專利名稱：對8移項(xiàng)鍵控格狀調(diào)制的收縮卷積碼的中間速率應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于采用5/8速率的收縮卷積碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信，較具體說是關(guān)于由收縮-“標(biāo)準(zhǔn)的”速率1/2或1/3的卷積碼所得到的這樣的代碼。
實(shí)用的格狀編碼調(diào)制(TCM)是一種采用施加于M層相位鍵控(MPSK)或M層正交調(diào)幅(MQAM)符號映射的一定位(比特)的公知和“標(biāo)準(zhǔn)”的基礎(chǔ)卷積碼的組合前向糾錯(cuò)(FEC)編碼和調(diào)制方案。其實(shí)效在于通過應(yīng)用幾乎是標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有的譯碼硬件，在帶寬有限的信道得到提高的數(shù)據(jù)速率。Viterbi等提出這種方案并給出一示例，其中采用基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)速率1/2的約束長為K＝7的編碼器的輸出作為各個(gè)3位PSK符號的二最低位(LSB)和利用一未編碼的、或并行分支位來選擇此3位8 PSK符號的最高位(MSB)。Viterbi，Andrew等“格狀編碼調(diào)制的實(shí)用方法”，IEEE Communications Magazine，July 1989，pp 11～19。Viterbi的設(shè)計(jì)取2信息位來生成代碼速率為2/3的三信道位即一8PSK符號(一并行的未編碼位和一位被作1/2速率編碼成二位)。這種代碼已被應(yīng)用作為Intersat衛(wèi)星服務(wù)中的標(biāo)準(zhǔn)。Intelsas Earth Station Standards(IESS)Doc.IESS-310，“采用2/3速率TCM、8PSK和Reed-Solomon外編碼的中間數(shù)據(jù)速率數(shù)字載波(TCM/IDR)的性能特征”，ApprovalDateSep 1996，16，pp 14～22。
Wolf等的近期成果是將實(shí)用編碼擴(kuò)展到更高的速率，例如，以將“標(biāo)準(zhǔn)”的1/2速率K＝7的代碼收縮到3/4速率和在二8PSK符號周期中連同二未編碼的并行分支位一應(yīng)用其輸出來建立5/6速率的代碼。Wolf，Jack，Keil和Zehavi，Ephraim的“P2代碼采用收縮卷積碼的實(shí)用格狀代碼”，IEEE Commnications Magazine，F(xiàn)eb 1995，pp 94～99。另外的有關(guān)參數(shù)文獻(xiàn)包括有美國專利No.5233629“采用格狀編碼QAM的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信的方法和設(shè)備”(Paik等)，No.5396518“采用帶收縮卷積碼的格狀編碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信的設(shè)備和方法”和No.5408502“采用帶收縮卷積碼的格狀編碼QAM的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信的設(shè)備和方法”(HOW)，和No.5511082“收縮卷積編碼器”(How等)。
收縮一代碼是一種以規(guī)律方式刪除(即不傳送)一定的編碼器輸出以使得代碼仍然具有良好的間距特性的方法。這例如可以通過每隔一編碼器周期刪除此1/2速率編碼器的二個(gè)輸出中的一個(gè)來達(dá)到。在這種方式中，每二個(gè)輸入信息位(即每二個(gè)編碼器周期)形成三個(gè)輸出代碼位得到一2/3速率代碼。對“標(biāo)準(zhǔn)”1/2速率、K＝7的代碼加以收縮得到優(yōu)良的漢明間距已廣為公知。例如可參看Yasuda，Y等的“用于軟判定Viterbi譯碼的高速率收縮卷積碼”，IEEE Trans.On Communications，Vol.COM-32，1984，pp 315～319。
格狀編碼調(diào)制(TCM)可被用來實(shí)現(xiàn)提高一給定的帶寬有限的通信信道的吞吐量。2/3速率代碼當(dāng)被應(yīng)用于波特率為30兆符號/秒(Msps)的8PSK符號時(shí)能傳送60兆位/秒(Mbps)；5/6速率代碼在30Msps的8PSK碼中應(yīng)用時(shí)能傳送75Mbps。相比較，采用標(biāo)準(zhǔn)的7/8速率的非TCM方案，30Msps正交PSK(QPSK)信號傳送52.5Mbps。相對于標(biāo)準(zhǔn)編碼的QPSK，采用TCM技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的增加的吞吐量也增加了一給定的誤碼率(BER)性能值(稱之為“閾值”)條件下的信號-或載波噪聲比(SNR或CNR)。2/3速率實(shí)用TCM的CNR閾值較之標(biāo)準(zhǔn)編碼的7/8速率QPSK稍許惡化，但低于5/6速率實(shí)用TCM 3dB。
此二實(shí)用TCM示例設(shè)計(jì)(2/3和5/6速率8PSK)已被推薦用作為衛(wèi)星傳送數(shù)字電視(DTV)信號中的標(biāo)準(zhǔn)。通過計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的這些實(shí)用方案在閾值BER下運(yùn)行，要求在CNR中有3dB的差距。CNR直接關(guān)系到所需的接收器天線的大小、接收器的噪聲指數(shù)，和衛(wèi)星的發(fā)射功率。
況且，過去的實(shí)用TCM技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于采用“標(biāo)準(zhǔn)”收縮映射的“標(biāo)準(zhǔn)”1/2速率、K＝7的卷積碼，該“標(biāo)準(zhǔn)”收縮映射被認(rèn)為是在漢明間距方面對這種代碼是理想的(亦即，用于其中進(jìn)行編碼是與調(diào)制方案分離而不是作為集中在TCM中那樣的方案中)。例如可參看以只所引用的Yasuda等的論文。
獲得2/3和5/6之間及以上的其他代碼速率是有利的，能提供對閾值CNR和位速率吞吐量上的不同需求以便能提供各種不同通信信道中運(yùn)行中的靈活性。而收縮“標(biāo)準(zhǔn)”代碼和其他代碼來達(dá)到，例如，在30Msps波特率上能傳送67.5Mbps并具有位于2/3與5/6速率的實(shí)用設(shè)計(jì)之間的閾值CNR的全部3/4速率8PSK代碼將更有利。
本發(fā)明提供具有上述的和其他優(yōu)點(diǎn)的格狀編碼調(diào)制方案。
按照本發(fā)明提供一種用5/8速率卷積碼對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作卷積編碼的方法。5/8速率的代碼通過采用收縮映射
對基于八進(jìn)制生成器133、171的1/2速率卷積碼進(jìn)行收縮來得到。1/2速率代碼的約束長K為7(K＝7)。如本技術(shù)領(lǐng)域的熟悉人員將會理解的，此1/2速率代碼是一64狀態(tài)碼，因?yàn)闋顟B(tài)數(shù)被定義為2K-1。
有效的總體編碼器速率3/4由如下組合得到
(i)由所述5/8速率代碼從5個(gè)輸入位產(chǎn)生的8個(gè)編碼位；與(ii)4個(gè)未編碼位。
還揭示了一5/8速率卷積編碼器。此5/8速率編碼器包括用于收縮八進(jìn)制生成器133、171的1/2速率卷積碼并具有約束長K＝7的裝置。此收縮裝置采用
的收縮映射。有效編碼器速率3/4由作如下組合得到(i)由所述5/8速率編碼器從5個(gè)輸入位產(chǎn)生的8個(gè)編碼位；與(ii)4個(gè)未編碼位。
還提供采用基本的1/3速率卷積碼以5/8速率卷積碼對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作卷積編碼的方法。此1/3速率卷積碼基于具有約束長K＝7的八進(jìn)制生成器117、135、161，并采用收縮映射
被收縮到5/8速率。輸入數(shù)據(jù)流按照5/8速率碼進(jìn)行處理。有效全譯碼器速率3/4由作以下組合得到(i)由所述5/8速率代碼從5個(gè)輸入位產(chǎn)生的8個(gè)編碼位；與(ii)4個(gè)未編碼位。
對應(yīng)的5/8速率卷積編碼器包括一基于八進(jìn)制生成器117、135、161并具有一用于接收欲予編碼的數(shù)據(jù)流的輸入端的1/3速率卷積編碼器。提供了利用
的收縮映射將從1/3速率卷積編碼器得到的代碼收縮到5/8速率的裝置，其中約束長K＝7。有效編碼器速率3/4由作如下組合得到(i)由所述5/8速率碼從5個(gè)輸入位產(chǎn)生的8個(gè)編碼位；與(ii)4個(gè)未編碼位。
圖1為按照本發(fā)明的前向糾錯(cuò)(FEC)譯碼器的方框圖；圖2為按照本發(fā)明的對未收縮的分支間距的分支量度計(jì)算的圖解；圖3為按照本發(fā)明的對X0X、X1X收縮的分支間距的分支量度計(jì)算的圖解；圖4為按照本發(fā)明的對XX0、XX1收縮的分支間距的分支量度計(jì)算的圖解；圖5為按照本發(fā)明的3/4速率8PSK格狀編碼器的方框圖；圖6為一可用來實(shí)現(xiàn)圖5的編碼器的由1/3速率、K＝7的代碼收縮的基礎(chǔ)5/8速率代碼的圖解；圖7為一可用來實(shí)現(xiàn)圖5的編碼器的由1/2速率、K＝7的代碼收縮的基礎(chǔ)5/8速率代碼的圖解；和圖8為不同代碼的誤碼率-載波噪聲比(Es/No)曲線圖。
本發(fā)明采用收縮卷積碼在格狀編碼調(diào)制方案中提供靈活的編碼和傳送速率，以便優(yōu)化衛(wèi)星通信鏈接性能。具體說，通過將1/2速率標(biāo)準(zhǔn)代碼收縮到速率5/8和在4個(gè)8PSK符號周期內(nèi)組合一未編碼位與二編碼器輸出位來形成3/4速率的“實(shí)用”代碼。按照本發(fā)明的代碼例如說采用4×2＝8的信號維數(shù)可傳送2.25bps(3×3/4)。
圖1為可以被本發(fā)明的代碼所采用的FEC譯碼器的方框圖。此編碼方案采用具有例如匹配由運(yùn)動圖形專家組(MPEG)所公布的標(biāo)準(zhǔn)傳輸碼組大小的(204，188)Reed-Solomon外分組碼的鏈接碼。解隨機(jī)化和去交錯(cuò)可如在公知的DigiCipher(General Instrument Corparation的專利，Horsham，Pennsylvanin，USA)或數(shù)字視頻廣播(DVB)方案中那樣進(jìn)行。在選擇內(nèi)部碼上有一些靈活性，但這種選擇對內(nèi)部譯碼器的設(shè)計(jì)具有很大影響。
在圖1中說明的實(shí)現(xiàn)上，欲進(jìn)行譯碼的信號的同相(I)和正交(Q)輸入被輸入到一同步邏輯電路12，如本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的。分支量度利用一分支量度只讀存儲器(ROM)14來確定，它輸出對應(yīng)的分支量度到一Viterbi譯碼器16。此Viterbi譯碼器的輸出被提供給一Reed-Solomon 8位符號重組和去交錯(cuò)同步電路18。所得的輸出分別在解隨機(jī)化器和去交錯(cuò)器電路20、22中作解隨機(jī)化和去交錯(cuò)處理，供輸入到一提供例如與MPEG兼容的數(shù)據(jù)流的Reed-Solomon譯碼器24。
本發(fā)明采用的一實(shí)用代碼，需要上面提到的同步和分支量度邏輯電路以及圖1中以引用號10所總體指明的附加組分。具體說，此實(shí)用代碼要求一采樣延遲存儲器11，卷積再編碼器13和未編碼位校正邏輯15。
實(shí)用譯碼器利用標(biāo)準(zhǔn)1/2速率、K＝7代碼(八進(jìn)制生成器133和171)作為編碼一8PSK符號的二最低位(LSB)的基礎(chǔ)代碼。這一代碼具有良好的漢明間距特性，并且到8PSK陪集的映射也為1/2速率代碼保留Euclidean間距的良好特性。收縮這一代碼生成也具有良好漢明間距特性的其他更高速率的代碼。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，代碼被收縮到用于實(shí)現(xiàn)3/4速率的格狀代碼的5/8速率。進(jìn)行了探索以尋求便于作8PSK符號的LSB的格狀編碼的具有良好間距特性的5/8速率收縮。二個(gè)良好的5/8代碼如下G1＝133gP1＝11111G0＝171gP0＝11100
和G1＝133gP1＝11111G0＝171gP0＝11010其中后一型式提供稍好的漢明間距。第一收縮方式表現(xiàn)好因?yàn)榇耸湛s方式的最后二相被收縮并可在收縮周期中被用來映射成第4個(gè)8PSK符號的二LSB。此二個(gè)5/8收縮碼處于受聯(lián)合約束的QPSK誤碼率(BER)性能中相互0.1dB之內(nèi)。
另一有關(guān)的5/8速率編碼是G2＝117gP2＝00000G1＝135gP0＝11101G0＝161gP1＝11110這一代碼對于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于本申請受讓人General Instrument Gorp.的專利DigicipherII數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)的由1/3速率、K＝7代碼收縮的5/8代碼特別有用。
圖2～4中說明對收縮和非收縮分支的分支量度計(jì)算。對于圖2中30表明的非收縮分支(例如正常的1/2速率運(yùn)行)，間距在于所接收點(diǎn)與一對陪集的最接近組成之間(亦即，對X00，X01，X10和X11，其中X表示8PSK符號中的非編碼位)。對于圖3中40表示的X0X和X1X收縮分支和圖4中50表明的XX0和XX1收縮分支，到8PSK符號的第二和第三LSB存在有最小Euclidean間距，取決于這些位的位置中的“0”或“1”。圖3和4中所用的標(biāo)記中，d[ijk]為理想構(gòu)象中由所接收信號到第ijk個(gè)8PSK符號的間距。應(yīng)指出的是圖3的計(jì)算中，對第二位的計(jì)算的間距d[-0X]、d[-1X]要取決于是G0還是G1被收縮從而被不同地應(yīng)用到分支量度。同樣，在圖4中，對第三位的計(jì)算的間距d[-X0]、d[-X1]取決于G0還是G1被收縮從而被不同地應(yīng)用于分支量度。
圖5表明按照本發(fā)明的3/4速率8PSK格狀編碼器。未編碼位(并行分支位)通過一4位長度的先入先出(FIFO)寄存器54輸入到一8PSK符號映射器和調(diào)制器58。編碼位被一采用收縮到5/8速率的一1/2或1/3速率卷積碼(K＝7)的5/8速率卷積編碼器52加以收縮。此收縮技術(shù)是本技術(shù)領(lǐng)域中所公知的，在下列文獻(xiàn)中有詳細(xì)解釋J.B.Cain，G.C.Clark，Jr.，和J.M.Geist的“(n-1)/n速率的收縮卷積碼和簡化的最大似然譯碼”，IEEE Trans.Info.Theory，Vol.IT-25，pp 97～100，1979年1月；和Y.Yasuda，K.Kashusi，和Y.Hirata的“用于軟判定Viterbi譯碼的高速率收縮卷積碼”，IEEE Trans.On Commun.，Vol.COM-32，pp 315～319，March1984。在此收縮技術(shù)中，由1/2速率代碼所產(chǎn)生的部分符號被刪除。在譯碼器中，此被刪除符號由擦除部分替換。收縮技術(shù)的一種應(yīng)用是使得一單個(gè)基礎(chǔ)代碼能被用于功率有限的和帶寬有限的兩種信道。收縮的主要優(yōu)點(diǎn)是可應(yīng)用高代碼速率(n-1)/n，和應(yīng)用僅在分支量度發(fā)生器中修改的實(shí)際1/n速率譯碼器加以譯碼，其中對于分支收縮要插入擦除部分。
在圖5中所表明的5/8速率收縮編碼器52中，5個(gè)源位(編碼位)被編碼成8位。此8位被暫時(shí)存儲(緩存)在FIFO寄存器56中。相繼的三位的符號由寄存器54、56提供給8 PSK符號映射器和調(diào)制器58。較具體說，輸入到映射器和調(diào)制器58的每個(gè)三位符號包括來自寄存器54的一未編碼位和來自寄存器56的二編碼位。由圖5可看到，寄存器54、56一齊共有4個(gè)符號的總長度L。這樣，此編碼器即具有效速率3/4，因?yàn)閷?個(gè)輸入位(4個(gè)未編碼的加5個(gè)編碼的)具有總共12個(gè)輸出位(4個(gè)未編碼的加8個(gè)編碼的)。換句話說，對于一9位輸入對12位輸出的比例(9/12＝3/4)，為填充由寄存器54、56提供的12寄存器單元僅需取9輸入位。應(yīng)當(dāng)理解，圖5中描述的具體實(shí)施僅只是示例目的，不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)和后面所列權(quán)利要求的范圍可構(gòu)成其他的實(shí)現(xiàn)方案。
如上面指出的，5/8速率代碼可由一1/2或1/3卷積碼收縮得到。圖6表明一用于由1/3速率K＝7代碼提供5/8速率代碼的編碼器60。如所示這一編碼器的收縮映射為G0＝11110G1＝11101G2＝00000圖7說明一用于由一1/2速率K＝7代碼提供5/8速率代碼的編碼器70。如所示這一編碼器的收縮映射為G0＝11100G1＝11111在所用的標(biāo)記中，“1”指明該位被傳送，“0”指明該位不傳送。
圖8說明對上述收縮碼所進(jìn)行計(jì)算的8 PSK格狀編碼位的誤碼率(BER)。圖8中示出BER與以dB表示的8PSK 3位的符號載波噪聲比(Es/No)相對照。曲線80表示每秒2位時(shí)的理論未編碼正交相位鍵控(QPSK)信號的BER。曲線86表示標(biāo)準(zhǔn)2/3速率代碼的BER。曲線84表明由圖7的編碼器得到的本發(fā)明的3/4速率8PSK格狀調(diào)制碼的BER。曲線82表明由圖6的編碼器得到的本發(fā)明的3/4速率8PSK格狀調(diào)制碼的結(jié)果。曲線88表示標(biāo)準(zhǔn)5/6速率碼的BER，僅只在此用于對照。
由圖8可看出，圖6和圖7的編碼器實(shí)現(xiàn)的BER性能(曲線82和84)非常接近。具體說，性能上的差別小于0.1dB。而且，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的性能大約處于分別為曲線86與88所表明的2/3與5/6速率的實(shí)用碼的中央。
現(xiàn)在可理解，本發(fā)明提出的方法是以收縮“標(biāo)準(zhǔn)”1/2速率卷積碼和其他代碼(例如DigicipherII 1/3速率碼)來滿足不同通信信道所提出的閾值CNR和位速率吞吐量方面的各種不同需求。具體說，揭示了在30Msps波特率上傳送67.5Mbps的二個(gè)可替換的完全3/4速率8PSKTCM代碼。這些代碼具有位于公知的2/3與5/6速率實(shí)現(xiàn)的中央的閾值CNR。
權(quán)利要求
1.一種以5/8速率卷積碼對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作卷積編碼的方法，包括步驟利用收縮映射
將基于八進(jìn)制生成器133、171的1/2速率卷積碼收縮到5/8速率，其中約束長K＝7；和利用所述5/8速率代碼處理輸入數(shù)據(jù)流。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中一有效編碼器速率3/4由以下組合得到(i)由5/8速率碼從5個(gè)輸入位產(chǎn)生的8個(gè)編碼位；與(ii)4個(gè)未編碼位。
3.5/8速率卷積編碼器，包括具有用于接收欲加編碼的數(shù)據(jù)流的輸入端的基于八進(jìn)制生成器133、171的1/2速率卷積編碼器；和利用映射
將所述1/2速率卷積編碼器的代碼收縮到5/8速率的裝置，其中約束長K＝7。
4.按照權(quán)利要求3的5/8速率卷積編碼器，其中有效編碼器速率3/4由以下組合得到(i)由所述5/8速率編碼器從5個(gè)輸入位產(chǎn)生的8個(gè)編碼位；與(ii)4個(gè)未編碼位。
5.一種以5/8速率卷積碼對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作卷積編碼的方法，包括步驟利用收縮映射
將基于八進(jìn)制生成器117、135、161的1/3速率卷積碼收縮到速率5/8，其中約束長K＝7；和利用所述速率5/8代碼處理輸入數(shù)據(jù)流。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其中由以下組合得到有效編碼器速率3/4(i)由所述5/8速率代碼從5個(gè)輸入位產(chǎn)生的8個(gè)編碼位；與(ii)4個(gè)未編碼位。
7.5/8速率卷積編碼器，包括具有用于接收欲加編碼的數(shù)據(jù)流的輸入端的基于八進(jìn)制生成器117、135、161的1/3速率卷積編碼器；和用于利用收縮映射
收縮來自所述1/3速率卷積編碼器的代碼到速率5/8的裝置，其中約束長K＝7。
8.按照權(quán)利要求7的5/8速率卷積編碼器，其中由以下組合得到有效編碼器速率3/4(i)由所述5/8速率代碼從5個(gè)輸入位產(chǎn)生的8個(gè)編碼位；與(ii)4個(gè)未編碼位。
全文摘要
一種以5/8速率卷積碼對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作卷積編碼的方法和設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)的1/2速率卷積碼被利用收縮映射
文檔編號H03M13/23GK1241845SQ9910032
公開日2000年1月19日 申請日期1999年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月20日
發(fā)明者馬克·施密特 申請人:通用儀器公司