专利名称：前馈卷积码的分段并行编码方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其是使用前馈卷积编码的通信，为一种前馈卷积码的分段并行编码方法。
背景技术：
前馈卷积编码器是一个线性的有限状态系统，其串行地接收输入信息比特，进行处理后串行输出经编码比特。前馈卷积编码器内部没有反馈连接，其冲激响应是有限长的。 常规的前馈卷积编码器的示例在图1中示出。前馈卷积编码器的吞吐量取决于系统时钟速率，当信息比特序列长度较大时编码过程耗时较大。寻找一种增大前馈卷积编码器吞吐量的算法对于日益增长的高速应用是有意义的。现有的解决方案中有一种技术通过将输入信息比特分割成多个块，对各个块独立并行编码来增加卷积编码的吞吐量，对应的原理图如附图2所示，相关专利为M.曼索， “采用分割的并行编码操作的卷积编码”，高通股份有限公司，申请公布号CN101874353A， 2010. 10. 27 (参考专利1)。假如将原始长为L的信息比特序列分为4个块，则卷积编码器吞吐量提升为原来的4倍。对于每个块并行编码需要正确配置其卷积编码器的初始状态，即图1中的存储单元D中初始存储的值。由于未知该初始状态信息，因此该方案对于每种可能的初始状态均应用一个卷积编码器来编码。假如采用图1中对应的卷积编码器，则其可能的初始状态有 4种。各个卷积编码器完成对该块的编码后，当前块的选择器根据前面一个块的最终状态来选择应用对应初始状态的卷积编码器的结果作为本块的编码结果。如块1的最终状态为 00，则块2的选择器选择0号卷积编码器的结果作为块2的编码结果。然而当卷积码的约束长度u较大时，可能的初始状态数目将随着u的增大呈指数级增长，考虑到资源以及功耗方面的限制，这种方案将不可用。同时，即使初始状态数目较小，如图2中示例的可能的初始状态数目为4，同样的资源以及功耗约束使得块的数量不可能很大，这也限制了卷积编码器吞吐量的进一步提升。参考专利1适用于卷积编码器，包括前馈卷积编码器和反馈卷积编码器。针对前馈卷积编码器，利用其自身的特点，优化其并行结构、提高资源和能源的效率，进一步增大前馈卷积编码器吞吐量是合需的。
发明内容
本发明要解决的问题是，现有串行地接收输入信息前馈卷积编码器初始状态与资源及功耗之间相互制约，限制了卷积编码器吞吐量的进一步提升。本发明的技术方案为本发明包括以下两种实现方案
技术方案1 前馈卷积码的分段并行编码方法，由多个串行前馈卷积编码器组成并行前馈卷积编码器，将输入的待编码信息比特序列分段，连续的两段之间重叠m个比特，m为串行前馈卷积编码器内部存储单元的数目，对于输入的每一段信息比特序列，分别应用一个串行前馈卷积编码器来进行编码，每段信息比特序列称为一个块，对于第一个块，其对应的串行前馈卷积编码器的初始编码状态为已知的；对于后面的块，其串行前馈卷积编码器的初始编码状态设定为全0，对于除第一块外的其他块，该块前m个输入比特与其前面一个块的最后m个输入比特相同，将这m个输入比特对应的编码结果丢弃，各个块的编码结果的剩余部分依次串联起来，得到最终的编码结果，作为并行前馈卷积编码器的输出。技术方案2 前馈卷积码的分段并行编码方法，由多个串行前馈卷积编码器组成并行前馈卷积编码器，将输入的信息比特序列分段，段与段之间没有重叠，对于每一段信息比特序列，分别应用一个串行前馈卷积编码器来进行编码，每段信息比特序列称为一个块， 对于第一个块，其对应的串行前馈卷积编码器的初始编码状态为已知的；对于后面的块，其串行前馈卷积编码器的初始编码状态设定为全0 ；对除了最后一块外的其他块，在编码结束后，由输入端对应额外送入m个全0比特，m为串行前馈卷积编码器内部存储单元的数目， 使得前后相邻的连续两个块的编码结果有重叠，重叠的比特为输入端额外送入的m个全0 比特对应的编码结果，把重叠位置的比特对应相加，与未重叠位置的比特依次串联起来，得到最终的编码结果，作为并行前馈卷积编码器的输出。上述两种方案中，“对于第一个块，其对应的串行前馈卷积编码器的初始编码状态为已知的；对于后面的块，其串行前馈卷积编码器的初始编码状态设定为全0”是进行本发明的卷积编码必须指明的条件，而且正是基于这一明确的特征使得我们可以减少所用的串行前馈卷积编码器的数目。本发明将待编码的信息比特序列分块，各个块均分别应用一个串行前馈卷积编码器同时编码，相比于传统的单个串行前馈卷积编码器，由于在同一时刻有多个串行前馈卷积编码器在同时工作，因此提高了编码吞吐量。假如将待编码的信息比特序列分为N个块， 则本发明的并行前馈卷积编码器的编码吞吐量是传统的串行前馈卷积编码器编码吞吐量的N倍。前馈卷积编码器是一个有记忆的系统，此记忆性是通过其内部的存储单元实现的，在前馈卷积编码器开始工作之前要正确配置这些存储单元的值，即前馈卷积编码器的状态。本发明将待编码的信息比特序列分块，对于连续的两个块，前一个块的前馈卷积编码器的最终编码状态应与后一个块的前馈卷积编码器的初始编码状态相同。本发明通过两种技术来实现上述记忆性
技术方案1中对于除第一个块外的某个块，首先设定其初始状态为全零，然后取本块之前的块的最后m个比特送入串行前馈卷积编码器，m为串行前馈卷积编码器内部存储单元的数目，目的是重现前面一个块的串行前馈卷积编码器的最终编码状态，因此在对本块进行编码时，串行前馈卷积编码器已经处于正确的初始状态。技术方案2中对于除最后一个块外的某个块，设定其串行前馈卷积编码器的初始状态为全零，在完成对本块的编码之后额外送入m个全零比特，m为串行前馈卷积编码器内部存储单元的数目，目的是使得本块的串行前馈卷积编码器的最终编码状态为全零，因此本块后面一个块的串行前馈卷积编码器使用的全零初始状态就是正确的初始状态。本发明在将信息序列分块的基础上，充分利用前馈卷积编码器的特点，减少资源占用和功耗，提高编码吞吐量。前馈卷积编码器内部没有反馈连接，因此其冲激响应是有限长的，另外其内部的存储单元的状态由过去有限个时刻的输入确定。
本发明与现有技术的方案相比
1)在相同吞吐量下，节省了绝大多数串行前馈卷积编码器，如图2中的13个串行前馈卷积编码器与本发明实施例的图3、4中的4个串行前馈卷积编码器，在实现同样吞吐量的情况下，节省了 69%的串行前馈卷积编码器，因而节省了资源，降低了功耗；
2)不需要存储额外的串行前馈卷积编码器的输出比特，从而减小了存储资源的使用；
3)由于资源以及功耗方面的限制，背景技术的参考专利1中的方案只适用于约束长度较小和分组数量不大的情形。本发明可以适应更大的约束长度，应用范围更广；本发明可以适应更大的分组数量，即可以更大程度上提高编码吞吐量。
图1是传统的前馈卷积编码器。图2是分段的并行卷积编码结构图。图3是本发明的技术方案1的并行实现框图。图4是本发明的技术方案2的并行实现框图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例1
本实施例对应于技术方案1，对应的结构图为图3。本实施例中对应的串行前馈卷积编码器选用图1的结构，比特长度为L的分组被划分为4个更小的块，在本文中称为块1 - 4，块1包含L/4个比特，其他块包含L/4+2个比特，块1和块2之间、块2和块3之间、块3和块4之间均有2个比特相重叠。编码之前配置各个串行前馈卷积编码器的初始状态块1的串行前馈卷积编码器的初始状态是已知的，块2、3、4的串行前馈卷积编码器的初始状态设置为全0。每个块分别通过一个串行前馈卷积编码器独立并行编码。块2、3、4的前2个输入比特分别与块1、2、3的最后两个输入比特相同，上述块的这2个输入比特在输出端产生4个输出比特，即对应块的编码结果的前4个比特。将块2、 3、4的编码结果的前4个比特丢弃，将各块剩余的编码结果依次串联起来就是最终的编码结果。实施例2
本实施例对应于技术方案2，对应的结构图为图4。在本实施例中，比特长度为L的分组被划分为4个更小的块，称为块1 - 4，每个块包含L/4个比特。本实施例中对应的串行前馈卷积编码器选用图1的结构。每个块分别通过一个串行前馈卷积编码器被独立并行编码。编码之前配置各个串行前馈卷积编码器的初始状态块1的串行前馈卷积编码器的初始状态是已知的，块2、3、4 的串行前馈卷积编码器的初始状态设为全0。各个块的串行前馈卷积编码器独立并行工作，在L/4个时钟周期内编码完成。在块1、2、3的串行前馈卷积编码器输入端额外送入2个全0比特，对应各自产生4个比特的输出，这4个比特分别放在各自块原来输出比特的后面。那么块1和块2、块2和块3、块3和块4都有4个位置的比特重叠，将这些重叠比特对应相加，再与未重叠的比特依次串联起来就是最终的编码结果。 由上述实施例可见，本发明相比现有技术可以节省大量串行前馈卷积编码器，实现资源的节省和功耗的降低，并且由于不再有资源和功耗上的问题，本发明可以适应更大的约束长度，应用范围更广；可以适应更大的分组数量，更大程度上提高编码吞吐量。
权利要求
1.前馈卷积码的分段并行编码方法，其特征是由多个串行前馈卷积编码器组成并行前馈卷积编码器，将输入的待编码信息比特序列分段，连续的两段之间重叠m个比特，m为串行前馈卷积编码器内部存储单元的数目，对于输入的每一段信息比特序列，分别应用一个串行前馈卷积编码器来进行编码，每段信息比特序列称为一个块，对于第一个块，其对应的串行前馈卷积编码器的初始编码状态为已知的；对于后面的块，其串行前馈卷积编码器的初始编码状态设定为全0，对于除第一块外的其他块，该块前m个输入比特与其前面一个块的最后m个输入比特相同，将这m个输入比特对应的编码结果丢弃，各个块的编码结果的剩余部分依次串联起来，得到最终的编码结果，作为并行前馈卷积编码器的输出。
2.前馈卷积码的分段并行编码方法，其特征是由多个串行前馈卷积编码器组成并行前馈卷积编码器，将输入的信息比特序列分段，段与段之间没有重叠，对于每一段信息比特序列，分别应用一个串行前馈卷积编码器来进行编码，每段信息比特序列称为一个块，对于第一个块，其对应的串行前馈卷积编码器的初始编码状态为已知的；对于后面的块，其串行前馈卷积编码器的初始编码状态设定为全0 ；对除了最后一块外的其他块，在编码结束后，由输入端对应额外送入m个全0比特，m为串行前馈卷积编码器内部存储单元的数目，使得前后相邻的连续两个块的编码结果有重叠，重叠的比特为输入端额外送入的m个全0比特对应的编码结果，把重叠位置的比特对应相加，与未重叠位置的比特依次串联起来，得到最终的编码结果，作为并行前馈卷积编码器的输出。
全文摘要
前馈卷积码的分段并行编码方法，由多个串行前馈卷积编码器对输入的信息比特序列并行编码，将输入的待编码信息比特序列分段，并分别应用一个串行前馈卷积编码器来进行编码，每段信息比特序列称为一个块，由分段时重叠比特，或编码后补充输入全0比特，产生重叠，根据重叠的部分对各串行前馈卷积编码器的编码结果串联，作为并行前馈卷积编码的最终输出。本发明在将信息序列分块的基础上，充分利用前馈卷积编码器的特点，减少资源占用和功耗，提高编码吞吐量。
文档编号H03M13/23GK102394663SQ20111030505
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月11日 优先权日2011年10月11日
发明者余旭涛, 张在琛, 张树剑 申请人:东南大学