对并行连接数据编码的方法、编码器和通信设备的制作方法

专利名称：对并行连接数据编码的方法、编码器和通信设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及前向纠错编码方案，并且，具体地，其可被应用于通信系统，其中，需要可靠的数据传送来克服由噪声或干扰引发的错误。
背景技术：
前向纠错(FEC)方案被广泛地用于通信系统中，以增加信息传送的可靠性。例如，如从S.Lin，D.J.Costello Jr.，“Error Control CodingFundamentalsand Applications(错误控制编码基础和应用)”，Prentice-Hall 1983中的实例所获知的，一些常用的FEC码是卷积码、透平(turbo)码、里德-所罗门(Reed-Solomon)码、或低密度奇偶校验码。
通常，可将前向纠错编码定义为系统化的方案，用于以通过适当设计的解码方案而允许其重构的方式，通过代码码元的序列来取代原始信息码元序列。
通常，主要区分处于块编码和卷积编码之间。在块编码中，将信息序列分割为固定长度的块。随后，使用通常由编码多项式或编码矩阵来表示的块码，而对这些块中的每个独立地编码。
与其相反，卷积码不独立地处理每个码块，而是在连续块之间加入依赖性。由此，当前输出块不仅取决于当前输入块中的信息位，还取决于一个或多个先前输入块的信息位。
典型地，通过使用移位寄存器机制来实现卷积码。可通过状态转移图或网格(trellis)而图形化地表示卷积码。
尽管在理论上有可能将依赖性扩展到无限，但在通信系统中，一般惯例是还定义卷积码的块长度。
这使得有可能具有以公知的状态在每个块的开头开始、并以公知的状态在每个块的末尾结束的码结构，其通常被称为网格终止(trellis termination)。这将使接收器中的解码方案更有效率。
为实现对要传送的信息的更佳的保护，可同时采用几种编码方案。这意味着将信息序列编码几次，并且，编码器的输入处的信息序列是相同的。一种显而易见的图形化表示是提醒电流记忆电阻器的并联连接，因此，这种方法经常被称为并行编码方案。
在简化形式中，并行编码方案可由两个相同的编码器(例如，卷积编码器)组成。其它形式可使用两个不同的编码器，如卷积编码器和块编码器。
例如，可从Heegard，Chris；Wicker，Stephen B.，“Turbo coding(透平编码)”chapter 4(第4章)，Kluwer Academic Publishers 1999，ISBN 0-7923-8378-8中得到被广泛称为透平编码的常用并行编码方案。在图5中以示例的形式示出了现有技术透平编码器的结构。典型地，采用具有附加交织器的两个相同的卷积编码器。使用交织器来使第二编码器的输入与第一编码器的输入去相关(de-correlate)。
数据源正在生成由形成码块的k个信息位组成的信息字。所得到的码字由三个要素组成系统字、第一奇偶字、以及第二奇偶字。系统字(长度为k位)与要传送的信息相同。采用递归系统编码器(RSC)来生成第一奇偶信息。在第二编码器分支中，采用交织器来将所述两个编码器的输入序列去相关。所述两个编码器均使用生成多项式来定义编码算法。
US 2003/0041293 A1公开了用来将码元的序列交织的方法。为此目的，交织器执行块间和块内排列。即使将码元的序列分割为多个块，这些块也单独地用于交织的目的，而不是用于生成被独立编码的块。
US 2002/0150167 A1公开了一种可配置编码器，其可以多种前向纠错码中的任一种操作。在每个模式中，可配置多种编码参数。
在现有技术中，已提出了这样的手段，如对传送信号添加冗余或分集，以增加接收器正确地对传送数据解码的可能性。

发明内容
本发明的目的在于，尤其是在具有由于噪声或干扰而造成的不可靠的传送的无线通信系统中，有效地利用编码属性，并且，允许简单而有效的方法来增加对传送信息的保护。
本发明提供了一种方法，其包括权利要求1的步骤，并还针对于对应的适用编码器和通信设备。
构成本发明的基础的一般概念在于具有长度的信息字分配为信息位的多个子集，每个子集分别形成码块片段。随后，通过信息位来补充码块片段中的至少一个，其中，所述信息位也被分配到至少一个不同的码块片段。其结果是码块片段的长度的和大于总的码块长度。这样，生成了信息重叠，其中，将输入处的信息的一部分传播到至少两个输出。由此，在分配器的输出处的所有子分支上的信息位的和大于在分配器的输入处的信息位的数目。
根据优选实施例，跨越多个并行编码子分支、并在每个编码子分支内进行该分配，可采用不同的纠错编码方法。然而，分配器不一定需要将相同数目的信息位分配到所涉及的编码子分支。
由此，每个子分支可使用不同的纠错编码方法，并且，每个子分支内的块长度也可不同。
为了实现时间分集，可能有必要在对完整码块或者一个或多个码块片段的至少一部分编码之前对其进行缓冲。
优选地，使用不同的编码方法来执行码块片段或码块的编码，这进一步增加了保护数据位的效果。
根据本发明的优选实施例，执行将码块分配到相等长度的码块片段中。这有助于简单的编码操作，并增加处理速度。
如果在编码分支或子分支中执行信息位的交织的步骤(优选地，利用不同的交织模式)，则其进一步增加编码方法的性能。
根据本发明的其它优选实施例，通过周期性地将输入位序列切换到子分支中的一个、并且随后对另一个子分支重复，或者通过转移/删节向量或矩阵来确定将哪些位转发到那些子分支、或移除哪些位，而执行信息位序列的分配。


从下面通过参照附图而对优选实施例的描述中，本发明将变得清楚。
图1示出了图解本发明的一般概念的框图；图2是图解将本发明应用于透平编码器的本发明的实施例；图3示出了具有在编码操作中涉及的附加元件的根据本发明的编码器；图4给出了在一个编码分支的子分支内使用相同的编码方法的本发明的替换实施例；图5以简化形式示出了现有技术的透平编码器。
具体实施例方式
参照图1，下面是在本发明的上下文中使用的重要术语的定义。
信息字或信息位序列遵循S.Lin，D.J.Costello Jr.，“Error Control CodingFundamentals andApplications(错误控制编码基础和应用)”，Prentice-Hall 1983，chapter 1.2(第1.2章)而定义了块代码。通过被称为信息字或信息位序列的k元组(tuple)u＝(u1，u2，......，uk)而表示消息块。对于卷积码，我们使用不同的定义。信息字是k元组u＝(u1，u2，......，uk)，其中，在u1输入编码器之前，清空卷积编码器存储器。
编码分支通过其中完整的信息字可用于随后的实体的分支，而定义编码分支。
编码子分支编码子分支是编码分支的一部分，其中，仅信息位的子集可用于编码子分支内的块。
码块码块是受编码过程影响的信息码元的逻辑单元。
子集子集表示集合的一部分，其中，根据定义，空集和原集也是原集的子集。
图1示出了如在本发明的通信设备中包括的编码器的框图。在编码器的输入处，对两个编码分支施加具有k位的信息字，作为码块。在第一编码分支中，使用方法1来得到具有长度nI位的码字1，其中nI大于k。通常，编码操作用于添加冗余，以便更佳地保护信息位在传送路径上免受丢失。
在第二分支中，在两个不同的子分支上分配k位信息字，以便使用方法2a在第一子分支中对信息位(也被称为码块片段)的第一子集编码，并使用方法2b在第二子分支中对信息位的第二子集编码。这些位子集应以这样的方式形成，即子集的至少一部分携带来自原始信息字的相同信息，其在下面将被称为“信息重叠”。为了简化起见，在这里假定子分支中的码块片段具有相等长度，这意味着k是偶数。编码操作的结果是分别具有长度n2a和n2b位的两个码字2a、2b。
重要的是应当注意，在每个子分支中，分别且独立地对信息位子集编码。在简单实现中，子分支中的编码方法是相同的，使得它们的生成多项式也相同。随后，每个子分支的编码位序列联合组成奇偶字，其取代图5中示出的现有技术编码器的第二奇偶字。
信息重叠允许采用本发明的通信系统的设计者具体地微调FEC保护的等级。显然，通过FEC编码，比其它位更好地保护信息重叠位，这通常在适当地对信息解码之后产生更佳的错误复原能力(resilience)。通过选择信息重叠的长度，通信系统设计者可直接影响对信息字的总体保护。通过选择信息字的哪些部分作为信息重叠的部分，设计者可影响信息字的哪个部分从FEC编码获得最多的好处。如果已知信息字的特定部分在递交的内容方面具有比其它部分更高的优先级，则这是尤其适用的。
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可进一步操作或组合所生成的奇偶序列，以得到用于信息字的完整码字。尽管那些是必要或期望的操作，但并不需要它们来说明本发明，并且，由此不会更详细地描述它们。
编码方法不需要在所有编码分支或子分支中都相同。差异可以是基础上的，如在一个分支中是卷积码，而在另一个分支中是块码。另一方面，还可在相同的编码族内具有差异，如在分支中的卷积编码器中的不同的生成多项式，或者例如，在不同的分支中使用的不同的编码矩阵。本发明不限制在分支中采用的编码器的类型或性质。作为例子，在使用了本发明的通信系统设计所加入的限制内，可随意且独立地选择在图1中被标记为“编码方法1”、“编码方法2a”和“编码方法2b”的编码器。
图2示出了图解将本发明应用于透平编码器的本发明的实施例。如在将此图与图1相比较时可看出的，可看出的本质差异在于这样的事实直接提供信息字，作为要输出的系统字。此外，通过采用递归系统编码器RSC而得到奇偶字1，由此组成在其输出上具有奇偶字1的编码分支。如在上面结合图1而说明的那样，进一步将第二编码分支划分为两个编码子分支，以得到奇偶字2a和奇偶2b。当与图5相比较时，针对于第二编码器分支而修改现有技术的透平编码器，结果是两个奇偶字2a和2b联合组成奇偶字2。
为了改进性能，参见图3，在编码分支或子分支内可引入一个或多个可选交织器。这对于进一步改进所采用的编码方案的属性和性能来说是必要的。
可通过恰好在分离单元之前放置交织器2而修改交织器2a和2b的位置，来得到图3中未明确示出、但对本领域的技术人员来说显而易见的另一个实施例。
对于所述两个实施例来说，已证明了对于不同的编码子分支、或在编码分支上的编码子分支之间使用不同的交织模式会改进编码操作的性能。
可以几种形式来实现将码块分配到两个或更多码块片段中。简单形式包括切换器，其周期性地将输入切换到一个或多个子分支；转移向量或矩阵，其表示应将哪个输入位转发到哪个输出；或者，用于每个子分支的删节(puncturing)向量或矩阵，其对于特定的子分支而确定哪些位可通过、以及移除哪些位。
通过切换器和中继器(repeater)的组合而形成另一个实现。切换器周期性地将信息位仅传播到所连接的输出中的一个。这是并非信息重叠的一部分的数据。中继器将信息位传播到多个连接的输出。这是作为信息重叠的一部分的数据。
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，如果多个分支采用本发明的方法，则可对每个分支而独立地设计信息重叠。换句话说，第一编码分支的信息重叠可与第二编码分支的信息重叠不同、部分相同、或相同。
在分支的子分支内的编码方法相同的情况下，替换的布局是有可能的。图4中给出了一个例子。不是将信息位序列分配到不同的并行子分支中，而是将其分配到两个或更多片段中，随后，使用为该分支而选择的编码器方法，以时间分集方式各自地对所述片段编码。
更详细地，如上所述，使用码块的信息位，通过使用编码方法1来形成系统字和奇偶字1。此外，对由k位组成的原始信息字进行缓冲，并使用上述方法中的一个而对其进行块分割。由此，将码块分离为两个码块片段，其分别各自包含k2a位和k2b位的分割的信息字。随后，通过使用编码方法2，对第一片段编码，产生具有n2a位的分割的奇偶字的第一部分。可再次将分割的奇偶字的此部分存储在缓冲器中，以供后面的使用。作为下一个步骤，使用相同的编码方法2，对具有k2b位的第二分割的信息字编码，以得到由n2b位组成的奇偶字的第二部分。随后，可合并所述两个奇偶字片段，以形成具有n2位长度的完整的奇偶字2。
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可取决于实际编码器设计，而选择除了上述基本上相等长度的两等分方式的片段之外的情形。具体地，多于两个片段的方式的分割可为偏好选项。
优选地，进行分割，使得片段具有相同长度。如果这是不可能的，那么，可采用公知技术，使得所得到的片段具有相等长度。对此的可能解决方案是信息位序列的0填充(zero-stuffing)或部分重复。可替换地，倘若长度不是编码方案的标准，则片段可具有不同的长度。例如，在卷积编码中，块长度可与大多数编码器的设计无关。
在用于编码器的卷积编码的情况下，一些种类的网格终止可以是期望的。这意味着可将特定位附加到编码器输入或编码器输出，这使编码器在码块的末尾上的状态与被编码的信息位序列无关。优选地，此终止状态是全0状态。可在S.Lin，D.J.Costello Jr.，“Error Control CodingFundamentals andApplications(错误控制编码基础和应用)”，Prentice-Hall 1983中找到有关终止的进一步的细节。
如果附加了所谓的终止位，则存在两个选项。将终止位附加到相应的编码分支或仅子分支内的信息位序列，或将终止位附加到几个或所有编码分支或子分支中的信息位序列。如何实现任一选项对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
为了有助于有效率的解码方法，可期望包括错误检测码，如循环冗余校验和(CRC)。可在分支或子分支中的分配器或编码器之前随意插入这样的码。在极少的情况中，将错误检测码附加到码字或其部分中(即，附加到系统或奇偶字、或它们的子集中)也是有用的。
上述实施例示出了存在两个编码分支、并将第二分支进一步划分为两个子分支的情况。然而，可容易地将本发明扩展到理论上无限制的分支数目、以及减小为被进一步划分为子分支的一个分支。哪些分支应当被进一步划分为子分支、以及有多少这样的分支也是随意的。
同样，子分支的数目可多于两个，并且，在将几个分支划分为子分支的情况下还可不同。
在本发明的方法的几个阶段中可采用删节或重复，以改进性能，或对在系统中期望的编码保护的量进行微调。
通过参照图3可以看出，首先，可通过位的删节或重复而调整在编码分支的输入处的信息字的长度。优选地，这在将信息字分配到编码子分支中之前进行。可替换地，还可在分配之后但在编码之前实现这样的调整。对于本领域的技术人员来说显而易见的是，所述两种形式在效果方面是等价的，并可彼此转换。
其次，对于所得到的码字来说，调整是有可能的。优选地，这在系统和奇偶部分已被合并到一起之后进行。可替换地，可在编码之后但在合并之前，在每个编码分支或子分支内进行该调整。本领域的技术人员将再次认识到，这些形式可彼此转换。
在以上描述和附图中，已按照它们在与透平编码相关的公共文献中如何被引用的情况而使用了术语“系统”和“奇偶”。这是用来使本发明的描述简单且容易领会。
然而，还可在并行编码方案中使用本发明，其中，如通过参照图1而示出并描述的那样，所述并行编码方案不产生系统和奇偶位或字之间的这种区别，而是通常简单地引用码位或字。
权利要求
1.一种在通信系统的通信设备中对包括信息位序列的码块中的数据编码的方法，其包括以下步骤将具有长度k的第一编码分支的信息位序列的位分配到信息位的第一多个n个子集，每个子集形成分别具有长度k1...kn的码块片段；利用也被分配到至少一个不同的码块片段的信息位来补充至少一个码块片段，使得码块片段的长度k1...kn的和大于码块长度k；以及使用至少一种编码方法来对码块片段进行各自地编码。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤在第二编码分支中，各自地且与第一多个码块片段的编码操作相分离地对信息位序列编码。
3.如权利要求2所述的方法，其中，在与第一编码分支并行布置的第二编码分支中执行对信息位序列编码的步骤，其中，与第二编码分支中的编码操作无关地执行对第一多个码块片段的分配和编码操作。
4.如权利要求1至3中的一个所述的方法，其中，以时间分集方式执行对码块和/或码块片段各自编码的步骤。
5.如权利要求1至4中的一个所述的方法，还包括以下附加步骤在编码步骤之前对码块或码块片段的至少一部分进行缓冲。
6.如权利要求1至5中的一个所述的方法，其中，使用不同的编码方法来执行对码块片段或码块的各自编码。
7.如权利要求1至6中的一个所述的方法，其中，编码步骤使用卷积码、网格码、透平码、里德-所罗门码、奇偶校验码中的至少一种。
8.如权利要求1至7中的一个所述的方法，其中，在多个并行编码子分支中执行对各自编码的码块片段或码块的编码步骤。
9.如权利要求1至8中的一个所述的方法，其中，各自编码的码块片段的信息位彼此至少部分地相同，以形成信息重叠。
10.如权利要求1至9中的一个所述的方法，其中，执行将码块分割为相等长度的码块片段中的分割。
11.如权利要求1至10中的一个所述的方法，其中，通过信息位序列的0填充或部分重复来改变码块和/或码块片段的长度。
12.如权利要求1至11中的一个所述的方法，其中，在编码之后组合码块和码块片段的位，以形成与编码之前的原始信息位序列相对应的码字。
13.如权利要求1至12中的一个所述的方法，还包括以下步骤对一个或更多编码分支和/或子分支的信息位进行交织。
14.如权利要求13所述的方法，其中，交织步骤对于不同的编码分支或子分支使用不同的交织模式。
15.如权利要求13至14中的一个所述的方法，其中，在分离之后且在编码步骤之前执行将信息位交织到码块片段中的步骤。
16.如权利要求1至15中的一个所述的方法，还包括以下步骤在将码块分离为码块片段之前调整码块的长度。
17.如权利要求16所述的方法，其中，通过在至少一个编码分支或子编码分支中将终止位附加到信息位序列，而得到该调整。
18.如权利要求1至17中的一个所述的方法，还包括以下步骤；包括在编码步骤之前插入的错误检测码。
19.如权利要求1至18中的一个所述的方法，其中，通过周期性地将输入位序列切换到至少一个子分支、并对另一个子分支重复输入位序列的位的施加，而执行该分配。
20.如权利要求1至18中的一个所述的方法，其中，使用表示应将哪个输入位分配到哪个子分支的转移向量或矩阵，而执行该分配。
21.如权利要求1至18中的一个所述的方法，其中，使用对于特定子分支确定哪些位可通过和移除哪些位的删节向量或矩阵，而执行该分配。
22.如权利要求1至21中的一个所述的方法，还包括以下步骤选择信息位序列的哪部分具有比所述序列的其它部分高的优先级，并选择信息位序列的此部分用于补充步骤，其中，将信息位分配到不同的码块片段。
23.一种用于通信设备的编码器，适于执行根据权利要求1至22中的一个的方法。
24.一种无线通信系统的通信设备，包括根据权利要求23的编码器。
全文摘要
在通信系统的通信设备中，对包括信息位序列的码块中的数据进行编码的方法，包括以下步骤将具有长度k的第一编码分支的信息位序列的位分配为信息位的第一多个n个子集，每个子集形成分别具有长度k1…kn的码块片段。它还包括以下步骤利用也被分配到至少一个不同的码块片段的信息位来补充至少一个码块片段，使得码块片段的长度k1…kn的和大于码块长度k；以及使用至少一种编码方法来对码块片段各自地编码。本发明还涉及用来执行编码方法的对应的适用编码器和通信设备。
文档编号H04L1/00GK1830170SQ200480021442
公开日2006年9月6日 申请日期2004年4月26日 优先权日2003年7月24日
发明者亚历山大·戈利奇克埃德勒冯埃尔布沃特, 克里斯琴·温格特, 艾科·塞德尔 申请人:松下电器产业株式会社