CN1277494A - 卫星应用中使用乘积码对信元进行编码的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个通过乘积码对短信元进行编码,从而在卫生传输环境内所需的发送器功率和带宽之间得到良好的折衷的方法。根据本发明,构成乘积码的行码和列码均为以这样的方式选出的二进制线性模块编码,即其中的一个具有纠正一个差错的容量而另一个具有纠正两个差错的容量。

Description

卫星应用中使用乘积码对信元进行编码的方法

本发明涉及对数据进行编码。更具体地，本发明涉及一个允许通过乘积码对数据模块进行编码的方法，其中乘积码使用了特殊系列的行代码和列代码。本发明尤其适用于ATM信元编码。

乘积码是一种对例如无线发送的数据进行编码的已知编码形式。图1和2示出了乘积编码的原理。

这里我们考虑一个由90个要编码的数据位构成的数据模块，其中这些数据位被编号为d1至d90。这些数据位被组织成图1所示的阵列，该阵列包括k1个行和k2个列，其中k1＝9并且k2＝10。乘积码编码包括对k1个行中的各个行使用一个第一模块编码(已知为一个行码)以便得到编号为dli(图2)并且对应于k1个行中的各个行的编码的附加位。例如，数据位dl1，dl2和dl3对应于对数据位d1至d10的编码。在这种情况下，n2＝13表示在使用第一模块编码后的总列数，并且n2-k2＝3表示因使用第一模块编码而产生的附加列的个数。根据所使用的模块编码，产生了k1^*(n2-k2)个附加位。这些位被放在导出其本身的各个位的后面，从而产生一个k1行n2列的阵列。

在这个第一编码操作后，对n2列进行第二种模块编码(标记为列编码)以便产生(n1-k1)^*n2个附加位。这样，在图2中，通过对k2个列进行编码产生了20个附加位dci，并且通过对(n2-k2)个列进行编码又产生了6个附加位dlci。在这种情况下n1的值等于11并且n1-k1＝2。例如，对图1的阵列中的第一列的数据进行编码产生了附加位dc1和dc2。

根据行和列的参数(n1，k1)和(n2，k2)定义一个乘积码。一个乘积码的效率r等于构成该乘积码的行码的效率和列码的效率的乘积。在这种情况下其效率为： $r=\frac{k{1}^{*}k2}{n{1}^{*}n2}$

模块编码的另一个特征是其纠错容量t。纠错容量直接取决于有关模块编码的最小汉明距离d_min。

具体地： $t=\left[\frac{d_{\min }-1}{2}\right]$

其中[x]表示x的整数部分。

在现有技术中，乘积码被专门用于ATM信元编码。对于这种短信元，有必要使用适当的编码；事实表明卷积码或Reed Solomon码不适合对ATM信元进行编码并且只能提供普通的性能。

法国专利申请FR 2 769 776描述了一个对包括一个第一区和一个第二区的数据模块进行编码的方法。该方法包括对定义如下的数据模块使用一个乘积码：

-对数据模块的第一区使用一个第一模块编码；

-对数据模块的第二区使用一个第二模块编码；

-对通过在与前两个码垂直的方向上进行前两次编码操作所得到的数据使用一个第三模块编码。

对于乘积码，通常的惯例是使用一个纠错容量t＝1的行码和一个具有相同纠错容量t＝1的列码。这种惯例的缺点是无论选择什么样的码，所得到的乘积码的效率总是大于0.5。不幸的是，对于卫星通信，为了在发送所需的功率和发送所占的带宽之间得到很好的平衡，期望码效率尽可能接近0.5。

本发明的一个具体目标是设计出能够得到适用于卫星传输的编码速率的行码和列码系列。

更准确地讲，本发明的一个目标是确定出一个纠错乘积码系列和构成该系列的行码和列码系列，使得在应用于短信元时得到接近0.5的乘积码效率。为了选择符合本发明目标的码，有必要满足以下条件： ${\{}_{r=\frac{k{1}^{*}k2}{n{1}^{*}n2}\≈0.5----\left(2\right)}^{k{1}^{*}k2\≥I_{\mathrm{cell}}----\left(1\right)}$

其中I_cell是信元中的位数。

条件(1)表示使用乘积码的数据模块所具有的最小信元长度，其中包括附加位，尤其是那些在本描述中被称作“填充”位，不属于信元但被加到数据模块中以便填充为使用乘积码所需的信息量的位。最好使用参数k1和k2的乘积接近I_cell的乘积码。

条件(2)表明行码的效率与列码的效率的乘积必须接近0.5以便提供适用卫星传输的编码。

最好不发送任何被加入以构成使用乘积码所必须的信息量的填充位。这个方法最终缩短了乘积码。解码器知道需要加入以便对接收的位序列正确解码的非发送序列。在这种情况下由下式确定条件(2)： $r=\frac{I_{\mathrm{cell}}}{n{1}^{*}n2-(k{1}^{*}k2-I_{\mathrm{cell}})}\≈0.5---\left(2\right)$

并且为了精细调整码效率，可以通过对乘积码使用一种“码穿孔”方法来避免发送某些冗余位，省略的数量为n_punct。在这种情况下，由下式确定条件(2) $r=\frac{I_{\mathrm{cell}}}{n{1}^{*}n2-(k{1}^{*}k2-I_{\mathrm{cell}})-n_{\mathrm{punct}}}\≈0.5----\left(2\right)$

通过一个利用乘积码对由位构成的信元进行编码方法可以实际这些和其它目标，假定为了进行编码以阵列的形式表示信元，并且该编码特别包括：

1)对包含信元的阵列的一个维(行或列)使用一个第一二进制线性模块编码；

2)对包含信元的阵列的另一个维(列或行)使用一个第二二进制线性模块编码。

所使用的线性模块编码满足以下原则：其中的一个具有纠正一个差错的容量(t＝1)而其它的编码具有纠正两个差错的容量(t＝2)。

有利的是，二进制线性模块编码对应于长度为n并且维数为k的BCH编码，上述BCH编码属于下面编码系列中的任何一个：(n，k)，(n，k-1)，(n+1，k)，(n-s，k-s)，或(n-s，k-1-s)和(n+1-s，k-s)，其中k，n，s是整数并且s＜k，上述BCH编码定义了上述原则。

本发明的方法最好包括在进行步骤b)之前交叉在步骤a)期间得到的数据。

通过下面以非限制图解方法并且参照附图对一个最优实现所进行的描述可以理解本发明的其它特征和优点，其中：

-图1和2示出了乘积码的原理；

-图3示出了一个本发明的，用于对ATM信元进行编码的乘积码的例子；

-图4示出了本发明的BCH编码系列的效率特征。

结合现有技术对图1和2进行描述。

在本发明的一个具体实现中，用于构成乘积码的行码和列码是(n，k)BCH二进制编码，其(n+1，k)扩展码，(n，k-1)删除码和(n-s，k-s)，(n-s，k-1-s)，(n+1-s，k-s)缩短了这些编码，其中k，n，s是整数并且s＜k。

通过在一个具有奇数最小汉明距离的BCH编码的各个码字中增加一个校验位可以得到扩展码。换言之，其生成多项式g(x)不包含系数(x+1)。通过以g(x)为其生成多项式的BCH编码可以得到删除码，其中g(x)不包含系数(x+1)。通过新的生成多项式(x+1)^*g(x)可以得到删除码。

下面术语BCH编码被用于任何上述变形。

构成本发明的乘积码的一对编码包括纠错容量t＝1的(26，32)扩展BCH编码和纠错容量t＝2的(21，32)扩展BCH编码。在Mac GrawHill出版，Jone G.Proakis著作，标题为“数字通信”一书的第二版第437页中列出了基本的BCH编码及其纠错容量。

图3示出了一个ATM信元(31)，该信元包括424个为了进行编码被排列成21行乘26列的阵列的位，其中t＝2的(32，21)BCH编码被选作行码，而t＝1的(32，26)BCH编码被选作列码。也可以考虑互换行码和列码。把ATM信元排列成阵列的方法是从左到右顺序填充第一行，接着填充第二行，依次类推，直到信元的所有位均被排入阵列。在这种情况下，前16行被完全填充ATM信元的位，第17个信元包含ATM信元的最后8个位。阵列(32)的其它位置可以被填充不需要发送的随机填充位，这样便缩短了乘积码长度。由于简单，前面描述了这种排列方法，但如果假定解码装置可以区分ATM信元的位和任意填充位或穿孔位，并且可以在进行解码后能够正确重构ATM信元，完全可以定义其它的排列方法。

基于(32，26)BCH行码和(32，21)BCH列码的乘积码的效率为： $r=\frac{26^{*}21}{32^{*}32}=0.53$

图4由图4a，4b，4c，4d，4e和4f构成并且示出了构成乘积码的码对的特征。应当成对(4a，4b)，(4c，4d)，(4e，4f)参看这些图例，其中每对示出了具体的行码和列码系列的模拟结果。

在图中，X方向表示行码的缩减值，Y方向表示列码的缩减值。对于行码和列码的各种组合，图4a，4c和4e中的方向Z1给出了编码产生的码位的数量，而图表4b，4d和4f的Z2方向给出了编码的效率。

对于图表对(4a，4b)，通过缩减(32，26)BCH码导出行码和列码，这些编码均具有纠错容量t＝1。在这种情况下涉及的各个编码的效率的伸缩范围大约为0.55至0.65。

对于图表对(4c，4d)，通过缩减(32，21)BCH码导出行码和列码，这些编码均具有纠错容量t＝2。在这种情况下涉及的各个编码的效率的伸缩范围大约为0.30至0.45。

对于图表对(4e，4f)，通过缩减(32，26)BCH码导出行码，这些编码均具有纠错容量t＝1，并且通过缩减(32，21)BCH码导出列码，这些编码均具有纠错容量t＝2。在这种情况下涉及的各个编码的效率的伸缩范围大约为0.45至0.52。

通过各种图表可以发现，与均具有纠错容量t＝1的编码，图表4a和4b，和均具有纠错容量t＝2的编码，图表4c和4d相比，一个编码的纠错容量t＝1而另一个编码的纠错容量t＝2的编码组合，即图表4e和4f，对卫星发送的ATM信元进行编码的条件(1)和(2)得到更好的满足。

Claims (7)

1.一种通过乘积码对信元进行编码的方法，上述信元被含在一个阵列中，该阵列的行和列均表示上述阵列的一个维，该方法包括：

-对上述表格的一个维使用一个第一二进制线性模块编码；

-对上述阵列的另一个维使用一个第二二进制线性模块编码；

通过其纠错容量表示上述二进制线性模块编码；

该方法的特征在于上述二进制线性模块编码中的一个具有纠正一个差错的容量，而上述二进制线性模块编码中的另一个具有纠正二个差错的容量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述二进制线性模块编码是BCH模块编码或其导出编码，其中一个具有纠正一个差错的容量，而另一个具有纠正二个差错的容量。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于被应用于上述信元的上述乘积码具有接近0.5的效率。

4.如权利要求1-3中任何一个所述的方法，其特征在于上述信元被编码成ATM信元。

5.如权利要求1-4中任何一个所述的方法，其特征在于通过一个包含卫星的通信系统发送上述信元。

6.如权利要求1-5中任何一个所述的方法，其特征在于包含上述信元的上述阵列也包含其它填充位。

7.如权利要求1-5中任何一个所述的方法，其特征在于包含上述信元的上述阵列也包含其它穿孔位。

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