CN1377163A - 使用截短格形编码调制的灵活的比特选择 - Google Patents

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Abstract

一种用于DMT通信系统的编码器结构,具有一个对数据流的一部分编码并且生成一个编码输出的截短编码器,一个数据组合器具有一个接收数据流剩余的未编码部分的第一输入,以及至少一个接收截短编码器的编码输出的另外输入,一个选择器根据数据速率、等待时间要求、编码增益性能和电路复杂度,确定适用于截短编码器的数据流部分。

Description

使用截短格形编码调制的灵活的比特选择
本发明涉及数字通信领域，特别涉及一种按照可适用于传输条件的灵活方式实施截短格形码调制的方法。
在一个数字通信信道中，通常的做法是包括某些形式的增加数据流通量的编码方案。最近，截短码由于其大编码增益而受到欢迎。参见Berrou和A.Glavieux所著的“Near Optimum Erroe CorrectingCoding and Decoding：Turbo-Codes”，IEEE Trans.onCommunications(通信会报)，Vol.44，No.10，Oct.，1996。截短码编码器是两个简单编码器的组合。输入是K个信息比特的字块。这两个编码器从两个简单递归卷积码中生成码元，其中每个简单递归卷积码具有少量状态。未编码的信息比特也被发送。截短码的主要特点是交织器(数字复用器)，交织器改变原始的K个信息比特的序列，然后输入给第二编码器。序列变换能够保证：使一个编码器产生低加权码字的输入序列通常导致其它编码器产生高加权码字。因而，尽管组成码单独地看很弱，但是组合起来则很强大。
截短码已经被应用于DMT(离散多音频)系统，例如，被用在xDSL系统。在xDSL系统中，截短码可以用来替代其它类型的格形码，以得到更好的比特误差(BER)性能。参见Hamid R.Sadjadpour所著的“Application of Turbo Codes for Discrete Multi-ToneModulation Schemes”，AT & T Shannon Labs.，1999。然而，当合成体的尺寸增加时，截短码的编码增益优点开始减小。这是因为冗余比特使合成体尺寸均匀变大。截短格形编码调制仅仅对合成体中的最低有效位(比特)进行编码，目前已经采用该编码方式实现比其它格形编码调制更好的性能。
DMT是多载波调制的一种类型。多载波调制后面的基本思想是，可以借助使用了快速傅里叶变换(FFT)的数字信号处理技术建立多载波信道。DMT调制解调器将诸多比特编码成诸多码元，并且经过一个逆FFT发送它们，然后把把数字信号变换成模拟信号，使其通过铜线电话线路。接收调制解调器进行相反处理。许多子信道被用来发送数据，每个子信道具有一个不同的载波和一个不同的QAM(正交调幅)合成体，每个合成体含有不同数量的比特。多个载波经过离散傅里叶变换来实现。每个DMT码元发送的数据数量从用于ADSL上行数据传输的每码元16比特至用于VDSL系统的接近每码元15000比特。由于截短码适合采用大规模交织器(通常大于1000比特)工作，低数据速率传输更多比特，可能是所有比特，所以必须要发送满足系统的等待时间需求的数据传输。高数据速率传输，成本则太高以致不能对所有数据编码。此外，如果对所有数据编码，则性能将因高合成体而受到损失。
因此，需要一种适合DMT应用的有效编码器。
根据本发明，可以根据编码增益性能、等待时间、数据速率以及硬件容量对任意数量比特进行编码。
所以，本发明提供了一种在DMT通信系统中使用的编码器结构，所述编码器结构包括：一个截短编码器，用于对数据流的一部分编码并且生成一个被编码输出；一个数据组合器，具有一个接收所述数据流剩余的未编码部分的输入，和至少另一个接收所述被编码输出的输入，以及一个产生一个被组合的数据流的输出；和一个选择器，用于选择适于所述截短编码器的所述数据流的部分。
本发明提供了改变比特数量的能力，这些比特以音调(tone)接着音调为基础，发送给截短编码器。根据传输条件，一些音调将携带比其它音调更多的每码元比特，并且经过截短编码器的比特数量可以被改变。在一个典型实例中，可以有750个音调，具有每个音调六个比特的平均值。这些(音调)中的两个通过截短编码器，但是，根据本发明，该数量(两个)可以依据特定需求而改变。
选择器通常被实施为一个音调多路复用器。这样，在数字域中生成DMT音调，分配对每个音调的比特群，然后根据选择输入将一个比特群送至截短编码器，以及将剩余部分送至数据组合器，该数据组合器将它们与截短编码器的输出组合，使之成为输出到QAM调制器的公共数据流。
本发明的另一个方面是提供一种解码器结构，用于一个包含至少被部分截短编码的数据DMT调制的信号，所述解码器结构包括：一个硬解码器，用于接收输入数据流的一部分，和生成一个输出比特流；一个软解码器，用于接收输入数据流的剩余部分，并生成一个软解码输出；一个截短解码器，用于对所述软解码器的输出进行解码；和一个选择器，用于选择所述软解码器中的比特数量。
本发明还提供了一种使用DMT调制经一个通信信道发送数据的方法，所述方法包括：接收一个输入比特流；将比特群分配给相应的音调，形成所述DMT调制方案的部分；对于每个音调，从它的所分配的群中确定将被编码的多个比特；从每个群中选择所述确定数量的比特，并且将它们传递到一个截短编码器；将所述截短编码器的输出与每群的剩余比特组合，使之成为经所述通信信道进行传输的公共比特流。
下面结合附图通过实例对本发明进行详细说明，其中：
图1是截短编码器的方框图；
图2是截短解码器的方框图；
图3是根据本发明一个实施例的用于截短格形码调制的一个编码器结构的方框图；以及
图4是根据本发明一个实施例的一个解码器结构的方框图。
如图1所示，截短编码器包括一个交织器10，在其输入端接收数据流；和一对递归体系卷积(RSC)编码器12、14。一个RSC编码器12依次取数据流作为其输入。另一个RSC编码器14取被交织的数据作为其输入。
正如本领域现有技术的熟练技术人员所知，两个RSC编码器12、14的输出被穿孔，以建立误差检验位(比特)。最终的编码器输出比特流ck1和ck2，所输出的比特流包括根据所需的编码器速率插入到数据流中的误差检验比特。然后，将这些输出流ck1和ck2组合，并作为一个输出流ck发送。
编码和未编码的数据被组合并且发送给QAM(正交调幅)编码器，用于经一个通信信道的传输。
图2中示出了一个解码器。所接收的输入流Pck1和Pck2被馈送给相应的解码器20、22。解码器20的输出经交织器24馈送给解码器22的输入，解码器22的输出通过解交织器26，以产生被解码的输出流bd。
图1和图2所示的编码器和解码器是卷积的，本领域现有技术的熟练技术人员能够理解其工作原理。
在如图3所示的本发明一个实施例的结构中，输入数据流在比特选择器31的控制下通过音调复用器30，比特选择器31确定将对多少比特编码。未编码比特直接到达数据组合器34，而待编码的比特被送至截短编码器32的输入，产生从相应RSCs的两个输出，这两个输出又连接到数据组合器34的相应输入。数据组合器34将输入组合成一个适于正交调幅器36的输入的组合流。QAM36经传输信道输出一个被组合的信号。
音调复用器30工作于数字域，它创建一连串音调，通常约为750个，并且将数据的输入字块上的比特分配给各个音调。通常，每个音调可以有六个被分配的比特。音调复用器30，正如它的名字所暗示的那样，依据该音调的多少比特将被编码的判决，将来自每个音调的比特或者传送到截短编码器或者传送到数据组合器。例如，比特选择器31也许确定分配给该音调的两个最低位比特到达编码器32和剩余的比特直接到达数据组合器34。数据组合器34将剩余比特与随后传送到的编码比特进行组合，以作为送至QAM36的组合比特流。截短编码器以数据块进行工作，通常累积用于每个截短编码操作的数据的1000个比特。
比特选择通常在一个数字信号处理器中进行(执行)，该处理器根据特定需要，即，等待时间要求、编码增益性能和电路复杂度，确定将要为每个音调编码的比特数量。根据本发明，任何一个适合的方法都可以用于控制音调复用器30，使预期数目的比特分别送至数据组合器34和截短编码器32。
通过仔细地选择组合地址，在任何一个所需的QAM合成体位置输入被编码的数据是可能的。此外，在数据组合器34上，用于编码数据的任何组合逻辑可以适用于进一步改善性能。
在编码器侧，比特选择器41将确定接收的QAM合成体的I和Q分量的那些比特进入软编码器40以及那些比特将进入硬编码器42。硬编码器42确定未编码的数据是0还是1，而软编码器40输出是0或者1的每个编码数据比特的概率。
截短解码器44接受来自软编码器的软判决，并且启动在某种意义上本身是已知的迭代MAP(最大后验概率)解码器。
截短解码器44实际上包括如图2所示的两个解码器，其每个解码器对应于截短编码器中的一个RSC编码器。解码器20采用软数据流和对应的用于编码器12的误差检验比特，并且执行一个MAP解码器操作。解码器22把一个MAP解码器算法应用于交织的软数据流以及对应的编码器14的误差检验比特。在某些数量的迭代之后，进行编码数据的硬判决，以给出一个未编码的输出比特。
具有比特流控制的音调解复用器46组合编码数据和未编码数据，然后发送它们，作为一个解码数据流的输出。音调解复用器46是音调复用器的逆变换装置。对于每个音调，它获得因解码比特和截短解码器22的输出，并且产生一个与对音调复用器30输入相对应的输出数据流。比特流控制单元48确保来自截短解码器44的当前数量比特与用于每个音调的硬解码比特相结合。例如，该单元可以被实施为数字信号处理器。
本发明包括一个截短编码器和格形编码调制，其中所述编码器可以选择被编码和不编码的数据的任何组合。该结构是灵活的，它可以选择一个QAM信号中的任何数量的比特进行编码。
所述灵活的解码器结构允许选择I和Q分量中的任何比特或者进入硬解码器或者经历MAP解码器程序(过程)。进行编码的比特的数量由数据速率、等待时间要求、编码增益性能以及电路复杂度来确定。
任何组合逻辑都可以应用于该编码数据。

Claims (12)

1.一种在DMT通信系统中使用的编码器结构，所述编码器结构包括：
一个截短编码器，用于对数据流的一部分编码并且生成一个被编码输出；
一个数据组合器，具有一个接收所述数据流剩余的未编码部分的输入，和至少另一个接收所述被编码输出的输入，以及一个产生一个组合的数据流的输出；和
一个选择器，用于选择适用于所述截短编码器的所述数据流的部分。
2.根据权利要求1所述的编码器结构，其中所述选择器确定适用于所述编码器的所述数据流的比特数量。
3.根据权利要求2所述的编码器结构，其中所述选择器在一个音调复用器中实施，所述音调复用器接收所述数据流并且将所述选择器确定的大量比特送至所述截短编码器。
4.根据权利要求1至3任一项所述的编码器结构，其中所述数据组合器包括一对所述的另外输入，它们接收所述截短编码器的编码输出。
5.根据权利要求4所述的编码器结构，还包括一个连接所述数据组合器输出的正交调幅器，用于接收所述组合数据流。
6.一种解码器结构，用于一个包含至少被部分截短编码的数据DMT调制的信号，所述解码器结构包括：
一个硬解码器，用于接收输入数据流的一部分，和生成一个输出比特流；
一个软解码器，用于接收输入数据流的剩余部分，并生成一个软解码输出；
一个截短解码器，用于对所述软解码器的输出进行解码；和
一个解复用器，用于组合所述截短解码器和所述硬解码器的输出，使之成为组合的数据流。
7.根据权利要求6所述的解码器结构，其中所述解复用器是一个音调解复用器，用于为每个音调组合所述截短解码器和所述硬解码器的输出。
8.根据权利要求7所述的解码器结构，还包括一个数据流控制单元，用于控制所述解复用器将来自所述截短解码器的适当数量比特与所述硬解码器的所述输出比特流中的适当数量比特相结合。
9.一种使用DMT调制经一个通信信道发送数据的方法，所述方法包括：
接收一个输入比特流；
将比特群分配给相应的音调，形成所述DMT调制方案的部分；
对于每个音调，从它的所分配的群中确定将被编码的多个比特；
从每个群中选择所述确定数量的比特，并且将它们传至一个截短编码器；和
将所述截短编码器的输出与每群的剩余比特组合，使之成为经所述通信信道进行传输的公共比特流。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述公共比特流送至一个QAM调制器。
11.根据权利要求10所述的方法，其中经所述通信信道的传送之后从一个QAM合成体接收的比特被送至一个软解码器或者一个硬解码器，所述硬解码器的输出直接送至一个解复用器，所述软解码器的输出被送至被送至一个截短解码器，所述截短解码器的输出被送至所述解复用器，与所述硬解码器的所述输出相混合形成公共输出流，所述解复用器具有一个比特流控制输入，用于确定在每一群中来自所述截短解码器的将与所述硬解码器的输出混合的比特数量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述解复用器是一个以音调接着音调为基础组合所述比特的音调解复用器。
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