CN1338839A - 结合里德－所罗门和特布技术的编码 - Google Patents

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Abstract

提供一种在数据通信系统中用于对已经被卷积和里德－所罗门编码的数据流进行解码的解码器。该解码器具有一个格子解码器,用于执行至少一次迭代以对该数据流解码。提供里德－所罗门解码器用于在格子解码器被停止之后进一步对该编码的数据流解码,该里德－所罗门解码器包括校正子计算装置,用于在格子解码器的每次迭代之后计算校正子。该解码器还包括控制装置,用于当在校正子计算装置中计算的所有校正子为零时,停止格子解码器执行另一次迭代。

Description

结合里德-所罗门和特布技术的编码
本发明涉及一种具有结合格子/里德-所罗门(Reed-Solomon)编码器/解码器的数据通信系统，特别涉及一种解码器，其中从里德-所罗门解码器得出的部分结果被用于确定是否停止格子解码器执行再次迭代。
在数据通信领域中，最近致力于增加数据传输速率，而不牺牲可用的带宽。结果，人们已经开发出高级的调制方案，例如正交调幅。但是，这些高级调制方案大大地受到噪声和其它传输因素的影响。相应地，采用几种纠错技术来减少或消除由这些因素所产生的错误。格子码，例如特布(turbo)码，被用于纠正由噪声等所造成的错误，但是它们容易产生区间误差(burst error)。为了对抗这些区间误差，常规的设备利用里德-所罗门技术与格子码相结合。人们已经做出一些尝试来增加结合的里德-所罗门和格子码的效率，例如那些公开在美国专利3,988,677(Fletcher等人)、5，511,096(Huang和Heegard)、5,363,408(Paik等人)以及6,034,996(Herzberg)中的技术。
通常，格子码被设计为用于最坏的情况，因此需要几次迭代来产生高性能的输出。但是，格子码是一种块操作码，并且在许多情况中后面的迭代是多余的(矫枉过正)。另外，在大多数情况中，仅仅需要少数迭代来获得所需的信噪比(SNR)性能。格子解码器通常在芯片中消耗大量的能量。相应地，如果能够自适应地控制迭代执行的次数，则非常有利。但是，解码器本身没有在执行完所有编程的迭代之前停止的机制。另一方面，里德-所罗门解码器具有检测在所接收数据中的错误比特的数目的能力。
本发明的一个目的是把格子码的功能与里德-所罗门码的错误检测特征相结合，从而使用最小的迭代次数来获得所需的误码率(BER)。
相应地，本发明涉及一种用于数据通信系统中的解码器，用于解码已经被卷积和里德-所罗门编码的数据流，其中包括：格子解码器，用于执行至少一次迭代，用于解码数据流；里德-所罗门解码器，用于在格子解码器停止之后进一步对编码的数据流解码，并且包括用于在格子解码器的每次迭代之后计算校正子(syndrome)的校正子计算装置；以及控制装置，当在校正子计算装置中计算的所有校正子为零时，用于停止该格子解码器执行再一次迭代。
本发明的另一个方面涉及一种在数据通信系统中用于对已经被卷积和里德-所罗门编码的数据流进行解码的方法，其中包括如下步骤：通过一个格子解码器在至少一次迭代过程中对数据流进行格子解码；在格子解码器的每次迭代之后计算里德-所罗门校正子；如果所有校正子为零，则停止格子解码器执行再一次迭代；以及在停止格子解码器之后，在里德-所罗门解码器中对编码的数据流进行里德-所罗门解码。
下面参照示出本发明的优选实施例的附图更加详细地描述本发明，其中：
图1为普通格子/里德-所罗门编码器的方框图；
图2为普通格子/里德-所罗门解码器的方框图；
图3为普通格子解码器的方框图；
图4为普通里德-所罗门解码器的方框图；
图5为根据本发明第一实施例的结合的里德-所罗门/格子解码器的方框图；
图6为根据本发明第二实施例的结合的里德-所罗门/格子解码器的方框图；
图7为根据本发明第三实施例的结合的里德-所罗门/格子解码器的方框图。
如图1中所示，在常规发射器中，里德-所罗门(RS)编码器1在格子编码器2之前，并且两个编码器分别处理。RS编码器1取一块数据，该数据被分组为字节并且与特定数目的错误校验数据字节相结合，把所有数据字节通过一个编码器多项式g(X)而产生。RS编码器1的输出也是以字节为单位的。然后，该数据被通过一个并-串位移寄存器3，其取出该数据字节，把它们转换为数据比特，并且把该数据比特传送到该格子编码器2。在所示的系统中，包括常规和新型的，该格子编码器和解码器分别是一个特布编码器或/和特布解码器。
特布编码器2包括第一编码器4，其接收正常数据输入，以及第二编码器6，其接收交织的数据输入。在到达编码器6之前，该数据被通过一个交织器7。特布编码器2的输出包括直接数据X、编码数据Y1、以及交织编码数据Y2。
常规的接收器(图2)包括特布解码器8、比特-字节位移寄存器9以及RS解码器11。
参见图3，特布解码器包括第一解码器12，其接收所发送数据X和Y1。第一解码器12的输出通过类似于交织器7的一个交织器13传送到第二解码器14。第二解码器14还接收所发送数据Y2。第二解码器14的输出被通过一个去交织器16传送并且回到第一解码器12用于再次迭代。两个解码器获取软输入并产生软输出。在特定次数的迭代之后，该软输出被通过门电路17传送到判定模块18，在此根据该软输出执行数位判定。
如上文所述，从特布解码器8输出的位流被通过该位移寄存器9，并且变为字节输出，该输出被发送到RS解码器11。
RS解码器(图4)的第一级是校正子计算19，其中计算在给定RS块中的数据的一组累积“和”。校正子的数目等于在该数据块中的错误校验数据字节数。如果所有校正子等于零，由于这表示没有检查到错误，则RS解码器将立即停止。
第二级21包括一个错误定位多项式，使用校正子来确定其系数。该错误位置是通过估算该错误定位多项式而确定的。如果错误的数目小于在RS代码字中的错误校验字节数的一半，则该错误定位多项式将给出所有错误的位置。否则，将给出一个“不可纠正的错误”指示22，其表明在RS代码字中的错误数太多而不能被RS解码器所纠正。
在下一级23中，使用错误校正子和错误定位多项式的根来计算错误的大小。
在末级24中，错误大小被用于把被破坏的发送数据转换回原始数据。
根据本发明，不是独立地运行特布解码器和RS解码器，而是把来自RS解码器的初始结果用来控制由特布解码器执行迭代的次数，从而减小由不必要的迭代所消耗的能量。
根据本发明的第一实施例(参见图5)，特布解码器8与上述常规特布解码器的作用相同，采用第一解码器12、交织器13、第二解码器14、去交织器12以及判定模块18。
与上文相同，比特-字节位移寄存器9把数据比特转换为数据字节，用于发送到RS解码器11。但是，与常规解码器不同的是，一个逻辑控制电路26连接在特布解码器8和RS解码器11之间，从而如果满足如下任何一个条件则特布解码器8将停止：1)在校正子计算步骤19中计算的所有校正子为零；2)来自错误定位多项式级21的不可纠正的错误指示器22为零，其表示即使在特布解码器输出中具有错误，但是在该代码字中的所有错误可以被RS解码器所纠正；以及3)特布解码器已经执行给定次数的迭代。
该实施例的优点是即使其输出包含错误，也可以停止特布解码器8。相应地，在大多数情况中，特布解码器仅仅迭代一次就足够。但是，该方案的缺点是所需的RS解码器运算一般用于每次特布解码器迭代。
参见图6，本发明的第二实施例不同于第一实施例之处在于，在第一解码器12中解码之前在第二解码器14中完成解码。该方案使得来自第一解码器12的数据输出被立即馈送到RS解码器11，其中一旦第一字节被输出则可以开始校正子计算。另外，在与特布解码器迭代几乎同一时间完成校正子计算。在前一实施例中，在能够开始校正子计算之前，所有数据被在去交织器16中去交织。在该实施例中，直到被反馈回第二解码器14为止，第一解码器的输出不被进行交织。如果满足如下任何一个条件，则该实施例的逻辑控制电路27停止该特布解码器：1)在RS解码器中的所有校正子为零；2)特布解码器已经执行给定次数的迭代。如图6中所示，在解码器2之前，X数据被在交织器32中进行交织。
该实施例的优点是对每次迭代采用较少的电路，结果增加了所需迭代的平均次数。
如图7中所示，第三实施例非常类似于第二实施例，只是不采用校正子计算的结果，而是采用利用RS生成多项式g(X)的多项式除法电路28，由此在包括错误校验字节在内的所有所接收数据字节被位移到该除法电路中之后，如果在数据字中没有错误，则在除法多项式g(X)中的所有寄存器应当仅仅包含零。相应地，如果在整个数据块被移入之后除法电路28的输出为零，或者特布解码器已经执行给定次数的迭代，则该实施例的一个控制逻辑电路29将停止该特布解码器。该多项式除法电路比校正子计算简单得多，并且用于该方案的特布解码器迭代的平均次数与前一方案相同，只是需要一个额外的多项式除法电路。但是，如果由于该除法电路28表明该代码字没有错误从而特布解码器停止迭代，则RS解码器操作可以通过门电路31旁路，以减小功耗。

Claims (28)

1.一种用于数据通信系统中的解码器，用于解码已经被卷积和里德-所罗门编码的数据流，其中包括：
格子解码器，用于执行至少一次迭代，用于解码数据流；
里德-所罗门解码器，用于在格子解码器停止之后进一步对编码的数据流解码，并且包括用于在格子解码器的每次迭代之后计算校正子(syndrome)的校正子计算装置；以及
控制装置，当在校正子计算装置中计算的所有校正子为零时，用于停止该格子解码器执行再一次迭代。
2.根据权利要求1所述的解码器，其特征在于所述格子解码器为一个特布解码器。
3.根据权利要求2所述的解码器，其特征在于所述特布解码器适合于接收来自一个发射器的数据流，该发射器中包括具有正常数据输入的第一编码器，以及具有交织数据输入的第二编码器，该发射器输出包括X，其表示作为输入的数据；Y1，其表示特布编码的数据；以及Y2，其表示交织和特布编码的数据；以及
其中该特布解码器包括：
第一解码器，在从发射器发送之后接收X和Y1；
交织器，用于对来自第一解码器的输出进行交织；
第二解码器，在从发射器发送之后，接收来自该交织器的输出和Y2；以及
去交织器，用于对来自第二解码器的输出进行去交织；
其中，除非在校正子计算装置中计算的所有校正子为零，否则来自去交织器的输出被通过特布解码器反馈到第一解码器用于再一次迭代。
4.根据权利要求3所述的解码器，其特征在于里德-所罗门解码器进一步包括不可纠正错误指示装置，用于在每次迭代之后提供一个指示，表明来自特布解码器的输出包含不能被里德-所罗门解码器所纠正的错误；以及
其中，如果不可纠正错误指示装置表明来自特布解码器的输出不包含任何不可纠正的错误，则所述控制装置停止特布解码器执行再一次迭代。
5.根据权利要2所述的解码器，其特征在于所述特布解码器适合于接收来自发射器的数据流，该发射器中包括具有正常数据输入的第一编码器，以及具有交织数据输入的第二编码器，该发射器输出包括X，其表示作为输入的数据；Y1，其表示特布编码的数据；以及Y2，其表示交织和特布编码的数据；以及
其中所述特布解码器包括：
第一解码器，在从发射器发送之后接收X和Y1；
去交织器，用于对来自第一解码器的输出进行去交织；
第二解码器，在从发射器发送之后，接收来自该去交织器的输出和Y1；以及
交织器，用于对来自第二解码器的输出进行交织，用于通过特布解码器输入到第一解码器用于再一次迭代；
由此，来自第二解码器的输出被在里德-所罗门解码器中接收，而不必进行去交织，从而在基本上与特布解码器完成一次迭代的同时，使得校正子计算装置完成计算校正子。
6.一种在数据通信系统中用于对被卷积和里德-所罗门编码的数据流进行解码的解码器，其中包括：
格子解码器，用于执行至少一次迭代以对数据流解码；
除法电路装置，其使用里德-所罗门多项式g(x)；以及
控制装置，在整个特布解码的数据流被移入之后，当在除法多项式g(X)中的所有寄存器仅仅包含零时，用于停止该格子解码器执行再一次迭代；以及
里德-所罗门解码器，用于在格子解码器停止之后进一步对编码的数据流解码。
7.根据权利要求6所述的解码器，其特征在于，在整个特布解码的数据流被移入之后，当在除法多项式g(X)中的所有寄存器为零时，如果特布解码器被停止，则里德-所罗门解码器被旁路。
8.根据权利要求1至7中的任何一项中所述的解码器，其中进一步包括在所述格子解码器和所述里德-所罗门解码器之间的一个比特-字节位移寄存器，用于把来自格子解码器的输出从比特转换为字节，其被输入到里德-所罗门解码器。
9.根据权利要求1至8中的任何一项中所述的解码器，其特征在于如果格子解码器已经执行预定次数的迭代，则所述控制装置停止格子解码器执行再次迭代。
10.一种在数据通信系统中用于对已经被卷积和里德-所罗门编码的数据流进行解码的方法，其中包括如下步骤：
通过一个格子解码器在至少一次迭代过程中对数据流进行格子解码；
在格子解码器的每次迭代之后计算里德-所罗门校正子；
如果所有校正子为零，则停止格子解码器执行再一次迭代；以及
在停止格子解码器之后，在里德-所罗门解码器中对编码的数据流进行里德-所罗门解码。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述格子解码包括在一个特布解码器中的特布解码。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述特布解码器适合于接收来自一个发射器的数据流，该发射器中包括具有正常数据输入的第一编码器，以及具有交织数据输入的第二编码器，该发射器输出包括X，其表示作为输入的数据；Y1，其表示特布编码的数据；以及Y2，其表示交织和特布编码的数据；以及
其中该特布解码步骤包括：
在从发射器发送之后对X和Y1解码；
对来自第一解码器的输出进行交织；
在从发射器发送之后，对来自该交织器的输出和Y2解码；以及
对该输出进行去交织；
除非在校正子计算装置中计算的所有校正子为零，否则把来自去交织器的输出通过特布解码器发送回第一解码器用于再一次迭代。
13.根据权利要求12所述的方法，其中进一步包括在每次迭代之后，确定来自特布解码器的输出是否包含不能被里德-所罗门解码器所纠正的错误；以及
如果来自特布解码器的输出不包含任何不可纠正的错误，则所述控制装置停止特布解码器执行再一次迭代。
14.根据权利要11所述的方法，其特征在于所述特布解码器适合于接收来自发射器的数据流，该发射器中包括具有正常数据输入的第一编码器，以及具有交织数据输入的第二编码器，该发射器输出包括X，其表示作为输入的数据；Y1，其表示特布编码的数据；以及Y2，其表示交织和特布编码的数据；以及
其中所述特布解码步骤包括：
在从发射器发送之后对X和Y2解码；
在去交织器中，对来自第一解码器的输出进行去交织；
在从发射器发送之后，对来自该去交织器的输出和Y1解码；以及
对来自第二解码器的输出进行交织，用于通过特布解码器输入到第一解码器用于再一次迭代；
由此，来自第二解码器的输出被在里德-所罗门解码器中接收，而不必进行去交织，从而在基本上与特布解码器完成一次迭代的同时，使得校正子计算装置完成计算校正子。
15.一种在数据通信系统中用于对被卷积和里德-所罗门编码的数据流进行解码的方法，其中包括：
在至少一次迭代过程中，对数据流进行格子解码；
把数据流通过使用使用里德-所罗门多项式g(x)的除法电路装置；以及
在整个数据流被移入之后，当在除法多项式g(X)中的所有寄存器为零时，停止该格子解码器执行再一次迭代；以及
在格子解码器停止之后，对编码的数据流解码进行里德-所罗门解码。
16.根据权利要求15所述的方法，在整个数据流被移入之后，当在除法多项式g(X)中的所有寄存器为零时，如果特布解码器被停止，则旁路里德-所罗门解码器。
17.根据权利要求10至16中的任何一项中所述的方法，其中进一步包括，在一个比特-字节位移寄存器中，转换来自格子解码器的输出，以输入到里德-所罗门解码器。
18.根据权利要求10至17中的任何一项中所述的方法，其中进一步包括，如果格子解码器已经执行预定次数的迭代，则停止格子解码器执行再次迭代。
19.一种数据通信系统，其中包括：
一个编码器，其包括：
里德-所罗门编码器，用于对数据流编码；以及
格子编码器，用于进一步对里德-所罗门编码的数据流进行编码；以及
一个解码器，其包括：
格子解码器，用于执行至少一次迭代，用于解码数据流：
里德-所罗门解码器，用于在格子解码器停止之后进一步对编码的数据流解码，并且包括用于在格子解码器的每次迭代之后计算校正子的校正子计算装置；以及
控制装置，当在校正子计算装置中计算的所有校正子为零时，用于停止该格子解码器执行再一次迭代。
20.根据权利要求19所述的数据通信系统，其特征在于所述格子解码器为一个特布解码器。
21.根据权利要求20所述的数据通信系统，其特征在于该特布编码器包括：
具有正常数据输入的第一编码器；以及
具有交织数据输入的第二编码器；
其中该发射器输出包括X，其表示作为输入的数据；Y1，其表示特布编码的数据；以及Y2，其表示交织和特布编码的数据。
22.根据权利要求21所述的数据通信系统，其特征在于该特布解码器包括：
第一解码器，在从发射器发送之后接收X和Y1；
交织器，用于对来自第一解码器的输出进行交织；
第二解码器，在从发射器发送之后，接收来自该交织器的输出和Y2；以及
去交织器，用于对来自第二解码器的输出进行去交织；
其中，除非在校正子计算装置中计算的所有校正子为零，否则来自去交织器的输出被通过特布解码器反馈到第一解码器用于再一次迭代。
23.根据权利要求22所述的数据通信系统，其特征在于里德-所罗门解码器进一步包括不可纠正错误指示装置，用于在每次迭代之后提供一个指示，表明来自特布解码器的输出包含不能被里德-所罗门解码器所纠正的错误；以及
其中，如果不可纠正错误指示装置表明来自特布解码器的输出不包含任何不可纠正的错误，则所述控制装置停止特布解码器执行再一次迭代。
24.根据权利要21所述的数据通信系统，其特征在于所述特布解码器包括：
第一解码器，在从发射器发送之后接收X和Y2；
去交织器，用于对来自第一解码器的输出进行去交织；
第二解码器，在从发射器发送之后，接收来自该去交织器的输出和Y1；以及
交织器，用于对来自第二解码器的输出进行交织，用于通过特布解码器输入到第一解码器用于再一次迭代；
由此，来自第二解码器的输出被在里德-所罗门解码器中接收，而不必进行去交织，从而在基本上与特布解码器完成一次迭代的同时，使得校正子计算装置完成计算校正子。
25.一种数据通信系统，其中包括：
一个编码器，其包括：
里德-所罗门编码器，用于对数据流编码；以及
格子编码器，用于进一步对里德-所罗门编码的数据流进行编码；以及
一个解码器，其包括：
格子解码器，用于执行至少一次迭代以对数据流解码；
除法电路装置，其使用里德-所罗门多项式g(x)；以及
控制装置，在整个特布解码的数据流被移入之后，当在除法多项式g(X)中的所有寄存器为零时，用于停止该格子解码器执行再一次迭代；以及
里德-所罗门解码器，用于在格子解码器停止之后进一步对编码的数据流解码。
26.根据权利要求25所述的数据通信系统，其特征在于，在整个特布解码的数据流被移入之后，当在除法多项式g(X)中的所有寄存器为零时，如果特布解码器被停止，则里德-所罗门解码器被旁路。
27.根据权利要求19至26中的任何一项中所述的数据通信系统，其中进一步包括：
在所述里德-所罗门解码器和所述格子解码器之间的一个字节-比特位移寄存器；以及
在所述格子解码器和所述里德-所罗门解码器之间的一个比特-字节位移寄存器。
28.根据权利要求19至27中的任何一项中所述的数据通信系统，其特征在于如果格子解码器已经执行预定次数的迭代，则所述控制装置停止格子解码器执行再次迭代。
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