CN101390292B - 用于多播消息的阶层编码 - Google Patents

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Abstract

描述了用于使用阶层编码来发送信令信息的技术。采用阶层编码，给各用户的各个消息使用多个互连的编码器来编码以使得(1)给每个用户的消息以适合于该用户的数据率被发送并且(2)对给所有用户的这些消息生成单个多播消息。基站确定各用户所支持的数据率以及用以实现这些数据率的码率。每个数据率是由一个或多个码率决定的。给各用户的信令信息被映射到要以不同数据率发送的数据块。每个数据块随后根据与用于该数据块的数据率相关联的(各)码率被编码。生成给所有用户的最终编码块并传送此最终编码块。每个用户执行互补解码以恢复发送给该用户的消息。

Description

用于多播消息的阶层编码
本申请要求提交于2005年12月5日题为“用于多播控制消息的阶层编码(Hierarchical Coding for Multicast Control Messages)”的临时美国申请S/N.60/742,678、以及提交于2006年2月17日题为“用于多播消息的阶层编码(Hierarchical Coding for Multicast Messages)”的美国申请S/N.60/774,789的优先权，这两篇申请已被转让给了本申请的受让人并通过引用被包括于此。
                            背景
I.领域
本公开一般涉及通信，尤其涉及用于编码和解码数据的技术。
II.背景
多址通信系统可通过共享可用系统资源来支持多用户通信。分配给用户的资源取决于该系统所实现的多址方案。例如，系统可在时间、频率、码空间、和/或发射功率的基础上分配资源。用户可通过向系统发送接入消息并接收所分配的资源的接入准许来与该系统建立链路。该用户然后可经由所建立的链路与该系统通信。
多址系统通常保留一些资源以用于向用户传输信令。信令可以是诸如接入准许等的系统正确运行所需的各种类型的信息。信令通常在信令信道上发送，信令信道也可以被称为开销信道、控制信道、或广播信道。
信令信道通常是作为单播信道或广播信道中的任意一个来发送的。对于单播信令信道，用于各个用户的信令消息是分别编码并随后在这些用户专用的信令信道上发送的。分别编码每个消息导致编码效率较低。对于广播信令信道，给所有用户的消息被一起编码并随后在信令信道上向所有用户发送。将所有消息一起编码提高了编码效率。然而，广播信令信道通常是以使得所有用户——包括具有最差信道状况的用户——均能够可靠地解码出该信令信道的方式来操作的。这可以通过为该广播信令信道使用低码率和/或高发射功率来实现。操作该广播信令信道以满足最差情形的用户常常导致为该信令信道所分配的资源的利用效率低下。
因此本领域需要在多址系统中更加高效率地传送信令消息的技术。
                              概要
在此描述了用于使用阶层编码来高效率地发送信令和/或其它信息的技术。采用阶层编码，给各用户的各个消息可使用多个互连的编码器来编码以使得(1)给每个用户的消息可以适合于该用户的数据率来发送以及(2)可对给所有用户的这些消息生成单个多播消息。阶层编码可用诸如并行架构、串行架构、以及混合架构等各种编码架构来实现。
在一实施例中，发射机(例如，基站)基于例如关于各用户的信道状态信息来确定各用户所支持的数据率。发射机还基于例如并行或串行阶层编码架构来确定能为各用户实现这些数据率的码率。每个数据率是由一个或多个码率来决定的。给各用户的信令信息被映射到输入数据块。每个输入数据块是以不同的数据率发送的并且是根据与该数据率相关联的(各)码率来编码的。在一实施例中，第一输入数据(例如，来自一个块)根据第一码率被编码以生成第一经编码数据。第二输入数据(例如，来自另一个块)和第一经编码数据随后根据第二码率被联合或分别编码以生成第二经编码数据。剩余的输入数据——可能与经编码数据一起——根据一个或多个码率被编码。生成给所有用户的最终经编码数据并将其进一步处理和传送。每个用户执行互补解码以恢复出发送给该用户的消息。
以下将对本发明的各方面和实施例进行更具体的描述。
                          附图简述
本发明的特征和本质将因以下结合附图来阐述的具体描述而变得更加显而易见，在附图中相同附图标记通篇相应地进行标识。
图1示出了无线多址通信系统。
图2示出了基站和终端的框图。
图3A示出了并行架构的阶层编码器。
图3B示出了串行架构的阶层编码器。
图3C示出了混合架构的阶层编码器。
图4示出了阶层编码器内的编码器。
图5示出了顺序阶层编码器。
图6A示出了2级阶层编码器。
图6B示出了迭代阶层编码器。
图7示出了共享信令信道的时频图。
图8示出了用于执行阶层编码的过程。
图9示出了用于执行阶层编码的装置。
图10示出了用于执行阶层解码的过程。
图11示出了用于执行阶层解码的装置。
                         具体描述
措词“示例性”在此被用于表示“用作示例、实例、或例示”。在此描述为“示例性”的任何实施例或设计都无需被解释为优选于或胜过其它实施例或设计。
图1示出了具有多个基站110和多个终端120的无线多址通信系统100。基站是与各终端通信的站。基站也可被称为接入点、B节点、基收发机子系统(BTS)和/或其它某个网络实体，并且可包含它们的某些或所有功能性。每个基站110为一特定地理区域102提供通信覆盖。
终端120通常散布在系统各处，并且每个终端可以是固定或移动的。终端也可以被称为移动站、用户装备、和/或其它某个设备，并且可包含它们的部分或所有功能性。终端可以是无线设备、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、无线调制解调器卡等。在以下描述中，术语“终端”和“用户”被可互换地使用。
对于集中式架构，系统控制器130耦合至各基站110并提供对这些基站的协调和控制。系统控制器130可以是单个网络实体或网络实体的集合。对于分布式架构，基站110可在不使用系统控制器130的情况下根据需要彼此通信。
在此所述的编码技术也可用于诸如码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、正交FDMA(OFDMA)系统、单载波FDMA(SC-FDMA)系统、空分多址(SDMA)系统等各种多址通信系统。OFDMA系统利用正交频分复用(OFDM)。SC-FDMA系统利用单载波频分复用(SC-FDM)。OFDM和SC-FDM将频带(系统总带宽)分割为多个(K个)正交副载波，这些副载波也被称为音调(tone)、槽(bin)等。每个副载波可用数据进行调制。一般而言，调制码元在OFDM情况下是在频域中发送的，而在SC-FDM情况下是在时域中发送的。
图2示出了图1中基站110和终端120的实施例的框图。在基站110处，发射(TX)数据和信令处理器210接收给一个或多个终端的话务数据，根据为每一终端选择的一个或多个分组格式处理(例如，格式化、编码、交织、以及码元映射)给该终端的话务数据，并提供数据码元。处理器210还接收给各终端的信令，如下面描述地处理信令，并提供信令码元。处理器210还生成导频码元。如在此所使用的，数据码元是话务数据的码元，信令码元是信令的码元，导频码元是作为基站和终端都先验已知的数据的导频的码元，并且码元通常是复数值。调制器(MOD)212对数据码元、信令码元、和导频码元执行调制并生成输出码片。调制器212可针对OFDM、SC-FDM、CDMA等执行调制。因此，输出码片可以对应于OFDM码元、SC-FDM码元、和/或扩频数据。发射机(TMTR)214调理(例如，转换到模拟、滤波、放大、以及上变频)输出码片并生成将从天线216发射的前向链路信号。
在终端120处，天线252接收来自基站110以及还可能来自其它基站的前向链路信号并将收到信号提供给接收机(RCVR)254。接收机254处理(例如，调理和数字化)收到信号并提供输入样本。解调器(DEMOD)254对输入样本执行解调并提供作为由基站110发送给终端120的数据和信令码元的估计的码元估计。接收机(RX)数据和信令处理器260处理(例如，码元解映射、解交织、以及解码)码元估计并为终端120提供经解码的数据和信令。
在反向链路上，在终端120处，要被发送给基站110的话务数据和信令由TX数据和信令处理器262处理，由调制器264调制，由发射机266调理，并从天线252被发射。在基站110处，来自终端120和其它终端的反向链路信号由天线216接收，由接收机220调理和数字化，由解调器222解调，并由RX数据和信令处理器224处理以恢复各终端所发送的话务数据和信令。
控制器/处理器230和270分别指导基站110和终端120处各处理单元的操作。存储器232和272分别存储基站110和终端120的程序代码和数据。
基站可向其覆盖区域内的终端或用户发送信令消息。这些信令消息可以为各种目的而发送，诸如资源的分配和/或取消分配、对接收自用户的数据分组的确认(ACK)和/或否定确认(NAK)、功率控制信息等。
每个用户可定位于基站覆盖区域内的任何地方并且对于来自该基站的传输可达到一特定的收到信号质量。收到信号质量可以通过信噪比(SNR)、信号噪声干扰比(SNIR)、每码元能量-总噪声比(Ec/Io)等来量化。基站可以合适的数据率向每个用户发送消息以允许该用户可靠地接收到消息。数据率也可被称为分组格式、传输率、率等。
发送给用户的消息的数据率可被表达为：
               Ri＝Ci·Xi·fsym，             式(1)
其中，Ci是对发送给用户i的消息使用的码率。
Si是对用户i使用的调制方案的谱效率，
fsym是适用于用户i的码元率，以及
Ri是用户i的数据率。
码率Ci决定编码器对给定数目的信息位生成的码位的数目。例如，码率为Ci＝5/8意味着由编码器对每5个信息位生成8个码位。较低的码率产生较多的冗余，对抗不利信道状况更加稳健，但由于对于给定数目的信息位发送了更多的码位所以效率较低。对于较高的码率则相反的情况成立。
谱效率Si指示在每个调制码元中发送的码位的数目。Si是由选择使用的调制方案决定的。例如，Si对于BPSK等于1.0，对于QPSK等于2.0，对于8-PSK等于3.0，对于16-QAM等于4.0，等等。如果对所有用户使用相同调制方案和码元率，则Si和fsym是固定的，并且对应于每个用户的数据率Ri可通过选择恰当的码率Ci来获得。
对应于用户的数据率可以例如基于这些用户可用的信道状态信息来确定。多个用户可具有相同数据率，并且给这些用户的消息可以同一方式来编码。对应于所有用户的唯一性数据率可以如下地按降序来标识和排序：
      R1＞R2＞R2＞...＞RN，                    式(2)
其中，R1是最高数据率，而RN是最低数据率。如上所述，一给定的数据率可适用于多个用户。
给各用户的消息可使用多个互连的编码器来编码以使得(1)给每个用户的消息以实现对应于该用户的数据率的合适总码率来编码以及(2)对于给所有用户的这些消息生成单个经编码消息。该编码可使用诸如并行架构、串行或级联架构、以及混合架构等各种编码架构来执行。编码架构也可被称为编码结构、编码方案等。
图3A示出了并行架构的阶层编码器310的实施例。在该实施例中，要以最高数据率R1发送的消息被提供给编码器320a，要以第二高的数据率R2发送的消息被提供给编码器320b，要以第三高的数据率R3发送的消息被提供给编码器320c，依此类推，并且要以最低数据率RN发送的消息被提供给编码器320n。编码器320b到320n被并行耦合并且将其输出提供给编码器320a。信道交织器370接收来自编码器320a的码位并根据交织方案将这些码位交织或重新排序以提供时间和/或频率分集。码元映射器380根据选择使用的调制方案将经交织的位映射到调制码元。
每个编码器320将其输入消息多路复用，根据为该编码器选择的码率来编码经多路复用的消息，并提供一个或多个经编码的消息。经编码消息也被称为经编码的块、码字、经编码的分组、码位序列等。消息可以是任意大小的。每个编码器320实质上基于被设计成提供良好性能的特定映射将一组输入位映射到一组输出位。每个编码器320可(a)联合地编码所有输入消息并提供一个经编码消息，(b)分别编码每个输入消息并提供相应的经编码消息，或者(c)联合地编码一些输入消息并且分别编码其它输入消息。
编码器320a以被选择用以在码元映射器380所使用的调制方案情况下达到最高数据率R1的码率C1编码其输入消息。编码器320a的码率可被表达为：
             C1＝Q·R1，                 式(3)
其中，Q＝1/(S·fsym)。在式(3)中，Q是由码元映射器380所使用的调制方案的码元率fsym和谱效率S决定的常数。编码器320b以被选择成使得码率C1和C2的组合达到第二高的数据率R2或即C1·C2＝Q·R2的码率C2＝R2/R1编码其输入消息。
一般而言，对于并行架构，将令消息以数据率Ri被发送的编码器320以码率Ci来编码其输入消息，Ci可如下确定：
         Ci＝Ri/R1，i＝2，...，N。            式(4)
码率C1和Ci的组合达到数据率Ri，这可以由下式给出：
         C1·Ci＝Q·Ri，i＝2，...，N。        式(5)
图3B示出了串行架构的阶层编码器330的实施例。在该实施例中，要以最高数据率R1发送的消息被提供给编码器340a，要以第二高的数据率R2发送的消息被提供给编码器340b，要以第三高的数据率R3发送的消息被提供给编码器340c，以此类推，并且要以最低数据率RN发送的消息被提供给编码器340n。编码器340a到340n被串行耦合。除了第一编码器340a外，每个编码器340都将其输出提供给后一编码器。除了最后一个编码器340n外，每个编码器340还接收前一编码器的输出。信道交织器370交织来自编码器340a的码位。码元映射器380根据所选的调制方案将经交织的位映射到调制码元。
每个编码器340将其输入消息多路复用，根据为该编码器选择的码率来编码经多路复用的消息，并提供一个或多个经编码的消息。每个编码器340可联合地编码所有输入消息并提供一个经编码的消息，分别编码每个输入消息并提供相应的经编码消息，或者联合地编码一些输入消息而分别编码其它输入消息。编码器340a以可被确定为C1′＝Q·R1的码率C1′编码其输入消息。编码器340b以被选择成使得码率C1′和C2′的组合达到第二高的数据率R2或即C1′·C2′＝Q·R2的码率C2′＝R2/R1编码其输入消息。图3B中的编码器340a和340b被以与图3A中编码器320a和320b相同的方式相耦合。因此，C1′＝C1且C2′＝C2。编码器340c以被选择成使得码率C1′、C2′和C3′的组合达到第三高的数据率R3或即C1′·C2′·C3′＝Q·R3的码率C3′＝R3/R2编码其输入消息。
一般而言，对于串行架构，要以数据率Ri发送的消息所用的编码器340以码率Ci′来编码其输入消息，Ci可如下确定：
Ci′＝Ri/Ri-1，i＝2，...，N。              式(6)
码率C1′到Ck′的组合达到数据率Ri，这可以由下式给出：
Π j = 1 i C j ′ = Q · R i , i = 2 , . . . , N , 式(7)
其中，“∏”标示连乘运算。
图3C示出了混合架构的阶层编码器350的实施例。在该实施例中，阶层编码器350包括P级编码器360，其中一般P≥2。每级也可被称为层、轮等。除了第一级外，每一级可包括一个或多个编码器360。p＝1，...，P的级p包括Kp个编码器360，其中Kp是级p中编码器的数目且一般Kp≥1。在图3C中，编码器(p，q)标示级p中的第q个编码器，其中p＝1，...，P且q＝1，...，Kp。
在图3C中所示的实施例中，要以最高数据率R1发送的消息被提供给第一级中的编码器360a，要以第二高的数据率R2发送的消息被提供给第二级中的第一编码器360ba，以此类推，并且要以最低数据率RN发送的消息被提供给最后一级P中的最后一个编码器360pk。一般而言，对应于每一数据率的消息可被提供给任何一级中的任何编码器。除了第一级中的编码器360a外，每个编码器360将其输出提供给后级中的编码器，该后级可以在一级或多级之后。除了最后一级中的编码器360pa到360pk外，每个编码器360还接收至少一个前级中的至少一个编码器的输出。信道交织器370交织来自编码器360a的码位。码元映射器380将经交织的位映射到调制码元。
每个编码器360将其输入消息多路复用，根据为该编码器选择的码率来编码经多路复用的消息，并提供一个或多个经编码的消息。每个编码器360可联合地编码所有输入消息并提供一个经编码的消息，分别编码每个输入消息并提供相应的经编码消息，或者联合地编码一些输入消息而分别编码其它输入消息。编码器360a以可被确定为C1＝Q·R1的码率C1编码其输入消息。编码器360ba以被选择成使得码率C1和C2的组合达到第二高的数据率R2或即C1·C2＝Q·R2的码率C2＝R2/R1编码其输入消息。
要以第三高的数据率R3发送的消息可以若干种方式之一来编码。在一个实施例中，这些消息被提供给第二级中的第二编码器(例如，图3C中的编码器360bk，假定K2＝2)，该编码器以码率C3＝R3/R1编码其输入消息。在另一实施例中，这些消息被提供给第三级中的编码器(图3C中未示出)，该编码器以码率C3′＝R3/R2编码其输入消息并将其输出提供给第二级中的编码器360ba。对应于i＝4，...，N的每个剩余数据率Ri的消息可同样地以若干种方式之一来编码。要以数据率Ri发送的消息可被提供给与对以数据率Ri-1发送的消息使用的编码器在同一级中的另一编码器。或者，这些消息可被提供给下一级中的编码器。
一般而言，对应于每个数据率的消息可被提供给任意一级中的任何编码器。对应于每个数据率的消息可以由一级或多级中的一个或多个编码器来编码。
阶层编码器350可实现图3A中的阶层编码器310或图3B中的阶层编码器330。如果P＝2且K2＝N-1，则阶层编码器350包括两级，其中第二级包括N-1个编码器。阶层编码器350此时等价于图3A中的阶层编码器310。如果P＝N且K2＝...＝KP＝1，则阶层编码器350包括N级，其中每一级包括一个编码器。阶层编码器350此时等价于图3B中的阶层编码器330。具有两级以上并且在至少一级中具有多个编码器的混合架构在为不同编码器选取码率时可提供更大的灵活性。
图3A、3B和3C中的编码器320a、340a和360a分别具有相同的码率C1并且可以相同或类似设计来实现。
阶层编码器310、330和350形成了不同的嵌套或阶层编码架构。一般而言，阶层编码架构的特征在于至少有两个编码器是以支持至少两种数据率的方式来耦合的。最简单的阶层编码器可包括两级的两个编码器，如图6A中所示，其中第二级中的编码器将其输出提供给第一级中的编码器。不同的数据率可用不同的编码器组来实现，其中每一组包括至少一个编码器。
式(1)到(7)描述了在去往每个编码器的输入消息是被分别编码时图3A、3B和3C中阶层编码器的数据率和码率。当去往每个编码器的输入消息是被联合编码时，对于各个阶层编码器可适用不同等式。用于联合编码的等式可具有额外的参数，例如关于被联合编码的不同输入消息的相对大小的参数等。
图4示出了编码器400的实施例的框图，该编码器可分别被用于图3A、3B和3C中编码器320、340和360中的每一个。编码器400接收要以数据率Ri发送的消息。编码器400还可接收来自一个或多个前级中的对要以低于Ri的数据率发送的消息使用的一个或多个其他编码器的输出。
在编码器400内，加扰器410接收要以数据率Ri发送的消息并用对应于每个用户的加扰码将给该用户的消息加扰。可应用因用户而异的加扰以隔离不同用户的、在基站处被一起编码且随后在每个接收方用户处被一起解码的内容。如果不需要对用户消息进行隔离，则可以省略加扰。多路复用器412将加扰器410的输出与来自其它编码器的经编码的消息多路复用并提供输入位序列以进行编码。
在图4中所示的实施例中，输入位被用固定的基码来编码，并且得到的码位被以恰当的穿孔码型来穿孔以达到所希望的码率。基编码器420用此固定基码将其输入位编码，该固定基码可以是卷积码、串行级联Turbo码、并行级联Turbo码等。基码可具有固定码率(例如，1/2或1/3的码率)并且可对给定的输入位序列长度生成预定数目的码位。穿孔单元422从基编码器420接收码位、穿孔或删除这些码位中选定的数个、并且提供经穿孔或即未被删除的码位。穿孔是根据基于编码器400的码率选择的穿孔码型来执行的。交织器430接收经穿孔的码位，根据交织方案交织这些位，提供经交织的位作为给下一级的码位或该阶层编码器的输出。交织器430也可被省略，并且交织可由图3A到3C中的信道交织器370来执行。
图4示出了可在阶层编码器中使用的编码器的实施例。在阶层编码器中也可使用其它设计的编码器。在另一实施例中，基编码器420可以是基于诸如Reed-Solomon码、低密度奇偶校验(LDPC)码等块码将输入位块映射到输出位块的块编码器。在其它实施例中，可省略加扰器410，可省略交织器430，可纳入其它处理块，等等。
基站对给不同用户的各个消息执行阶层编码，生成给这些用户的单个多播消息，并向用户传送该多播消息。多播消息是发送给多个用户的消息，且也可被称为广播消息。用户接收该多播消息并执行互补解码以恢复他们各自的消息。对于以最高数据率R1发送且经单个编码器320a、340a或360a编码的消息，该消息可通过执行针对该单个编码器的解码并提取感兴趣的消息来恢复。对于以低于R1的数据率发送且经多个编码器编码的消息，这种经阶层编码的消息可以通过针对原来对该消息使用的每个编码器执行解码并提取感兴趣的消息来恢复。对经阶层编码的消息的解码可以各种方式来执行。
图5示出了对经阶层编码的消息M执行顺序解码的阶层解码器530的实施例的框图。码元解映射器510从图2中的解调器256接收码元估计，对这些码元估计执行码元解映射，并提供例如对数似然比(LLR)等形式的经解映射的码元。信道解交织器520以与信道交织器370所执行的交织互补的方式将经解映射的码元解交织。信道解交织器520提供经解交织的码元作为给阶层解码器530的输入码元。
在图5所示实施例中，阶层解码器530包括对应于消息M所观察到的L个编码级的L个解码级，其中L≥2。每个解码级包括解码器540和选择器542。在第一解码级中，解码器540a以与第一编码器320a、340a或360a所执行的编码互补的方式来解码输入码元并提供经解码的码元。选择器542a选择对应于在第二级中对消息M使用的编码器的输出的经解码码元并丢弃其它码元。例如，如果消息M由图3C中的编码器360ba进行过编码，则选择器542a保留对应于编码器360ba的输出的经解码码元。在每个后续解码级l中，该级的解码器540从前级l-1中的选择器542接收码元并以与由在级l中对消息M使用的编码器执行的编码互补的方式解码这些码元。级l的选择器542随后选择对应于在l+1中对消息M使用的编码器的输出的经解码码元。最后一级L的选择器542提供消息M的经解码数据。
在图5中所示的实施例中，每一级l中的解码器是由在级l中对消息M使用的编码器决定的。每一级l中的选择器以与由级l中的该编码器对输入消息所执行的多路复用互补的方式提取合需码元。
在另一实施例中，经阶层编码的消息M是通过执行迭代解码来恢复的。在迭代解码情况下，解码器的输出被反馈给另一解码器并为其所用以提高经解码码元的可靠性。一般而言，迭代解码可对适用于消息M的所有解码器或其子集执行。为了清晰起见，以下针对简单的2级阶层编码器来描述迭代解码。
图6A示出了由编码器620a和620b组成的2级阶层编码器610。编码器620b接收数据块X并根据码率Cb将该数据块编码并生成经编码的块Y。编码器620a接收经编码的块X和要以更高数据率发送的数据块W。编码器620a根据码率Ca将块W和Y编码，并生成经编码的块Z，它被进一步处理并传送。编码器620a和620b可实现串行级联卷积码或其它某种码。
图6B示出了对应于图6A中的阶层编码器610的阶层解码器630。阶层解码器630接收输入码元，它是来自编码器620a的码位Z的初始估计。输入码元
Figure S2006800451813D00121
可以LLR或其它某种形式给出。
对于第一次迭代，解码器640a根据编码器620a使用的码率Ca将输入码元
Figure S2006800451813D00122
解码并提供经解码的码元
Figure S2006800451813D00123
后者是来自编码器620b的码位Y的初始估计。解码器640b根据编码器620b使用的码率Cb将码元
Figure S2006800451813D00124
解码并提供经解码的码元
Figure S2006800451813D00125
后者是编码器620b的输入位X的初始估计。解码器640b还导出码元它是来自解码器640a的码元
Figure S2006800451813D00127
的估计。单元642计算码元
Figure S2006800451813D00128
与
Figure S2006800451813D00129
之间的差异并将该差异作为外赋信息提供给解码器640a。
对于每一次后续迭代，解码器640a根据码率Ca将输入码元
Figure S2006800451813D001210
和来自单元642的外赋信息解码并提供对来自编码器620b的码位Y的改善的估计。解码器640b根据码率Cb将来自解码器640a的码元
Figure S2006800451813D001211
解码并提供输入位X的改善估计以及来自解码器640a的码元
Figure S2006800451813D001212
的改善估计。单元642计算码元
Figure S2006800451813D001213
与
Figure S2006800451813D001214
之间的差异并向解码器640a提供外赋信息。可执行任意次数的迭代。在完成最后一次迭代之后，解码器640b提供经解码的块，它是所传送的数据块X的最终估计。
在另一实施例中，经阶层编码的消息M是通过执行联合解码来恢复的。对于简单的2级阶层编码器，可针对在第二级中对消息M使用的编码器的所有输入定义第一组码元。可针对第一级中编码器的输入当中除在第二级中对消息M使用的编码器的输出之外的所有输入定义第二组码元。对于图6A中所示的阶层编码器610，第一组码元可对应于X，而第二组码元可对应于W。随后可对该第一和第二组码元执行联合解码以获得X的估计。也可针对两个以上的编码器执行联合解码。
联合解码利用了被联合解码的所有码——例如图6A中的编码器620a和620b所使用的码——的结构。联合解码可以若干方式来执行。在一个实施例中，联合解码是以最大似然(ML)解码来执行的。ML解码检查所有可能已被传送的位组合，并基于诸如输入码元、信道估计等所有可用信息来标识出最有可能已被传送的那个位组合。ML解码是计算密集的，并且对于许多应用而言可能是不敢问津的，对于较大数据块大小尤甚。在另一实施例中，联合解码是通过迭代地解码来执行的，如图6B中所示那样。可以证明，采用恰当的码设计，最优联合解码能够达到同基站与不同用户之间的无线信道的容量相匹配的谱效率——例如在总可用发射功率在这些用户之间均等分布时可达到这样的谱效率。
在此所述的编码技术可用于向各用户发送因用户而异的消息、具有不同覆盖区域的广播消息等。因用户而异的消息可以用于诸如资源的分配和/或取消分配、ACK和/或NAK、功率控制信息等各种类型的信令。这些编码技术还可与各种信令信道结构一起使用。
图7示出了可用于发送用阶层编码生成的多播消息的共享信令信道(SSCH)的实施例的时频图700。在该实施例中，系统具有可用OFDM、SC-FDM、或其它某种调制技术获得的多个副载波。
时频图700示出了两个相继帧710和720里SSCH向副载波的示例性映射。帧710和720可表示频分双工(FDD)系统中的两个相继帧。帧710和720也可表示时分双工(TDD)系统中前向链路的两个相继帧。在这一情形中，反向链路的一个或多个居间帧可位于帧710与720之间(图7中未示出)。帧710和720各自可以是任意持续时长。
SSCH可以各种方式来被指派副载波。在一实施例中，SSCH在一帧的整个持续时长内被指派特定的副载波，并且副载波指派可在帧边界处改变。在图7中所示的实施例中，SSCH在帧710中被指派了三组副载波712a、712b和712c，而在帧720中被指派了三组副载波722a、722b和722c。在另一实施例中，SSCH被指派在一帧期间可改变的副载波。对于所有实施例，指派给SSCH的各副载波可以是静态的，或者可以基于预定模式或伪随机跳频模式来动态选择。每个模式指示在可横跨一个或多个码元周期的每个时间区间中可对SSCH所用的特定副载波。
SSCH可以各种方式来被分配副载波。在一个实施例中，分配给SSCH的副载波的数目是预定且固定的，例如是系统总带宽的某一百分比。在另一实施例中，分配给SSCH的副载波的数目是可变的并且可由系统控制消息来传达。通常，分配给SSCH的副载波的数目即便有任何改变的话也是以慢速率改变的。对于两种实施例，分配给SSCH的副载波的数目可以基于该SSCH上的预计或实际信令负荷来确定。
SSCH可携带基于在此描述的编码技术生成的多播消息。SSCH可在所有被指派的副载波或其子集上发送。
图7示出了可用于发送多播消息的特定信令信道。这些多播消息还可在具有其它结构和/或用例如CDMA等其它无线电技术实现的其它信令信道中发送。
图8示出了用于在发射机处执行阶层编码的过程800的实施例。基于例如关于各用户的信道状态信息等来确定对应于各用户的数据率(块812)。如例如式(4)或(6)中所示地确定用以为各用户实现这些的数据率的码率(块814)。每个数据率是由一个或多个码率决定的。给各用户的信令信息和/或其它信息可被映射到输入数据块，其中每个输入数据块是以不同数据率发送的(块816)。给每个用户的信令信息还可在被映射到输入数据块之前用加扰码进行加扰。
第一输入数据(例如，来自一个块)被根据第一码率进行编码以获得第一经编码数据(块818)。第二输入数据(例如，来自另一块)和第一经编码的数据被根据第二码率进行编码以获得第二经编码数据(块820)。第二输入数据和第一经编码数据可被(a)联合编码以获得一块第二经编码数据或(b)分别编码以获得两块第二经编码数据。第一输入数据可以由第一和第二码率决定的第一数据率来发送。第二输入数据可以由第二码率决定的第二数据率来发送。
剩余的输入数据(若有)——可能与经编码的数据一起——根据一个或多个码率进行编码(块822)。对于图3A所示的并行架构，第三输入数据(例如，来自又一个块)可根据第三码率进行编码以获得第三经编码数据。第三经编码数据随后可与第二输入数据和第一经编码数据被联合编码或分别编码以获得第二经编码数据。对于图3B中所示的串行架构，第三输入数据和第二经编码数据可根据第三码率来编码以获得第三经编码数据。一般而言，对每个输入数据块使用的数据率是由该输入数据块所观察到的所有码率决定的。生成给所有用户的最终经编码数据并将其进一步处理和传送(块824)。
图9示出了用于执行阶层编码的装置900的实施例。装置900包括用于基于例如关于各用户的信道状态信息来确定对应于各用户的数据率的处理器912，用于确定用以实现对应于各用户的数据率的码率的处理器914，用于将给各用户的信令信息映射到要以不同数据率发送的输入数据块的处理器916，用于根据第一码率将第一输入数据编码以获得第一经编码数据的处理器918，用于根据第二码率将第二输入数据和第一经编码数据编码以获得第二经编码数据的处理器920，用于根据一个或多个码率将剩余的输入数据(若有)——可能与经编码的数据一起——编码的处理器922，以及用于处理并传送所生成的给所有用户的最终经编码数据。
在图9中，每个处理器可包括一个或多个处理器。关于每个处理器所描述的功能可以是以上关于图1-8中任意一幅所描述的关于编码的功能的组合。
图10示出了用于在接收机处执行阶层解码的过程1000的实施例。输入数据(例如，对应于多播消息)根据第一码率被解码以获得第一经解码数据(块1012)。第一经解码数据当中对应于以由第一码率决定的数据率发送的信息的那一部分被丢弃(块1014)。第一经解码数据当中的剩余部分根据第二码率被解码以获得第二经解码数据(块1016)。如有需要，可重复额外的一级或多级的这种丢弃和解码(块1018)。从最终经解码数据获得合需的消息(块1020)。该消息是以由从第一经解码数据到最终经解码数据的所有码率决定的数据率发送的。对于图3A中所示的并行架构，以由第一和第二码率决定的数据率发送的合需消息可以从第二经解码数据获得。对于图3B中所示的串行架构，第二经解码数据的一部分可根据第三码率被解码以获得第三经解码数据，并且第三经解码数据的一部分可被进一步解码。也可执行迭代解码或联合解码以恢复合需消息。
图11示出了用于执行阶层解码的装置1100的实施例。装置1100包括用于根据第一码率将输入数据(例如，对应于多播消息)解码以获得第一经解码消息的处理器1112，用于丢弃第一经解码数据当中对应于以由第一码率决定的数据率发送的信息的那一部分的处理器1114，用于根据第二码率将第一经解码数据当中的剩余部分解码以获得第二经解码数据的处理器1116，用于在有需要的情况下重复额外的一级或多级的这种丢弃和解码的处理器1118，以及用于从最终经解码数据获得合需消息的处理器1120。
在图11中，每个处理器可包括一个或多个处理器。关于每个处理器所描述的功能可以是以上关于图1-8中的任意一幅所描述关于解码的功能的组合。
在此所描述的编码技术可提供各种益处。这些技术使得能够用灵活的资源分配和率适应将要送往不同用户的各个消息高效地打包到单个多播消息中。可将给每个用户的消息编码以实现该用户合需的数据率。对于多播消息可实现更高的编码增益，特别是在单个的消息很短的情况下。分配用于多播消息传输的系统资源(例如，带宽)是由所有用户所共享的。由于统计性多路复用增益这可以提高资源利用率，并且还可改善每个用户所观察到的分集。每个用户基于要发送给该用户的数据的量被分配用于该多播消息的资源中的一部分。由于给所有用户的消息的聚合，资源由此可以更精细的粒度被分配给用户。用户间的干扰也可被降低。每个用户可解码该多播消息并提取出要送给该用户的消息。
在此所描述的编码技术可用各种手段实现。例如，这些技术可以硬件、固件、软件、或其组合来实现。对于硬件实现，用于在发射机处执行编码的处理单元(例如，图3A、3B或3C中的阶层编码器310、330或350)可在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子器件、被设计成执行在此所描述的功能的其它电子单元、或其组合内实现。用于在接收机处执行解码的处理单元(例如，图5或6B中的阶层解码器530或630)也可在一个或多个ASIC、DSP、处理器等内实现。各处理单元(例如，处理器)可被耦合至例如固态存储器等的一个或多个可存储数据和/或程序代码的存储器。
对于固件和/或软件实现，编码技术可用导致一个或多个处理器执行在此所描述的功能的代码(例如，过程，函数等)来实现。固件和/软件代码可存储在存储器(例如，图2中的存储器232或272)中并由处理器(例如，处理器230或270)来执行。存储器可在处理器内部或存储器外部实现。
此外，对于软件实现，各功能可作为计算机可读介质上的一条或多条指令或代码在其上被存储或传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，通信介质包括有助于将计算机程序从一个地方传递到另一地方的任意介质。存储介质可以是可由通用或专用计算机访问的任意可用介质，作为示例而非限定，这些计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备，或者是可用来携带或存储指令或数据结构形式且可由通用或专用计算机、或通用或专用处理器访问的合需程序代码手段的任何其它介质。任何连接也正当地被称为计算机可读介质。例如，如果该软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波等无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送的，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波等无线技术就被包括在介质的定义之内。如在此所使用的“碟”或“盘”包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中“碟”通常以磁的方式再现数据，而“盘”用激光以光的方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供所公开的实施例的先前描述旨在使本领域的任何技术人员皆能够制作或使用本发明。对于本领域的技术人员对这些实施例的各种修改将是显而易见的，并且在此所定义的一般性原理可适用于其它实施例而不会背离本发明的精神实质或范围。因此，本发明无意被限于这里所示的实施例，而应根据与在此所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围来授权。

Claims (30)

1.一种用于多播消息的阶层编码的装置，包括：
至少一个处理器，配置成
根据第一码率将第一输入数据编码以获得第一经编码数据，
根据第二码率将第二输入数据和所述第一经编码数据编码以获得第二经编码数据；以及
根据第三码率将第三输入数据和所述第二经编码数据编码以获得第三经编码数据；以及
耦合至所述至少一个处理器的存储器；
其中所述第一输入数据是以由所述第一、第二和第三码率决定的第一数据率发送的，
其中所述第二输入数据是以由所述第二和第三码率决定的第二数据率发送的，并且
其中所述第三输入数据是以由所述第三码率决定的第三数据率发送的。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成
根据所述第二码率将所述第一经编码数据编码以获得第一块第二经编码数据，以及
根据所述第二码率将所述第二输入数据编码以获得第二块第二经编码数据。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成
根据所述第二码率将所述第二输入数据和所述第一经编码数据联合编码以获得一块第二经编码数据。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成
根据第三码率将第三输入数据编码以获得第三经编码数据以及
根据所述第二码率将所述第二输入数据和所述第一及第三经编码数据编码以获得所述第二经编码数据；其中所述第一输入数据是以由所述第一和第二码率决定的第一数据率发送的，其中所述第二输入数据是以由所述第二码率决定的第二数据率发送的，并且其中所述第三输入数据是以由所述第二和第三码率决定的第三数据率发送的。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成
用基码将所述第一输入数据编码以及
用对应于所述第一码率的穿孔码型将所述基码的输出穿孔以获得所述第一经编码数据。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述基码包括卷积码、Turbo码、或块码。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成
将给多个用户的信令信息映射到所述第一和第二输入数据，所述第一和第二输入数据中的每一个包括给所述多个用户中的至少一个的信令信息。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信令信息指示向所述多个用户的资源分配。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成
把给每一用户的所述信令信息用对应于该用户的加扰码来加扰。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成
确定对应于多个用户的多个数据率，以及
确定用以实现所述多个数据率的多个码率，所述多个码率包括所述第一和第二码率。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成
基于关于所述多个用户的信道状态信息确定所述多个数据率，以及
把给每一用户的信令信息基于对应于该用户的数据率映射到多个输入数据块之一，所述多个输入数据块包括所述第一和第二输入数据。
12.一种用于多播消息的阶层编码的方法，包括：
根据第一码率将第一输入数据编码以获得第一经编码数据；
根据第二码率将第二输入数据和所述第一经编码数据编码以获得第二经编码数据；以及
根据第三码率将第三输入数据和所述第二经编码数据编码以获得第三经编码数据；
其中所述第一输入数据是以由所述第一、第二和第三码率决定的第一数据率发送的，
其中所述第二输入数据是以由所述第二和第三码率决定的第二数据率发送的，并且
其中所述第三输入数据是以由所述第三码率决定的第三数据率发送的。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述将第一输入数据编码包括
用基码将所述第一输入数据编码，以及
用对应于所述第一码率的穿孔码型将所述基码的输出穿孔以获得所述第一经编码数据。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：
确定对应于多个用户的多个数据率；以及
确定用以实现所述多个数据率的多个码率，所述多个码率包括所述第一和第二码率。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：
把给多个用户的信令信息映射到所述第一和第二输入数据，所述第一和第二输入数据中的每一个包括给所述多个用户中的至少一个的信令信息。
16.一种用于多播消息的阶层编码的装置，包括：
用于根据第一码率将第一输入数据编码以获得第一经编码数据的装置；
用于根据第二码率将第二输入数据和所述第一经编码数据编码以获得第二经编码数据的装置；以及
用于根据第三码率将第三输入数据和所述第二经编码数据编码以获得第三经编码数据的装置；
其中所述第一输入数据是以由所述第一、第二和第三码率决定的第一数据率发送的，
其中所述第二输入数据是以由所述第二和第三码率决定的第二数据率发送的，并且
其中所述第三输入数据是以由所述第三码率决定的第三数据率发送的。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述用于将第一输入数据编码的装置包括
用于用基码将所述第一输入数据编码的装置，以及
用于用对应于所述第一码率的穿孔码型将所述基码的输出穿孔以获得所述第一经编码数据的装置。
18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括：
用于确定对应于多个用户的多个数据率的装置；以及
用于确定用以实现所述多个数据率的多个码率的装置，所述多个码率包括所述第一和第二码率。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括：
用于把给多个用户的信令信息映射到所述第一和第二输入数据的装置，所述第一和第二输入数据中的每一个包括给所述多个用户中的至少一个的信令信息。
20.一种用于多播消息的阶层解码的装置，包括：
至少一个处理器，配置成
根据第一码率将输入数据解码以获得第一经解码数据，
根据第二码率将所述第一经解码数据的一部分解码以获得第二经解码数据；
根据第三码率将所述第二经解码数据的一部分解码以获得第三经解码数据，
从所述第三经解码数据获得以由所述第一、第二和第三码率决定的数据率发送的消息；以及
从所述第二经解码数据获得以由所述第一和第二码率决定的数据率发送的消息；以及
耦合至所述至少一个处理器的存储器。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成
丢弃所述第一经解码数据当中对应于以由所述第一码率决定的数据率发送的信息的片段，以及
提供所述第一经解码数据当中未被丢弃的片段作为所述第一经解码数据当中所述要被解码的部分。
22.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第一经解码数据包括多个经解码的块，并且其中所述至少一个处理器被配置成
根据所述第二码率将所述多个经解码的块之一解码以获得所述第二经解码数据。
23.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第一经解码数据包括一个经解码的块，并且其中所述至少一个处理器被配置成
根据所述第二码率将所述经解码的块的一部分解码以获得所述第二经解码数据。
24.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成
根据卷积码、Turbo码、或块码将所述输入数据解码。
25.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成
多轮迭代地针对所述第一和第二码率将所述输入数据迭代解码。
26.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理器被配置成
针对所述第一和第二码率将所述输入数据联合解码。
27.一种用于多播消息的阶层解码的方法，包括：
根据第一码率将输入数据解码以获得第一经解码数据；以及
根据第二码率将所述第一经解码数据的一部分解码以获得第二经解码数据；
所述方法还包括根据第三码率将所述第二经解码数据的一部分解码以获得第三经解码数据，
从所述第三经解码数据获得以由所述第一、第二和第三码率决定的数据率发送的消息；以及
从所述第二经解码数据获得以由所述第一和第二码率决定的数据率发送的消息。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，还包括：
丢弃所述第一经解码数据当中对应于以由所述第一码率决定的数据率发送的信息的片段；以及
提供所述第一经解码数据当中未被丢弃的片段作为所述第一经解码数据当中所述要被解码的部分。
29.一种用于多播消息的阶层解码的装置，包括：
用于根据第一码率将输入数据解码以获得第一经解码数据的装置；以及
用于根据第二码率将所述第一经解码数据的一部分解码以获得第二经解码数据的装置；
所述装置还包括用于根据第三码率将所述第二经解码数据的一部分解码以获得第三经解码数据的装置，
用于从所述第三经解码数据获得以由所述第一、第二和第三码率决定的数据率发送的消息的装置；以及
用于从所述第二经解码数据获得以由所述第一和第二码率决定的数据率发送的消息的装置。
30.如权利要求29所述的装置，其特征在于，还包括：
用于丢弃所述第一经解码数据当中对应于以由所述第一码率决定的数据率发送的信息的片段的装置；以及
用于提供所述第一经解码数据当中未被丢弃的片段作为所述第一经解码数据当中所述要被解码的部分的装置。
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