專利名稱：用兩個分組碼糾錯的制作方法
背景技術：
近幾年，對有效而可靠的數(shù)字通信系統(tǒng)的需求日益增長。數(shù)字信息的傳輸受到通信信道的不良影響，例如噪聲、失真和衰落。這些影響對所發(fā)射的數(shù)據(jù)流引入了誤碼，稱為信道誤碼。接收二進制序列中的誤碼率是無線通信鏈路中的一個最重要的設計參數(shù)。
1948年，Claude E.Shannon在其里程碑式的論文中表明，通過對數(shù)字信息正確編碼，噪聲信道引入的誤碼可以降低到任何所需的水平，同時不犧牲信息傳輸速率。從那時起，大量研究致力于開發(fā)有效的噪聲信道差錯控制的編碼和解碼方法。這些開發(fā)現(xiàn)在已經(jīng)達到可靠的數(shù)字無線通信系統(tǒng)是可能的程度?，F(xiàn)在使用差錯控制編碼成為現(xiàn)代數(shù)字無線通信系統(tǒng)設計的一個組成部分。
在GSM中，存在無數(shù)的編碼方案，保護通過RF信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。不同的編碼方案用于不同的邏輯信道。例如，用于發(fā)射話音消息的業(yè)務信道比用于發(fā)射用戶數(shù)據(jù)的業(yè)務信道需要較少的保護。因此，語音信道通常使用高速率碼。用于發(fā)射信令數(shù)據(jù)的控制信道需要更高的保護，要求較低的碼率。較低的碼率增加了編碼開銷而且增加了對帶寬的要求。因此，希望開發(fā)更有效的碼，可以以最少的編碼開銷增加得到所需程度的差錯保護。
對于很多控制信道，數(shù)據(jù)在兩個步驟中進行信道編碼。信令數(shù)據(jù)在卷積編碼之前進行分組編碼。因此卷積編碼使要發(fā)射的比特數(shù)加倍。盡管這種兩步驟編碼方案在發(fā)射長序列的控制信道中工作比較有效，但是對于只發(fā)射短序列的隨機接入信道(RACH)這樣的控制信道則不太理想。對短數(shù)據(jù)序列使用卷積碼不太有效。分組碼一般比卷積碼具有更好的漢明距離。此外，通常使用的循環(huán)碼不允許軟解碼，因此解碼器的輸入是硬限幅的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于無線通信系統(tǒng)中差錯控制的檢糾錯系統(tǒng)。該檢糾錯系統(tǒng)對于短數(shù)據(jù)序列的差錯保護特別有用。檢錯和控制系統(tǒng)包括在發(fā)送之前對數(shù)字信息序列編碼的發(fā)射機編碼器，以及對接收序列解碼重建原始信息序列的接收機解碼器。將原始的信息序列編碼以產(chǎn)生包括信息矢量和初級冗余矢量的信息碼字。然后對初級冗余矢量編碼，產(chǎn)生包括初級冗余矢量和第二冗余矢量的冗余碼字。信息碼字和冗余碼字被合成，然后發(fā)射。
接收機包括對接收信息碼字軟解碼以產(chǎn)生最初的估計信息矢量的初級信息解碼器。冗余解碼器對接收的冗余碼字軟解碼以產(chǎn)生估計的初級冗余矢量。然后二級信息解碼器將信息矢量和初級冗余矢量的最初估計硬解碼，產(chǎn)生第二估計的信息碼字。比較信息碼字的第一和第二估計，確定它們之間的漢明距離。如果漢明距離大于預定值，二級信息解碼器失敗，接收碼字被消除。
兩步驟解碼處理比目前在隨機接入信道使用的編碼方案有幾個優(yōu)點。首先，本發(fā)明使用嵌套分組碼，可以產(chǎn)生高效的差錯控制，而不增加編碼開銷。本發(fā)明的嵌套分組碼方案的碼率可以是1/3或1/4。其次，嵌套分組碼方案比以前的編碼方案提供更大的靈活性。例如，本發(fā)明可以使用軟判決解碼以便考慮可靠性因素。最后一個優(yōu)點是，與以前使用的編碼方案相比，殘留誤比特率和幀擦除率有很大的降低。
在另一個實施例中，信息碼字多次發(fā)向接收站。接收的信息矢量被有選擇地合成及/或路由選擇到一系列并聯(lián)解碼器。然后單個對信息矢量解碼，產(chǎn)生信息序列的多個估計。產(chǎn)生的信息序列估計被合成，產(chǎn)生最終的估計。
本發(fā)明其它目的和優(yōu)點從研究如下描述和只是說明該發(fā)明的附圖中變得清楚和明顯。
附圖的簡要描述

圖1是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的框圖。
圖2是發(fā)射機編碼器的框圖。
圖3是碼字處理器和接收機解碼器的框圖。
圖4是說明發(fā)射機編碼器所用的比特定位方案的圖。
圖5是表示使用并聯(lián)分組編碼方案的接收機解碼器另一種設計的框圖。
發(fā)明的詳細描述現(xiàn)在參考附圖，特別是圖1，本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一般性地用號碼10來表示。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)10包括信息源20、發(fā)射機編碼器30、調(diào)制器40、解調(diào)器50、接收碼字處理器60、以及接收機解碼器70。
信息源20可以是模擬形式或數(shù)字比特序列。如果它是模擬形式的，可以被抽樣并量化，產(chǎn)生必要的數(shù)字比特序列。但是，該序列可能不直接適于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信道編碼或載波調(diào)制。在這種情況下，要使用信源編碼重構(gòu)數(shù)據(jù)序列，以使它與信道要求兼容。信源編碼器對信息編碼，以便降低信源數(shù)據(jù)的冗余度。通常稱之為“數(shù)據(jù)壓縮”。其結(jié)果是得到較短的比特序列，而且在給定的分配中可以發(fā)送或存儲更多的消息。信息源20的輸出稱為信息序列。
發(fā)射機編碼器30將信息序列從信息源轉(zhuǎn)換成稱為碼字的離散編碼序列。這種類型的編碼稱為信道編碼，指的是信源編碼之后、但在調(diào)制之前進行的數(shù)據(jù)變換，將信源比特變換成信道比特。
信道編碼可以有兩種形式波形編碼和結(jié)構(gòu)化序列編碼。波形編碼變換信源數(shù)據(jù)并使檢測過程較少地受到誤碼的影響，因此改善了傳輸性能。結(jié)構(gòu)化序列編碼(線性分組碼)代表將結(jié)構(gòu)化冗余插入信源數(shù)據(jù)使得可以識別并糾正傳輸或信道誤碼的方法。結(jié)構(gòu)化序列有兩種類型分組編碼和卷積編碼。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)10使用分組編碼，其中信源數(shù)據(jù)首先被分成k個數(shù)據(jù)比特一組的組。每個分組可以代表m＝2k個不同消息中任何一個。信道編碼器取k個輸入比特的每個組，將它們編碼為n個輸出比特。2k個編碼消息集合稱為碼組。編碼過程加入的(n-k)個比特稱為冗余比特，并且不攜帶任何信息信息。比率k/n被定義為編碼速率，而且該碼稱為(n，k)碼。
編碼器30加入的冗余信息用于保護信息序列不受傳輸中出現(xiàn)的誤碼影響。這是眾所周知的差錯控制編碼。冗余比特流從信息序列中計算(例如，通過模-2加法上的校驗)。因此，原始信息序列和冗余比特流之間的依賴性或相關性被顯示出來。解碼器利用該依賴性，檢測并糾正信道環(huán)境中產(chǎn)生誤碼。冗余比特常常稱為校驗比特。
調(diào)制器40將來自發(fā)射機編碼器30的碼字與載波信號合成，使其適于傳輸。在數(shù)字系統(tǒng)中，整個信息消息的數(shù)據(jù)比特，包括開始、結(jié)束、前導、和后同步信號比特，在物理電平上與通信信道接口。一旦比特流被編碼、格式化、及準備實際傳輸，它必須與信道特性相兼容。這種信道特性通過將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成時變波形來進行。
調(diào)制器40提供從數(shù)字數(shù)據(jù)流到該數(shù)據(jù)的波形表示的轉(zhuǎn)換，這種波形表示是波形信道能夠接受的。優(yōu)化這樣一種信道以便滿足傳輸功率的限制。技術(AM、FM、或PM)的選擇、或技術的綜合，一般根據(jù)差錯性能準則、帶寬效率、以及所需信號處理的復雜度而定。
GSM規(guī)定的調(diào)制技術是GMSK。GMSK是一種恒定包絡的FSK，這里頻率調(diào)制是仔細設計的相位調(diào)制的結(jié)果。因此，由于在載波中明顯地缺少AM，使所占據(jù)的帶寬得以限制。本發(fā)明優(yōu)選地使用非奈奎斯特濾波器的GMSK調(diào)制。
調(diào)制的信號通過通信信道發(fā)射，例如無線通信信道。通信信道受到諸如可改變調(diào)制信號的噪聲這類的某些不利影響。
在接收機處，接收的波形由解調(diào)器50處理。解調(diào)器50產(chǎn)生離散的(量化的)、或連續(xù)的(非量化的)輸出。對應于編碼序列的解調(diào)器輸出序列稱為接收序列。
接收碼字處理器60以及接收機解碼器70將接收序列變換成二進制序列，理想地應該是原始信息序列的復制。接收序列常常包含信道環(huán)境的噪聲或其它不利影響帶來的信道誤碼。解碼器70利用發(fā)射機編碼器30添加的冗余信息以及對編碼方案的了解，檢測并糾正任何信道誤碼。
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)10使用兩個分組碼的組合，對發(fā)射數(shù)據(jù)進行差錯控制。圖2和3分別說明了使用嵌套分組編碼方案的發(fā)射機編碼器30和接收機解碼器70的優(yōu)選實施例。
現(xiàn)在參考圖2，其中表示了使用兩個嵌套(n，k)分組碼的發(fā)射機編碼器30的框圖。發(fā)射機編碼器30包括信息編碼器32、解復接器34、冗余編碼器36、以及矩形塊交織器38。
信息編碼器32的功能是對從信息源20接收的信息序列編碼。信息編碼器22以引入冗余信息的方式對信息序列I編碼，冗余信息可以被解碼器70用于檢測及/或糾正誤碼。信息編碼器22的輸出是信息碼字，包括原始信息序列或信息矢量I以及從信息矢量空間得到的信息校驗比特流P1。導出過程基于規(guī)定的信息矢量的線性組合。信息檢驗比特流P1也稱為初級冗余矢量。
權利要求
1.一種對接收碼字解碼的方法包括(a)在解碼器的第一級中對所述接收碼字解碼，得到碼字的第一估計；(b)在所述解碼器的第二級中對碼字的所述第一估計解碼，得到碼字的第二估計；(c)評估所述第一和第二估計之間的距離；并且(d)如果計算的所述第一和第二估計之間的距離超過預定的參考距離，將所述接收碼字消除。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述解碼器的所述第一級對所述接收碼字軟解碼，得到所述第一估計。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其特征在于，所述解碼器的所述第二級對所述第一估計硬解碼，得到所述第二估計。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述解碼器使用格雷碼。
5.一種編碼系統(tǒng)，對從發(fā)射機站發(fā)射和接收機站接收的數(shù)字信息進行差錯保護，包括(a)所述發(fā)射機站中的發(fā)射機編碼器，對所述數(shù)字信息的信息塊編碼，所述發(fā)射機編碼器包括(1)信息編碼器，對所述數(shù)字信息的信息塊編碼，產(chǎn)生包括信息矢量和初級冗余矢量的信息碼字；(2)冗余編碼器，對所述初級冗余矢量編碼，產(chǎn)生包括所述初級冗余矢量和次級冗余矢量的冗余碼字；(b)所述接收機站中的接收機解碼器，對接收信息碼字解碼并選擇性地消除所述接收信息碼字，所述接收機解碼器包括(1)初級信息解碼器，對所述接收信息碼字解碼，產(chǎn)生最初的估計信息矢量；(2)冗余解碼器，對接收的冗余碼字解碼，產(chǎn)生估計的初級冗余矢量；(3)次級信息解碼器，對包括所述最初估計信息矢量和所述估計的初級冗余矢量的最初估計碼字解碼，產(chǎn)生后續(xù)的估計碼字；(4)比較試驗，將所述最初估計碼字和所述隨后估計碼字進行比較；(5)其中基于所述最初估計碼字和所述隨后估計碼字的所述比較，所述接收機解碼器選擇性地消除所述接收碼字。
6.權利要求5的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述信息編碼器使用格雷碼對所述信息塊編碼。
7.權利要求5的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述冗余編碼器使用格雷碼對所述初級冗余矢量編碼。
8.權利要求5的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述初級信息解碼器對所述接收的信息碼字進行軟解碼。
9.權利要求5的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述冗余解碼器對所述接收的冗余碼字進行軟解碼。
10.權利要求5的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述比較器通過確定所述最初估計碼字和所述后續(xù)估計碼字之間的距離、并將所述確定的距離與預定參考距離比較，比較所述最初估計碼字和所述后續(xù)估計碼字。
11.權利要求10的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述接收機解碼器響應所述確定距離超過所述預定參考距離時進行誤碼確定的所述比較器而消除所述接收碼字。
12.一種編碼方法，對從發(fā)射機站發(fā)射和接收機站接收的數(shù)字信息進行差錯保護，包括(a)在所述發(fā)射機站中對所述數(shù)字信息的信息塊編碼，產(chǎn)生包括信息矢量和初級冗余矢量的信息碼字；(b)對所述初級冗余矢量編碼，產(chǎn)生包括所述初級冗余矢量和次級冗余矢量的冗余碼字；(c)發(fā)射所述信息碼字以及所述冗余碼字；(d)在所述接收機站中接收所述發(fā)射的信息碼字和所述發(fā)射的冗余碼字；(e)對所述接收信息碼字解碼，產(chǎn)生最初的估計信息矢量；(f)對所述接收的冗余碼字解碼，產(chǎn)生估計的最初冗余矢量；(g)對包括所述最初估計信息矢量和所述估計的初級冗余矢量的最初估計碼字解碼，產(chǎn)生后續(xù)的估計碼字；(h)將所述最初估計碼字和所述隨后估計碼字進行比較；(i)基于所述最初估計碼字和所述隨后估計碼字的所述比較，選擇性地消除所述接收碼字。
13.權利要求12的編碼方法，其特征在于，使用格雷碼對所述信息塊編碼。
14.權利要求12的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述冗余編碼器使用格雷碼對所述初級冗余矢量編碼。
15.權利要求12的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述初級信息解碼器對所述接收的信息碼字進行軟解碼。
16.權利要求12的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述冗余解碼器對所述接收的冗余碼字進行軟解碼。
17.權利要求12的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述比較器通過確定所述最初估計碼字和所述第二估計碼字之間的距離、并將所述確定的距離與預定參考距離比較，比較所述最初估計碼字和所述后續(xù)估計碼字。
18.權利要求17的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述接收機解碼器響應所述確定距離超過所述預定參考距離的確定，消除所述接收碼字。
19.一個編碼系統(tǒng)，包括(a)發(fā)射機編碼器，對信息塊編碼，產(chǎn)生包括信息矢量和初級冗余矢量的信息碼字，并且對所述初級冗余矢量編碼，產(chǎn)生包括所述初級冗余矢量和次級冗余矢量的冗余碼字；(b)發(fā)射所述信息碼字和所述冗余碼字的發(fā)射機；(c)接收所述發(fā)射的冗余碼字和信息碼字的接收機；(d)接收機解碼器，響應所述接收信息碼字產(chǎn)生最初估計的碼字，響應所述接收的冗余碼字和所述最初估計的碼字產(chǎn)生后續(xù)估計碼字，所述接收機解碼器比較所述最初估計碼字和所述后續(xù)估計碼字，并基于所述最初估計碼字和所述隨后估計碼字的所述比較，選擇性地消除所述接收碼字。
20.權利要求19的編碼方系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射機編碼器使用格雷碼對所述信息塊編碼。
21.權利要求19的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述接收機解碼器對所述接收信息碼字和所述接收冗余碼字進行軟解碼。
22.權利要求19的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述接收機解碼器通過確定所述最初估計碼字和所述后續(xù)估計碼字之間的距離、并將所述確定的距離與預定參考距離比較，比較所述最初估計碼字和所述后續(xù)估計碼字。
23.權利要求22的編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述接收機解碼器響應所述確定距離超過所述預定參考距離的確定，消除所述接收碼字。
24.一種用于編碼通過傳送裝置在接收機站重復的接收的碼字，其中接收的碼字每一個重復包括一個信息矢量和冗余矢量，所述方法包括a)將在所述接收的碼字中的一個或多個所述信息矢量輸入到一系列并行譯碼器；b)將在所述接收的碼字中的一個或多個所述冗余矢量輸入到所述并行譯碼器；c)單獨地在所述并行譯碼器中譯碼信息矢量以產(chǎn)生多個信息序列的估測；及d)組合至少兩個信息序列估測以產(chǎn)生一個合成的估測。
25.根據(jù)權利要求24的方法，其中所述信息矢量被組合以產(chǎn)生一個合成信息矢量，而其中所述的合成信息矢量被輸入到每個所述并行譯碼器。
26.根據(jù)權利要求24的方法，其中所述譯碼器是軟譯碼器。
27.根據(jù)權利要求26的方法，其中由所述并行譯碼器產(chǎn)生的估測是根據(jù)譯碼的信息序列的可靠性有選擇地組合的。
全文摘要
一種對數(shù)字信息序列編碼和解碼的方法使用兩個分組碼的組合同時糾錯和檢錯。糾錯分組碼解碼的數(shù)據(jù)可靠性，通過使用原始的校驗或使用第二糾錯分組碼確定的糾正的校驗比較解碼操作結(jié)果來檢驗，如下信息序列由第一級編碼器編碼，產(chǎn)生包括信息矢量和初級冗余矢量的信息碼字。初級冗余矢量在第二級編碼器中編碼，得到冗余碼字。信息碼字和冗余碼字被交織并發(fā)射到接收機。在接收機處，信息碼字和冗余碼字在第一級解碼器中解碼，得到信息碼字的第一估計。信息碼字的第一估計在第二級解碼器中解碼，產(chǎn)生信息碼字的第二估計。計算信息碼字的第一和第二估計之間的距離。如果距離大于1，接收碼字就被消除。在另一個實施例中，信息序列在接收機中重復。每次重復包括從相同碼或不同碼產(chǎn)生的校驗。接收的信息矢量被有選擇地合成，然后使用單個校驗矢量分別解碼以產(chǎn)生信息序列的多個估計。然后使用硬或軟合成技術將估計合成。
文檔編號H04L1/18GK1240067SQ9718045
公開日1999年12月29日 申請日期1997年9月29日 優(yōu)先權日1996年10月9日
發(fā)明者Y·P·E·王, S·契納克沙, P·登特, K·巴拉錢德朗 申請人:艾利森公司