CN1184768C - 编码调制方案中的非均匀错误保护 - Google Patents

Abstract

编码调制方案中的一个重要因素是对组分代码的选择，它对总的比特误差率性能有显著影响，并决定解码复杂度。此外描述了使用乘积码的方法和设备，它可以改善编码调制方案中所选信息类的性能，而不影响解码复杂性或其它信息类的性能。

Description

编码调制方案中的非均匀错误保护

本发明有关用于通信系统中的编码调制方案，更具体地，有关编码调制方案中乘积码和其它链接码的使用。

编码调制，例如多级编码或分组编码调制(BCM)，可被用来提高一个通信系统的信息率(频谱效率)，而不降低功率效率。信息率的这一提高在这样一个通信系统中是很有用的，在该系统中，语音信号在被发射之前，被数字化并压缩。较高的压缩率能节省带宽，但复现质量会受通信信道中不利条件的影响。利用编码调制提高的信息率允许使用较少的压缩，从而可以提高复现质量。一个更大的信息率，即，一个更大的信息容量，也使一个通信系统能容纳更多的用户。

对多级编码方案，例如BCM，的描述，见于H.Imai等人的，“A NewMulti-Level Coding Method Using Error Correcting Codes”，发表在 IEEE Transactions on Information Theroy Vol.IT-23，pp.371-377(May 1977)；S.Sayegh的“A Class of Optimum Block Codesin Signal Space”，发表在 IEEE Transactions on Communications Vol.com-34，pp.1043-45(Oct.1986)；A.R.Calderbank，“Multi-LevelCodes and Multistage Decoding”， IEEE Transactions on Communications vol.COM-37，pp.222-229(Mar.1989)；G.Karam等人的，“Block-Coded Modulation Using Reed-Muller Component Codeswith Multistage Decoding”，发表在 European Transactions on Communications vol.4，pp.267-275(May 1993)，和T.Wo erz etal.，“Decoding of M-PSK Multi-level codes”，European Transactionon communication vol.4，pp.299-308(May，1993)。

最近，有关BCM对瑞利衰减信道的适用性的出版物包括N.Seshadri等人的，“Multi-Level Coded Modulations for Fading Channels”，发表在 Proceedings of the Fifth Tirennia International workshop on Digital Communications(E.Biglieri et al.eds)pp.341-352(1992)；N，Seshadri等人的，“Coded Modulation with TimeDiversity，Unequal Error Protection and Low Delay for theRayleigh Fading Channel”，发表在 Proceedings of First Universal Conference on Portable and Mobile Communications pp.283-287(Sept.1992)；和N.seshadri等人的“Multi-Level Block CodedModulations with unequal Error Protection for the RayleighFading Channel”，发表在 European Transactions on CommunicationVol.4，pp.325-334(May 1993)。对于组合调制和编码来说，多级BCM是一个很有吸引力的方案，特别是对于瑞利衰减环境，其中，交错深度是决定比特误差率(BER)性能的决定性因素。

图1a中示出了一个发射机，它使用BCM和8点移相键控(8-psk)调制，其中，一个语音或其它信息源11生成一个代表语音或其它信息的模拟信号。连续的模拟语音信号由一个数字化转换器12，例如一个模数转换器，转换为一个数字数据流，例如二进制位，数字化数据由数字化转换器传送给一个语音编码器13。

语音编码器13将来自数字化转换器12的数字数据转换为多个编码数字数据单元流i₀，i₁，i₂…，每个流都代表信息信号中相应的一个信息子集。在这个8-psk的例子中，有三个这样的流i₀，i₁，i₂，但可以理解，可以使用不同于8-psk的一个M元调制，例如16-psk或16元正交调幅(QAM)，并可使用不同于三个流的编码数字数据元。至少有一个编码数据元的流比其它流代表的信息重要。

流i₀，i₁，i₂被作为输入信号提供给BCM编码器14，它包括多个并行连接的分组编码器15和一个比特-符号映象器16。输入流按各自的分组码C₀，C₁，C₂编码，生成相应的代码字输出流，其中包括相应的编码比特流b₀，b₁，b₂。代码c被称为部件代码，具有相应的速率k_i/N，i＝0，1，2，…，其中N是分组长度k_i是在N代码符号的每个块中被编码的输入符号的个数。这个方案提供了一个总的信息率：R＝(k₀+k₁+k₂)/(N)信息位/编码符号。例如，使代码C₀作为最强代码，后面是代码C₁，然后是代码C₂。以这种组织方式，比特流i₀将代表最重要的信息类，被称为类0；比特流i₁将代表次重要类，被称为类1；且比特流i₂将代表最小重要类，被称为类2。

映象器16按照一个预定方案，利用分组编码器15生成的每个连续的三元编码位{b₂，b₁，b₀}，挑选八个8-psk符号的一个相应构象。在该例中，b₂是最高有效位(MSB)，b₀是低有效位(LSB)。一个常规的比特-符号映象器(它可以是一个对照表或一个逻辑单元的组合)，使用自然二进制映象或Gray编码映象。以这种方式，由三个分组编码器15生成的三个N位分组代码字，被转换为一个调制代码字，包含N个调制符号。

比特-符号映象器16生成一个通常为复数值(I+jQ)的调制符号流，它是调制符号的序数，预先在时间上分割连续符号。交错有助于将噪声以及物理通信信道中的其它损害的作用分散到调制符号中，以使一个代码字的所有符号都受影响的可能性最小，并能利用多级分组代码的内建时间分集。

符号交错器17还将交错符号划分为同相(I)和正交(Q)部分，它们经滤波器18进行脉冲整形，然后，滤波后的部分经D/A转换器19由数字量转换为模拟量形式。模拟信号又由滤波器20作进一步的频谱整形，滤波器输出信号被送给一个I，Q调制器21，它将一个载波信号与这些信号进行正交调制。随后，调制载波信号由一个合适的放大器22放大，且放大后的载波信号经一个天线23发射出去。

对接收机收到调制载波信号作类似的处理以对其解码，并恢复被发送的信息信号。如图1b中的例子，由天线25收集的调制载波信号经一个合适的带通滤波器26进行挑选，并经一个合适的放大器27放大。然后，由一个向下变频器28将放大信号进行频率变换，向下变频器通常是一个均衡混频器和合适的振荡器，放大信号要么被直接变换为基带频率，要么如图所示被变换为中间频率(IF)，然后，IF信号经一个IF向下变频器29转换为基带频率信号。在这两种情况下，基带信号都包括I′和Q′部分，它们经A/D转换器30由模拟形式转换为数字形式。数字化的I′和Q′部分被送给一个采样定时选择器31，其输出是一个复数值的8-psk调制符号流，该符号流被送给一个去交错器32。

去交错器32将符号交错器17执行的混合颠倒过来，并生成一个调制符号流，该符号流等同于比特-符号映象器16生成的流。由去交错器32生成的去交错符号被送给一个BCM解码器33，它将去交错符号转换为并行数据符号流i₀，i₁，i₂。然后，数据符号流被送给语音解码器34，它将语音编码器13执行的编码过程颠倒过来，并生成一个语音信号。

如以上所述，BCM编码器14将分组代码符号的三元组{b₂，b₁，b₀}作为8-psk符号的地址，该符号被存储在内存中由该地址所定义的位置。该三元组和调制符号间的关系被称为一个“映象”，通常使用的是自然顺序二进制映象或Gray代码映象。图2举例说明了一个BCM编码器14，其中C₀是一个(4，1)重复码，c₁和c₂是(4，3)单奇偶校验码，图3举例说明了三元组与8-psk符号的自然二进制映象。在图2所示的编码器中，代码c₀，c₁，c₂的分组长度N为4，这样，使用分组代码符号的四个三元组{111}，{100}，{110}和{101}来挑选组成BCM代码字{s₁s₂ s₃ s₄}的四个8-psk符号。在这个自然二进制映象的例子中，比特-符号映象器16使用下列规则将代码位三元组转换为8-psk调制符号：

调制符号号＝4b2+2b+b0

其中，八个8-psk调制符号(由复平面中的“x”标记)，是从正实轴开始逆时针连续标记的，如图3所示。

分组编码调制方案的一个主要特点是，每个比特类都由一个不同的代码编码，这样，可以很容易地获得非均匀错误保护，非均匀错误保护对于语音数据来说特别有用，在语音数据中，所有位在感觉上不是同等重要的。优化一个编码调制方案以获得一个期望的BER性能的步骤包括挑选分量代码并挑选能获得期望性能指标的合适的比特-符号映象方案。常常希望能够提高一个指定的比特类的BER性能，而不必明显地增加解码复杂度，或影响其它比特类的BER性能。

设计一个编码调制方案时应重点考虑的是如何挑选分量代码，它对总BER性能有显著影响，并决定了解码复杂度。按本发明，一个乘积码可以提高编码调制方案中一个选定的信息类的BER性能，而不影响解码复杂度或其它信息类的BER性能。进一步，在一个乘积码的内码和外码的解码器之间传送软信息是很有利的。

按照本发明的一个方面，一个编码调制方法包括这样的步骤：根据相应的代码，对多组数据比特流的每一个进行编码，从而生成相应的编码比特流，并根据相应的编码位组，挑选调制符号。至少一个数据比特流是按照乘积码编码的，且至少一个其它的数据比特流是按照至少一个其它代码编码的。用于挑选调制符号的每组编码位都包括来自所有编码比特流的编码位。乘积码和其它代码可以是有预定分组长度的分组代码。

另外，编码步骤可以包括这样的步骤：根据一个外码对数据比特流编码，从而生成一个外码比特流，并根据一个内码对外码比特流进行编码，从而生成乘积代码比特流。内码可以有预定的分组长度。本方法还包括对外码比特进行交错的步骤，其中，交错外码位是按照内码编码的。调制符号可以是相移键控符号。

按本发明的另一方面，一个编码调制器包括一个编码设备，用来按照相应的代码对多组数据比特流的每一个进行编码，并生成相应的编码比特流，并包括一个选择设备，用来根据相应的编码位组选择调制符号。至少一个数据比特流是按照一个乘积码编码的，余下的数据比特流是按照至少一个其它代码编码的。每一组都包括来自所有的编码比特流的编码位。

乘积码的内码和其它代码或代码组可以是有预定分组长度的分组码。编码装置可以包括一个用来根据一个外码编码一个数据比特流的装置，该装置生成一个外码比特流，并包括一个根据内码对外码比特流编码的装置，该装置生成乘积码比特流。内码可以有预定的分组长度。编码设备还可以包括一个对外码比特进行交错的设备，从而生成交错的外码比特，可根据内码对该交错的外码比特编码。挑选设备可以包含一个存储器，它有多个由相应的地址标记的存储单元。每个调制符号都可被存储在相应的一个存储单元中，选择设备可以检索出存储在由编码比特组标记的存储单元中的调制符号。

在本发明的另一方面，一个通信设备包括一个生成多个数据比特流的设备，该比特流包括第一数据比特流和其它数据比特流；并包括一个编码设备，用来根据一个乘积码对第一数据比特流编码，并生成一个乘积码比特流；还包括至少一个编码设备，用来按照至少一个其它代码对其它数据比特流编码，并生成至少一个其它代码比特流；还包括一个选择设备，用来根据相应的乘积代码位和其它代码位组，选择调制符号。每一组都包括至少一个乘积代码位和至少一个其它代码位。

该通信设备还包括一个将所选调制符号进行交错的设备；还包括一个发射设备，用于将由已交错选定调制符号调制的载波信号发射出去；还包括一个设备，用于接收由已交错选定调制符号调制的载波信号，并用于恢复交错选定调制符号。该通信设备还包括一个用来将交错选定调制符号去交错的设备；及一个用来对去交错选定调制符号解码，从而恢复多个数据比特流的设备。

乘积编码设备可以包括一个根据外码对数据比特流编码，从而生成一个外码比特流的装置，及一个根据内码对外码比特流编码，从而生成乘积码比特流的装置。外码，内码，及至少一个其它代码可以是分组代码。乘积编码设备还包括一个用来交错外码位的装置。

此外，用于对调制符号去交错的设备可以包括一个有一组地址的存储器。交错调制符号可被存储在相应的存储单元中，且解码装置可以根据一个Viterbi算法对存储在存储器中的调制符号解码。调制符号可被存储在存储器中，这样，由内码生成的所有编码位都存储在相应的行中，且解码设备，在对存储在每行中的编码位解码时，生成软信息，在对由外码生成的编码位解码时，使用该软信息。

此外，解码设备可以使用一个迭代解码过程，其中，通过对存储在每行中的编码位解码，生成软信息，该软信息用在对由外码生成的编码位解码的过程中，且这个由外码生成的解码位又被用于对存储在每行中的编码位解码。

在本发明的另一方面，还提供有一种装置，用于对分别代表编码位的调制符号流解码，其中，编码位是由相应的代码生成的，且其中，相应的代码中至少有一个是一个乘积代码，包括至少一个内码和至少一个外码。该装置包括一个存储器，该存储器有一组由各个地址标记的存储单元；还包括一个用于在各个存储单元中存储调制符号的设备；并包括一个用来按照一个Viterbi算法将存储在存储器中的调制符号解码的设备。调制符号存储在存储器中，这样，由至少一个内码生成的所有编码位都存储在各行中，且解码设备在对存储在每行中的编码位解码时，生成软信息，该软信息用在对外码生成的编码位进行解码的过程中。

解码设备可以使用一个迭代解码过程，其中，在对存储在每行中的编码位解码时生成软信息，该软信息用在对由至少一个外码生成的编码位解码的过程中，且由至少一个外码生成解码代码位又被用于对存储在每行中的编码位解码。

此外，由至少一个外码生成的编码位可被存储在存储器的不相邻行中。

结合附图，通过以下具体描述，可以理解本发明的特征和优点：

图1a，1b举例说明了一个包括一个BCM编码器的发射机和一个包括一个BCM解码器的接收机，

图2举例说明了一个BCM编码器，

图3举例说明了一个用于图2的BCM编码器的自然二进制映象方案；

图4举例说明了一个乘积码，包含一组嵌套码；

图5a举例说明了一个使用一个乘积码的BCM编码器，该乘积码由一个外码和一个内码构成，

图5b举例说明了一个具有一个交错器的BCM编码器，交错器布置在外码编码器和内码编码器之间；

图6a举例说明了信号衰减和一个发射符号流；

图6b举例说明了一个交错发射符号流；

图7举例说明了一个交错器；

图8举例说明了按本发明的一个BCM方案的解码格构；

图9举例说明了交错器及使用乘积码时的比特分隔。

在一个举例的通信系统中，例如图1a，1b所示的通信系统，一个模拟语音信号可以利用一个标准的八位脉冲码调制(PCM)，以64千位/秒(kbps)的速率被数字化。然后，一个语音编码器按照一个语音编码算法，将数字化语音信号压缩，随后，包含在编码数字语音信号中的位，根据其在复现模拟语音信号时的重要性，被划分为类。较重要的比特类应保持较小的失真或误差，失真或误差是在这些位通过一个通信信道传输时引起的。例如，通过一个元线电信道发送的信息会受到发射机噪声，环境噪声，来自其它信道用户的干扰，信号强度波动(衰减)，接收机噪声等的影响。图1a，1b，2和3举例说明了一个基于8-psk调制的BCM方案，有三个分组代码c₀，c₁和c₂，分别用于对比特类0，类1和类2编码。

以下描述假设语音编码器有三个比特类，对应于比特的感官意义，并由相应的BCM方案保护，且下列描述讨论的8-psk。尽管如此，对本技术有一般常识的人士也能认识到，本发明并不局限于这个所举的例子。本发明通常适用于M元调制方案，例如M-元PSK，对于这种方案，M调制符号的地址可由M元组{b_M-1 b_M-2…b₁ b₀}标记。本发明也适用于不同于分组编码方案的编码方案，并适用于不同的语音编码器，这些编码器的类可以不是了。

按本发明，通过使用以下所述的乘积码或链接码，可以提高信息的一个选定类，例如类0，的BER性能。一个乘积码或链接码包含一组嵌套码。如图4所示，输出是由嵌套代码1，代码2，…，代码N的乘积形成的。如以下将详细介绍的，代码c₀和c₁可以很方便地被用作嵌套码。在图2所示的BCM方案中，代码c₀是一个(4，1)重复码(速率＝1/4)，这样，每个输入位被重复4次；代码c₁和c₂是一个(4，3)单奇偶校验代码(速率＝3/4)，这样，三个输入位和一个奇偶校验位的组合是输出位，且奇偶校验位被选为使各个组中四个位的模2和为零。

作为本发明的一个例子，图1a和2中所示的BCM编码器14被作了一些修改，这样，(4，1)重复码c₀被一个乘积码c₀代替，乘积码c₀是由，例如，(4，1)重复码和(4，3)单奇偶校验码的乘积形成的。在这样一个系统中，乘积码c₀的速率是嵌套码的速率的乘积，即，速率＝1/4*3/4＝3/16。在该例中，两个嵌套码通常可以由一个外码C₀ ^(O)和一个内码C₀ ^(I)定义，且外码是(4，3)单奇偶校验代码，内码是(4，1)重复码。象以前一样，C₁代码是(4，3)单奇偶校验码(速率＝3/4)，C代码是(4，3)单奇偶校验码(速率＝3/4)。不过，可以理解，许多其它的代码也可被用作嵌套码。

利用一个乘积码来对0类信息流i₀编码有几种优点。首先，增加了代码c₀的有效分组长度(在本例中，增加到了16)，而不必增加BCM代码字的长度，这样，0类比特被更强地保护起来。这一优点的获得不会影响到就代码c₁和c₂来说的系统解码复杂度。另外，由于BCM代码字的长度没有改变，所以，用一个有限规模交错器可以获得的交错深度没有改变。使用一个乘积码可能带来的一个缺点是：选定比特类的信息率被降低了。依靠指定的应用和内码与外码的特定选择，选定类的BER性能的提高将校正信息率的降低。

图5a示出了一个按照本发明的改进的编码器14′，它对一个选定的信息类使用一个乘积码。按图5a，首先，0类信息i₀由一个外码编码器15-1编码，它生成一个外码比特流i_0′，送入一个内码编码器15-2。内码编码器15-2生成的乘积码比特流b₀，与按照代码c₁和c₂，对1类和2类信息流编码的相应的编码器所生成的代码比特流b₁，b₂一起，被送给比特-符号映象器16(如图1a所示)。比特-符号映象器16将这些代码比特流用作地址，以便从存储器中相应的存储单元中检索出复数值8-psk符号。由比特-符号映象器检索出的调制符号被送给符号交错器17(如图1a所示)，用于按上面结合图1a所述的方式作进一步的处理。

图5b中示出了图5a的一种替换组织方式，它示出了一个附加交错器17-1，放在外码编码器15-1和内码编码器15-2之间，用于对外码比特重排。如以下将详细介绍的，这种安排是有利的，因为它有助于避免外码利益的丢失。

如以上所述，一个无线电信道会经历衰减，这将使接收信号电平降低，如果降低程度足够大，则在有接收机噪声和干扰出现时，解码将非常困难，由于信噪比降低，故障概率增大。图6a举例说明了信号幅度电平的衰减及由该衰减信号传输的发射符号s₁，s₂，s₃，…流的一个相应部分。如例中所示，一个衰减将影响大量连续的符号，如果没有交错的话，这将是一个或多个发射代码字的符号的一个连续部分(在图6a中示出了三个BCM代码字，每一个都包含四个符号S)。如果一个代码字中有太多符号在接收时信噪比很差，则该代码字将无法被正确地解码。

交错使得符号流重排，这样，组成一个给定代码字的符号被分地足够开，从而，它们很难受同一衰减的影响。换句话说，构成一个代码字的符号经受不同的射频传播条件，从而使该代码字更容易被正确地解码。在图6b中描述了这一例子，该图与图6a相对应。交错的结果是，衰减影响到的符号s₅，s₉，s₁₃，s₁₇来自不同的BCM代码字。

一个简单形式的交错可以用一个存储单元阵列来实现。一个矩形交错器包含Nr行和Nc列存储单元，每个单元存储一个调制符号S，如以上所述，该符号通常是复数值的。如图7所述，符号流s₁，s₂，s₃…，s₁₀₀是以行方向写入交错器并以列方向读出交错器的。列数Nc通常被选为是调制代码字的分组长度(在该例中为四)。行数Nr的选择要保证一个代码字的两个连续符号分开得足够远，以最小化衰减的影响。这样，构成代码字1的四个符号s₁，s₂，s₃，s₄形成数组的第一行；构成代码字2的四个符号s₅，s₆，s₇，s₈形成数组的第二行；等等。以列方向读出使符号顺序得以重排，生成交错符号流s₁，s₅，s₉，…，s₉₇，s₂，s₆，s₁₀，…，s₁₀₀。可以指出的是，在输出流中，连续的输入符号由25个符号周期分开(Nr＝25)。可以理解，Nr，Nc数可以改变，这是由所选编码调制方案和所期望的交错深度决定的。

为了提高使用乘积码所带来的BER性能的改善，解码器33(图1b)所执行的解码过程应充分利用乘积码的优点，这是通过使用软信息对外码解码来做到的，该软信息是在对内码解码时导出的。以下详细介绍了一个有利的解码过程，其中，内码保护存储阵列中每行内的位，外码保护沿每列分布的位(跨跃许多行)。在存储在一个交错器的每行中的符号(如图7所示)被解码(使用以下将详细描述的Applicant’strellis解码过程)时，完成内码的解码。

格构解码过程将由接收机中的一个设备执行，该设备在接收机中的位置等同于图1b所示的BCM解码器33的位置。应理解的是，该设备可被实现为一个专用集成电路(ASIC)中的硬连线逻辑电路，或被实现为集成数字信号处理器。当然，应该理解，一个ASIC可以包括硬连线逻辑电路，该电路最适于执行一个所需的功能，当速度或其它性能参数比可编程数字信号处理器的通用性更重要时，通常选择这种安排。

图8示出了一个格构，它是适用于一个BCM方案的解码过程的一个完整的图形表示，该BCM方案使用三个成员代码c₀(信息率1/4，重复码)c₁(信息率3/4，单奇偶校验代码)，和c₂(信息率3/4，单奇偶校验码)，这些代码的位被映射到八个8-psk符号的构象上。此外，待定的映象并不重要，一个有利的映象见于在＿＿＿＿，1997申请，名为“Improved Bits-to-Symbol Mappings for Coded Modulations”(Attorney Docket No.027545-073)的美国专利申请NO.081＿＿＿＿，在此引入以供参考。每个可能的BCM代码都对应于格构中的一个相应的路径。

在该例中，每个BCM分量代码都有一个分组长度四，为每个BCM代码字生成四个编码位三元组(为四个8-psk符号定址)，每个BCM代码字都代表7个信息位。每个BCM代码字代表的信息位数决定了可能出现在该BCM代码中的BCM代码字的数量。在该例中，由于每个信息位只能取两个值中的一个(0和1)，可能的BCM代码字的数量为2₇＝128。这128个可能的BCM代码字中的每一个都由图8中的格构的一个相应路径表示。

可以看到，格构中的每个路径，例如路径ABCDO，都包含一组分支，例如AB，BC，CD和DO。每个分支都由相应的三元组{b₂，b₁，b₀}的十进制值标记，该值可由三个分量代码编码器在每个信号区间生成。例如，分支AB，BC，CD和DO分别被标记为值0，0，0和0。这样，在该例中，跨径ABCDO代表由全0组成的BCM代码字。作为另一个例子，路径AXPZO代表由全7组成的BCM代码字。

最好利用一个已知的Viterbi算法对这样一个BCM代码字解码，该算法也被模型化为格构。按Viterbi算法，格构的每个分支都代表一个符号，且为每个分支分配了一个量度，它对应于该分支所代表的符号是实际发射符号的似然性。一种这样的量度是接收信号和该信号的一个估计值间的平方Euclidean距离，这时，假设对应于该分支的符号是实际发射的符号。在格构中的每个节点处分支合并，且在每个节点处，被分配了最小值量度的分支被挑选出来，用于更新一个节点量度，或路径量度。通过格构重复这一过程。最终选出有最佳路径量度的路径。由所选路径代表的符号所代表的信息位被作为解码位。

以下描述了由一个改进解码器33′所实施的过程，用于对使用一个乘积码形成的BCM代码字解码。

如图5a中所示的例子中，一个(4，1)重复码是内码，一个(4，3)单奇偶校验码是外码。发射机中的符号交错器17(如图1a)被构造为一个有4列，68行的存储单元阵列，构成每个BCM代码字的四个调制符号按行写入交错器17并按列读出。这样，一个BCM代码字中的连续符号被分隔68个符号周期，这提供了衰减环境中的保护。

接收机包括一个去交错器32，用于还原发射机中的图像。去交错器32也被构造为有4列68行的存储单元阵列。采样定时选择器31生成的接收符号按行写入去交错器32，这样，每一行都存储一个由连续符号构成的BCM代码字，影响这些连续符号的射频传播条件在时间上被68个符号周期分开。

存储在去交错器32中的每行符号都由一个改进解码器33′利用以上所述的Viterbi算法解码。由于内码是一个重复码，它在整个分组长度(格构)上生成同样的位，所以只有去交错器阵列的每个解码行的末尾的两个路径量度需被保留。这两个路径量度是在对外码解码时所用的软信息。以下将描述对按乘积码编码的流b₀的解码。

位b₀受乘积码的保护，乘积码由内码和外码组成，如图5a所示。在这种安排方式下，内码的代码字存储在去交错器存储器的行中，而外码的代码字沿列存储(即，跨跃多个行)，如图9中的代码字901。对由该示例乘积码生成的代码字的解码是由对第1行解码开始的，最后，位b₀有两个可能值：b₀＝0或b₀＝1。如果最佳路径，即，有最佳路径量度的路径处于图8所示格构的下半部分，则解码出的值为1，如果最佳路径处于格构的上半部分，则解码出的值为0。这可由图9确定。

尽管如此，借助于二级编码。外码，可以改进对该位的确定。于是，在对每行解码的最后，来自每半个格构的最佳路径量度被用于代表比特值为1或0的概率。这些概率分别被记为P_1j和P_0j，其中j代表被解码的行号码(在这种情况下为行1)。这些概率值被存储为软信息，然后，接着执行对行2，3和4的解码。

对一个乘积码代码字的这一处理的结果是概率值P₁₁，P₁₂，P₁₃，P₁₄和P₀₁，P₀₂，P₀₃，P₀₄，然后，将其按以下规则之一进行组合以得出解码代码字C_d：

规则1：

$C_d{=}_i^{\min }\{\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{block}}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{0\mathrm{ik}}+C_{\mathrm{ijk}}(P_{1\mathrm{jk}}-P_{0\mathrm{jk}})\}$

规则2：

$C_d{=}_i^{\max }\left\{\underset{k=1}{\overset{N_{\mathrm{block}}}{\mathrm{\Σ}}}(1-2C_{\mathrm{ijk}})(P_{1\mathrm{jk}}-P_{0\mathrm{jk}})\right\}$

这里，C_ijk是外码 $C_i=\{C_{\mathrm{ijk}}{C}_{\mathrm{ij}2}\·\·\·C_{\mathrm{ij}{N}_{\mathrm{block}}}\}$ 的第i个代码字的第j_k行中的比特值(0或1)，且N_block是外码的分组长度。规则1和2可利用一个常规对数似然函数导出。

以上所示规则1和2示出了怎样使用软信息确定对外码的代码字(为外码的代码字的每一位)。这样，规则1和2可适用于所有情况：

该方法可总结如下：通过内码(B(M))代码字的解码过程，可以生成与外码的每一位相关的软信息(量度)。然后，该软信息可被用于对外码代码字解码。然后，利用外码代码字的解码位，可以对内码代码字的剩余位解码。

在该例中，N_block＝4，(4，3)单奇偶校验代码有八个可能的代码字，它们是代码符号四元组{0000}，{0011}，{0101}，{0110}，{1001}，{1010}，{1100}和{1111}。按规则1或2选出最优代码字，且由BCM解码器生成其各个位，作为相应的数据位i₀这样，对内码和外码的比特流b₀的解码过程结束。

与使用一个单一代码C₀相比，以这种方式使用一个乘积码可以为流b₀提供一个显著的性能增益。不过，使外码的代码位位于相邻位置(沿交错器和去交错器阵列)会引起问题。一个衰减极有可能消去外码的所有代码位，从而使外码无效。这可从图9中看出来，其中，外码位按列分布，但连续的外码位，例如外码位901，位于连续的行中。

于是，如图5b所示，最好将一个附加的交错器17-1放在外码编码器15-1和内码编码器15-2之间，以分隔外码的位。不必改变交错器17和去交错器32的大小，就可以作到这一点。附加的交错器17-1沿列搅乱外码位，其结果是，一个衰减很少有机会影响一个外码代码字的所有位，从而很容易利用其它的正确位校正孤立的误差。组成第二代码字903的比特集举例说明了在一个引入附加交错器17-1的实例中，怎样重构一个外码代码字。实际上，如果在外码和内码间没有交错器，则来自外码代码字的位处于连续的行(j，j+1，j+2，…j+N_block-1)中，如外码代码字901所示。如果有一个交错器，则来自外码代码字的位处于行(j₁，j₂，j_N-block)中，其中，j_k行是不连续的，如外码代码字903所示。在后一种情况中，外码的每个代码字的特定j_k是由附加交错器17-1确定的，不能由任何一般的应用公式确定。

包含附加交错器17-1的实例的解码过程与以上所述大体相同，只有一点除外，即，按照规则1或2对来自适当的行的路径量度P_0j和P_1j进行组合，以便对各位解码。

附加交错器17-1得出了能产生外码代码字903的方法，该交错器是一个十七行四列的矩形交错器，它将外码的连续位分开十七个符号周期。如以上所述，内码位是由一个有68行4列的分组交错器17交错的。

按本发明的另一面，使用以上所述乘积码，可以改善对每个符号中的剩余位的解码。这是因为，一旦乘积编码位已被解码，则由于知道了其各个组成位，所以在对其它代码生成的剩余编码位解码时，可以作出更好的决定。例如，返回来参照图9，其中已描述了对代码字0的解码：首先，对第1到第4行生成软信息；然后，0，b₀′，b₀ ⁵，b₀ ⁹和b₀ ¹³的软信息被用于执行外码解码。不过，一旦它们已被解码，则可以更好地了解这些特定位的值。于是，根据本发明的这一方面，返回来再次对第1和第4行解码，这一次，利用对b₀位应该是什么值的认识。以这种方式，b₁和b₂位的解码可以获得对b₀位施加外码编码和交错所带来的好处。

按照本发明，一个乘积码被用于改善编码调制方案中一个比特类的性能，而不增加解码复杂度，或降低其它比特类的BER性能。乘积码的解码过程使用了在乘积码的内码和外码解码器间传送的软信息。使用乘积码能提供比特类的显著的性能增益，其代价是，信息率有边缘降低。

对本技术有一般常识的人士可以认识到，在不脱离其本质的前提下，本发明可以其它的特定形式实现。所以，上述实例只是一个例子，并非限制形式。本发明范围由以下权利要求定义，而不是由前面的描述定义的，在权利要求的含义和等价范围内的所有变化都被认为是包含在本发明中的。

Claims (15)

1.一种编码调制方法，包括以下步骤：

根据一个相应的代码，对多个数据比特流中的每一个编码，从而生成相应的编码比特流，其中，一个数据比特流是这样根据乘积码编码的，即根据外码对数据比特流进行编码，从而产生外码比特流，根据内码对外码比特流进行编码从而产生乘积码比特流，且至少一个其它的数据比特流是根据至少一个其它代码编码的；

根据各组编码位选择调制符号，其中，每一组都包含来自所有编码比特流的编码位，其中，乘积码的内码和至少一个其它代码是分组代码，且分组代码具有一个同样的预定分组长度。

2.如权利要求1的方法，还包括将外码比特交错的步骤，其中，交错的外码位根据内码编码从而生成乘积码位。

3.如权利要求1的方法，其中调制符号是相移键控符号。

4.一个编码调制器，包括：

编码装置，用于根据一个相应的代码，对每个多元数据比特流编码，并生成相应的编码比特流，其中，至少一个数据比特流是按乘积码编码的，且剩余的数据比特流是按照至少一个其它代码编码的；和

选择装置，根据相应的编码位组，选择调制符号，其中，每一组都包含来自所有编码比特流的编码位，其中，乘积码的一个内码和至少一个其它代码是分组代码，且分组代码有同样的预定分组长度。

5.如权利要求4的编码调制器，其中，编码装置包含用于根据外码对数据比特流编码从而生成外码比特流的装置，和用于根据内码对外码比特流编码从而生成乘积码比特流的装置，且内码有预定的分组长度。

6.权利要求5的编码调制器，其中，编码装置还包括对外码比特进行交错从而生成交错的外码位的装置，且根据内码对交错外码位编码。

7.如权利要求4的编码调制器，其中，选择装置包括一个存储器，它具有许多由相应的地址标记的存储单元，每个调制符号都被存储在相应的一个存储单元中，且选择装置对存储在存储单元中由编码位组标识的调制符号进行检索。

8.一种通信设备，包括：

生成多个数据比特流的装置，多个数据比特流包括一个第一数据比特流和其它数据比特流；

第一装置，用于根据乘积码对第一数据比特流编码并生成乘积码比特流；

至少一个第二装置，用于根据至少一个其它代码对其它数据比特流编码，并生成至少一个其它代码比特流；

选择装置，用于根据各个乘积码位和其它代码位组来选择调制符号，其中，每组都包含至少一个乘积码位和至少一个其它代码位，其中，乘积码的内码和至少一个其它代码是分组代码，且分组代码具有同样的预定分组长度；

对所选调制符号进行交错的装置；

发射装置，用于将由交错选定调制符号调制的载波信号发射出去；

接收装置，接收由交错选定调制符号调制的载波信号并恢复交错选定调制符号；

用于对交错选定调制符号去交错的装置；

解码装置，对去交错选定调制符号解码，从而恢复多元数据比特流；

其中，去交错装置包含一个存储器，它具有一组由相应的地址定义的存储单元，交错选定调制符号存储在各个存储单元中，解码装置按照viterbi算法对存储在存储器中的调制符号解码；和

其中，调制符号被存储在存储器中，这样，由内码生成的所有编码位都被存储在各行中，且解码装置在对存储在每行中的编码位解码时，都生成代表整个分组编码调制代码字的软信息，该软信息被用于对由外码生成的编码位解码。

9.如权利要求8的通信设备，其中，第一装置包括外装置，用于根据外码对数据比特流编码从而生成外码比特流，并包括内装置，用于根据内码对外码比特流编码以生成乘积码比特流。

10.如权利要求9的通信设备，其中，外码，内码，和至少一个其它代码是分组码。

11.如权利要求9的通信设备，其中，第一装置还包括用来将由外装置生成的外码比特进行交错的装置，并包括内装置，用于对交错外码比特编码。

12.如权利要求8的通信设备，其中，解码装置使用一个迭代解码过程，其中，通过对存储在每行中的编码位解码，生成软信息，该软信息被用于对由外码生成的编码位解码，且由外码生成的解码位又被用于对存储在每行中的编码位解码。

13.一个装置，用于对分别代表编码位的调制符号流解码，其中，由相应的代码生成编码位，且至少有一个相应的代码是乘积码，该乘积码包含至少一个内码和至少一个外码，每一个这种内码都是一个分组码，且其余的相应代码都是分组码，其中，所有的分组码都有同样的预定分组长度，该装置包括：

一个存储器，具有一组由相应的地址定义的存储单元，其中，调制符号被存储在相应的存储单元中；和

解码装置，按照一个Viterbi算法对存储在存储器中的调制符号解码；

其中，调制符号被存储在存储器中，这样，由该至少一个内码生成的所有编码位都存储在相应的行中；且解码装置在对存储在每行中的编码位解码时，生成代表一个完整的分组编码的调制码字的软信息，该软信息被用于对由外码生成的编码位解码。

14.如权利要求13的设备，其中，解码装置使用一个迭代解码过程，其中，通过对存储在每行中的编码位解码，生成软信息，该软信息被用于对由至少一个外码生成的编码位解码，且由该至少一个外码生成的解码代码位又被用于对存储在每行中的编码位解码。

15.如权利要求13的装置，其中，由该至少一个外码生成的编码位被存储在存储器的不相邻行中。

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