專利名稱：系統收縮卷積編碼方法
技術領域：
本發明涉及數字通信系統中的糾錯編碼方法，特別是系統收縮卷積編碼方法。
對數字MODEM(調制解調器)來說糾錯是重要的，迄今為止已經提出了許多種糾錯技術。卷積碼是糾錯碼的一種，它廣泛地用于移動通信系統，并且已經被正式作為CDMA(碼分多址)數字蜂窩系統的空中接口的標準(IS-95)。
編碼速率(R)-1/2卷積碼是非系統碼，第—碼字c1(x)和第二碼字c2(x)根據輸入信息字i(x)分別由下式產生c1(x)=g1(x)i(x)......(1)c2(x)=g2(x)i(x)......(2)在這里，碼字c1(x)和c2(x)是非系統的，信息字依賴于碼字并且只能通過解碼器獲得。
大于1/2的編碼速率的收縮卷積碼可以通過使用收縮矩陣A周期性地收縮從公式(1)和(2)生成的碼字c1(x)和c2(x)來得到。本技術領域中收縮矩A的最好形式是公知的。由于收縮矩陣A是非系統的，因此使用該矩陣生成的碼字是非系統收縮卷積碼。
圖1是現有5/8速率收縮卷積碼的編碼器和解碼器的方框圖。參考標記A代表收縮矩陣[11101 10111]。
由于傳統的收縮卷積碼從非系統收縮矩陣中生成，因此它們不能用于需要系統數據結構的系統。利用系統形式的數據和幀，可以在具有使用了用于糾錯的CRC(循環冗余校驗)的差錯校正器和差錯檢測器的傳送系統中減少大量的處理延遲。例如，對當前的非系統卷積碼來說，為了從解碼之前的碼字中獲得傳送信息字，需要一個用碼字生成多項式g(x)除接收碼字的除法器。該除法器由線性反饋移位寄存器(LFSR)組成，其數量和使用CRC碼的糾錯碼生成多項式的階一樣多。此外，接收碼字的信息字檢驗需要和碼字的長度一樣多的處理延遲和操作。因此，處理延遲隨碼字字長(即，幀長)的增加而增加。在高速多速硬盤驅動器或者ISDN(綜合業務數字網)的高速數字傳輸系統中，幀是很大的。換句話說，非常短時間內的高傳輸率使單幀具有許多比特或符號，這意味著得到信息字需要大量的時間。由于當前使用的維特比(Viterbi)解碼器要花費大量時間完成解碼，因此增加了與延遲有關的處理的難度，所以導致延遲的問題是系統中非常重要的問題。
本發明的目的是提供一種把非系統碼字轉換成系統碼字的系統收縮卷積編碼方法。
為了實現上述目的，本發明提供了—種在具有非系統卷積編碼器的數字通信系統中使用的1/n一速率卷積編碼方法。在該方法中，在輸入信息字時通過把生成多項式的第一至第n卷積碼生成多項式與信息多項式相乘得到第一至第n組碼字，第一至第n組碼字的一個被轉換成系統碼字，從而得到與系統碼字相對的新的信息字。然后，通過在非系統卷積編碼器中對新的信息字編碼來生成卷積碼。
通過結合附圖對優選實施例的詳細說明可以進一步理解本發明的上述目的和優點。
圖1是傳統的5/8速率收縮卷積碼的編碼器和解碼器的方框圖；圖2是1/2速率非系統卷積碼的編碼器的示意圖；圖3是本發明的系統卷積編碼器的原理圖；圖4是本發明實施例的系統收縮卷積碼的編碼器的方框圖；圖5A、圖5B、圖5C示出了碼字的比特結構；圖6是本發明實施例的系統收縮卷積碼的解碼器的方框圖；圖7是顯示從具有1/2編碼速率的已知碼中生成的2/3碼速率的系統收縮卷積碼的加權譜的表，其中，3≤K≤7，P是2；圖8是顯示從具有1/2編碼速率的已知碼中生成的系統收縮卷積碼的加權譜的表，其中，K是7,G1=[1011011],G2=1111001]。
依靠每個線性碼具有不同的碼字集合這一事實，與另一集合的碼對應的一個集合中的每個碼字具有相同的加權譜，系統碼字逐個與本發明的相應碼字匹配，以便能夠得到具有與非系統卷積或收縮卷積碼字相同的碼加權譜的系統碼字。
1．[1/2速率卷積碼]1/2速率卷積碼可以被解釋為與交錯線性分組碼等效。
圖2是具有1/2編碼速率和3的約束長度(K)的卷積碼編碼器的示意圖。參考數字21和25是模-2加法器，參考數字23是移位寄存器。
圖3是以上述說明為基礎的系統卷積編碼器的原理圖。該編碼器包括C1編碼器24和C2編碼器26，用于通過用輸入信息字I乘以第一和第二卷積碼生成多項式來獲得第一和第二分組碼字；和交錯器28，用于通過以2的交錯深度(λ)交錯第一和第二碼字C1和C2來生成卷積碼字C。
該解釋適用于下面的說明。假定普通卷積碼生成多項式是gk(x)(k=1,2,...,R)，信息字多項式是I(x)，則碼字Ck(x)(K=1,2,...,R)可以用下式表示C1(x)=g1(x)I(x)...(3)Ck(x)=gk(x)I(x)...(4)這里，如果每個碼字可以是使用卷積碼分組編碼的零尾截尾的幀單元的碼字，即分組碼，則它是一種線性分組碼。碼字從碼生成多項式gk(x)(k=1,2,...,R)生成，碼字C通過交錯這些碼字來得到。所有的碼字是非系統的。
2．[1/n速率系統收縮卷積碼]每個線性分組碼具有一組系統碼字。因此，一個碼字從R碼字選擇并被轉換成系統碼字。然后，與該碼字對應的新信息字被送入傳統的非線性卷積編碼器。從編碼器輸出的一個碼字包括第—輸入信息字。因而，系統卷積碼可以被生成。
3．(k/n系統收縮卷積碼)完成收縮是為了使用由第二方法實現的系統卷積編碼器獲得高速卷積碼。由于保持系統碼字是非常重要的，因此作為系統碼字選擇的碼字符號應該被傳輸而不是被收縮。此外，收縮矩陣被使用，它可以使收縮卷積碼不失效。
下面詳細說明系統收縮卷積碼的編碼器。
圖4所本發明實施例的系統收縮卷積編碼器的編碼器的方框圖。假定卷積碼生成多項式是上述的g1(x)(k=1,2,…,R)，信息碼是In(x)，則圖4的編碼器生成的碼字Ck(x)(k=1,2,...,R)用下式表示C1(x)=g1(x)In(x)......(5)Ck(x)=gk(x)In(x)......(6)如果第—輸入信息字是I(x)，則編碼器41從I(x)中生成系統碼字Cs(x)。這里，盡管可以使用任何R生成多項式，但系統卷積碼字的操作根據生成多項式的選擇而變化。因而，能夠實現最佳性能的生成多項式應通過模擬來找出。如圖所示，除法器43選擇生成多項式g1(x)。
在除法器43中，系統碼字Cs(x)被轉換成新的信息字In(x)。該信息字(導致非系統碼字)被送入傳統的卷積編碼器45。因而，從新的信息字In(x)生成的傳統的碼字是非系統的。正如碼字與第—輸入信息字I(x)之間的比較所指出的那樣，從卷積編碼器45生成的碼字總是系統的。如果在系統碼編碼器41中使用生成多項式gk(x)，例如使用g2(x)，則第—輸入信息字I(x)存在于以下公式所示的系統形式C2(x)中C2(x)=r2(x)+xmI(x)=In(x)g2(x)=Cs(x)......(7)在這里，r(x)是用g2(x)除xmI(x)的余數，m是移位器的數目。因此，碼字C(x)是系統卷積碼。圖5A，圖5B，和圖5C示出了分別用于Cs(x)、C1(x)和Ci(x)的碼字的比特結構。
下面說明操作系統收縮器47所必需的收縮矩陣的選擇。
系統收縮器47周期性地收縮C(x)的符號。這里，使用的收縮矩陣是表示為為[R×P]的A。當該矩陣的一個元素是0時，對應的符號被收縮并且不被傳送。對系統碼字的生成來說，收縮矩陣應滿足以下條件(1)在收縮矩陣中，一個行矢量中的所有元素是1s；(2)收縮矩陣A的使用生成的卷積碼字應該是有效碼；和(3)收縮矩陣A的使用生成的卷積碼字應該具有編碼后的最大自由距離(d-free)的最大值和最小的信息字誤差。
下面結合圖6說明系統收縮卷積碼的解碼器的工作情況。正如圖5所述的那樣，盡管C(x)是非系統碼，但代碼中的一個R碼字是系統碼字，即，與g(x)對應的C(x)用于在編碼器中生成系統碼。為了實現系統收縮卷積碼的解碼器，擦除插入裝置51在圖4的系統收縮器47收縮的碼字的位置插入擦除比特。然后，維特比(Viterbi)解碼器52采用已知方法對擦除插入比特碼字解碼，和從解碼的碼字中選擇Cs。截尾器54把對應信息碼I(x)的符號從公式(7)的碼字的符號中分離出來。
本發明中的系統收縮卷積碼與Qualcomm的維特比(Viterbi)芯片中使用的系統收縮卷積碼相比顯示出高速率的優良性能，換句話說，由于非系統卷積碼與系統卷積碼之間的性能差別隨速率的增加而增加，因此系統卷積碼非常有效地用于高速傳輸(高速編碼方案)，和用于數字傳輸的CDMA PCS(個人通信系統)或FPLMTS(未來公用陸地移動通信系統)，即，分組傳輸。
圖7是顯示從具有2/3編碼速率的已知碼中生成的系統收縮卷積碼的加權譜的表，其中，3≤K≤7，收縮周期(P)是2。圖8是從具有1/2編碼速率的已知碼中生成的系統收縮卷積碼的加權譜的表，其中，K是7,G1=[1011011],G2=[1111001]。
如上所述，本發明的優點是信息字直接從接收的碼字獲得，而不經過解碼器，因而，可以在短時間內確定接收的碼字是否應該被解碼。盡管已知系統卷積和收縮卷積碼的性能被認為在已知非系統卷積和收縮卷積碼的性能之下，但本發明的系統卷積和收縮卷積碼具有與非系統卷積和收縮卷積碼相同的碼加權譜，因而顯示出在高速率方面等于或好于非系統卷積和收縮卷積碼的性能。
盡管已經結合本發明的特定實施例詳細說明了本發明，但它只是示范性的應用。因而，必須清楚地認識到在本發明的范圍和精神內本領域的熟練人員可以對本發明做出許多變形。
權利要求
1.數字通信系統中的1/2速率卷積編碼方法，包括以下步驟通過把輸入信息字分別與第—和第二卷積碼生成多項式相乘得到第一和第二分組碼字；和通過以n的交錯深度(λ)交錯第一和第二碼字來生成卷積碼字。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于輸入信息字I(x)存在于第二分組碼字C2(x)的系統形式中C2(x)=r2(x)+xmI(x)=In(x)g2(x)=Cs(x)......(7)在這里，I(x)是輸入字，r2(x)是用g2(x)除xmI(x)的余數，m是移位器的數目，In(x)是信息字多項式，g2(x)是生成第二分組碼字的多項式的碼字，Cs(x)是系統碼字。
3.具有非系統卷積編碼器的數字通信系統中的1/n速率卷積編碼方法，包括以下步驟(a)在輸入信息字時把第一至n卷積碼生成多項式與信息多項式相乘得到第一至第n分組碼字；(b)把第一至第n塊碼字的一個轉換成系統性碼字，得到與該系統碼字對應的新的信息碼字；和(c)通過在非系統卷積編碼器中對新信息碼編碼來生成卷積碼。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于在步驟(b)中，選擇第一至第n分組碼字的—個并由下列公式(1)將其轉換成系統碼字，與系統碼字對應的新的信息字從公式(2)中得到；Cs(x)-Iq(x)+xmI(x)......(1)在這里Cs(x)是第s塊(s是1,...,n中的一個)的碼字，I(x)是輸入信息字，Iq(x)是用第s個碼字生成多項式的gs(x)除xmI(x)的余數，m是移位器的數目In(x)=Cs(x)/gs(x)......(2)在這里In(x)是新的信息字。
5.具有非系統卷積編碼器的數字通信系統中的k/n速率卷積編碼方法，包括以下步驟在輸入信息字時把第一至n卷積碼生成多項式與信息多項式相乘得到第一至第n分組碼字；把第一至第n分組碼字的一個轉換成系統碼字，得到與該系統碼字對應的新的信息碼字；通過在非系統卷積編碼器中對新信息碼編碼來生成卷積碼；和使用預定的收縮矩陣系統收縮卷積碼。
6．根據權利要求5所述的方法，其特征在于預定收縮矩陣滿足以下條件(條件1)一個行矢量中的所有元素是1s；(條件2)生成的卷積碼是非失效碼；和(條件3)生成的卷積碼具有最大自由距離(d-free)的最大值和編碼后的最小信息碼誤差。
7．根據權利要求6所述的方法，其特征在于從根據相應編碼速率給定的矩陣選擇收縮矩陣，根據與該選擇的收縮矩陣對應的加權譜收縮卷積碼。
全文摘要
本發明公開了一種具有非系統卷積編碼器的數字通信系統的卷積編碼方法。在該方法中,在輸入信息字時把第一至n卷積碼生成多項式與信息多項式相乘得到第一至第n分組碼字,把第一至第n分組碼字的一個轉換成系統碼字,得到與該系統碼字對應的新的信息碼字。通過在非系統卷積編碼器中對新的信息碼編碼來生成卷積碼。
文檔編號G06F11/10GK1216418SQ9810331
公開日1999年5月12日 申請日期1998年6月25日 優先權日1997年6月25日
發明者金龜 申請人:三星電子株式會社