專利名稱：編碼方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種編碼方法及設(shè)備，它們涉及用于無線數(shù)字傳輸中的由一個交織器鏈接的并行鏈接碼。
稱為“Turbo”碼的并行鏈接卷積碼已經(jīng)在Berrou，Glavieux和Thitimajshima的論文“近香農(nóng)限制誤差校正編碼和解碼Turbo碼(1)”(ICC’93日內(nèi)瓦，1993年5月23-26日)及US5446747中公開。由于這種類型的編碼的位錯率性能接近香農(nóng)限制，它在數(shù)字傳輸領(lǐng)域內(nèi)吸引了很多注意力。原先建議的Turbo編碼器包含兩個遞歸系統(tǒng)卷積編碼器。這兩個編碼器接收相同的信息位，但編碼器之一的輸入端連至一個交織器以便將輸入位的順序打亂。
已經(jīng)建議并行鏈接編碼器使用卷積碼以外的成分碼(constituentcode)，例如在Benedetto和Montorsi的論文“揭示Turbo碼并行鏈接編碼方案的一些結(jié)果”(IEEE Transactions on InformationTheory，Vol.42，No.2，1996年3月)及S.A.Barbulescu的學(xué)位論文“Turbo碼和其他鏈接碼的遞歸解碼”(Institute ofTelecommunications Research，University of South Australia，1996年2月)中。
然而，在Turbo碼和相關(guān)碼中使用交織器的結(jié)果是長的編碼延遲，這阻止它們用于實時應(yīng)用例如數(shù)字移動電話中(見以上引用的Benedetto和Montorsi的論文)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一個用于生成供傳輸用的數(shù)據(jù)組序列的并行鏈接編碼器。在早先數(shù)據(jù)組中不包括交織的奇偶位，它包括數(shù)據(jù)位和非交織的奇偶位。其結(jié)果是，由于將交織的奇偶位加以交織而引起的延遲并不全部在作為整體的數(shù)據(jù)組序列的輸出中出現(xiàn)；與此同時，可以避免在序列的主要部分中出現(xiàn)數(shù)據(jù)位和奇偶位的不均勻分布。
在本發(fā)明的某些實施例中，交織的奇偶位具有一個實際上小于交織器大小的索引約束。這允許在將所有數(shù)據(jù)位存儲于交織器之前輸出交織的奇偶位，因而減少由編碼器引起的延遲并且不在一條傳輸信道中顯著地增加位錯率。
現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的特定實施例，附圖中

圖1是一個衛(wèi)星通信系統(tǒng)的原理圖；圖2是圖1的系統(tǒng)中地面站的原理圖；圖3是圖2地面站中一個Turbo編碼器的原理圖；圖4顯示圖3的緩存的特征；圖5是由地面站的調(diào)制器所實施的調(diào)制方案圖；圖6是地面站所用傳輸幀格式圖；圖7是在一個常規(guī)輸出格式的衛(wèi)星線路上一個幀傳輸中引起的延遲圖；圖8是本發(fā)明的第一實施例中從編碼器傳輸?shù)奈豁樞驁D；圖9是本發(fā)明的第二實施例中從編碼器傳輸?shù)奈豁樞驁D；圖10是本發(fā)明的第三實施例中從編碼器傳輸?shù)奈豁樞驁D；及圖11是本發(fā)明的第四實施例中從編碼器傳輸?shù)奈豁樞驁D；如圖1中所示，移動終端設(shè)備4連至一個移動地面站(MES)6。移動終端設(shè)備4可能包括電話設(shè)備，傳真設(shè)備或數(shù)據(jù)終端設(shè)備，及可能包括用于允許電話、傳真或數(shù)據(jù)終端設(shè)計為與連至衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的其它類型的網(wǎng)絡(luò)連接的接口設(shè)備。這類接口設(shè)備的例子描述于GB2286739、US 5587810、GB 2300540和WO 97/00561中。移動終端設(shè)備4發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)至MES 6以供RF調(diào)制和發(fā)射至一個衛(wèi)星8，及MES6接收和解調(diào)來自衛(wèi)星8的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，解調(diào)的數(shù)據(jù)然后發(fā)送至移動終端設(shè)備4。
衛(wèi)星8攜帶一個轉(zhuǎn)發(fā)器，用于接收調(diào)制信號，將它們轉(zhuǎn)換為中頻，將它們放大并使用與接收頻率不同的頻率重新發(fā)射它們。衛(wèi)星8從而將MES 6鏈接至一個地面站(LES)10，以使LES 10通過衛(wèi)星8接收MES 6發(fā)射的信號，反之亦然。
LES 10連至一個網(wǎng)絡(luò)接口12以便提供一個連至網(wǎng)絡(luò)14(在此情況下是一個PSTN)的接口。一個呼叫因而通過網(wǎng)絡(luò)14連至固定終端設(shè)備16，它包括與移動終端設(shè)備4兼容的電話、傳真或數(shù)據(jù)終端設(shè)備。
圖2更詳細(xì)地顯示MES 6和LES 10兩者的有關(guān)功能部件。MES 6和LES 10的功能在其他方面是不同的，但為方便起見，相同的圖和參考數(shù)字用于兩者的有關(guān)部件。
自移動終端設(shè)備4或網(wǎng)絡(luò)接口12接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)由編碼器20編碼，然后由調(diào)制器24調(diào)制。調(diào)制的輸出量由一個天線組件28發(fā)射。自天線組件28接收的信號由解調(diào)器30解調(diào)以便生成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，然后再由解碼器34解碼。解碼器34的輸出端連至移動終端設(shè)備4。功能部件的操作由一個控制器36控制。
編碼器20是一個圖3中所示類型的turbo編碼器。數(shù)據(jù)位dk輸入至第一編碼器ENC1和一個交織器21，其輸出端連至第二編碼器ENC2。每個編碼器ENC1和ENC2都是一個遞歸卷積編碼器，它們包括四個中間的二進(jìn)制存儲器D1至D4和二進(jìn)制加法器或“異”門。在每個周期內(nèi)，每個二進(jìn)制存儲器D1和D3的內(nèi)容相應(yīng)地移位至二進(jìn)制存儲器D2和D4，而D1的新內(nèi)容則從D2至D4的先前內(nèi)容中獲得。來自第一編碼器的輸出pk和來自第二編碼器的輸出qk從二進(jìn)制存儲器D1、D2和D4的內(nèi)容及二進(jìn)制存儲器D1的輸入量獲得。
數(shù)據(jù)位dk、非交織奇偶位pk和交織奇偶位qk都輸出至一個緩存23，不同位組(u1，u2，u3，u4)根據(jù)一個刻點(puncturing)格式平行地從緩存23中輸出，它們的例子將要在下面描述。
如圖4中所示，緩存23包括分別用于存儲數(shù)據(jù)位d、非交織奇偶位p和交織奇偶位q的存儲器Sd、Sp和Sq。數(shù)據(jù)和奇偶位分別從由存儲器Sd、Sp和Sq中每一個的相應(yīng)的第一和第二指針Pd1、Pd2、Pp1、Pp2、Pq1和Pq2所標(biāo)示的存儲器S的地址中讀出，并且作為由一個多路轉(zhuǎn)換器25確定的輸出位u1，u2，u3，u4中所選的一組位輸出。數(shù)據(jù)和奇偶位自其讀出的地址的序列以及多路轉(zhuǎn)換器的設(shè)置序列一起用于確定數(shù)據(jù)和奇偶位的傳輸格式和奇偶位的刻點方案，并不是所有它們都傳輸。圖3和4中所示安排是turbo編碼器的功能表示，及可能在一個合適地編程的數(shù)字信號處理器(DSP)中全部地實施。
在常規(guī)格式中，編碼器20的輸出被半速率地刻點和如下地調(diào)制。在每個時鐘周期內(nèi)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)位dk與奇偶位pk、qk中的一個一起選擇作為輸出量。未被選擇的奇偶位即清除。每對時鐘周期的輸出數(shù)據(jù)位和奇偶位被調(diào)制為16QAM(16正交調(diào)幅)方案中的一個符號。
常規(guī)格式表示于下面表1中。
表1
每個符號都用四位(u1，u2，u3，u4)形成，其中位u1，u2調(diào)制I(幅值)分量及位u3，u4調(diào)制Q(相位)分量以使Ai=u1，u2→IBi=u3，u4→Q圖5中所示調(diào)制方案是方形16QAM，當(dāng)然圓形16QAM方案也可使用。數(shù)據(jù)位u1，u3是16QAM符號中最受保護(hù)的。
這些符號以圖6中所示幀格式傳輸。數(shù)據(jù)通過用單信道(SCPC)格式傳輸。數(shù)據(jù)序列的起始點由一個前置碼P和一個獨一字UW標(biāo)示以便有助于采集該信道。數(shù)據(jù)然后在幀F(xiàn)1至Fn中傳輸，它們中每一個包含與PSAM(導(dǎo)頻符號輔助調(diào)制)塊PS散置的16QAM符號，從而允許測量衰落和噪音方差以便幫助解碼。在每一幀的結(jié)尾是一個幀位模式FB。在每一幀的符號中編碼的是兩個對應(yīng)于兩個未編碼的子幀S1和S2的用turbo編碼的子幀C1和C2。數(shù)據(jù)序列的結(jié)尾由數(shù)據(jù)信號EOD的結(jié)尾所標(biāo)示。
編碼器20的交織器21的大小等于子幀S1和S2的大小。在一個例子中，交織器21是一個隨機(jī)交織器，其中整個一塊裝入交織器21中及該內(nèi)容以偽隨機(jī)順序輸出。在此情況下，在輸出奇偶位qk之前，子幀S1或S2中之一的整個內(nèi)容裝入交織器21。因此，由編碼器20引起的延遲至少為N，其中N是用于接收子幀S1或S2中的一個之中的位數(shù)所需時間。該延遲被圖形地示于圖7中，其中時間示于橫軸上。在編碼器輸出端，不同位(u1，u2，u3，u4)表示于垂直軸上。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過重新安排數(shù)據(jù)位d及奇偶位p和q的傳輸順序，可在以上描述的方案中將由編碼器20引起的延遲減少至延遲N的一個分?jǐn)?shù)。所示每個實施例使用一個半速率turbo碼，當(dāng)然可以使用其他速率。
在第一實施例中，如圖8中所示，奇偶位p在子幀C的前半幀中輸出，而交織的奇偶位q則在子幀C的后半幀中輸出。注意到，只在所有數(shù)據(jù)位d都已接收后才輸出交織的奇偶位q，但涉及的延遲已減少至N/2，因為每個符號中傳輸兩個交織的奇偶位q，而所有奇偶位p早已傳輸了。
在圖9中所示第二實施例中，在交織的奇偶位q之前傳輸所有數(shù)據(jù)位d和奇偶位p。在子幀C的第一四分之一幀內(nèi)只傳輸數(shù)據(jù)位d；在子幀C的中間半幀內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)位和奇偶位p；在子幀C的最后四分之一幀中只傳輸交織的奇偶位q。因此，延遲減少至N/4，因為每個符號中傳輸四個交織的奇偶位q。然而，在子幀C的第一四分之一幀中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位d的一半是16QAM符號的較少保護(hù)位(u2，u4)，相對于第一實施例而言，這將要引起位錯率的增加。此外，由于在整個子幀C內(nèi)數(shù)據(jù)位d和奇偶位p，q的分布是不均勻的，該格式在其衰落率可與子幀率相比較的衰落信道中特別容易受到影響。在此情況下，子幀C的第一四分之一幀中的數(shù)據(jù)位可能重復(fù)地與衰落重合，因而導(dǎo)致高位錯率。
在以下描述的第三和第四實施例中，交織器21經(jīng)受一個索引約束以致 其中i是輸入至交織器21的數(shù)據(jù)位序號及π(i)是相應(yīng)的輸出序號。其結(jié)果是，有可能只在輸入N/2數(shù)據(jù)位至交織器21中后就開始輸出交織的奇偶位。該索引約束對位錯率性能具有小的影響，但對于以下所示子幀C的格式給予更大靈活性。
在本發(fā)明的第三實施例中，如圖10中所示，在整個子幀C中均勻地分布著數(shù)據(jù)位d，它們始終占據(jù)16QAM符號的兩個最受保護(hù)位的位置。在子幀C的第一四分之一幀內(nèi)，非交織奇偶位p的前半部分占據(jù)每個符號的2位；在C的中間半幀內(nèi)，非交織的奇偶位p的后半部分和交織的奇偶位q的前半部分中的每個占據(jù)每個符號一位；在最后四分之一幀內(nèi)，交織的奇偶位q的后半部分占據(jù)每個符號2位。其結(jié)果是延遲為N/4位，如同第二實施例，但避免了較少保護(hù)數(shù)據(jù)位d及數(shù)據(jù)位和奇偶位的不均勻分布的問題。
在本發(fā)明的第四實施例中，如圖11所示，有效延遲減少至N/8，其代價為存在著第二實施例的缺點。在子幀C的第一八分之一幀內(nèi)，符號的所有四位的位置全都由數(shù)據(jù)位d占據(jù)。在下一個四分之一幀內(nèi)，兩個最受保護(hù)位的位置由數(shù)據(jù)位d占據(jù)，而兩個較少保護(hù)位由非交織的奇偶位p占據(jù)。在下一個半幀內(nèi)，兩個最受保護(hù)位的位置也由數(shù)據(jù)位d占據(jù)，而兩個較少保護(hù)位中的每一位由非交織的奇偶位p和交織的奇偶位q占據(jù)。在子幀C的最后八分之一幀內(nèi)，所有位的位置都由交織的奇偶位q占據(jù)。
在解碼器34中，這些位被解碼，并為每一位估計一個概率。根據(jù)用于傳輸?shù)母袷綄⒔獯a的位分為數(shù)據(jù)位d，非交織的奇偶位p和交織的奇偶位q。然后使用一個MAP解碼器將這些位解碼，MAP解碼器的類型在S.S.Pietrobon的論文“用于遞歸turbo解碼器內(nèi)的串行MAP解碼器的實施和性能”(IEEE Int.Symp.Inform.Theory.Whistler，British Columbia，Canada，1995年9月)中有例子。
可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)作出以上實施例的修改。例如，可以使用選代的調(diào)制方案例如8PSK(8相移鍵控)?？梢酝ㄟ^使用不同刻點速率產(chǎn)生選代的速率碼。雖然將遞歸卷積碼優(yōu)選為編碼器20的成分碼，但也可使用其他成分碼例如塊碼?？梢栽趯?shù)據(jù)位d輸入至編碼器20中之前將數(shù)據(jù)位d預(yù)先編碼，和/或在從緩存21輸出之后進(jìn)一步編碼。
以上實施例只通過例子說明，因此可以在不背離所附權(quán)利要求書的范圍的情況下作出進(jìn)一步修改。
權(quán)利要求
1．一種用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法，包括接收一個數(shù)據(jù)位的輸入序列；將所述輸入序列編碼以便生成一個數(shù)據(jù)位的第一編碼序列；將所述輸入序列交織以便建立一個數(shù)據(jù)位的交織序列；將所述數(shù)據(jù)位的交織序列編碼以便生成一個數(shù)據(jù)位的第二編碼序列；及輸出一個數(shù)據(jù)組序列，所述數(shù)據(jù)組序列中的每一個包括從所述輸入序列中獲取的數(shù)據(jù)位，從所述第一編碼序列中獲取的第一奇偶位和從所述第二編碼序列中獲取的第二奇偶位中的至少一位，其中在一個較早期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組包括至少一位所述數(shù)據(jù)位和一位所述第一奇偶位，但不包括任何所述第二奇偶位，及在一個稍后期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組包括至少一位所述第二奇偶位。
2．如權(quán)利要求1中所要求的方法，其中在所述稍后期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組包括一位或多位所述數(shù)據(jù)位和一位或多位所述第二奇偶位。
3．如權(quán)利要求2中所要求的方法，其中在所述稍后期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組包括一位或多位所述第一奇偶位。
4．如任何先前權(quán)利要求中所要求的方法，其中在所述較早期間之前的第一期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組包括一位或多位所述數(shù)據(jù)位和不包括任何所述第一或第二奇偶位。
5．如任何先前權(quán)利要求中所要求的方法，其中在所述稍后期間之后的最后期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組包括一位或多位所述第二奇偶位和不包括任何所述第一奇偶位。
6．如權(quán)利要求5中所要求的方法，其中在所述最后期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組不包括任何所述數(shù)據(jù)位。
7．如任何先前權(quán)利要求中所要求的方法，包括通過將一個載波信號調(diào)制而生成一個調(diào)制的信號以使所述載波信號的每個調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)于所述數(shù)據(jù)組的一個狀態(tài)。
8．如權(quán)利要求7中所要求的方法，其中每個所述數(shù)據(jù)組映射至每個所述調(diào)制狀態(tài)以便當(dāng)所述數(shù)據(jù)組包括所述數(shù)據(jù)位和所述第一或第二奇偶位兩者時，所述至少一位數(shù)據(jù)位比所述第一或第二載波位更受保護(hù)。
9．如任何先前權(quán)利要求中所要求的方法，其中完成所述交織步驟以使所述交織序列的任何位的序號小于一個預(yù)定的位的位置序號而與所述輸入序列的相應(yīng)位的序號不同，所述預(yù)定序號基本上小于其中存儲供交織用的輸入序列的交織器的位容量。
10．如任何先前權(quán)利要求中所要求的方法，其中所述第一編碼序列和所述第二編碼序列中每一個利用一個遞歸卷積編碼算法來編碼。
11．用于將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼的設(shè)備，包括一個第一編碼器，用于將一個數(shù)據(jù)位的輸入序列編碼以便生成一個數(shù)據(jù)位的第一編碼序列；一個交織器，用于將所述數(shù)據(jù)位的輸入序列交織以便生成一個數(shù)據(jù)位的交織序列；一個第二編碼器，用于將所述數(shù)據(jù)位的交織序列編碼以便生成一個數(shù)據(jù)位的第二編碼序列；及一個用于輸出一個數(shù)據(jù)組序列的數(shù)據(jù)組發(fā)生器，所述數(shù)據(jù)組序列中每一個包括從所述輸入序列中獲取的數(shù)據(jù)位，從所述第一編碼序列中獲取的第一奇偶位和從所述第二編碼序列中獲取的第二奇偶位中的至少一位，以使在一個較早期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組包括至少一位所述數(shù)據(jù)位和一位所述第一奇偶位，但不包括任何所述第二奇偶位，及在一個稍后期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組包括至少一位所述第二奇偶位。
12．如權(quán)利要求11中所要求的設(shè)備，其中該數(shù)據(jù)組發(fā)生器可以操作以使在所述稍后期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組包括一位或多位所述數(shù)據(jù)位和一位或多位所述第二奇偶位。
13．如權(quán)利要求12中所要求的設(shè)備，其中該數(shù)據(jù)組發(fā)生器可以操作以使在所述稍后期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組包括一位或多位所述第一奇偶位。
14．如權(quán)利要求11至13中任何一項所要求的設(shè)備，其中該數(shù)據(jù)組發(fā)生器可以操作以使在所述較早期間之前的第一期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組包括一位或多位所述數(shù)據(jù)位和不包括任何所述第一或第二奇偶位。
15．如權(quán)利要求11至14中任何一項所要求的設(shè)備，其中該數(shù)據(jù)組發(fā)生器可以操作以使在所述稍后期間之后的最后期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組包括一位或多位所述第二奇偶位和不包括任何所述第一奇偶位。
16．如權(quán)利要求15中所要求的設(shè)備，其中該數(shù)據(jù)組發(fā)生器可以操作以使在所述最后期間內(nèi)每個所述數(shù)據(jù)組不包括任何所述數(shù)據(jù)位。
17．如權(quán)利要求11至16中任何一項所要求的設(shè)備，包括一個用于通過將一個載波信號調(diào)制而生成一個調(diào)制的信號以使所述載波信號的每個調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)于所述數(shù)據(jù)組的一個狀態(tài)的調(diào)制器。
18．如權(quán)利要求17中所要求的設(shè)備，其中該調(diào)制器安排為使每個所述數(shù)據(jù)組映射至每個所述調(diào)制狀態(tài)以便當(dāng)所述數(shù)據(jù)組包括所述數(shù)據(jù)位和所述第一或第二奇偶位兩者時，所述至少一位數(shù)據(jù)位比所述第一或第二載波位更受保護(hù)。
19．如權(quán)利要求11至18中任何一項所要求的設(shè)備，其中所述交織器安排為使所述交織序列的任何位的序號小于一個預(yù)定的位的位置序號而與所述輸入序列的相應(yīng)位的序號不同，所述預(yù)定序號基本上小于其中存儲輸入序列的緩存的位容量。
20．如權(quán)利要求11至19中任何一項所要求的設(shè)備，其中所述第一和第二編碼器中的每一個安排為完成一個遞歸卷積編碼算法。
21．包括如權(quán)利要求11至20中任何一項所要求的設(shè)備的衛(wèi)星地面站。
22．一種用于輸出一個系統(tǒng)碼字的方法，該系統(tǒng)碼字包括數(shù)據(jù)位和通過一個中間的交織步驟而從所述數(shù)據(jù)位中獲取的交織奇偶位，其中所述奇偶位的第一位的輸出時序相對于所述數(shù)據(jù)位的第一位而言是延遲的，及數(shù)據(jù)位輸出期間與奇偶位輸出期間是重疊的。
全文摘要
一種并行鏈接編碼器(20)輸出一個數(shù)據(jù)組序列,其中較早數(shù)據(jù)組包含數(shù)據(jù)位(d)和非交織奇偶位(p)而沒有交織奇偶位(q),而稍后的數(shù)據(jù)組包括交織奇偶位(q)。每個數(shù)據(jù)組調(diào)制為一個符號。該輸出格式部分地克服由于交織奇偶位(q)而引起的延遲,并在數(shù)據(jù)組序列中具有基本上均勻分布的數(shù)據(jù)和奇偶位。還可以通過用一個索引約束交織而進(jìn)一步減少延遲。
文檔編號H03M13/29GK1286827SQ97182509
公開日2001年3月7日 申請日期1997年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月24日
發(fā)明者韋德·N·法雷爾, 馬克·萊斯 申請人:英馬爾塞特有限公司