CN1112776C - 在移动通信系统中用于特伯编码器的删截设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在含有特伯编码器的移动通信系统中用于特伯编码器的删截设备，该特伯编码器以给定代码率将输入源数据特伯编码成几个信息帧和尾码元。所述删截设备包括帧发生器，用于通过删截和附加无效码元生成发送帧；和控制器，用于根据代码率对信息帧进行删截，根据码元速率，仅当删截信息帧和尾码元的数目超过位数时，才删截尾码元，另外，通过根据代码率和有关无效码元数的信息读取删截模式来控制帧发生器。

Description

在移动通信系统中用于特伯 编码器的删截设备和方法
                     发明背景
1.发明领域
本发明一般涉及移动通信系统中用于特伯(turbo)编码器的删截(puncturing)设备和方法，尤其涉及使尾码元的删截最小化的删截设备和方法。
2.相关技术描述
在诸如卫星、ISDN(综合业务数字网)、数字蜂窝式、W-CDMA(宽带码分多址)和IMT(国际移动电信)-2000通信系统之类的移动通信系统中，为了在发送具有不同数据速率的数据期间使码元速率相匹配，信道编解码器要对编码数据进行删截。尤其是，IMT-2000系统既可以使用卷积编码器，也可以使用特伯编码器。但是，在每一种情况中，由于交织器通常紧接在编码器之后，并且具有相同的存储码元的存储容量，因此，输出码元的速率应该彼此相同。
一般来说，卷积编码器的输出节点数等于代码率。但是，在特定的特伯编码器中，输出节点数并不等于代码率，因此，应该进行删截以与代码率相匹配。此时，也要根据与用于代码码元的奇偶部分相同的删截模式来删截从特伯编码器输出的尾码元。
在卷积编码器和特伯编码器中，结束所需要的尾码元的数量随代码率而变化。例如，约束长度K＝9的卷积编码器需要(8×(1/代码率))个尾码元，如表1的A列所示，K＝4的特伯编码器需要3×6＝18个尾码元(当使用两个分编码器和分开结束时)，而不管代码率为多少，如表1的B列所示。因此，与卷积编码器相比，特伯编码器除代码率为1/2的情况之外都含有额外码元(或者说，保留码元，如表1的C列所示)。额外码元对应于A列与B列之差值，并且如果此差值为负数，则等于零。当使用特伯编码器时，为了使码元速率相匹配，将无效信息(接收方已知的“0”或“1”)附加到保留码元中以建立一个帧。这里，为了码元速率匹配而附加的无效信息称为无效码元。下列表1的C列显示了无效的码元数。
[表1]
代码率 卷积码的尾码元(A) 特伯码的尾码元(B) 保留码元数(C)
R＝1/2     16(＝8×2)     18(＝3×6)     0位
R＝1/3     24(＝8×3)     18(＝3×6)     6位
R＝1/4     32(＝8×4)     18(＝3×6)     14位
图1显示了普通特伯编码器的概念性方框图。下面结合图1对删截特伯码的工作原理进行描述。
特伯编码器包括第一编码器110、交织器130和第二编码器120，它接收L-位信息帧X。第一编码器110将作为源数据的一个L-位信息帧X编码成一个第一系统性符号L、一个第一L-位奇偶符号Y0、一个第二L-位奇偶符号Y1、用于奇偶符号Y0、Y1的每一个的m个尾码元和用于第一系统性符号X的m个尾码元。用于第一系统性码元L的m个尾码元本身是由编码器的第一编码器结束存储器生成的尾位。当第一编码器接收尾位的最后三个位时生成m个尾码元，从而重新设置第一编码器110中的移位寄存器。此外，无编码地按原样输出信息帧X，并且只有关于信息帧X的m个尾码元是由第一编码器110创建的。交织器130交织输入的一帧数据X并输出交织的源数据X′。第二编码器120将交织的源数据X′编码成第三奇偶码元Y′0、第四奇偶码元Y′1、和用于奇偶码元Y′0、Y′1的每一个的m个尾码元和用于第二系统性码元L′的m个尾码元。用于第二系统性码元L′的m个尾码元本身是由编码器的第二编码器结束存储器生成的尾位。第二编码器可以输出第二系统性码元X′，但所有第二系统性码元X′都在所有代码率上经过删截。因此，这相当于不输出第二系统性码元X′。在本说明书中，我们描述特伯编码器根据输入帧输出几个编码码元帧X、Y0、Y1、Y′0和Y′1，排除交织的信息帧X′，和用于信号X、Y0、Y1、Y′0、Y′1和X′的每一个的m个尾码元。通常，为编码码元帧提供3个尾码元。但是，也有可能按原样输出交织的帧X′，然后在后一级中通过删截将其删除。
这种特伯编码器利用一个输入信息帧在内部创建五个编码器元帧和六组尾码元。在创建发送帧期间五个编码码元帧和六组尾码元应该经受相同的删截模式，以便以事先确定的代码率发送。
对于代码率匹配，提出的IMT-2000系统进行表2所示的选择(反过来说是删截)。
表2
  R＝1/2   R＝1/3     R＝1/4
  X(t)&X(t)(尾位)   t＝m+1   t＝m+1     t＝m+1
  Y0(t)   无   无     t＝m+2
  Y1(t)   或者在t＝m+2   t＝m+2     或者在t＝m+3
  X′(t)(信息帧)   无   无     无
  X′(t)(尾位)   t＝m+3(当选择尾位X′(t)时)   t＝m+4     t＝m+5
  Y′0(t)   无   无     t＝m+4
  Y′1(t)   或者在t＝m+2   t＝m+3     或者在t＝m+3
在表2中，“m”表示给定时间点，m+i(i＝1、2、3、4、5、...)中的“i”表示在时间m上的选择顺序。例如，对于代码率R＝1/2，在时间m，首先选择系统性帧X，对编码信息帧Y0全部进行删截，选择编码码元Y1和Y′1之一，并删截未被选择的那一个(Y1或Y′1)。并且，在选择了用于系统性帧X的尾码元之后，选择用于编码奇偶码元帧Y1和Y′1的尾码元之一并删截未被选择的那一个(Y1或Y′1)，此后，选择用于交织帧X′的尾码元。在按此方式删截之后，进行多路复用以发送该帧。
图2A-2C分别显示对于R＝1/2、1/3和1/4，根据表2的删截方法。在图形中，带阴影的方块表示尾码元，标有“X”的方块表示被删截位。与X′(A)相对应的方块在它们没有被输出时用虚线环绕着。这可以用特伯编码器输出的因子表达如下，其中带下划线的因子表示删截因子(即，未被选择的因子)。
1)对于R＝1/2的情况：
X(0)， Y0(0)，Y1(0)， Y′0(0)，Y′1(0)，X(1)， Y0(1)，Y1(1)，Y′0(1)，Y′1(1)，....，X(L-1)， Y0(L-1)，Y1(L-1)，Y′0(L-1)，Y′1(L-1)，
T1(0)，TP11(0)，TP12(0)，T2(0)， TP21(0)，T22(0)，
T1(1)，TP11(1)，TP12(1)，T2(1)，TP21(1)，T22(1)...
T1(m-1)，TP11(m-1)， TP12(m-1)，T2(m-1)，TP21(m-1)， T22(m-1)
此处，T1是用于系统性码元的尾码元，TP11是用于奇偶Y0的尾奇偶，TP12是用于奇偶Y1的尾奇偶，TP21是用于Y′0的尾奇偶，和TP22是用于Y′1的尾奇偶。
2)对于R＝1/3的情况：
X(0)， Y0(0)，Y1(0)， Y′0(0)，Y′1(0)，X(1)， Y0(1)，Y1(1)， Y′0(1)，Y′1(1)，....，X(L-1)， Y0(L-1)，Y1(L-1)， Y′0(L-1)，Y′1(L-1)，
T1(0)， TP11(0)，TP12(0)，T2(0)， TP21(0)，T22(0)，
T1(m-1)， TP11(m-)，TP12(m-1)，T2(m-1)， TP21(m-1)，T22(m-1)...
RVB(0)，RVB(1)......，RVB(h).
此时，RVB()意味着保留位。
3)对于R＝1/4的情况：
X(0)，Y0(0)，Y1(0)Y′0(0)， Y′1(0)，X(1)，Y0(1)， Y1(1)，Y′0(1)，Y′1(1)，....，X(L-2)，Y0(L-2)， Y1(L-2)，Y′0(L-2)，Y′1(L-2)，
X(L-1)，Y0(L-1)，Y1(L-1)，Y′0(L-1)， Y′1(L-1)，
T1(0)，TP11(0)， TP12(0)，T2(0)，TP21(0)，T22(0)，
T1(1)，TP11(1)，TP12(1)，T2(1)， TP21(1)，T22(1)...
T1(m-1)，TP11(m-1)， TP12(m-1)，T2(m-1)，TP21(m-1)，T22(m-1)，
RVB(0)，RVB(1)......，RVB(h).
表1已经显示了在每种代码率上的保留码元数，表2已经显示了删截方法。如表1和2所示，即使当特伯码的尾码元被删截时，除了R＝1/2的情况之外也生成保留码元。当尾码元被删截时，对于R＝1/3，插入了6个无效码元，如图2B所示，并删截了3个尾码元，对于R＝1/4，插入了14个无效码元，如图2C和表1所示。
如上所述，尽管剩余了保留码元，用于删截编码信息帧的方法仍然相同地应用于尾码元，以便匹配附加的码元速率，以提高解码精度，从而降低了接收器的解码能力。
                       发明概述
因此，本发明的目的之一是提供一种用于特伯编码器的、利用在进行特伯编码的同时生成的保留码元使尾码元的删截最小化或者避免尾码元的删截的删截设备和方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于特伯编码器的、为了使尾码元的删截最小化其选择(删截)规则在编码码元帧时段和尾码元选择时段内是不相同的选择(删截)设备和方法。
为了达到上述目的，在含有特伯编码器的移动通信系统中提供了用于特伯编码器的删截设备，此特伯编码器以给定的代码率将输入源数据特伯编码成几个编码码元帧和尾码元。所述删截设备包括：帧发生器，通过进行删截和附加无效码元来生成发送帧；和控制器，根据代码率在码元帧上进行删截，和根据码元速率，只有当被选码元帧和尾码元的数目超过位数时，才删截尾码元。
                        附图简述
下面结合附图对本发明进行详细描述，本发明的上面和其它目的、特征和优点将更加清楚，在附图中：
图1是显示根据现有技术的普通特伯编码器的方框图；
图2A是显示根据现有技术的一般R＝1/2特伯编码器的删截方法的示意图；
图2B是显示根据现有技术的一般R＝1/3特伯编码器的删截方法的示意图；
图2C是显示根据现有技术的一般R＝1/4特伯编码器的删截方法的示意图；
图3是显示根据本发明实施例的用于特伯编码器的删截设备的方框图；
图4A是显示根据本发明实施例的R＝1/2特伯编码器的删截方法的示意图；
图4B是显示根据本发明实施例的R＝1/3特伯编码器的删截方法的示意图；
图4C是显示根据本发明实施例的R＝1/4特伯编码器的删截方法的示意图；和
图5是显示根据本发明实施例的用于特伯编码器的删截方法的流程图。
                     优选实施例详述
下面结合附图描述本发明的优选实施例。在如下的描述中，对那些众所周知的功能或结构不再作详细描述，否则，它们会以不必要的细节掩盖本发明的特征。
图3显示根据本发明实施例的用于特伯编码器的删截设备的方框图。参照图3，当接收到由图1的特伯编码器部分编码的5个码元帧和6个尾码元部分时，为了代码率匹配和码元速率帧发生器133对接收的编码码元进行删截，以输出特定码元速率的帧。然而，由于总的编码码元数大于根据预定代码率的发送码元数，因此，有必要通过删截一些编码码元以匹配代码率和码元速率。此时，控制根据本发明的帧发生器133，对码元帧进行删截以便使代码率相匹配，和对尾码元进行删截以便使码元速率相匹配。此外，帧发生器133根据码元速率将无效码元附加到保留码元中以生成一帧。存储器137含有有关代码率的删截模式的信息和有关所附加无效码元数的信息。事先可能知道特伯编码器的代码率的控制器135根据有关删截模式和所加无效码元数的信息控制帧发生器133，从而进行删截以便使代码率相匹配，进行删截以便使码元速率相匹配，以及进行无效码元插入。
图4A-4C显示了用于根据本发明实施例的特伯编码器的删截设备的删截方法。更具体地说，图4A显示根据本发明实施例的R＝1/2特伯编码器的删截方法；图4B显示根据本发明实施例的R＝1/3特伯编码器的删截方法；和图4C显示根据本发明实施例的R＝1/4特伯编码器的删截方法。
在图4A中，对与输入信息帧相对应的编码码元帧进行删截以便使代码率相匹配，然后，对尾位从18个编码尾码元中删截掉两个码元，以输出卷积码可以发送的16个尾码元。也就是说，没有了保留码元。但是，在图4B中，对与输入信息帧相对应的编码帧码元进行删截以便使代码率相匹配，然后，因为当用于特伯码的18个尾码元少于卷积码能够发送的24个尾码元，还剩余6个保留码元，因此，不是删截尾码元，而是插入6个无效码元。并且，在图4C中，当与卷积码相比时，特伯码含有14个保留码元。因此，不是删截尾码元，而是插入14个无效码元。也就是说，删截尾码元达到最小化，以提高编码精度。一般来说，在解码时尾码元比奇偶码元更重要。因此，最好重复尾码元，而不是插入无效码元。
这可以利用特伯编码器输出的因子表达如下：
1)对于R＝1/2的情况：
X(0)， Y0(0)，Y1(0)， Y′0(0)，Y′1(0)，X(1)， Y0(1)，Y1(1)Y′0(1)，Y′1(1)，...，X(L-1)， Y0(L-1)，Y1(L-1)，Y′0(L-1)，Y′1(L-1)，
T1(0)，TP11(0)，TP12(0)，T2(0)，TP21(0)，TP22(0)，
T1(1)，TP11(1)，TP12(1)，T2(1)，TP21(1)，T22(1)...
T1(m-1)， TP11(m-1)，TP12(m-1)，T2(m-1)， TP21(m-1)，T22(m-1)
2)对于R＝1/3的情况：
X(0)， Y0(0)，Y1(0)， Y′0(0)，Y′1(0)，X(1)， Y0(1)，Y1(1)， Y′0(1)，Y′1(1)，....，X(L-1)， Y0(L-1)，Y1(L-1)， Y′0(L-1 )，Y′1(L-1)，
T1(0)，TP11(0)，TP12(0)，T2(0)，TP21(0)，T22(0)，...
T1(m-1)，TP11(m-1)，TP12(m-1)，T2(m-1)，TP21(m-1)，T22(m-1)，
RVB(0)，RVB(1)，RVB(2)......，RVB(h).
3)对于R＝1/4的情况：
X(0)，Y0(0)，Y1(0)Y′0(0)， Y′1(0)，X(1)，Y0(1)， Y1(1)，Y′0(1)，Y′1(1)，....，X(L-2)，Y0(L-2)， Y1(L-2)，Y′0(L-2)，Y′1(L-2)，
X(L-1)，Y0(L-1)，Y1(L-1)，Y′0(L-1)， Y′1(L-1)，
T1(0)，TP11(0)，TP12(0)，T2(0)，TP21(0)，T22(0)，
T1(1)，TP11(1)，TP12(1)，T2(1)，TP21(1)，T22(1)...
T1(m-1)，TP11(m-1)，TP12(m-1)，T2(m-1)，TP21(m-1)，T22(m-1)，
RVB(0)，RVB(1)，RVB(2)......，RVB(h).
图5显示了根据本发明实施例的特伯编码器的删截方法的流程图。参照图5，在步骤501，控制器B5检查是否从特伯编码器输入数据。控制器135既可以事先知道特伯编码器的代码率，也可以检测数据的代码率。一旦从特伯编码器接收到数据，在步骤503，控制器135就利用上述方法检测接收数据的代码率。在检测了代码率之后，在步骤504，控制器135读取用于被检测代码率的删截模式。例如，当检测到代码率是1/3时，控制器135读取图4B的删截模式。在读取了删截模式之后，在步骤505，控制器135根据读取的删截模式控制对奇偶码元的删截，并且，倘若有的话，将无效码元插入保留码元之中。例如，当检测到代码率是1/2时，控制器135控制帧发生器133对奇偶码元进行删截以便使代码率相匹配和对尾奇偶码元进行删截以便使码元速率相匹配。对于码元速率匹配，删截掉用于奇偶信号的尾码元中的两个。当代码率是1/4时，控制器135控制帧发生器133删截奇偶码元以便使代码率相匹配。对尾码元不进行删截，而是插入保留位。
如上所述，这种新的删截设备可以根据代码率使尾码元的删截最小化或避免尾码元的删截，从而提高了接收器的解码能力。并且，本发明为最小化或避免尾码元的删截在一帧时段上提供不同的删截模式。
虽然结合本发明的某些优选实施例已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以对其进行形式上和细节上的各种改动，而均不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围之外。

Claims (23)

1.一种在移动通信系统中用于特伯编码器的删截设备，该特伯编码器以给定代码率将输入帧数据编码成编码码元、包括系统性码元帧和奇偶码元帧的几个码元帧和尾码元，所述设备包括：
帧发生器，通过删截编码码元生成发送帧；和
控制器，通过根据代码率控制所述码元帧的删截，和根据码元速率，仅当从码元帧中选取的码元和尾码元的数目超过位数时，才删截尾码元，来控制所述帧发生器。
2.如权利要求1所述的删截设备，其中，当代码率是1/2时，根据代码率，所述帧发生器在所述控制器的控制下，从尾码元、奇偶码元码中删截掉两个码元，所述尾码元对应于编码元帧。
3.如权利要求1所述的删截设备，其中，不删截系统性码元。
4.如权利要求1所述的删截设备，其中，所述控制器还通过根据代码率和有关无效码元数的信息读取删截模式，来控制所述帧发生器。
5.如权利要求1所述的删截设备，其中所述特伯编码器编码由L个串行信息位组成的输入信息帧和生成n个编码的并行码元帧，以输出由nL个编码码元和nM个编码的尾编码码元组成的n(L+M)个编码码元；和
所述帧发生器具有代码率R，如果n(L+M)≥(1/R)(L+M′)，则从nL个编码码元中删截掉(n(L+M))-(1/R)(L+M′)个码元，生成由发送信息码元((1/R)*L)和发送尾编码码元(1/R)*M′组成的发送帧。
6.如权利要求5所述的删截设备，其中，对于代码率R＝1/2，删截掉奇偶信号的尾编码码元中的两个。
7.如权利要求5所述的删截设备，其中，对于代码率R＝1/3，只有码元帧的位才被删截掉，并插入(1/R)*M-nM个无效码元。
8.如权利要求5所述的删截设备，其中，对于代码率R＝1/4，只有码元帧的位才被删截掉，并插入(1/R)*M-nM个无效码元。
9.如权利要求7所述的删截设备，其中，M＝3。
10.如权利要求7所述的删截设备，其中，M′＝8。
11.如权利要求1所述的删截设备，其中所述帧发生器通过删截掉所述码元的至少一个生成发送帧；和
所述控制器控制所述帧发生器，利用第一删截模式删截所述奇偶码元帧，和利用第二删截模式删截所述几组尾编码码元，其中，在第二删截模式中所述删截码元数少于在第一删截模式中所述删截码元数。
12.如权利要求11所述的删截设备，其中，第一删截模式是用于代码率匹配的。
13.如权利要求11所述的删截设备，其中，第二删截模式是用于码元速率匹配的。
14.如权利要求1所述的删截设备，其中所述帧发生器通过代码率匹配和码元速率匹配生成发送帧；和
所述控制器控制所述帧发生器，只删截所述奇偶码元帧以便使代码率相匹配，和根据额外位数重复所述尾编码码元。
15.一种在包含编码器的移动通信系统中的删截方法，该编码器以给定代码率将输入源数据特伯编码成几个码元帧和尾码元，所述方法包括下列步骤：
检测特伯编码器的代码率；
从存储器中读取有关被检测代码率的删截模式的信息和有关待附加的无效码元的数目的信息；和
根据读取的信息进行删截。
16.如权利要求15所述的删截方法，其中，当代码率是1/2时，在删截时间删截掉出自奇偶信号的尾码元的两位和码元帧的码元中的三个。
17.如权利要求15所述的删截方法，其中，当代码率低于1/2时，只有码元帧的位才被删截掉。
18.如权利要求15所述的删截方法，其中所述特伯编码器编码由L个串行信息位组成的输入信息帧，和生成n个编码的并行码元帧，以输出由nL个编码的码元和nM个编码的尾编码码元组成的n(L+M)个编码码元；和
如果编码码元数n(L+M)大于发送码元数(1/R)(L+M′)，则从nL个编码码元中删截掉(n(L+M))-(1/R)(L+M′)个码元，以生成由发送信息码元((1/R)1)和发送尾编码码元(1/R)M′组成的发送帧。
19.如权利要求18所述的删截方法，其中，对于代码率R＝1/2，删截掉奇偶信号的尾编码码元中的两个。
20.如权利要求18所述的删截方法，其中，对于代码率R＝1/3，只有码元帧的位才被删截掉，并插入(1/R)*M-nM个无效码元。
21.如权利要求18所述的删截方法，其中，对于代码率R＝1/4，只有码元帧的位才被删截掉，并插入(1/R)*M-nM个无效码元。
22.如权利要求21所述的删截方法，其中，M＝3。
23.如权利要求21所述的删截方法，其中，M′＝8。
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