编码约束长度能提高其纠错能力。但这将带来维特比(Viterbi)译码器的成本或复杂性成指数地上升。通用的Viterbi译码技术遇到同样的问题。
在针对这个问题而提出的信道编码译码器中，有短块编码器。这类信道编码译码器也象卷积信道译码器一样利用了使用软判定的最大似然技术。此外，这类信道编码译码器有下列附加优点1.没有因清零位而引起附加位。
2.对于一个给定的码字误码率，能优化码字产生程序矩阵以减少误差位的平均数。
3.对于给定衰减信息能优化交错器。
4.能用通用译码进一步减少误码率而且减少误码率，几乎不增加额外的费用。
这类短块编码器的纠错能力是其最小汉明距离的一个函数。通常越长的块编码器具有越大的最小汉明距离，但对这类块编码器进行译码的成本也将随其长度的增加而增加，对这类块编码器译码的复杂性也随其长度的增而增加。长度为16而且最小汉明距离为6的由Nordstrom和Robison(A，W，Nordstrom和J，P，Robinson，《信息与控制》，1967年11-12月，第613161页)发明的半速率非线性块编码(NBC)看起来是一个理想的折衷方案，而且具有能通过使用基于快速Hadamard变换的方法简化最大似然译码的附加优点。
对于两个十进制的NBC码是已知的，就对于给定汉明距离尽可能有最大数量的码字而言，这种码是最佳的。尽管是最佳的，但由于这种码是非线性的，因此在工程制造领域并没有得到足够重视。最近的结果表明，把NBC码作为四进制码(字母表{0，1，2，3})编码时这种码实际上是线性的。从而，现在可将所有线性技术应用于NBC。
本发明的目的是改进用于低位速率语音编码器的差错控制编码系统，以便改进在有数字单元式信道的典型传输误差的情况下它们的工作性能。
根据本发明，为了使NBC适合衰减信道的需要，差错控制编码系统使用了新发现的非线性块编码(NBC)的线性特征，以便给压缩的半速率语音数据提供优良差错保护。在本发明优选实施例的描述中，认为半速率语音编码译码器有一个大小为40ms的帧。语言编码器每40ms输出固定数量的位。这些位被分为三个性质不同的类，称之为一类位，二类位以及三类位。为了纠错的目的进一步用CRC保护一类位的一个子集。用码字长度为16的半速率NorstromRobinson码对一类位和CRC位进行编码。用收缩型的NordstromRobinson码对二类码进行编码，其码字长度为14时有效速率为8/14。对剩下的三类位未进行保护。将编码的一类位加上CRC位，编码的二类位，以及三类位在16×17的交错矩阵中进行混合，并且用最好在两个时隙之间分开每一个码字的方式在两个时隙上进行交错。在接收机中，在去交错之后提取编码的一类位加CRC位，编码的二类位，以及三类位。利用采用软判定的最大似然技术对一类位加CRC位，以及二类位进行译码。也可使用CRC进一步减少用普通译码技术产生的一类位子集的误码率(BER)。除基于CRC的坏帧指示标志外，也将对应每一码字的原始信道误码率的评估送入语音译码器。
通过下面参考附图详细描述本发明的一个优选实施例会更好地理解上述的和其它目的，特点及优点。其中

图1是一个使用信道编码器的全速率TDMA数字单元式系统的发射部分的基带部分的方框图；图2是一个使用信道译码器的全速率TDMA数字单元式系统的接收部分的基带部分的方框图；图3是根据按全速率标准使用的卷积编码的通道编码器方框图；图4是根据按全速率标准使用的卷积编码维特比译码的信道译码器的方框图；图5是将压缩的语音位分成多类所用的方法的流程图；图6是用图表描述的在16×17交错矩阵中编码的一类位加CRC位，编码的二类位，以及三类位的分布；图7是基于本发明最佳实施例中所用的NBC码的信道编码器的方框图8是一个用在本发明最佳实施例中的完整的信道译码器的方框图；以及图9是表示本发明最佳实施例中PMSB代码字的普通译码流程图。
作为介绍，将首先描述全速率TDMA数字单元式系统，随后描述用于一个特定半速率编码译码器的本发明。现在参考附图，尤其是图1，其中表示了数字单元式系统的发射部分的基带部分。以8khz速率对模拟语言(来自一个适当的送受话器)进行取样，由模数(A/D)转换器11将取样所得的信号转换为数字值并提供给一个VSELP语言编码器12。用卷积信道编码器13再对编码的语音进行编码，并将所得的编码位流提供给一个DQPSK调制器14。由时隙管理电路15给调制器14的输出分配多个时隙中的一个时隙，并由数模(D/A)转换器16转换为放大了的QPSK信号以及由射频(RF)上转换器17进行频率多路复用并经天线18发射出去。
在图2中，由天线21接收传送的信号并由RF下转换器22外差为中频(IF)。由A/D转换器23将中频信号转换为数字位流，并将所得的位流提供给时间分配恢复与同步电路24。然后在DQPSK解调器25中对位流进行解调。接着进行与发射机中编码过程相反的变换。具体地讲，由信道卷积译码器26和VSELP语音译码器27进行译码，最后，将语音译码器的输出提供给具有8khz取样率的D/A转换器28以合成模拟语言。
用在全速率标准中的图1所示的卷积信道编码器13，如图13所示，接收159个VSELP压缩语音位并将这些语音位分成两类，77个一类位和82个二类位。在标号31处提取一类位。在一类位中有几个感知最有效的位(PMSB)，在标号32处提取这些PMSB，并且在33处通过对十二个感知最有效的位使用一个7位循环冗余校验使其具有检错能力。将剩余的一类位和在标号34处产生的附加的清零位在标号35处重新排序并提供给卷积编码器36。在标号37处提取二类位并将其未加保护地送入一个有两个时隙的交错器38，在交错器38用卷积编码器36的输出对二类位进行交错。
在全速率标准中用的如图2所示的信道译码器26如图4所示，它包括一个进行与交错器38相反的处理的两个时隙的去交错器40。在标号41处提取编码位并将提取的结果提供给一个维特比卷积译码器42。由译码位，在标号43处提取CRC位并在标号44处提取一类位。根据提取出的一类位，在标号4 5处提取PMS位并在标号46处计算CRC位。在比较器47中将计算所得的CRC位与提取出的CRC位进行比较。如果两者不能相比，则设置一个坏帧标志。将在标号44处提取的一类位和在标号48处提取的二类位在多路复用器49中组合起来以产生159个VSELP压缩语言位。
现在我们把注意力转向TIA标准主要部分正考虑的半速率信道编码器。这样的一个半速率信道需要使用低速语言和总共仅利用6.5kbps的信道编码译码器。任何低速率的编码译码器的压缩语音位都需分成要有不同程度保护的许多类。这是脱机完成的并且为上述的低速编码译码器特有。这些压缩语音位分成为许多类的分类方法是基于A因子分析和非正规的监听测试的组合。可通过在重复地迫使语音编码器输出的每一位有差错时观察已定义好的″性能衡量″的下降来研究传输误差对该位的影响。″性能″的下降用相对于无干扰的信道″性能″的分贝(db)数来表示，并且将″性能″的下降称之为该特定位的相关的A因子。比较灵敏的位″性能″下降很多并因此有大的A因子。遗憾地是，对于低位速率话音编码器，已定义好的″性能衡量″是主观的量度，进行这种测量很昂贵。折衷的办法是用客观性能衡量并将其与非正式的监听测试结合起来。这样的一种度量是用分段的信噪比(SNR)。通过这种度量，可准确地给相同参数的位以优先权。但是采用这种客观性能衡量在参数间进行比较可能会有困难。这样，对于整个帧可使用这些基于分段信噪比的A因子，以便给属于某一参数型(例如短期预测)的所有位以优先权，但在不同参数型的位之间(比如在短期预测位和增益位之间)的比较却会造成错误。因而我们使用非正式的监听一个大语音发声以对每一参数型判断A因子阈值。高于该阈值的组成一类，而低于该阈值的组成一个第二类。用类似的方式能进一步进行分类以使产生许多类。
在图5中示意表示了描述将压缩语音位分成多类的过程的流程图。在第一步50将压缩语音位分成不同参数的类。使用A因子在步骤511，512…51m中给每一参数类以优先权。在52步为每一类建立A因子阈值，其中每一类用非正式的监听测试产生了等效失真。在53步用等效阈值将这些A因子规格化，然后在54步用规格化的A因子给压缩语音位以优先权。在55步将有优先权的压缩语音位分成多类以形成分成多类的有优先权的压缩语音位的输出。
在本发明优选实施例中使用的半速率语音编码译码器，其一帧的大小为40ms而且位速率为4.2khps。对于每一帧，压缩语音数据由168位构成。从感知的观点来看，这些位并不是同等重要的，因而需要不同级别的保护。本发明输出168位，用上面限定的方法将输出的168位分成三类
*40个一类位*48个二类位*80个三类位40个一类位在它们非常容易受传输损耗的意义上，是最重要的压缩语音位。在这40位中有24位为在感知上最有效的位(PSMB)，也需差错检测。用给上面概述的每一类中的位以优先权的程序将这些PSMP单独隔离开。通过用生成程序多项式1＋X2＋X7＋X8将8位CRC加到24个PMSB上而获得这种检错能力。给8个CRC位和40个一类位提供最大的差错保护。
48个二类位不如一类位重要但仍然需要差错保护。最后留下80个三类位未加保护。表一列出了编码前和编码后的位分配。
表1在各类中的位分配
用Nordtrom Robinson(16，8，6)码使40个一类位和8个CRC得到最大保护。在这里，16指的是码字长度，8指的是信息字长度，以及6表示最小汉明(Hamming)码距。将40个一类位和8个CRC位组合为6个信息字，每个信息字长度为8，然后对每个信息字独立地进行编码以形成6个代码字，每个代码字长度为16。在4个信息字中分配24个PMSB位和8个CRC位，每个信息字有2个CRC位和6个PMSB位。用每个码字的平均重要性(使用给每一类中所有位优先权的规格化的措施)以大致相同的方式在这4个信息字中分配PMSB位。将剩下的16个一类位以同样的方式分成两个信息字。首先通过将表2的变换用于在输入信息矢量中的每一对相邻位，使该编码过程把每8位长的信息矢量转换为四个四进制码字符。
表2.将位对变成四进制码字符
四进制码是字母表{0，1，2，3}的元素而且实质上是基于整数模4的环。用模4的运算进行具有这些字码的乘法和加法。因而能根据下面定义的生成程序矩阵来确定编码过程，生成程序矩阵的定义是1000312101001231G＝0010333200012311如果我们利用其四进制码字符元素将信息矢量表示为m＝[m0m1m2m3]，那么编码过程能简单地描述为信息矢量m乘以生成矩阵G，即C＝[C0C1…C6C7]＝M·G0如前所述，所有的操作都用模4运算来进行。用表2将码字四进制码字符变回到位对。应注意到，生成程序矩阵是一个系统化矩阵，而且因此是C0＝M0，C1＝M1，C＝M2，C3M3，所以仅需要计算C4，C5，C6，C7。选择生成矩阵以便使对于一个有误差的码字的有差错的平均位数对于所讨论的最坏信道状态(即传输速率为5mph时3％BER)保持为最小值。这里对生成程序矩阵进行了描述并且生成程序矩阵在所讨论的最坏的信道状态下对于每一有误差的码字平均产生三个出现差错的位。
用收缩型基本Nordstrom Robinson码对二类位编码并且其有效速率为8/14。收缩码将长度为8的一个信息字变换为长度为14的一个码字。用与一类位相同的方式将48个二类位分成6个信息字。用表2中的变换将8位长的信息字转换成4个四进制码字符矢量。编码处理使用与前所述相同的生成程序矩阵(但去掉最后一列)；也就是，
10003120100123G′＝00103330001231上面的生成程序矩阵也在所讨论的最坏信道状态下对于一个有误差的码字生成最少出现差错的平均位数，这个最小做平均位数是1.8位。由信息矢量乘以修改的生成程序矩阵G′得到七个字符长的信息矢量。然后用表2中的变换将七个字符长码字转换为一个14位的码字。
图6描述了在16×17交错矩阵中编码的一类位加上CRC位，编码的二类位，以及三类位的分布。将编码的一类位加上CRC位，编码的二类位，以及三类位输入到一个16×17交错矩阵中。一类位码字分别占用列1，3，5，7，9和11。二类码字分别占据列2，4，6，8，10和12。三类位占据剩下的每一二类码字列的两个空的位置，和列13，14，15，16，以及列17的前四行。通过发送本交错矩阵的偶数行2，4，6，8，10，12，14，16和前面交错矩阵的奇数行1，3，5，7，9，11，13，15来实现交错两个时隙。为了使对应最坏信道状态(在传输速度为5mph时有3％的BER)的一类码字的码字误码率最小，需要在两个时隙中的传输之间最佳分配已编码的四进制码字符。根据我们的研究，通过在一个时隙传送每个一类位码字C0，C1，C2，C3的四进制码字符和在另一个时隙传送剩下的C4，C5，C6，C7的四进制码字符来实现这个目的。因而C0位占据行1和3，C1位占用行5和行7，C2占用行9和11，C3位占用行13和15，C4位占用行2和4，C5位占用行6和8，C6位占用行10和12，以及C7位占用行14和16。类似地，对于二类码字，通过在一个时隙传送每个二类码字C0，C1，C2的四进制字符和在另一个时隙传送剩下的C3，C4C5，C6来使对应于所讨论的最坏信道状态下的码字误码率最小。因此，C0位占据行1和3，C1位占据行5和7，C2位占行9和11，C3位占行2和4，C4占行6和8，C5位占行10和12，以及C6位占行14和16。三类位通常由码本索引和其它参数型的最低有效位构成。以下述这样的方式分配与这些码本索引相对应的位，即，在一个时隙传送一个给定的码本索引，而在另一时隙传送与语言的相邻子帧或子字块相对应的码本索引。
图7是信道编码器的功能方块图。将168个压缩语音位提取成一类位，二类位以及三类位。根据在标号71处提取的一类位，在标号72处提取PMSB位并送入CRC计算块73。由一个8/16 NBC编码器74对CRC计算块73的输出和剩下的一类位进行编码。由一个8/14NBC编码器76对在标号75处提取出的二类码进行编码。将编码器74和76的输出以及在标号77处提取的三类位以图6所示的16×17矩阵形式提供给一个两时隙交错器78，从而产生260位输出给调制器。
图8所示的信道译码器接收与来自解调器的260位中的每一位相对应的软判定值。一般而言这些软判定值与差分解调衰落幅度的平方的量化值相关。在TIA半速率编码译码器测试中，用精度的十四位表示软判定值的大小，但必须注意，可使用下面描述的具有任何软判定或硬判定表达式的信道译码器。
在信道译码过程中的第一步是去交错，即交错的逆过程。接收的260个软判定值被送入一个16×17矩阵80，将旧矩阵的偶数行与现行矩阵的奇数行组合起来以重新产生与先前的语言帧相对应的图6的交错矩阵。由该矩阵，可提取与先前的语音帧的编码的一类位加CRC位，编码的二类位，以及三类位相对应的软判定值。由于三类位是没有编码的，只有它们的硬判定值需保持不变。
为了对任何PMSB码字进行译码，计算在与该码字相应的接收到的软判定值和256可能的码字中的每一个码字之间的相关性。在标号81处提取非PMSB编码的一类位并将它们送到输出16个一类语音位的一个最大似然8/16NBC译。码器82。最大似然的或最佳选择对象产生最大相关性的码字。第二最佳的选择对象是产生第二最大相关性的码字，等等。因而，通过用N个最大相关性标记码字可列出N个最佳选择对象。
在标号83处提取PMSB编码位并送入输出24个PMSB语音位的一个通用8/16NBC译码器84。对于4个PMSB码字，可列出4N种码字的可能的组合。那么通过寻找就地产生的CRC位与接收的CRC位一致的组合就能实现使用CRC的通用译码。如果没有发现这样的组合，则设置一个坏帧指示标志，并且刚好这4个PSMB码字被确定为最大似然选择对象。
通用译码有助于减少坏帧误率但以在没有正确提供或没有提供坏帧指示时再现的误报警率为代价。为了妥善处理减少坏帧误码率和误报警率之间的关系，在PMSB码字的通用译码中仅使用4N组合的一个子集。在本发明的最佳实施例中，将N设置为3，但仅利用一个20种组合的子集，而不是在通用译码中的全部43或64种组合。因此在通用译码中仅对下述组合利用第一PMSB码字的第J1最佳选择对象，第二PMSB码字的第J2最佳选择对象，第三PMSB码字的第J3最佳选择对象，以及第四PMSB码字的第J4最佳选择对象
表3.通用译码中使用的组合
如果就地产生的CRC等于接收到的CRC位的组合多于一个，那么选择J1＋J2＋J3＋J4为最小值的一个组合。
本发明优选实施例中描述PMSB码字通用译码的流程图如图9所示。给这个程序的输入是用作PMSB码字的最佳的三个选择对象。在93步首先进行初始化，然后进入迭代环。迭代环的第一步94是从表3中读J1＋J2＋J3＋J4，然后在95步得到与每一个PMSB5码字的最佳选择对象相对应的信息位。在96步提取8个CRC位，在97步，计算接收到的PMSB位的CRC位。在98步的检查进行判断以确定是否″START＝TRUE″。如果是，存储译码的PMSB语音位，设置START为FALSE，并在99步使SUM等于J1＋J2＋J3＋J4，否则跳跃过99步。在100步将提取出的CRC位和计算所得的CRC位进行比较，如果它们相等，则在101步使BADFRAME为FALSE。在102步进行检查以确定是否J1＋J2＋J3＋J4小于SUM。如果是，存储已译码的PMSB语音位，并在103步SUM等于J1＋J2＋J3＋J4；否则，跳过103步。程序执行这一步时，在判定块104中进行判断以确定是否到了表3的结尾。如果没有，程序迭代环回到94步执行下一次迭代。
对于其它两个一类位码字，在确定最大似然数值之后译码停止。类似地对6个二类码字进行译码。具体而论，将在标号87处提取的二类编码位提供给输出48个二类语音位的最大似然8/14NBC译码器88。此外，可以通过对相应的译码信息位进行再次编码并将其与接收到的码字的硬判定表达式相比较来评价任何码字经过的原始信道BER。用8/16NBC编码器85对译码器82和84的输出进行再次编码以产生一个输出，将该输出在标号86处与去交错的编码的一类位进行比较以产生一个估计的一类BER。用8/14 NBC编码器89对48个二类语音位再次编码以产生一个输出，该输出在标号90处与去交错二类编码位相比较从而产生一个估计的二类BER。可以对所有的码字，或仅仅PMSB码字，或仅仅一类码字，或仅仅二类码字的这样一些原始信道BER估计值求平均值，并且然后送到语音译码器，在语音译码器中，即使在未能纠正传输误差的情况下利用这种信息也能改进语音质量。
在多路复用器92中将与译码的一类和二类码字，三类位，以及与坏帧指示标志相应的信息位进行多路复用以产生将被送向语音译码器的168个压缩语音位，它们被送到语音译码器。
用快速Hadamard变换可进行相关性计算。下面是对本发明优选实施例中所用的快速算法方案的描述。
首先，将接收到的解调矢量表示为复数矢量R＝[R0R1…R1]，在这里通过复数元Ri(Ri＝ri＋JFi)和与第i个四进制码字符相对应的软判定值相关联。第一步是建立复数对角矩阵Q，通过旋转和共轭接收到的矢量得到复数对角矩阵Q的对角元素如下[Q0Q1…Q7]＝R*(HJ)。所以，每个复数元素Qi通过i=qi+jqi^=(ri+fi^)+j(ri-fi^)]]>与接收到的软判定值相关。
在第二步，通过常矢量hi建立八个复数矢量Vi(i＝0到7)，Vi＝hiQo这里，复数矢量hi定义如下
h0＝[1 1 1 1 1 1 1 1]h1＝[1 1 1 j -1 -j j j]h2＝[1 1 j 1 -j -j -j -1]h3＝[1 1 j j j -1 1 -j]h4＝[1 j 1 1 j -1 -j j]h5＝[1 j 1 j -j j 1 -1]h6＝[1 j j 1 1 j -1 -j]h7＝[1 j j j -1 1 -j 1]这些常复数矢量相当于由信息矢量产生的8个码字的变换，信息矢量的第一个四进制码字符元素m0被限定为零并且限定其它元素m1，m2，m3为零或1。用表4将8个在码字变换为常复数矢量。id="d67"> 表4.将一个四进制码变换为一个复数
在第三步，计算矢量Vi与8个常复数矢量的内积，这些常复数矢量对应于由信息矢量产生的码字的一个变换，其中信息矢量的头一个四进制码字符元素m0被限定为0，并将其它元素m1，m2，m3限定为0或2。这可表示为W^Ti=H8V^Ti]]>，其中H8是8×8 Sylvester型Hadamard矩阵，矢量 和 分别是Vi和Wi的置换型式，即Vi＝[Vi0Vi1ViBVi7Vi2Vi4Vi5Vi6]Wi＝[Wi0Wi4Wi1Wi5Wi2Wi6Wi3Wi7]用快速Hadamard变换实现乘以H8。
在第四步，复数Zikr的实部确定了256个相关性，Zikr的定义如下Zikl＝Wik(j)1Qsis7，Osks7，Osls3，在第五步和最后一步，用m0＝1m1＝(i1＋2k1＋1)mod4m2＝(i2＋2k2＋1)mod4m3＝(i3＋2k3＋1)mod4]确定与一个给定的i，k，l相对应的信息四进制码字符m0，m1，m2，m3，其中i1，i2，i3是i的二进制表示，K1，K2，K3是K的二进制表达式，即i＝4i1＋2i2＋i3，0≤i1，i2，i3≤1，k＝4k1＋2k2＋k3，0≤k1，k2，k3≤1。以及这一步可离机进行，并且以一个表格的形式存储i，k，l到信息四进制字符m0，m1，m2，m3的变换。这就完结了以快速相关计算方法为基础的Hadamard变换。
为了评价基于信道编码译码器的NBC的有效性，使用一个参考基线卷积信道编码译码器和一个相似的交错器，该编码译码器使用了大致相同数量的一类位，二类位，PMSB位，CRC位。使用了k＝7的约束长度。因而，用作参考的卷积信道编码译码器的复杂性大于与之进行比较的NBC。使用具有十四位软判定大小的T/A提供的误差表征码进行比较。用作比较的性能由坏帧误码率来度量，表示为CRCWER，一类BER，以及二类BER。通过使用25,000个时隙进行模拟来确定这些数值，在表5中列出了对应在最坏的信道BER为3％的情况下所有传送速率的这些数值。
表5.对应3％原始信道BER的卷积码与NBC的性能比较<t
>由表5可很明显地看出，基本NBC的设计在各个传送速率所有的性能指标，尽管实现NBC的成本较低，但都胜过卷积信道编码译码器。
总之，应理解到，用于话音传送目的NBC码的使用不仅仅局限于在优选实施例中所使用的8/16和8/14码。通过为每7个信息位选择第八个奇偶佼验位，以便使信息四进制位字符的和有一个偶数的奇偶校验位，并接着可用(16，8，6)Nordstron Robinson码对这八个位进行编码，就能得到一个较稳定的7/16码。通过缩短基本(16，8，6)NBC码能得到更加稳定的6/14码。可直接地而不是通过收缩NBC码就可获得较弱的9/16和10/16码。本优选实施例描述的编码和译码方法也能用于NBC码的那些其它的变型，这对本领域技术人员来说应该是显而易见的。我们也强调尽管在本优选实施例中已将信道编码译码器有效地用于语音传输，但其应用并不局限于保护语音数据。信道编码译码器也能用于保护通信数据，视频数据以及任何其它数据，从而即可保护在衰减信道环境中的数据。
尽管用一个优选实施例描述了本发明，本领域的技术人员会认识到在所附的权利要求书的精神和范围内还能改进实施本发明。
权利要求
1.一种信道译码器，它包括一个接收器，它接收交错的编码和未编码位，并将接收到的位放置在一个去交错矩阵中，编码和未编码的位与多个不同的类相对应，所述类的最重要的一个类的位称为一类位；一个从去交错矩阵中提取编码位和未编码位的去交错器；一个第一块译码器，对已经用非线性块码(NBC)进行编码的所有一类位和加到一类位子集中的任何循环冗余校验(CRC)位进行译码；一个第二块译码器，对也使用NBC进行了编码的其它编码位进行译码；一个多路复用器，在一个包含固定数量的数据位的帧中将译码的一类位，其它已译码的位和未译码的位组合起来。
2.如权利要求1所述的信道译码器，其特征在于所述数据位包括压缩语音位，并且所述一类位是很容易受传输损耗的位，所述一类位包括感知最有效的位(PMSB)的一个子集。
3.如权利要求2所述的信道译码器，其特征在于，所述第一块译码器包括两个块译码器，一个块译码器用于对编码一类位PMSB进行译码，另一个块译码器用于对非PMSB编码的一类位进行译码，CRC位是仅为PMSB而产生的，用于编码一类位PMSB的块译码器对PMSB位和CRC位译码，为已译码的PMSB位计算CRC位，将译码的CRC位与计算的CRC位进行比较，当译码的CRC位不等于计算的CRC位时，设置一个坏帧标志。
4.如权利要求3所述的信道译码器，其特征在于，用于编码一类PMSB位的块译码器是一个通用的译码器，该块译码器对于每一译码的PMSB码字产生多个选择对象，并将就地产生的所有选择对象的组合的CRC位与接收到的CRC位进行比较，仅当发现接收到的CRC位和就地产生的所有选择对象的组合的CRC位不一致时设置所述的坏帧标志。
5.如权利要求4所述的信道译码器，其特征在于所述的用于编码一类PMSB位的块译码器包含一个PMSB最佳选择对象的可能组合的子集的表格，从所述表中与PMSB的选择对象相对应的信息位中提取CRC位。
6.如上述任一权利要求所述的信道译码器，进一步包括一个对已译码的一类位再次编码的第一编码NBC；一个第一比较器，将从所述的去交错矩阵中提取出的编码的一类位与再编码的一类位进行比较并计算对应于一类位的一个估计的误码率；一个用NBC对已译码的其它位再次编码的第二编码NBC；一个第二比较器，将从所述的去交错矩阵中提取出的编码的其它位与再次编码的其它位进行比较并计算所述其它位的估计的BER。
7.一个信道编码器，它包括一个信号处理器，将固定量的输入数据位分成多种不同的类，所述类中的最重要的一个类的位称为一类位；一个为一类位的子集产生循环冗余校验(CRC)位的CRC产生器；一个第一块编码器，用非线性块码(NBC)对一类位和CRC位进行编码；一个第二块编码器，用NBC对输入数据位的某些其它位进行编码；一个对编码的和未编码的位进行交错的交错器；以及一个传输交错位的发送器。
8.如权利要求7所述的信道编码器，其特征在于所述的输入数据位是压缩的语音位，并且所述一类位是很容易受传输损耗的位，所述一类位包括感知最有效的位(PMSB)的子集，CRC位是仅仅为了PMSB而产生的。
9.如权利要求8所述的信道编码器，其特征在于压缩语音位的固定数量是168，168位被分成三个不同类，称为一类位，二类位以及三类位，有40个一类位，48个二类位以及80个三类位。
10.如权利要求8所述的信道编码器，其特征在于所述第一块编码器是一个速率为8/16的NBC编码器，并且所述第二块编码器是通过收缩8/16NBC编码器获得的一个速率为8/16的NBC编码器。
全文摘要
提供一种用在低位速率的编码器中的改进的差错控制编码系统，以便在有数字单元式信道的典型传输误差的情况下改进其工作性能。差错控制编码系统利用了使这些代码适应衰减信道的非线性块编码(NBC)以便给压缩的半速率语音数据提供优良差错保护。
文档编号H03M13/29GK1128917SQ9411800
公开日1996年8月14日 申请日期1994年9月10日 优先权日1993年9月10日
发明者卡莱恩·甘尼珊, 库马·斯瓦米纳塞恩, 普拉海特·格普塔, 普·维杰伊·库马 申请人:休斯航空公司