CN1289481A - 用于降低穿孔卷积码的误码率(ber)的预编码技术 - Google Patents

Abstract

一种用于在信道上发送/接收一个信息信号的误差控制编码系统包括由相应的多个预编码器矩阵定义的多个预编码器,一个施加一个由具有第一卷积码率的发生器矩阵定义的卷积码给该预编码的信息信号的编码器;一个包括由相应的多个穿孔矩阵定义的多个穿孔系统以产生一个在信道上传输的穿孔的信息信号的穿孔块,其中该选择预编码器矩阵被调谐到该选择穿孔矩阵以降低在发送的穿孔信息信号中的误码率,一个将一个穿孔矩阵的逆矩阵施加于该信号以产生一个去穿孔信息信号的逆穿孔块,一个将去穿孔的信息信号映射入一个最大编码序列估计中的解码器;一个将发生器矩阵的逆矩阵施加给最大编码序列估计并产生去编码的信息信号的去编码器,和一个将选择预编码器矩阵的逆矩阵施加给去编码的信息信号以产生一个发送的信息信号的逆预编码器。

Description

用于降低穿孔卷积码的误码率(BER)的预编码技术

发明领域

本发明涉及一种穿孔卷积码系统(punctured convolutionalcoding system)，和更具体地，涉及对穿孔卷积码系统进行预编码以降低该系统的误码率性能的技术。

发明背景

卷积码通常被用作误差控制码，用以试验和保护在传输过程中附加有噪声，干扰等的数据。该卷积码系统的基本前提是发送比描述该信息所需更多的比特，其中冗余或额外的比特用于防止噪声和/或干扰对数据的污染。性能通过误差的概率来测量，并都用下面公式所确定的误码率(BER)来表示：

可接受的BEL水平是随着所被传输信息的类型而变化的。例如，在一个无线信道上输出信息的语音编码器可以经受3％的BER，而在另一端的听者仍可以很容易地理解所传输的语音。

误差校正卷积码系统的设计一般包括具有与所要传输的数据的保护条件相一致，并适应于所希望的平均或最差信道条件的某一速率和校正能力的固定卷积码。这种固定卷积码通常被称为母卷积码，或简单称为母码，并通常由一个编码器施加于数据。卷积码速率通常由公式k/n来定义，其中k为解码器在一个时刻所接收的输入比特数，而n为解码器在一个时刻产生的输出比特数，其中k＞n。从而，l比特的输入块导致1n/k比特的输出块，而无任何一般性的实际损失，其中1假设为k的倍数。

在系统的接收端，一个卷积解码器接收所发射的信息信号并常规地计算出哪一种码字最有可能发生。在传统的解码器中，在传统的编码系统中常常采用维特比解码器。一个去编码器(与编码器相反)有效地对导致发送的信息信号的所接收信号进行去编码。发送的信息信号将具有一个与之有关的误码率(BER)，优选地，等于或低于可接受的水平。

然而，在许多情形中，因为将要发送的数据可能具有不同的误差保护需求，所以希望在编码率中存在更多的灵活性。例如，可以希望使用对于将要发送的不同类型的信息具有不同的编码率，诸如，但是不限于，语音，控制信息，数据传输等。

对于实际目的，还可以希望使用一个编码器和一个解码器，它们都可以在不改变它们基本结构的前提下被改造。通常，解码器的复杂性是主要考虑的问题，这是因为通常是解码器占据在编码系统的接收机端的最大存储空间。在编码率中的灵活性和解码器的简单性都可以通过如穿孔公知的技术来实现。

穿孔通过不发送某个代码比特，或，更为公知的，通过穿孔代码来实现该穿孔过程。穿孔过程导致实际发射的代码比特数目的降低，并导致编码率高于初始的母码率。例如，假定在系统中使用1/2比率的母卷积码，由于正在发送的信息类型，希望发送使用3/4比率的卷积码的信息。然而，为了维持解码率的简单性，希望使用由于1/2比率卷积码的解码器，这是因为这种解码器在设计上更简单并且比一个用于3/4比率代码的解码器在操作上较不复杂。更低的复杂性转变为较小的电流和/或存储器要求。通过将1/2卷积码穿孔为一个有效的3/4卷积码，可以满足这两个要求。

在上面的例子中，将要发送的信息被输入到将1/2的母码率施加于信息信号的编码器中。如果将要发送的信息包括100比特，则编码器将输出作为编码信号的200比特。该编码信号然后被传统地穿孔以获得一个具有3/4的有效卷积码率的穿孔信号。在此例子中，穿孔过程将200比特的编码信号减少为在信道上传输的133比特的穿孔信号以获得一个3/4(100/133=3/4)的有效卷积码率。穿孔过程是现有技术中公知的，并且因此，不需要再详细描述一个用于将200比特编码信号降低到133比特穿孔信号的穿孔技术。

在接收机端，一个1/2卷积码率的解码器可以被用于通过传统地切断解码器的一些分接头或传统地跳过解码过程中的一些步骤来来解密133比特(3/4比率)。使用1/2比率的卷积码率解码器并切断一些分接头比使用对3/4卷积码率特殊设计的解码器更加简单。从而，获得与3/4的卷积码率相当的传输质量，同时维持在解码器中的简单性。

一般地具有1/2或1/3的低卷积码率的母码一般在ASIC或DSP中有效地实现。然而，在一个给定系统中，至少2-3附加码比率是可以期望用于诸如语音，控制，数据传输等的各种信息，例如，2/3,5/6等等。对于在解码端的简单性，希望由相同的母码穿孔这些附加比率。

具有传统击穿过程的问题是在比率=A的有效穿孔卷积码并不是与在相同比率=A的母卷积码同样好，即，具有比在相同比率=A的母卷积码更高的BER。例如，在上述例子中，该3/4比率的穿孔卷积码具有一个比通过擦除实现的并用作母码的3/4比率卷积码更高的BER。

本发明直接指向对上述一个或多个问题的克服。

发明综述

在本发明的一个形式中，提供了一种用于在一个信道上发送/接收信息信号的误差控制编码系统，该误差控制编码系统包括一个发射机，它具有接收该信息并产生一个预编码的信息信号的预编码器，和一个接收预编码的信息信号和产生一个将通过信道来发送的编码信息信号的编码器，其中预编码器被调谐到编码器，而具有解码系统的接收机接收来自信道的编码信息并产生去编码的信息信号，一个反预编码器将去编码信息信号解预编码以产生一个发送的信息信号。

在本发明的一个方面中，解码系统包括一个接收来自信道的编码信息并产生一个编码序列估计，和一个接收编码序列估计并产生去解码信息信号的去编码器的解码器。

在本发明的一个方面中，编码器施加了一个通过发生器矩阵定义的卷积代码给预编码的信息信号以产生编码信息信号，预编码器施加一个预编码器矩阵给信息信号以产生预编码的信息信号，而预编码器被调谐到发生器矩，使得在通过信道发送的编码信息信号中的误码率降低。

在本发明的另一个方面中，去编码器将一个发生器矩阵的逆矩阵施加给编码序列估计以产生去编码信息信号，而反预编码器施加一个预编码器矩阵的逆矩阵给去编码的信息信号以产生发送的信息信号。

在本发明的另一种形式中，提供了一个用于在信道上发送/接收一个信息信号的误差控制编码系统，误差控制编码系统包括一个将预编码器矩阵施加于该信息信号并产生一个预编码的信息信号的预编码器，一个将由具有第一卷积码率的发生器矩阵定义的卷积码施加给预编码的信息信号并产生一个以第一卷积码率编码的信息信号的编码器，一个将穿孔矩阵施加给以比第一卷积码率更高的有效的第二卷积码率编码的信息信号的穿孔系统，所述穿孔信息信号在信道上发送，其中预编码矩阵被调谐到穿孔矩阵以降低在所发送的穿孔信息信号中的误码率，一个接收所发送的穿孔信息信号并将穿孔矩阵施加给该信号以产生一个去穿孔的信息信号的逆穿孔系统，一个将去穿孔信息信号映射到一个最大编码序列估计并产生一个去编码信息信号的去编码器，和一个将预编码器矩阵的逆矩阵施加给去编码信息信号并产生一个发送的信息信号的反预编码器。

在本发明的一个方面中，解码器包括一个维特比解码器。

在本发明的再一种形式中，提供了一种用于在一个信道上发送/接收信息信号的误差控制编码系统，该误差控制编码系统包括一个包含由对应的多个预编码器矩阵定义的预编码器的预编码器块，该预编码器块将一个选择预编码器矩阵施加给该信息信号并产生一个预编码的信息信号，一个将由具有第一卷积码率的发生器矩阵定义的卷积码矩阵施加给预编码的信息信号以产生一个以第一卷积码率编码的信息信号，一个包括由相应的多个穿孔矩阵定义的多个穿孔系统的穿孔块，该穿孔决将一个选择穿孔矩阵施加给编码信息信号以产生一个以比第一卷积码率更高的有效的第二卷积码率编码的信息信号，所述穿孔信息信号在信道上传输，其中该选择预编码器矩阵被调谐到选择穿孔矩阵以降低在所发送的穿孔信息信号中的误码率，一个包括由相应的多个逆穿孔矩阵定义的多个逆穿孔系统的逆穿孔块，该逆穿孔块将一个选择穿孔矩阵的逆矩阵施加给所发送的穿孔信息信号以产生一个去穿孔的信息信号，一个将去穿孔信息信号映射为最大编码估计的解码器，一个将发生器矩阵的逆矩阵施加给最大编码序列估计以产生一个去编码信息信号的去编码器，和一个包括由相应的多个逆预编码矩阵定义的多个反预编码器的逆预编码块，该逆预编码块将一个选择预编码器矩阵的逆矩阵施加给去编码的信息信号以产生一个发送的信息信号。

在本发明的再一个形式中，发生器矩阵的第一卷积码率是由包含1/2和1/3的组合中选择。

在本发明的再又一个形式中，选择预编码器矩阵的第二卷积码率是由包含4/5,2/3,4/7的组合中选择。

本发明还提供了一种用于对在穿孔的误差控制编码系统中发送的信息信号进行预编码的方法，该方法包括以下步骤：施加一个预编码器矩阵给该信息信号以产生一个预编码信息信号将具有第一卷积码率的发生器矩阵施加给预编码的信息信号以产生一个编码的信息信号，将具有高于第一卷积码率的第二卷积码率的穿孔矩阵施加给编码的信息信号以产生一个穿孔的信息信号，在信道上发送所穿孔的信息信号，接收所发送的穿孔信息信号，将穿孔矩阵的逆矩阵施加给所接收的穿孔的信息信号以产生一个去穿孔的信息信号，将去穿孔的信息信号进行解码以产生一个最大代码估计序列，将发生器矩阵的逆矩阵施加给该最大代码估价序列以产生一个去编码的信息信号并将一个预编码矩阵的逆矩阵施加给该去编码的信息信号以产生一个发送的信息信号，其中预编码器矩阵被调谐到该穿孔矩阵，从而降低了在发送的穿孔信息信号中的误码率。

本发明的一个目的是降低在穿孔卷积码中的BER，而只对系统的复杂性带来小的影响。

本发明的另一个目的是降低在穿孔卷积码系统中的BER，而只对解码器复杂性带来小的影响。

本发明的另一个目的是在穿孔卷积码系统中提供一个不相等的误差保护，而只对系统和/或解码器复杂性带来小的影响。

本发明的其他方面、目的和优点可以通过对该申请、附图和所附权利要求的研究来获得。

附图简述

图1显示了现有技术中误差控制编码系统的框图；

图2显示了另一种现有技术的误差控制编码系统的框图；

图3显示了根据本发明第一实施例的预编码误差控制编码系统的框图；

图4显示了包含在根据本发明的第二实施例的误差控制编码系统中的发射机的框图；

图5显示了包含在根据本发明的第二实施例的误差控制编码系统中的接收机的框图。

优选实施例的详述

许多无线通信系统使用一个低比率，例如，1/2,1/3等等的母卷积码和使用穿孔过程以获得一个高比率，例如，2/3,5/6等等的带来。这种通信系统的例子包括，但不限于，D-AMPS,GSM和ACeS。基本地，卷积代码是作为误差控制码来使用以降低噪声、干扰等等的影响。这种噪声/干扰等等的降低是通过卷积代码的使用，通过发送比需要的更多的比特来实现的。增加的比特数目依赖与所要求的卷积码率。

穿孔过程通常在正在传输的信息要求不同的误差保护、要求不同的卷积码率时用于无线通信系统中。然而，与穿孔过程有关的一个缺点是误差事件可以导致比在为相同有效码率特别设计的编码机制中更多的误码，从而增加了在发送的信息信号中的误码率(BER)。

图1显示了一个传统的误码控制编码系统(一般地由10表示)的框图。该编码系统10包括一个发射机12和一个接收机14。该发射机12包括一个接收一个信息信号序列/信号x(D)，将一个母卷积码施加给该信息信号并输出一个编码的序列/信号y(D)的编码器16。该编码的序列y(D)在信道中发送，该序列作为序列/信号z(D)在接收机端被接收。一个解码系统19接收了一个序列z(D)和产生相应的输出序列x(D)，发送的信息信号。更具体地，一个格栅解码器(trellisdecoder)20接收该序列z(D)并将所接收的序列z(D)映射为最大似然率的编码序列/信号估计

一个去编码器22接收编码的序列估计

并缺点相应的输出序列 所发送的信息信号。下面提供对编码系统10的更具体的讨论。

一般地，一个卷积码率定义为输入比特数除以输出比特数，并通常小于1。有编码器16所施加的卷积码可以是一个具有k/n(其中k=输入到编码器16中的比特数目，而n=由编码器16输出的比特数目)比率的(n,k)卷积码，它可以通过k×n发生器矩阵G(D)来描述，该矩阵的元素是在延迟元素D中的有理函数。如果G(D)的所有元素都是多项式，则G(D)被称为前馈，否则它被称为反馈。改信息序列x(D)可以写为 $x\left(D\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{x}_i{D}^i,$

其中x_i=(x_ik…x_(i+1)k-1)。类似地，该编码序列y(D)可以写为 $y\left(D\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{y}_i{D}^i,$

其中y_i=(y_in…y_(i+1)n-1)

让G^-1(D)是G(D)的一个右逆矩阵，使得G(D)G^-1(D)=I。此外，G^-1(D)是一个伪右逆矩阵，使得对于一些s≥0,G(D)G^-1(D)=ID^s。这个s代表一个不影响操作的小延迟。

对于一个给定的G(D)，可以构建在具有适当数目状态的格栅解码器20中的一些相应格栅。一个维特比解码器优选地可以用在格栅上，其中解码复杂度是与状态数目成正比的，然而，还可以考虑其他的解码器。

编码的序列y(D)被馈给一个调制器(未示出)，并在信道上发送，该调制器之后是发射机12级(未示出)。该信号，经受衰减，干扰和噪声，被接收机14中的解调器(未示出)处理。解调器(未示出)的输出z(D)被馈给格栅解码器20。

该格栅解码器20将所接收的序列z(D)映射到最小似然率编码序列估计

。去编码器22(编码器16的逆)接收编码的序列估计y(D)并输出相应的输入序列 发送的信息信号。去编码器22可以通过任何右逆矩阵G^-1(D)来实现。该独立的解码器和去编码器操作允许去编码器与编码器一致地改变，同时保持格栅解码器20固定不变。另外，解码器20和去编码器22可以被组合以直接产生

无需明确地产生

在维特比解码中，分析过程集中在状态图表的基路径上，即，那些其中开始和结束在状态零但是不会在其间访问她的路径。为方便起见，每个基路径是利用它的相应编码序列来标识的，该序列在此被称为基础编码序列。

哈明加权由w(.)来指示。各组的基础编码序列定义如下Y_l={(y(D)∶w(y(D))=l}

对于所有的l。让A_l表示Y_l的尺寸。当然A₀=l，而最小的l＞0，其中Al为自由距离d_free。

事件误码率P_e被限制为 $P_e\≤\underset{l>0}{\mathrm{\Σ}}{A}_l{\mathrm{\γ}}^l,$ 而对于没有量化的附加白高斯噪声(AWGN)

其中E_b是每一信息比特的能量，而N₀是噪声功率谱密度。对于其他信道，具体地为瑞利衰减信道和Rician衰减信道，可以写出类似的表示。

对于各组基础编码序列，相应的输出序列组由下式给出X_l={x(D)∶x(D)G(D)∈Y_l}，

对于所有l。该组加权由下式定义 $B_l=\underset{x\left(D\right)\∈X_l}{\mathrm{\Σw}\left(x\left(D\right)\right)},$

因此，误码率(BER)Pb上限为 $P_b\≤l/k\underset{l>0}{\mathrm{\Σ}}{B}_l{\mathrm{\γ}}^l.$

图2显示了一个在图1中利用由相同参考标号指示并且那些已被改造的元件具有一个上标(‘)的类似元件在10’处显示的传统穿孔误码控制编码系统。基本地，包括多个穿孔表格1,2,…,L的穿孔表24已经被加到发射机12’。类似地，逆穿孔表26，包括多个逆穿孔表格1,2,…,L，其对应于在24一般显示的各自的穿孔表1,2,…L。

编码器16列举信息序列x(D)施加一个母卷积码给它，并输出一个编码序列y(D)。编码的序列y(D)被施加给一个根据所要发送的信息类型选择的穿孔表24。一个选择的穿孔表24有效地穿孔编码序列y(D)以产生一个穿孔的编码序列y’(D)，该序列在信道18上传输。更具体地，选择穿孔表24通常由编码序列y(D)去除某些比特以产生一个穿孔的编码序列y’(D)。

穿孔的编码序列y’(D)在信道18上传输，其中该信号经受噪声、干扰等等，并在接收机端14’作为z’(D)而被接收。所接收的序列z’(D)被输入到一个相应与选择穿孔表24的在发射机12’处对编码序列y(D)进行穿孔过程中使用的选择逆穿孔表26。该选择逆穿孔表26传统地将零插入所接收的信号z’(D)中，其中比特被选择穿孔表24移动以产生一个去穿孔的接收信号 。逆穿孔表26作的比特的增加使得解码器20可以将所接收的序列

解码，该解码器被设为接收一个相应于母卷积码率的某一数目的比特。该解码器系统19的解码器20和去编码器22传统地对所接收的序列

解码和去编码，如上所述，并输出相应的输出序列

发送的信息信号。

如上所述，穿孔过程导致了实际传输的代码比特数目的降低，并导致比最初的k/n母码更高的编码效率。该穿孔机制可以用一个大小为n×m，由0和1组成的穿孔表T来描述，其中m定义为周期。一个编码序列y(D)在nm个比特的连续块中处理。假定我们开始于系数0。则我们可以取母码的编码比特为

y^T ₀,...,y^T _m-1

其中y^T ₀包含在一列中排列的第一组n个比特，等等。我们将y(D)的比特保持在其中T包含1的位置，而我们可以移去，或穿孔，剩余的比特。也用相同方式对其他的块进行穿孔。如果q表示在T中1的数目，则我们在nm个编码比特中保持q个比特(相应与km个信息比特)，有效地导致了具有km/q＞kn的(q,km)代码。

一个简单的例子将有助于阐述上面的问题。考虑一个(3,1)母码和一个大小为3×4的穿孔表，即，具有周期m=4。也即该表具有q=7个1。所穿孔的码有效地为一个具有比率4/7的(7,4)码。

更高的比率还意味这更低的性能，这是通常知道的。由穿孔得到的最大优点是在编码和解码级。穿孔码事实上可以使用其编码器和解码器来编码和解码。然而，从实施的观点看，更大的优点是使用最初的母码的编码器和解码器，并为它们提供穿孔表。

传统的穿孔过程的一个问题是对于穿孔的卷积码率，所发送的信号的误码率(BER)比对于在相同比率下的母卷积码率的误码率更高。例如，一个在比率=A的有效穿孔卷积码并不与在相同比率=A下的母卷积码一样好，也即，具有更高的BER。

参考图3，根据本发明的一个误差控制编码系统一般地用图1中的相似元件在10″处表示，它由相同的参考标号来表示，而这些修改后的标号具有一个上标(″)。基本地，一个预编码器28已被加到发射机12″，而一个相应的逆编码器30已被加到该接收机14″。预编码器28被调谐到由编码器16所施加的母码率上以减少在发送的信息信号中的BER。下面将要描述误差控制系统10″的基本操作。

一个信息序列x’(D)被输入到预编码器28。该预编码器28对该信息序列x’(D)进行预编码，如下所述，并输出所预编码的序列x(D)。所预编码的序列x(D)被编码器16编码并经信道18发送到接收机14″中的解码系统19。该解码系统19，包括格栅解码器20和去编码器22，用与上面参照图1所述的方式对所接收的序列z(D)进行解码和去编码，并阐述一个解码的/去编码的序列x(D)。该反预编码器30接收来自去编码器22的解码的/去编码的序列 并有效地对该信号去预编码以产生所发送的信息序列/信号

。由于预编码，所发送的信息序列

将具有比所发送的信息序列 更低的BER。下面是对图3所示的预编码器28和反预编码器30的详细描述。

预编码器28包括一个k×k可逆矩阵F(D)，该矩阵的元素是在D中的有理函数。因此，矩阵G’(D)=F(D)G(D)可以被定义为对于相同代码的新发生器矩阵。该矩阵F(D)在此被称为预编码器矩阵。

一般地，相应于G’(D)的格栅将具有比相应与G(D)的格栅更多的状态，然而，后者优选地被用于解码。为了将G(D)用于解码，G^-1(D)需要跟随有F^-1(D)，预编码器矩阵F(D)的逆矩阵，它等价于G’(D)的逆矩阵。

相应的输入序列集定义如下X′_l={x′(D):x′(D)G′(D))∈Y_l}。来自X’_l，该集加权B’_l和误码率P’_b如前所述。预编码过程通常被用于试图较低主要误差事件的信息道路。为此，预编码器被用于较低小权重j的B’_l，例如j=d_free和作为次测量的j=d_free+1。这依次降低了误码率

为了发现一个适合的预编码器，可以采取一次穷尽搜索。这种搜索甚至对于中等大小的预编码器也变得非常复杂。已经发现了通过构建逆预编码器F^-1(D)可以有效地克服这一问题。具体地，F^-1(D)的列是逐个构建的，同时确保F^-1(D)具有满秩。在许多情形，这不要求搜索。除了计算的优点，它是一个更直接的解决方案，这是因为它直接处理X_l的元素。重要的是要注意一旦已经设计了一个适合的预编码器，它的操作和其相应的逆预编码器的操作复杂性很小。

对于大小为k的列矩阵u(D),u(D)的元素是有理的。该集合X_l的元素被投射到u(D)上以获得标量

x(D)u(D)，

和β表示这些标量的加权的和 ${\mathrm{\β}}_l=\underset{x\left(D\right)\∈X_l}{\mathrm{\Σ}}w\left(x\left(D\right)u\left(D\right)\right)$

如果u(D)是一个逆预编码器F^-1(D)的第j列，则还可以与该集合的加权B’_l(j)一致。从而，关键是识别出那些导致小投射加权β_l的矢量u(D)。

使用一个程序来计算对于所有矢量u(D)的投射加权，其分量是对于一些μ，次数小于μ的多项式。这有2^kμ-1个这种矢量，包括所有的零矢量。该程序输入包括嬉和X_dfree和X_dfree+1，和μ。该程序首先记录下列矢量u⁽¹⁾(D),u⁽²⁾(D),...u^(2kμ-1)(D)，

按它们投射权重的增加顺序排列β¹ _dfree≤β² _dfree≤...≤β^2pμ-1 _dfree。

使用X_dfree+1的这些投射权重βⁱ _dfree+1来打破联系。

第二步是识别k系数l₁,…,l_k，使得相应的矢量u^(l) _i(D)是独立的，而和 $\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_{d_i}^{l_i}$

为最小。通过使下面的和最小来打破这些联系。 $\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_{d_i+1}^{l_i}$

一般地，因为独立条件，不存在一个系统的解决办法，可以需要进行一次完全的搜索以确定最佳的l₁,…,l_p。下列的解决方案已发现是有效的。首先将l₁设为1。然后由系数2开始，顺着排序的列表以发现第一矢量，矢量u⁽ⁱ⁾(D)，它与矢量u^(l) ₁(D)相独立。接着l₂被设为i。然后由系数i+1开始，顺着排序列表以发现第一矢量，矢量u^(i’)(D)，它与矢量u^(l) ₁(D)和u^(l) ₂(D)相独立。然后将l₃设为i’，等等。相信该解决方案可以产生最优的结果。

例如，考虑到来自Lin和Costello的卷积码，误差控制编码：基础与应用，Prentice Hall,1983，具有n=3,k=2，实现如下 $G\left(D\right)=\left[\begin{array}{ccc}1+D& D& 1+D\\ D& 1& 1\end{array}\right]$

该代码具有d_free=3X₃={x⁽¹⁾(D)=(0,1),x⁽²⁾(D)=(1,1+D)},

和X₄={(1,D),(1,1),(D,1+D+D²),

(1+D,D+D²),(1+D²,1+D+D²+D³)}。

则A₃=2,B₃=4,B₃ ⁽⁰⁾=1,B₃ ⁽¹⁾=3,A₄=5,B₄=18,B₄ ⁽⁰⁾=7,B₄ ⁽¹⁾=11,

和

P_b≈2γ³+9γ⁴,

P_b ⁽⁰⁾≈γ³+7γ⁴,

P_b ⁽¹⁾≈3γ³+11γ⁴。

因为x⁽¹⁾(D)和x⁽²⁾(D)是相互独立的，则预编码矩阵被构建如下 $F\left(D\right)=\left[\begin{array}{cc}0& 1\\ 1& 1+D\end{array}\right].$ 以获得X′₃={x′⁽¹⁾(D)=(1,0),x′⁽²⁾(D)=(0,1)}。

F(D)的逆矩阵如下给出 $F^{-1}\left(D\right)=\left[\begin{array}{cc}1+D& 1\\ 1& 0\end{array}\right].$

导致X′₄={(1,1),(D,1),(1,D),(1+D,1+D),(0,1+D²)}。

它跟随着B′₃=2,B′₃ ⁽⁰⁾=1,B′₃ ⁽¹⁾=1,B′₄=12,B′₄ ⁽⁰⁾=5,B′₄ ⁽¹⁾=7。

因此

P_b≈γ³+6γ⁴,

P_b ⁽⁰⁾≈γ³+5γ⁴,

P_b ⁽¹⁾≈γ³+7γ⁴。

从而，概略地，序列0的BER以一个因子为3地减少，则总的BER被减半。

对于μ=2，分类的矢量uⁱ(D)和它们的投影为u⁽¹⁾(D)=(1+D,1)^T,    β¹ ₃=1,    β¹ ₄=5u⁽²⁾(D)=(1,0)^T,      β² ₃=1,    β² ₄=7u⁽³⁾(D)=(D,0)^T,      β² ₃=1,    β² ₄=7·                                              ·                        ··                                              ·                        ··                                              ·                        ·u⁽¹⁵⁾(D)=(D,1+D,1)^T, β¹⁵ ₃=5,   β¹⁵ ₄=11,

由此例可以清楚看到，l₁=1和l₂=2，则无需进行一次搜索。F^-1(D)被与F^-1(D)的前面选择相一致地构建为，u⁽¹⁾(D)作为第一列而u⁽²⁾(D)作为第二列。

现在参照图4-5，根据本发明的一个误差控制编码系统一般地用图1中的相似元件在10处表示，它由相同的参考标号来表示，而这些修改后的标号具有一个上标()。基本地，一个包含多个预编码器1,2,…L的预编码器块32已被加到发射机12，而一个包含多个逆预编码器1,2,…L的相应逆编码器块34已被加到该接收机14。

每一预编码器32被调谐到由一个穿孔表24有关的不同穿孔代码。通过使用调谐到在穿孔表中的不同穿孔码上的不同预编码器，可以以增加较少复杂度的较小代价改善在穿孔码中的误码率。误差控制编码系统10以与参照图2所述的相同方式操作，但是包括如前面参照图3所述的预编码步骤。因此，不需要再进行详细描述。

如图4-5所示，如果这里有一个不同的穿孔表24(一个可以包括母码本身的表)，则对于每一个穿孔表24，可以为由相关穿孔表24定义的穿孔码特别选择的不同预编码器32。例如，预编码器1可以与穿孔表1相关，该穿孔表可以与逆穿孔表1有关，该穿孔表1可以与逆预编码器1相关。特别重要的是，只有一个对于母码的解码器20是需要在图4-5中显示的。

从而，使用在图4和5中显示的系统，导致了一个穿孔码系统的优点，同时消除了与通过穿孔获得的代码的编码器有关的缺点，该缺点是误差事件可以引起使BER增加的许多误码。本发明的实施例在如下例子中给出。

考虑一个具有32个状态的(3,1)母码。G(D)=[1+D+D²+D³+D⁵ 1+D²+D³+D⁵ 1+D³+D⁴+D⁵]，

使用具有比率4/5,2/3,4/7和4/9的穿孔码。该预编码器是为每一穿孔码特别设计的。

比率4/5

对于比率4/5，传统地确定d_free=4，和B₄=40,B₅=381。

一个根据前述原理的预编码器矩阵产生B′₄=20,B′₅=208，

有效地将BER降低了50％。

它如下给出 $F\left(D\right)=\frac{1}{p\left(D\right)}(\left[\begin{array}{c}0101\\ 0011\\ 0010\\ 0011\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0000\\ 1101\\ 1001\\ 0001\end{array}\right]D+\left[\begin{array}{c}1001\\ 0011\\ 1110\\ 0110\end{array}\right]D^2+\left[\begin{array}{c}1100\\ 0010\\ 1110\\ 1011\end{array}\right]D^3+\left[\begin{array}{c}0000\\ 0100\\ 0000\\ 0100\end{array}\right]D^4)$

这里p(D)=1+D+D²+D⁴

比率2/3

对于比率2/3，传统地确定d_free=6，和B₆=192,B₅=0。

一个根据前述原理的预编码器矩阵产生B′₆=140,B′₇=0,

有效地将BER降低了80％。

它如下给出 $F\left(D\right)=(\frac{1}{p\left(D\right)}\left[\begin{array}{c}0000\\ 0000\\ 0100\\ 0001\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0111\\ 0001\\ 0111\\ 0000\end{array}\right]D+\left[\begin{array}{c}1000\\ 1110\\ 1000\\ 1110\end{array}\right]D^2)$

这里p(D)=1+D。

比率4/7

对于比率4/7，传统地确定d_free=6，和B₆=5,B₇=59。

一个根据前述原理的预编码器矩阵产生B′₆=1,B′₇=51，

有效地将BER降低了80％。

它如下给出 $F\left(D\right)=(\left[\begin{array}{c}0000\\ 0001\\ 0000\\ 0001\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0000\\ 0101\\ 0001\\ 0101\end{array}\right]D+\left[\begin{array}{c}0001\\ 1010\\ 0100\\ 1001\end{array}\right]D^2)$

比率4/9

对于比率4/9，传统地确定d_free=8，和B₈=2,B₉=6。

一个根据前述原理的预编码器矩阵产生B′₈=1,B′₉=3，

有效地将BER降低了50％。

它如下给出 $F\left(D\right)=(\left[\begin{array}{c}0110\\ 0000\\ 0000\\ 0000\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}1110\\ 0000\\ 0110\\ 0001\end{array}\right]D+\left[\begin{array}{c}0000\\ 0100\\ 0000\\ 0100\end{array}\right]D^2)$

注意，第一的两个预编码器具有反馈。它们的相应逆预编码器除了小的延迟以外没有反馈。一个在逆预编码器中的不小的反馈可能导致误差的传播，这是因为逆预编码器位于接收机端。

不等同的误差包含

定义下列输入序列是有用的 $x^{\left(j\right)}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{x}_{\mathrm{ik}+j}{D}^i,$ 对于j=0…k-1。那些序列可以表示一起被编码的不同信息流，或来自相同源的具有不同重要性，作为一个自然的二进制整数表示，或一个语音编码器的输出，的子流。在穿孔码的上下文中，通过采用穿孔过程，还可能修改各个序列的BER，使得那些特别易受误差影响的子序列将得到更多的保护，从而导致了不等同的误差保护。

从而，通过选择性地对在穿孔之前的输入序列进行预编码，可以有效地降低在接收器端所接收的发送信号的误码率(BER)。该预编码器可以根据哪一个穿孔表被用于对在发送之前的输入序列进行穿孔来选择。

在参照附图对本发明进行特别说明时，应理解可以不背离本发明精神和范围地进行各种修改。

Claims (17)

1．一种用于在信道上发送/接收一个信息信号的误差控制编码系统，所述误差控制编码系统包括

一个发射机，包括：

一个接收信息信号并产生一个预编码的信息信号的预编码器；和

一个接收预编码信息信号并产生将在信道上发送的编码的信息信号的编码器；

其中该预编码器被调谐到编码器，和

一个接收机，包括：

一个接收来自信道的编码信息信号并产生一个去编码的信息信号的解码系统；和

一个对去编码的信息信号进行解预编码以产生一个发送的信息信号的逆预编码器。

2．权利要求1的系统，其中

该编码器将一个由发生器矩阵定义的卷积码施加给该预编码的信息信号以产生编码的信息信号，

该预编码器将一个预编码器矩阵施加给该信息信号以产生该预编码的信息信号，和

该预编码器矩阵被调谐到发生器矩阵，使得在经信道发送的编码的信息信号中的误码率降低。

3．权利要求2的系统，其中该解码系统包括：

一个接收来自信道的编码的信息信号并产生一个编码的序列估计的解码器；和

一个在产生编码的信息信号过程中接收编码的序列估计的去编码器。

4．权利要求3的系统，其中

该去编码器施加一个发生器矩阵的逆矩阵给编码的序列估计以产生该去编码的信息信号，和

一个逆预编码器施加一个预编码器矩阵的逆矩阵给去编码的信息信号以产生发送的信息信号。

5．一种用于在信道上发送/接收一个信息信号的误差控制编码系统，所述误差控制编码系统包括

一个施加一个预编码器矩阵给该信息信号并产生一个预编码的信息信号的预编码器；

一个施加一个由具有第一卷积码率的发生器矩阵定义的卷积码给该预编码的信息信号并产生一个以第一卷积码率编码的信息信号的编码器；

一个将穿孔矩阵施加给一个以比第一卷积码率更高的有效第二卷积码率编码的信息信号的穿孔系统，所述穿孔的信息信号在信道上传输，

其中预编码器矩阵被调谐到穿孔矩阵以降低在发送的穿孔信息信号中的误码率，

一个接收发送的穿孔信息信号并将一个穿孔矩阵的逆矩阵施加于该信号以产生一个去穿孔的信息信号的逆穿孔系统；

一个接收去穿孔信息信号并产生一个去编码的信息信号的解码系统；和

一个将预编码器矩阵的逆矩阵施加给去编码的信息信号并产生一个发送的信息信号的逆预编码器。

6．权利要求5的系统，其中该解码系统包括：

一个将去穿孔的信息信号映射入一个最大编码序列估计中的解码器；和

一个将发生器矩阵的逆矩阵施加给最大编码序列估计并产生去编码的信息信号的去编码器。

7．权利要求6的系统，其中该解码器为一个维特比解码器。

8．权利要求5的系统，还包括：

多个穿孔系统，其中每个穿孔系统将一个不同的穿孔矩阵施加给编码的信息信号，而每一穿孔矩阵具有一个不同的卷积码率；

多个预编码器，其中每个预编码器将一个不同的预编码器矩阵施加给该信息信号，而每一个预编码器矩阵被调谐到一个相应的穿孔矩阵以降低在相应的发送信息信号中的误码率，

相应于多个穿孔系统的多个逆穿孔系统；和

相应于多个预编码器的多个逆预编码器。

9．一种用于在信道上发送/接收一个信息信号的误差控制编码系统，所述误差控制编码系统包括

一个包括由相应的多个预编码器矩阵定义的多个预编码器的预编码器块，该预编码器块施加一个预编码器矩阵给该信息信号并产生一个预编码的信息信号；

一个施加一个由具有第一卷积码率的发生器矩阵定义的卷积码给该预编码的信息信号并产生一个第一卷积码率的编码信息信号的编码器；

一个包括由相应的多个穿孔矩阵定义的多个穿孔系统的穿孔块，该穿孔块将一个选择穿孔矩阵施加给一个编码信息信号以产生一个为比第一卷积码率更高的有效第二卷积码率的穿孔的信息信号，所述穿孔的信息信号在信道上传输，

其中该选择预编码器矩阵被调谐到该选择穿孔矩阵以降低在发送的穿孔信息信号中的误码率，

一个包括由相应的多个逆穿孔矩阵定义的多个逆穿孔系统的逆穿孔块，该逆穿孔块将一个穿孔矩阵的逆矩阵施加于该信号以产生一个去穿孔的信息信号；

一个接收去穿孔信息信号并产生一个去编码的信息信号的解码系统；和

一个包括由相应的多个逆预编码器矩阵定义的多个逆预编码器的逆预编码器块，该逆预编码器块将预编码器矩阵的逆矩阵施加给去编码的信息信号并产生一个发送的信息信号。

10．权利要求9的系统，其中解码系统包括：

一个将去穿孔的信息信号映射入一个最大编码序列估计中的解码器；和

一个将发生器矩阵的逆矩阵施加给最大编码序列估计并产生去编码的信息信号的去编码器。

11．权利要求10的系统，其中该解码器为一个维特比解码器。

12．权利要求9的系统，其中发生器矩阵的第一卷积码率是由包含1/2和1/3的组合中选择的。

13．权利要求12的系统，其中选择预编码器矩阵的第二卷积码率是由包含5/6,4/5,3/4,2/3,4/7和4/9的组合中选择的。

14．一种对在穿孔误差控制编码系统中传输的信息信号进行预编码的方法，所述方法包括以下步骤：

将一个预编码器矩阵施加给该信息信号以产生一个预编码的信息信号；

将一个具有第一卷积码率的发生器矩阵施加给该预编码的信息信号以产生一个编码的信息信号，将一个具有高于第一卷积码率的第二卷积码率的穿孔矩阵施加给编码的信息信号以产生一个穿孔的信息信号；

将穿孔的信息信号在信道上发送；

接收发送的穿孔信息信号；

将一个穿孔矩阵的逆矩阵施加给所接收的穿孔信息信号以产生一个去穿孔的信息信号；

将去穿孔的信息信号解码以产生一个最大代码估计序列；

将一个发生器矩阵的逆矩阵施加给最大代码估计序列以产生一个去编码的信息信号；和

将一个预编码矩阵的逆矩阵施加给去编码的信息信号以产生一个发送的信息信号，

其中该预编码器矩阵被调谐到该穿孔矩阵，使得降低在发送的穿孔信息信号中的误码率。

15．权利要求14的方法，其中对去穿孔信息信号的解码包括将维特比解码器格栅施加给去穿孔信息信号的步骤。

16．权利要求14的方法，其中第一卷积码率包括一个母码并由包含1/2和1/3的组合中选择。

17．权利要求16的方法，其中第二卷积码率由包含5/6,4/5,3/4,2/3,4/7和4/9的组合中选择。

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