CN1622649A - 生成最优重复的特播码流的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生成输出码流的装置，包括：第一比特重复器，用于重复输入码流；第二比特重复器，用于重复所述输入码流的第一校验比特流；以及第三比特重复器，用于重复所述输入码流的第二校验比特流。复接器被耦合到所述第一、第二和第三比特重复器以合并所述重复后的输入码流、重复后的第一校验比特流和重复后的第二校验比特流，以由所述输入码流及其校验比特流生成最优重复的输出码流。本发明还公开了一种由输入码及其校验比特流生成最优重复的输出码的方法。

Description

生成最优重复的特播码流的系统和方法
技术领域
本发明涉及纠错编码。更具体地，本发明涉及由信息码流及其校验比特流生成最优重复的码流的系统和方法。
背景技术
一种并行卷积码通常被称为Turbo码(特播码)。Turbo码属于一类相对较新的前向差错控制码，其为功率受限的通信信道提供显著的编码增益。Turbo码通常在相对较低的Eb/No(即比特能量与噪声密度之比)比上实现可靠的通信。当信号的信号功率固定时，较高的Eb/No比意味着该信号包含低噪声，而较低的Eb/No值表示了高噪声级。在受干扰影响的蜂窝无线通信系统中，较低的Eb/No要求导致更高的系统容量。
通常利用对相同信息比特的不同排序进行操作的两个或更多的递归系统卷积(RSC)编码器生成Turbo码。图1示出了一种这样的现有技术的Turbo码编码器10。从图1可以看出，编码器10包括RSC编码器13和14。RSC编码器13由信息比特S生成第一校验比特流P1。将RSC编码器14连接到交织器15以由交织器15所交织的信息比特S生成第二校验比特流P2。然后通过复接器12将信息比特S与第一和第二校验比特P1和P2复接在一起以形成输出码流。接着可以将所述的码通过通信信道30发送到解码器20。
为了使编码器10的速度与通信信道30的速度相匹配，需要重复在复接器12中生成的Turbo码中的某些比特以调节编码器10的输出码流的传输速度。由码重复器11来执行此码重复功能。但是，这种码重复方案具有若干缺点。一个缺点是重复器11不加区别地重复信息比特和校验比特。这意味着总是对整个码比特流进行重复，而不管所要重复的比特是信息比特还是校验比特。并且也不管这种重复是等间隔的均匀重复还是根据某些复杂的重复方案，就重复整个码比特流。众所公知，校验比特流和信息比特流的权重分布不一定相同，并且希望将更多的能量分配给对纠错能力有更大贡献的比特流。上述不加区别的重复常常降低所重复的Turbo码的BER(即误码率)性能。BER衡量所传输的全部比特中的差错比特的百分率，因此表明了通信可靠性。
因此，需要提供这样一种Turbo码编码器，它生成最优重复的Turbo码流，以实现最大程度提高的BER性能。
发明内容
本发明的一个特征是由输入码及其校验比特流生成最优重复的输出码流。
一种生成输出码流的装置，包括：第一比特重复器，用于重复输入码流；第二比特重复器，用于重复所述输入码流的第一校验比特流；以及第三比特重复器，用于重复所述输入码流的第二校验比特流。复接器被耦合到所述第一、第二和第三比特重复器以合并重复后的输入码流、重复后的第一校验比特流和重复后的第二校验比特流，以由所述输入码流及其校验比特流生成最优重复的所述输出码流。
一种从输入码生成最优重复的输出码流的方法，包括下述操作，即单独地并相互独立地重复所述输入码、所述输入码的第一校验比特流和所述输入码的第二校验比特流，使得当合并重复后的输入码、重复后的第一校验比特流和重复后的第二校验比特流以生成所述输出码时，获得最优性能。然后合并重复后的输入码、重复后的第一校验比特流和重复后的第二校验比特流以生成所述输出码流。
附图说明
图1示出了具有比特重复的现有技术的Turbo码编码器；
图2示意性地示出了实现本发明的一个实施例的Turbo码编码器；
图3示出了BER性能与分配给Turbo码比特流中信息比特的重复的百分率的关系，图示了在信息比特和校验比特之间的比特重复的最优分配；
图4进一步示出了图2中Turbo码编码器的BER性能。
具体实施方式
图2示出了根据本发明的一个实施例的生成最优重复的Turbo码比特流T的Turbo码编码器40。图2还示出了Turbo码解码器60，该Turbo码解码器60被可操作地连接以接收从Turbo码编码器40通过通信信道50传输的Turbo码比特流T。
如将在下面更详细地并根据本发明的一个实施例所描述的，编码器40包括第一比特重复器42，用于将输入码流(即信息比特S)重复成为重复后的信息比特流S’。编码器40还包括第二比特重复器43，用于将输入码流的第一校验比特流(即校验比特)P1重复成为重复后的第一校验比特流P1’。编码器40还包括第三比特重复器44，用于将输入的码流的第二校验比特流(即校验比特)P2重复成为重复后的第二校验比特流P2’。重复器42至44中的每一个具有各自的比特重复率(即R1、R2或R3)，其中所述比特重复率由控制模块48设置。控制模块48根据下列因素确定比特重复率R1、R2或R3：(1)通信信道50的数据速率(或数据传输速率)；以及(2)重复后的输出比特流的理想的或最优化的BER(即误码率)性能，以使编码器40的输出Turbo码流T是最优重复的。
随后，复接器41被连接到重复器42至44以将重复后的比特流S’、P1’和P2’合并在一起以生成最优重复的Turbo码流T，最优重复Turbo码流T随后通过通信信道50被传输到解码器60。此Turbo码流T的数据速率与通信信道50的数据速率相匹配。根据本发明的一个实施例的Turbo码编码器40将在下面更详细地并结合图2至图4进行讨论。
再次参考图2，Turbo码编码器40可以被用于任何Turbo码通信系统。例如，Turbo码编码器40可以用于在任何3GPP的框架下开发的第3代无线移动通信系统。3GPP是指第3代伙伴项目(the 3rd GenerationPartnership Project)，其细节可以查看 WWW.3GPP.ORG。
Turbo码编码器40可以由软件、固件(例如，可编程ASIC)、硬件或其结合来实现。在一个实施例中，Turbo码编码器由软件实现。在另一个实施例中，Turbo码编码器40以硬件或固件形式实现。
从图2可以看出，Turbo码编码器40接收信息比特流S并输出Turbo码流T。信息比特流S也可以称为系统比特或信息比特。信息比特流S是Turbo码编码器40的输入，并由此将信息比特输入编码器40。信息比特流S可以用S＝(s1，s2，...，sM)的格式来表示。在一个实施例中，信息比特流S包含多个固定长度的帧，其中每一帧具有M比特。
图2中示出的编码器40示意性地表示了1/3码率的Turbo码编码器。这意味着Turbo码流T具有下面的格式。当被Turbo编码的信息比特流S的数量为M时，来自编码器40的Turbo码流T的比特量为3M+K，其中K表示尾比特。因为尾比特K与本发明的实施例无关，所以下面就不对其进行更详细地说明了。
Turbo码流T的第一部分是信息比特流S本身。Turbo码流T的第二部分包括重复后的第一校验比特流P1’，Turbo码流T的第三部分包括重复后的第二校验比特流P2’。下面将描述通过Turbo码编码器40生成Turbo码流T。
信息比特流S被提供给第一RSC(递归系统卷积)码编码器45，以生成第一校验比特(或比特流)P1。第一校验比特(或比特流)P1用P1＝(p11，p12，...，p1M)的格式来表示。
此外，信息比特流S通过交织器47被提供给第二RSC码编码器46。交织器47按照Turbo码编码器40的用户所设置的预定方式排列所述信息比特S。所交织或排列的信息比特随后被提供给RSC码编码器46以生成第二校验比特流P2。第二校验比特流P2用P2＝(p21，p22，...，p2M)的格式来表示。RSC码编码器45和46中的任何一个都可以由任何已知的RSC码编码器实现。下面将不对任何已知的RSC码编码器的结构和操作进行更详细地说明。交织器47的结构和操作是已知的，下面就不进行更详细的说明了。
信息比特流S、第一校验比特流P1和第二校验比特流P2随后被单独并分别地提供给重复器42至44中的一个。这意味着重复器42至44中的每一个接收比特流S、P1和P2中的一个。换句话说，信息比特流S被提供给重复器42以生成重复后的信息比特流S’。第一校验比特流P1被提供给重复器43以生成重复后的第一校验比特流P1’。第二校验比特流P2被提供给重复器44以生成重复后的第二校验比特流P2’。
从图2可以看出，重复器42至44中的每一个从控制模块48中接收其各自的单独设置的重复率(例如，R1、R2或R3)。信息比特流S与第一和第二校验比特流P1和P2的单独重复使得在Turbo码编码器40输出端的Turbo码流T是最优重复的，以在使Turbo码流T的传输速率与通信信道50的数据传输速率相匹配的同时，实现Turbo码流T的BER性能的最大程度提高。这允许编码器40控制对信息比特S与第一和第二校验比特P1和P2进行重复的比特量，并将对重复的最优分配提供给Turbo码比特流中的信息比特和校验比特。换句话说，利用控制模块48的控制，重复器42至44可以调整Turbo码流T的重复模式。
这意味着根据本发明的一个实施例的分别重复信息比特与第一和第二校验比特(即，S、P1和P2)的上述机制允许对信息比特、第一校验比特和第二校验比特所要重复的比特量进行控制。如上所述，校验比特流和信息比特流的权重分布不一定相同。应该将更多的能量指配给对纠错能力有更大贡献的比特流，以提高(或避免降低)Turbo码的BER性能。因此，分配给信息比特S与第一和第二校验比特P1与P2的用于重复的比特需要最优化。
图3示出了在仿真中BER性能与分配给Turbo码流中信息比特的重复的百分率的关系，图示了在对信息比特和校验比特之间的比特重复的最优分配的需求或结果。在此仿真中，用于仿真的生成Turbo码的编码器的交织长度是2896，且重复率是2/3。Eb/No被设置为1.45bd。此外，最大后验(MAP)型算法被用于解码Turbo码比特。MAP算法被用于Turbo解码器，以生成对已经被编码成码字的信息比特的后验概率估计。这些概率估计被用作第二MAP解码器的先验比特概率。
从图3可以看出，曲线80示出了BER值与分配给信息比特S的比特重复的百分率的关系。水平轴上的值表示以因子3计算的分配给信息比特的重复的百分率。第一和第二校验比特之间所分配的重复的百分率是相同的。因而，0表示所有重复都被分配给两个校验比特，而3表明所有的重复都在信息比特上进行。显然，当这个值等于1时，对信息比特、第一校验比特和第二校验比特等同地进行重复。
如图3所示，BER曲线80是“V”字形的，其底部表明对信息比特和校验比特的重复分别达到了最优分配。如果BER值很高，意味着通信质量低或差。图3示出了当所有重复都被应用到系统比特时，BER性能显著下降。这表明应该避免信息比特的过量重复。
图4进一步示出了由图2的Turbo码编码器生成的Turbo码的BER性能的改善。图4示出了BER值与Eb/No值的关系。图4示出了三种情况。曲线90表示其中只有第一和第二校验比特被重复的情况。曲线92表示其中只有信息比特被重复的情形，而曲线91表示信息比特和校验比特都使用带重复的速率匹配算法进行重复，其中所述算法由3GPP技术规范25.212(3.b.0版)规定。在此仿真中，交织长度是3856，重复率是0.073。
从图4可以看出，曲线90表示在此三种情况之中的最佳BER性能，曲线92表示此三种情况之中的最差BER性能。而曲线91没有提供最佳结果。
回过头参考图2，上述的机制对于Turbo编码比特流实现了对信息和校验比特进行重复的最优分配。这也避免了任何由信息比特S的过量重复所引起的Turbo码流T的BER性能的显著下降。此外，如果单独地考虑信息比特、第一校验比特和第二校验比特，则所重复的比特是均匀分布的。
复接器41接收重复后的信息比特流S’、重复后的第一校验比特流P1’和重复后的第二校验比特流P2’，以生成输出Turbo码流T。Turbo码流T是通过通信信道50被随后发送到解码器60的单比特串行比特流。这意味着复接器41使三个码流S、P1和P2串行化而形成了Turbo码流T。复接器41可以使用任何已知的复接技术实现。
控制模块48根据下列因素确定比特重复率R1、R2和R3：(1)通信信道50的数据速率(或数据传输速率)；以及(2)重复后的输出比特流的理想的或最优化的BER(即误码率)性能，以使得编码器40的输出Turbo码流T是最优重复的。可以使用任何已知的方法实现控制模块48。
控制模块48通过下面的方式确定比特重复率R1、R2和R3中的每一个。首先，假设Turbo码流T的每一帧的帧长度是X，信息比特流S与第一和第二校验比特流P1和P2中的每一个都具有相等的长度，其中所述长度为X/3。控制模块48随后确定对于Turbo码流T所要重复的比特总量(即，N)。如上所述，所要重复的比特总量N取决于通信信道50的数据传输速率或速度。
一旦确定所要重复的比特的总量N，控制模块48就基于产生最佳BER性能的分配方案，确定所要重复的信息比特的量以及第一和第二校验比特的量。控制模块48找出在所述三个比特流之间的最佳分配，以获得Turbo码流T的最佳BER性能。
在重复率R1、R2和R3中每一个的分别控制下，重复器42至44中的每一个获得信息比特流S以及第一和第二校验比特流P1和P2中每一个当中的重复比特，并随后在各个比特流中分配这些重复比特。
许多已知的方法可以用于分配重复比特。在一个实施例中，由3GPP技术规范25.212(3.b.0版)规定的带重复的速率匹配算法被用来均匀地分配重复比特。在另一实施例中，所述重复可以如下所述进行。首先，从任意位置开始第一重复。接着，将剩余的重复比特置于剩余比特流中。所述重复比特应具有相等的间隔。采用1/3码率Turbo码作为示例进行了上面的描述。同样的原理适用于任何1/N(N＞3)的Turbo码。
在前述的说明中，参考其具体的实施例对本发明进行了描述。因此所述的说明和附图应该被看成是示例性的，而不具有限制意义。

Claims (8)

1.一种生成输出码流的装置，包括：
第一比特重复器，用于重复输入码流；
第二比特重复器，用于重复所述输入码流的第一校验比特流；
第三比特重复器，用于重复所述输入码流的第二校验比特流；
复接器，被耦合到所述第一、第二和第三比特重复器以合并所述重复后的输入码流、重复后的第一校验比特流和重复后的第二校验比特流，以由所述输入码流及其校验比特流生成最优重复的所述输出码流。
2.如权利要求1所述的装置，还包括：
第一校验生成器，用于生成所述第一校验比特流；
交织模块，用于交织所述输入码流；
第二校验生成器，被耦合至所述交织模块，以基于所述交织后的输入码流生成所述第二校验比特流。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述第一和第二校验生成器中的每一个都是递归系统卷积码编码器。
4.如权利要求1所述的装置，还包括被耦合到所述第一、第二和第三重复器的控制模块，以向所述重复器中的每一个提供单独设置的重复率。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述的重复器中的每一个的重复率由所述控制模块设置，使得所述输出码流的传输速率与通信信道的传输速率相匹配，同时所述输出码流是最优重复的，其中所述通信信道将所述输出码流传输到解码器。
6.一种从输入码生成最优重复的输出码的方法，包括
单独地并相互独立地重复所述输入码、所述输入码的第一校验比特流和所述输入码的第二校验比特流，使得当合并所述的重复后的输入码、重复后的第一校验比特流和重复后的第二校验比特流以生成所述输出码时，获得最优性能；
合并所述重复后的输入码、重复后的第一校验比特流和重复后的第二校验比特流以生成所述输出码。
7.如权利要求6所述的方法，还包括
由第一递归卷积码编码器生成所述第一校验比特流；
交织所述输入码；以及
由第二递归卷积码编码器由所述交织后的输入码生成所述第二校验比特流。
8.如权利要求6所述的方法，还包括
单独地并相互独立地确定所述输入码、第一校验比特流和第二校验比特流中每一个的重复率，使得所述输出码流的传输速率与通信信道的传输速率相匹配，同时所述输出码流是最优重复的，其中所述通信信道将所述输出码流传输到解码器。
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