CN1263649A - 用于通信系统的信道编码/解码装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种信道编码器/解码器装置,根据业务类型、数据类别和信道状况来改变迭代解码次数。消息信息接收器接收关于待接收消息的信息。控制器根据所接收的消息信息确定解码器的迭代解码次数。解码器根据所确定的迭代解码次数迭代解码所接收的消息。消息信息包括被接收数据的类别,和类别包括所需位差错率(BER)。对于较低的BER迭代解码数增加。类别还包括允许时延,和对于较长的允许时延迭代解码次数增加。另外,消息信息还包括接收数据的业务类型,和当业务类型是运动图像业务时迭代解码次数减少。

Description

用于通信系统的信道编码/解码 装置和方法
概括地说，本发明涉及用于通信系统的信道编码/解码装置和方法，更具体地说，本发明涉及用来进行软判决迭代(iterative)解码的信道编码/解码装置和方法。
涡式(turbo，涡轮式)编码器是典型的支持迭代解码的信道编码器。涡式编码器分为并行涡式编码器和串行涡式编码器。尽管下面对本发明所作的描述是针对并行涡式编码器的，但是也有可能将本发明应用到与迭代解码装置相关联工作的串行涡式编码器中。
涡式编码器将一N位的输入数据帧编码成使用两个简单并行链接(concatenated)码的奇偶性(parity)符号，其中递归(recursive)系统卷积(RSC)码通常用作分量码。
图1和图2分别显示了传统的涡式编码器和解码器，在1995年8月29日授权的美国专利第5446747号中对它们有详尽的公开，这个专利作为参考列在这里。
参考图1，交织器16连接在第一和第二分支(constituent)编码器12和14之间。RSC编码器可以用作第一和第二编码器12和14，在现有技术中这种RSC编码器是公知的。交织器16具有与输入数据的帧长N相同的大小，并改变提供给第二分支编码器14的输入数据位流dk的排列以降低数据位之间的关联。因此，对于输入数据位流dk的输出并行链接码变成xk(即：没有作修正的dk)和Y1k，和Y2k。
图2是显示传统涡式解码器的结构的方块图。涡式解码器包括加法器18、减法器20和22、软判决电路24、延迟器26、28和30、和MAP(MaximumA Postoriori Probability：最大经验几率)解码器32和34。涡式解码器进一步包括与图1所示的交织器16相同的交织器36、去交织器38和40。涡式解码器利用MAP解码算法迭代解码在帧单元中的输入数据；随着迭代解码次数的增加，位差错率(BER)随之降低。一般来说，不仅仅MAP解码器可以用作涡式解码器，而且SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm软输出维特比算法)解码器也能用作涡式解码器，这种SOVA解码器能进行软判决迭代解码。
正如图1中所示的，涡式编码器包括交织器16，它意味着编码和解码应该在帧单元中进行。因此，应该能理解到，图2的涡式解码器中MAP解码器32和34所需要的存储容量以正比于帧长与图1中编码器12和14的状态数的乘积所得的数值而增加。
在用来提供象话音、字符、图象和运动图象业务那样的各种各样业务的通信系统中，数据率的变动范围从几个Kbps(千比特/秒)到几个Mbps(兆比特/秒)，输入到信道编码器的数据帧的长度从几个ms(毫秒)变化到几百个ms。尤其是，使用迭代解码的信道解码器，例如涡式解码器，具有随着迭代解码的次数增加而降低的位差错率(BER)。然而，迭代解码次数的增加不可避免地导致计算量的增加、解码器的功耗的增加和时延的增加。因此，在使用迭代解码的信道解码器中，不管业务类型，迭代解码次数通常固定为一个满足允许的时延的数值。
然而，由于传输信道的条件随着时间而变化，在最坏的信道状况下所需的位差错率不能通过固定的迭代解码次数来达到。在可能较少受传送时延影响的分组(packet)数据业务中，所期望的位差错率可以通过增加迭代解码次数来满足。然而，在只考虑最坏信道状况将迭代解码次数固定在最大值时，计算量会不必要地增加，引起在好的信道状况下解码器功耗的增加。进一步，即使传输延迟时间增加，如有必要，根据用户或被接收数据的类别(class)，也需要增加迭代解码次数。位差错率和时延根据该类别来确定。因此，有必要根据业务类型、类别和信道状况改变迭代解码次数。
因此，本发明的一个目的是提供一种用来根据业务类型和数据类别改变迭代解码次数的信道编码/解码装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种用来根据随着时间而变的信道状况改变迭代解码次数的信道编码/解码装置。
本发明提供了用于通信系统的接收设备。在接收设备中，消息信息接收器接收关于待接收的消息的信息。控制器根据所接收的消息信息确定解码器的迭代解码次数。解码器根据所确定的迭代解码次数迭代解码被接收的消息。
消息信息包括被接收数据的类别，和该类别包括所要求的位差错率(BER)。对于较低的BER要增加迭代解码次数。进一步，其类别还包括允许时延，和对于较长的允许时延要增加迭代解码次数。
另外，消息信息还包括被接收数据的业务类型，当业务类型是运动图象业务时，由于这种业务应该在较短的延迟时间内完成，因此要降低迭代解码次数。
本发明的上述目的、其它目的、特征和优点将从如下结合附图的详细叙述中变得更加明显，其中附图：
图1是显示传统涡式编码器的方块图；
图2是显示传统涡式解码器的方块图；
图3是显示根据本发明的优选实施例的信道发送器的方块图；
图4是显示根据本发明的优选实施例的信道接收器的方块图；
图5是显示根据本发明的另一个优选实施例的另一个信道接收器的方块图；
图6是显示根据本发明的实施例的迭代解码控制器的控制过程的流程图；和
图7是显示作为根据本发明的优选实施例的迭代解码次数的函数的模拟结果的曲线图。
以下将结合附图对本发明的优选实施例进行描述。在如下的描述中，对众所周知的结构或功能将不作详细描述以突出本发明的特点。
在本发明的优选实施例中，涡式编码器用作信道编码器，MAP解码器用于软判决迭代解码。SOVA解码器也可以用于软判决迭代解码。
图3显示了根据本发明的优选实施例的、包括涡式信道编码器的信道发送器。涡式信道编码器对在N位的输入帧单元中接收的用户数据进行涡式编码(turbo encode)并将经编码的用户数据在传输信道上发送。
源数据编码器312压缩并编码从用户数据输入设备311提供的用户数据。信道编码器313编码源数据编码器312的输出。在这个实施例中，涡式编码器用作信道编码器313。信道交织器314交织信道编码器313的输出。调制器315调制(或扩展)交织器314的输出并将经调制的输出在传输信道316上发送。中央处理单元(CPU)300确定业务类型(话音、字符、图象或运动图象业务)和数据类别，并将关于业务类型和数据类别的消息信息提供给消息信息发送器301。数据类别包括所需的位差错率(BER)和允许时延。数据类别和业务类型不但在呼叫建立期间而且在业务中(On Service)期间被预先确定。
在工作过程中，一旦收到来自用户数据输入设备311的用户数据，源数据编码器312编码用户数据并将经编码的数据提供给信道编码器313。用户数据可以是字符、具有几十个Kbps或更高的数据速率的图象或运动图象、以及具有几个Kbps的数据率的话音数据。CPU 300通过消息信息发送器301发送关于业务类型和用户数据类别的消息信息。
尽管以上用通过一个分立的信道将消息信息发送到解码器的实施例描述本发明，但是也有可能在用户数据的发送过程中将消息信息放在发送帧的开头区域或结尾区域来发送消息信息。
图4显示了根据本发明的优选实施例的、包括信道解码器的信道接收器。
参考图4，解调器412解调通过传输信道411接收的输入信号。信道去交织器413去交织解调器412的输出。消息信息接收器401接收从图3的消息信息发送器301中发送的消息信息，并将它提供给CPU 400。CPU 400分析被接收的消息信息并将关于迭代解码的信息提供给迭代解码控制器402。然后，迭代解码控制器402分析CPU 400提供的迭代解码信息以便根据该分析确定迭代解码次数，并根据所确定的迭代解码次数控制软判决解码器414。这里，对于只允许短时延的运动图象业务要减少迭代解码次数，而对于甚至允许更长时延的字符业务要增加迭代解码次数。另外，即使当解码时，如果BER或FER(帧差错率)高于阈值时，迭代解码次数也要增加。软判决解码器414在迭代解码控制器402的控制之下迭代地解码信道去交织器413的输出。MAP或SOVA解码器可以用作软判决解码器414。源数据解码器415解码软判决解码器414的输出并将所解码的输出提供给用户数据输出设备416。
如前所述，消息信息包括业务类型(话音、字符、图象和运动图象业务)和数据类别。数据类别包括所要求的BER和允许时延。这个消息信息被用来确定迭代解码次数。对于较低的BER或较长的允许时延，迭代解码控制器402增加迭代解码次数。
信道解码器414根据迭代解码控制器402提供的迭代解码次数控制信号来迭代解码用户数据。在通过传输信道411接收到帧数据时，解调器412解调所接收的数据并将经解调的数据提供给信道去交织器413。信道去交织器413去交织经解调的数据并将经去交织的数据提供给解码器414。此时，消息信息接收器401通过传输信道接收从图3的消息信息发送器301发送的关于业务类型和数据类别的消息信息并将所接收的消息信息提供给CPU 400。然后，CPU 400分析该消息信息并将关于迭代解码的信息提供给迭代解码控制器402。迭代解码控制器402分析该关于迭代解码的信息以确定迭代解码次数。根据确定结果，在有必要时，迭代解码控制器402改变软判决解码器414的迭代解码次数。软判决解码器414根据从迭代解码控制器402提供的迭代解码次数控制信号来迭代解码信道去交织器413的输出。控制器400根据迭代解码次数的变化控制整个解码过程的定时。软判决解码器414的输出通过源数据解码器415被输入到用户数据输出设备416。
图5显示了根据本发明另一个优选实施例的另一个包括信道解码器的信道接收器。
参考图5，信道接收器并不包括图4中的消息信息发送器401。但是，可以单独地向信道接收器提供来自发送器的关于业务类型和数据类别的消息信息。在信道接收器中，信道状况分析器501根据随时间变化的信道状况来改变软判决解码器514的迭代解码次数。例如，在CDMA(码分多址)通信系统中，当基站与多个移动台交换数据时，基站经广播信道为各移动台提供从各移动台接收的反向信道信号中的干扰电平信号。在移动站中这个干扰电平信号用作信道状况。或者是，移动站可以通过分析从基站发送的导频信号，以测算该信号的信号-干扰比(SIR)来确定信道状况。
解调器512解调通过传输信道511接收的输入信号。信道去交织器513去交织解调器512的输出。信道状况分析器501通过测算信号-干扰比(SIR)来分析信道状况，并将分析结果提供给CPU 500。CPU 500将测得的SIR信息提供给迭代解码控制器502。然后，迭代解码控制器502分析接收到的信息以确定是否有必要改变当前的迭代解码次数并根据确定结果改变软判决解码器514的迭代解码次数。软判决解码器514在迭代解码控制器502的控制下迭代地解码信道去交织器513的输出。MAP或SOVA解码器可以用作软判决解码器514。源数据解码器515解码软判决解码器514的输出并将解码后的输出提供给用户数据输出设备516。
在工作过程中，信道状况分析器501利用从基站发送的干扰电平控制信号和导频信号测算SIR并将测得的SIR提供给CPU 500。CPU 500将关于迭代解码的信息提供给迭代解码控制器502。迭代解码控制器502分析关于迭代解码的信息并确定是否改变软判决解码器514的当前迭代解码次数。例如，当传输信道的状况好于一阈值时，迭代解码控制器502确定减少迭代解码次数。软判决解码器514根据来自迭代解码控制器502的迭代解码次数控制信号来解码信道去交织器513的输出。控制器500根据迭代解码次数的变化控制整个解码过程的定时。软判决解码器514的输出通过源数据解码器515被输入到用户数据输出设备516中。
现在将结合图6对迭代解码控制器402和502的操作进行描述。
在步骤611中，迭代解码控制器402和502分别接收来自CPU 400和500的关于迭代解码的信息。关于迭代解码的信息通过分析关于业务类型、数据类别和当前信道状况的消息信息来确定。在步骤612中，关于迭代解码的信息经分析后用来确定迭代解码次数。在步骤613中通过将所确定的迭代解码次数与一阈值进行比较判断是否有必要改变迭代解码次数。如果判断结果认为没有必要改变迭代解码次数，那么在步骤615中迭代解码控制器402和502分别将第一状态中的迭代解码次数控制信号输出给软判决解码器414和514。否则，当有必要改变迭代解码次数时，在步骤614中当前的迭代解码次数被改变成所确定的迭代解码次数。此后，在步骤615中，第二状态中的相应迭代解码次数控制信号被提供给软判决解码器414和514。
图7是显示作为信道解码器的迭代解码次数的函数的模拟结果的曲线图。正如图7所示的，在四次迭代解码和八次迭代解码之间，位差错率存在很大差异。为了提供比迭代解码次数最初设为4的状态中的数据类别有更高的数据类别的业务，迭代解码次数增加到8。
根据前面的描述，涡式解码器的效率可以通过根据业务类型、数据类别和信道状况改变迭代解码次数而得到提高。
以上对本发明通过一些优选实施例进行了显示和描述，但是熟悉本领域技术人员应该理解，对其中的形式和细节所作的各种变动均不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (28)

1.一种用于通信系统的接收设备，包括：
用来接收关于待接收消息的信息的消息信息接收器；
用来根据所接收的消息信息确定解码器的迭代解码次数的控制器；和
用来根据所确定的迭代解码次数来迭代解码所接收的消息的解码器。
2.如权利要求1所述的接收设备，其中所述消息信息包括所接收数据的类别。
3.如权利要求2所述的接收设备，其中所述类别包括所需的位差错率(BER)。
4.如权利要求3所述的接收设备，其中对于较低的BER所述迭代解码次数增加。
5.如权利要求2所述的接收设备，其中所述类别包括允许时延。
6.如权利要求5所述的接收设备，其中对于较长的时延所述迭代解码次数增加。
7.如权利要求1所述的接收设备，其中所述消息信息包括所接收数据的业务类型。
8.如权利要求7所述的接收设备，其中所述当业务类型是运动图象业务时减少迭代解码次数。
9.如权利要求1所述的接收设备，其中所述解码器是软判决解码器。
10.如权利要求1所述的接收设备，其中所述解码器是MAP(最大经验概率)解码器。
11.如权利要求1所述的接收设备，其中所述解码器是SOVA(软输出维特比算法)解码器。
12.一种用于通信系统的接收设备，包括：
用来分析接收信道的状况的信道状况分析器；
用来根据信道状况分析结果确定解码器的迭代解码次数的控制器；和
用来根据所确定的迭代解码次数迭代地解码所接收的消息的解码器。
13.如权利要求12所述的接收设备，其中对于差的信道状况迭代解码次数增加。
14.如权利要求12所述的接收设备，其中所述解码器是软判决解码器。
15.如权利要求12所述的接收设备，其中所述解码器是MAP解码器。
16.如权利要求12所述的接收设备，其中所述解码器是SOVA解码器。
17.一种用于通信系统的接收方法，包括下列步骤：
接收关于待接收的消息的信息；
根据所接收的消息信息确定解码器的迭代解码次数；和
根据所确定的迭代解码次数迭代地解码所接收的消息。
18.如权利要求17所述的接收方法，其中所述消息信息包括接收数据的类别。
19.如权利要求18所述的接收方法，其中所述对于较低的类别所述迭代解码次数减少。
20.如权利要求18所述的接收方法，其中所述类别包括所需的BER。
21.如权利要求18所述的接收方法，其中对于较高的BER所述迭代解码次数减少。
22.如权利要求18所述的接收方法，其中所述类别包括允许时延。
23.如权利要求22所述的接收方法，其中对于较短的允许时延所述迭代解码次数减少。
24.如权利要求17所述的接收方法，其中所述消息信息包括接收数据的业务类型。
25.如权利要求24所述的接收方法，其中当所述业务类型是运动图象业务时所述迭代解码次数减少。
26.一种用于通信系统的接收方法，包括下列步骤：
分析接收信道的状况；
根据所述信道状况分析确定解码器的迭代解码次数；和
根据所确定的迭代解码次数来迭代解码所接收的消息。
27.如权利要求26所述的接收方法，其中所述信道状况根据接收信号的信号-干扰比(SIR)来确定。
28.如权利要求27所述的接收方法，其中对于差于一阈值的信道状况，所述迭代解码次数减少。
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