CN101212279B - 有效的卷积Turbo码编码器和方法 - Google Patents

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Abstract

本文一般描述在机构中将输入数据编码成奇偶数据的实施例。可以描述和要求其它实施例。

Description

有效的卷积Turbo码编码器和方法
技术领域
本文所描述的各种实施例一般涉及数字通信，更具体地说，包括用于无线通信的装置、系统和方法。
背景技术
电气和电子工程师协会(IEEE)正在开发发展的标准系列，用以定义点到多点无线、分组交换通信系统的参数。具体地说，802.16族标准(例如，IEEE std.802.16-2004(2004年9月18日公布))可以规定固定、便携式和/或移动宽带无线接入网络。关于IEEE 802.16标准的额外信息可以参见用于局域网和城域网的IEEE标准第16部分：用于固定宽带无线接入系统的空中接口(公布于2004年10月1日)。还可参阅IEEE 802.16E-2005，用于局域网和城域网的IEEE标准第16部分：用于固定和移动宽带无线接入系统的空中接口-对用于在许可波段中固定和移动组合运行的物理和媒体接入控制层的修正(公布于2006年2月28日)。此外，微波接入全球互操作(WiMAX)论坛促进了基于IEEE 802.16标准的宽带无线网络的发展。为方便起见，术语“802.16”和“WiMAX”(WiMAX是WiMAX论坛的商标)在整个公开说明中可互换地用于指IEEE 802.16空中接口标准组。
在无线设备间的无线通信可能产生由随机噪声和多径失真引起的数据损坏。无线设备可以对输入数据编码以产生相关联的奇偶数据。传输设备可以向设备传输输入数据和相关联的奇偶数据。接收设备可以处理所接收到的输入数据和相关联的奇偶数据，用于确定所接收的输入数据是否已经损坏，并试图恢复所传输的输入数据。奇偶数据可以使用如卷积Turbo码(CTC)的卷积编码来产生。
CTC编码器可以使用循环递归卷积系统编码器(CRCSE)来处理输入数据块以产生奇偶数据块。当CTC编码器在处理输入数据块以产生奇偶数据块之前用已知的(先验)值来初始化CRCSE的状态值，包括将初始状态值设定为最终状态值时，一些CTC解码器的操作会更有效。为了为CRCSE确定其先验状态值，CTC编码器可以使用初始状态值设定为0的CRCSE来处理输入数据块。在处理完整个输入数据块之后，CTC编码器可以基于CRCSE的最终状态值确定该先验CRCSE状态值。CTC编码器然后可以在将初始CRCSE状态值设定为所确定的先验值的情况下再次处理整个输入数据块，以产生奇偶数据块。这样的CTC编码器可能需要多个处理循环。
附图说明
图1是根据各个实施例的CTC编码器的框图。
图2是根据各个实施例的循环递归卷积系统编码器(CRCSE)的框图。
图3是示出根据各个实施例的几种方法的流程图。
图4是示出根据各个实施例的几种方法的流程图。
图5是根据各个实施例的组成编码器的框图。
图6是根据各个实施例的组成编码器的框图。
图7是根据各个实施例的物品的框图。
具体实施方式
图1是根据各个实施例的CTC编码器10的框图，它包括交织器12、转换器14、和组成编码器16。交织器12可以交织大小为N的二进制输入数据块A和B(A[0:N-1]，B[0:N-1])。在一个实施例中，组成编码器16可以依靠转换器14从非交织输入数据A、B产生大小为N的奇偶数据块Y1和W1。组成编码器16可以依靠转换器14从交织输入数据A、B块产生大小为N的奇偶数据块Y2和W2。
图2是根据各个实施例的循环递归卷积系统编码器(CRCSE)20的框图。CRCSE20接收A、B输入二进制数据并产生二进制奇偶数据Y、W。在一个实施例中，CRCSE20包括3个单位延时器22、24、26和5个异或(XOR)模块32、34、36、38、42，以表示3阶多项式。在一个实施例中，编码器反馈与多项式1+D+D3有关，Y(I)与多项式1+D2+D3有关，并且W(I)与多项式1+D3有关。名义上，CRCSE20的状态值S1(0)、S2(0)和S3(0)在数据处理开始时是0。在一个实施例中，CRCSE20的状态值S1(0)、S2(0)和S3(0)可以基于二进制输入数据块A、B来初始化。
图3是根据各个实施例的CTC编码方法50的流程图。在一个实施例中，该CTC编码方法50可以将CRCSE的(Z)初始状态值设定为0，其中Z是CRCSE的多项式阶数(动作52)。在一个实施例中，当CRCSE启动时，CRCSE的状态值可以为0。然后，该CTC编码方法50可以使用CRCSE来处理或编码大小为N的输入数据块A、B(动作54)。该CTC编码方法50可以在处理A、B输入数据块之后，基于0初始化的CRCSE的最终Z状态值来确定循环状态值SC。
在一个实施例中，该CTC编码方法50可以基于SF和NZ确定SC，其中SF等于 Σ i = 1 Z 2 ( Z - i ) · S i ( N - 1 ) (当Z＝3时，为4*S1(N-1)+2*S2(N-1)+S3(N-1))，并且NZ等于(Nmod(2Z-1))(当Z＝3时，为(N mod7))。该CTC编码方法50可以通过二元索引查找表(在一个实施例中为表1，其中Z＝3，并且使用在图2中所示的编码器20)利用值SF和NZ来确定SC的值(动作56)。
表1-SC查找表
Figure S071A1630820070510D000032
该CTC编码方法50可以使用SC的二进制表示来初始化CRCSE的Z状态二进制值S1(0)、S2(0)、...SZ(0)，例如，当SC等于7(二进制111)，并且Z等于3时，将S1(0)设定为1，将S2(0)设定为1，并将S3(0)设定为1；当SC等于4(二进制100)时，将S1(0)设定为1，将S2(0)设定为0，并将S3(0)设定为0(动作58)。该CTC编码方法50可以利用SC初始化的CRCSE来处理输入数据块A、B，以产生奇偶数据块Y、W(动作62)。该CTC编码方法50可以用来为交织输入数据块和非交织输入数据块产生奇偶数据块。
图4是根据各个实施例的CTC编码方法70的流程图。在一个实施例中，该CTC编码方法70可以将CRCSE的(Z)初始状态值设定为0，其中Z是CRCSE的多项式阶数(动作72)。在一个实施例中，当CRCSE启动时，CRCSE的初始状态值可以为0。该CTC编码方法70可以利用0初始化的CRCSE来处理或编码大小为N的输入数据块A、B(动作74)，以产生大小为N的奇偶数据块YZ、WZ。在一个实施例中，保留或存储大小为N的奇偶块YZ、WZ(动作74)。该CTC编码方法70可以在处理A、B数据输入块之后，基于CRCSE的(Z)最终状态值来确定循环状态值SC。该CTC编码方法70可以通过二元索引查找表(在一个实施例中为表1，其中Z＝3)使用值SF和NZ来确定SC的值(动作76)。
在一个实施例中，CTC编码方法70可以使用所存储或保存的奇偶数据决YZ和WZ来确定奇偶数据块Y、W。在一个实施例中，所保存的奇偶数据块YZ和WZ可以结合奇偶数据块YS、WS来确定奇偶数据块Y、Z，其中奇偶数据块YS、WS可以通过利用具有初始化状态值的CRCSE来处理空输入数据块A、B(0值块)而创建。在一个实施例中，可以将Y(I)设定为YZ(I)XOR YS(I)，其中I＝0到N-1，并且可以将W(I)设定为WZ(I)XOR WS(I)，其中I＝0到N-1。
在该实施例中，奇偶数据块YS和WS(在该实施例中)针对每个可能的SC具有一个2Z-1的周期。对于一个Z阶CRCSE，有2Z个可能的SC值。在一个实施例中，该CTC编码方法70可以产生或预先计算0输入(ZI)、SC(ZI-SC)YS、WS查找表(在一个实施例中为表2，其中对于在图2中所示的编码器10，Z＝3)，其中该表通过SC和I mod2Z-1(当Z＝3时为I mod7)来编索引。在表2中(Z＝3)，在已知YS和WS的周期以及CRCSE的阶数(Z＝3)的情况下，SC有23(8)个条目(行)，并且每个YS和WS有23-1(7)个条目(列)(动作78)。在一个实施例中，该CTC编码方法70也可以将奇偶索引I设定为0作为一个先行者，来确定Y(I)和W(I)，其中I＝0至N(动作78)。在一个实施例中，可以预先确定或存储ZI-SC YS、WS查找表(表2)。
该CTC编码方法70可以通过在ZI-SC YS、WS查找表中查找YS(J)(J＝I mod(2Z-1))(动作84)、检索YZ(I)(存储的处理后的值)(动作86)并将Y(I)设定为等于YZ(I)XOR YS(J)(动作88)来确定每个Y(I)奇偶校验位。同样地，每个W(I)奇偶校验位可以通过在ZI-SC YS、WS查找表中查找WS(J)(动作84)、检索WZ(I)(存储的编码后的值)(动作86)并将W(I)设定为等于WZ(I)XOR WS(J)(动作88)来确定。CTC编码方法70可以继续确定Y(I)和W(I)，其中I从0到N-1(直到I大于N-1(块完成)(动作92、94))。
表2.ZI-SC YS、WS表(Z＝3)
SC YS响应 WS响应
Imod7[0:6] Imod7[0:6]
0 0000000 0000000
1 0100111 0111010
2 1010011 0011101
3 1110100 0100111
4 1001110 1110100
5 1101001 1001110
6 0011101 1101001
7 0111010 1010011
图5示出可用于各个实施例的组成编码器(CE)100。该CE100包括Z阶CRCSE102、存储模决104、SC值查找模块106、ZI-SC(0输入循环状态)YS查找模块108、ZI-SC WS查找模块112、XOR114和XOR116。在CE100中，可以将CRCSE102的初始状态值设定为0(或在一个实施例中保持为0)。CRCSE102可以处理输入数据块A、B，以产生奇偶数据块YZ、WZ。存储模块104可以存储编码块YZ、WZ。存储模块104可以是随机存取存储器(RAM)、磁盘或光盘驱动器或其它电子存储器设备。SC值查找模块106可以基于CRCSE102的最终状态值102确定对应的SC值。
ZI-SC YS查找模块108可以基于所确定的SC值(由SC值查找模块106确定)来确定YS(J)，其中J等于I mod(2Z-1)。ZI-SC WS查找模块112可以基于SC值确定WS(J)。在一个实施例中，XOR114可以用于根据YZ(I)和YS(J)来确定Y(I)，I从0到N-1，其中YZ(I)从存储模块104中检索获得。XOR116可以用于根据值WZ(I)和WS(J)来确定W(I)，I从0到N-1，其中WZ(I)从存储模块104中检索获得。
图6示出可用于各个实施例的组成编码器(CE)200。在一个实施例中，CE200将大小为N的输入数据块A、B分成大小为N/2的数据块。在该实施例中，CRCSE202、存储模块204、ZI-SC YS(J)查找模块208、ZI-SC WS(J)查找模块212、XOR214和XOR216处理输入数据A、B的0：N/2-1位。在该实施例中，CRCSE222、存储模块224、ZI-SC YS(J)查找模块228、ZI-SC WS(J)查找模块232、XOR234和XOR236处理输入数据A、B的N/2:N-1位。在一个实施例中，对数据块A[0:N/2-1]、B[0:N/2-1]和A[N/2:N-1]、B[N/2:N-1]的处理可以并行发生。
在一个实施例中，可以将CRCSE202、222的初始状态值设定为0(或在一个实施例中保持为0)。具有设定为0的初始状态值的CRCSE202、222可以处理输入数据块段A、B，以产生奇偶数据块段YZ、WZ。存储模块204、224可以存储奇偶数据块段YZ、WZ。存储模块204、224可以是随机存取存储器(RAM)、磁盘或光盘驱动器、或其它电子存储器设备。SC值确定模块206可以确定SC1和SC2，其中SC1可以供查找模块208和212使用，并且SC2可以供查找模块228和232使用。
在一个实施例中，CRCSE202的最终状态值可以用于确定中间值SF1，并且CRCSE222的最终状态值可以用于确定中间值SF2。辅助(secondary)中间值SFS可以通过状态查找表(表3)来确定，其中该状态查找表通过SF1(行)和Nmod(2Z-1)(Z＝3时为Nmod7)(列)来编索引。在一个实施例中，然后可以将SF设定为等于SFS XOR SF2，接着，可以通过SC查找表(在一个实施例中为表1)来确定供ZI-SC YS和WS查找模块208和212使用的SC1，其中在该SC查找表中，SF是列，并且Nmod(2Z-1)是列(Z＝3时为Nmod7)。在一个实施例中，可以根据中间SCIND和SF1来确定SC2。SCIND可以通过使用SC作为行索引并使用Nmod(2Z-1)(Z＝3时为N mod7)作为列索引来更新的状态查找表(表3)确定。在一个实施例中，可以将SC2设定为等于SCIND XOR SF1。
ZI-SC查找模块208可以基于SC1和J确定YS(J)，并且ZI-SC查找模块212可以基于SC1和J确定WS(J)。ZI-SC查找模块228可以基于SC2和J确定YS(J)，并且ZI-SC查找模块232可以基于SC2和J确定WS(J)。在一个实施例中，XOR214可以用于确定Y(I)(等于YZ(I)XOR YS(J))，其中YZ(I)从存储模块204中检索获得，其中I从0到N/2-1。XOR216可以用于确定W(I)(等于WZ(I)XOR WS(J))，其中WZ(I)从存储模块204中检索获得，其中I从0到N/2-1。在一个实施例中，XOR234可以用于确定Y(I)(等于YZ(I)XOR YS(J))，其中YZ(I)从存储模块224中检索获得，其中I从N/2到N-1。XOR236可以用于确定W(I)(等于WZ(I)XORWS(J))，其中WZ(I)从存储模块224中检索获得，其中I从N/2到N-1。
表3-更新状态
SF1或SC 更新状态
Nmod7[0:6]
0 0000000
1 4673521
2 1467352
3 5214673
4 6735214
5 2146735
6 7352146
7 3521467
利用类似技术，可以将每个输入数据块A、B细分成4个或其它更多个子决，其中将每个子块单独编码成它各自的奇偶校验位Y、W。
之前所描述的任何组件可以用多种方式实现，包括软件实施例。从而，CRCSE102、存储模块104、SC查找模块106、ZI-SC YS查找模块108、ZI-SC WS查找模块112、XOR114、XOR116、CRCSE202、存储模块204、SC确定模块206、ZI-SC YS查找模块208、ZI-SC WS查找模块212、XOR214、XOR216、CRCSE222、存储模块224、ZI-SC YS查找模块228、ZI-SC WS查找模块232、XOR234和XOR236在这里都可以表征为“模块”。
根据CTC编码器100、200的架构需要并且为了适合各个实施例的特定实现，这些模块可以包括硬件电路、单或多处理器电路、存储器电路、软件程序模块和对象、固件以及它们的结合。
除了为输入数据确定奇偶数据之外，各个实施例的装置和系统还可用于其它应用。它们不是要用作对可能利用上述结构的装置和系统的所有元件和特征的完整描述。
可以包括各个实施例的新颖装置和系统的应用包括高速计算机中使用的电子电路、通信和信号处理电路、调制解调器、单或多处理器模块、单个或多个嵌入式处理器、数据转换器和特殊应用模块，包括多层、多芯片模块。这些装置和系统还可以作为子组件包含在各种电子系统中，如电视、蜂窝电话、个人计算机(例如膝上型计算机、桌面型计算机、手持式计算机、平板计算机等)、工作站、无线电设备、视频播放器、音频播放器(如MP3播放器)、车辆、医疗设备(如心脏监测器、血压监测器等)和其它设备。一些实施例可以包括许多方法。
除了所描述的顺序外，可以用另一种顺序执行本文所述的动作。关于这里所标识的方法描述的各种动作可以采用重复、串行或并行方式执行。
可以从基于计算机的系统中的计算机可读介质中启动软件程序，以执行在该软件程序中所定义的功能。可以采用各种编程语言来创建经设计用来实现和执行本文所公开的方法的软件程序。这些程序可以使用诸如Java或C++的面向对象语言以面向对象的格式结构化。或者，这些程序可以使用诸如汇编或C的过程语言以面向过程的格式结构化。这些软件组件可以使用本领域的技术人员所熟知的多种机制通信，如应用程序接口或进程间通信技术，包括远程过程调用。各个实施例的教导不限于任何特定的编程语言或环境。因此，可以实现其它实施例，如以下关于图7的论述。
图7是根据本发明的各个实施例的物品250的框图。这些实施例的实例可以包括计算机、存储器系统、磁盘或光盘、一些其它存储设备、或任何类型的电子设备或系统。该物品250可以包括一个或多个处理器252，其耦合到机器可访问介质，如存储设备254(例如，包括电、光、或电磁元件的存储器)。存储设备254可以包含相关信息256(例如，计算机程序指令、数据或两者)，该信息被访问时会使机器(例如，处理器252)执行之前所描述的动作。存储设备254还可以包含输入数据块、交织输入数据块、编码数据块和奇偶数据块。处理器252可以包括交织器262，用于交织输入数据块。处理器252还可以包括组成编码器模块264，用于根据输入数据块产生奇偶数据块。在一个实施例中，处理器252、交织器262和组成编码器模块可以是独立的元件或模块。
尽管发明概念可以包括在IEEE标准802.xx实现(例如802.11、802.11a、802.11b、802.11e、802.11g、802.16等)的示例上下文中所描述的实施例，但权利要求并不限于此。关于IEEE802.16协议标准的额外信息可以参见IEEE Std802.16，对信息技术的IEEE标准的补充-系统间的电信和信息交换-局域网和城域网-特殊要求第11部分：无线局域网媒体接入控制(MAC)和物理层(PHY)规范-在5GHz波段内的高速物理层(1999年公布，2003年6月12日重申)。关于IEEE802.11b协议标准的额外信息可以参见IEEE Std802.11b，对信息技术的IEEE标准的补充-系统间的电信和信息交换-局域网和城域网-特殊要求-第11部分：无线局域网媒体接入控制(MAC)和物理层(PHY)规范-在2.4GHz波段内的更高速的物理层扩展(在1999年9月16日通过，在2003年6月12日重申)。关于IEEE802.11g协议标准的额外信息可以参见IEEE Std802.11g，用于信息技术的IEEE标准-系统间的电信和信息交换-局域网和城域网-特殊要求第11部分：无线局域网媒体接入控制(MAC)和物理层(PHY)规范修正4：在2.4GHz波段内的进一步更高数据速率扩展(在2003年6月12日通过)。可以将本发明的实施例实现为任何有线或无线系统的部分。实例还可以包括包含多载波无线通信信道(例如，正交频分多路复用(OFDM)、离散多音(DMT)等)的实施例，其可用于例如(无限制)无线个域网(WPAN)、无线局域网(WLAN)、无线城域网(WMAN)、无线广域网(WWAN)、蜂窝网、第3代(3G)网络、第4代(4G)网络、通用移动电话系统(UMTS)和类似的通信系统。
构成本说明书的一部分的附图图示性而非限制性地示出可以实施本主题的特定实施例。对所图示的实施例进行了足够详细的描述，以便使本领域的技术人员能够实施本文所公开的教导。可以由此衍生并利用其它实施例，从而可以在不偏离本发明的范围的前提下作出结构和逻辑的替代和变化。所以，该详细描述不应理解为限制意义，并且各个实施例的范围只能由所附权利要求以及这些权利要求所拥有的均等物的全部范围定义。
如果实际上公开了一个以上发明概念，那么本文可以将发明主题的这些实施例单独或统称为术语“发明”，这只是为了方便起见，而无意将本申请的范围自动限制为任何单个发明或发明概念。因此，尽管本文图示和描述了特定实施例，但是任何可以达到同样目的的装置都可以替代所示的特定实施例。本公开用于覆盖各个实施例的任何和所有改变或变化。本领域的技术人员在浏览了上述描述后将明白上述实施例的结合以及本文没有特别描述的其它实施例。
遵照37C.F.R.§1.72(b)提供了本公开的摘要，该规定要求提供摘要，以便允许读者可以迅速知道技术公开的性质。提交摘要时应了解，它并不是用来解释或限制权利要求的范围或意义。在前述的详细描述中，出于使公开流畅的目的，将各种特征集合在单个实施例中。不应将该公开方法解释为需要比在每个权利要求中所清楚陈述的特征更多的特征。更合适地说，可以在比单个公开实施例中的所有特征更少的特征中找到发明主题。这样，据此将所附权利要求结合于详细描述中，其中每个权利要求各自作为一个独立的实施例。

Claims (17)

1.一种组成编码器模块，包括：
编码器，用于将输入数据块编码成编码数据块，所述编码器具有多个状态值；和
组合器，用于将所述编码数据块与根据所述编码器的状态值变化的数据进行结合，以产生奇偶数据块，
其特征在于，根据所述编码器的状态值变化的数据是通过初始化所述编码器的状态值并为所述编码器提供0数据块产生的。
2.如权利要求1所述的组成编码器模块，其特征在于，所述编码器是循环递归卷积编码器，并且所述状态值与所述编码器的最终状态值相关。
3.如权利要求2所述的组成编码器模块，所述模块还包括查找模块，用于查找根据所述编码器的最终状态变化的数据。
4.如权利要求1所述的组成编码器模块，所述模块还包括存储部件，用于存储所述编码数据块。
5.如权利要求3所述的组成编码器模块，其特征在于，所述编码器具有至少3个延时器。
6.如权利要求1所述的组成编码器模块，其特征在于，所述组合器对所述编码数据块和根据所述编码器的状态值变化的数据进行加法、乘法、或、异或运算之一，以产生奇偶数据块。
7.如权利要求2所述的组成编码器模块，其特征在于，根据所述编码器的状态值变化的数据是通过初始化所述编码器的状态值产生的。
8.如权利要求1所述的组成编码器模块，其特征在于，根据所述编码器的状态值变化的数据具有与编码器延时器的数量相关的周期。
9.一种用于无线通信的系统，包括：
交织器，用于交织输入数据块；
组成编码器模块，包括：
编码器，用于将输入数据块编码成编码数据块，所述编码器具有多个状态值；和
组合器，用于将所述编码数据块与根据所述编码器的状态值变化的数据进行结合，以产生奇偶数据块；以及
存储设备，耦合到所述组成编码器模块，用于存储所述输入数据块和所述编码数据块中的至少一个数据块。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述编码器是循环递归卷积编码器，并且所述状态值与所述编码器的最终状态值相关。
11.如权利要求10所述的系统，所述模块还包括查找模块，用于查找根据所述编码器的最终状态值变化的数据。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述组合器对所述编码数据块和根据所述编码器的状态值变化的数据进行加法、乘法、或、异或运算之一，以产生奇偶数据块。
13.如权利要求10所述的系统，其特征在于，根据所述编码器的状态值变化的数据是通过初始化所述编码器的状态值并为所述编码器提供0数据块产生的。
14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，将所述系统集成到能够根据电气和电子工程师协会IEEE802.11标准族操作的设备或能够根据IEEE 802.16标准族操作的设备中的至少一个设备中。
15.一种用于无线通信的方法，包括：
在组成编码器中的编码器处，将输入数据决编码成编码数据块，所述编码器具有多个状态值；
在组合器处，对所述编码数据块与根据所述编码器的状态值变化的数据进行结合，以产生奇偶数据块，和
在所述编码器处，初始化所述编码器的状态值，并对0数据决编码，以产生根据所述编码器的状态值变化的数据。
16.如权利要求15所述的方法，所述编码器具有多个延时器，所述状态值与在对所述输入数据块编码之后的所述编码器的状态值有关，并且所述方法还包括在查找模块处查找根据在对所述输入数据块进行编码之后的所述编码器的状态值变化的数据。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述结合包括对所述编码数据块和根据所述编码器的状态值变化的数据进行加法、乘法、或、异或运算之一，以产生奇偶数据块。
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