CN1806392A - 高速无线数据通讯系统中产生和解码具有可变速率的前向纠错代码的设备和方法 - Google Patents

高速无线数据通讯系统中产生和解码具有可变速率的前向纠错代码的设备和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于产生QC－DBTC的设备。该设备包括QC－DBTC编码器，用于接收信息码元流，并且用于根据给定代码率产生多个系统码元流和多个奇偶码元流。该设备还包括：四码元映射器，其将系统码元流四映射到一个码元流；信道交织器，其独立地交织四映射的系统码元流和奇偶码元流，对四映射的系统码元流进行四逆映射，交错奇偶码元流中的码元，并且将四逆映射的系统码元流串行连接为交错的奇偶码元流。还提供双二进制turbo代码产生器，用于重复串行连接的码元流，并且用于根据代码率和选择信息来从重复的码元流中选择预定数量的码元从而产生QC－DBTC代码。

Description

高速无线数据通讯系统中 产生和解码具有可变速率的前向纠错代码的设备和方法
技术领域
本发明总体涉及一种用于在无线数据通讯系统中产生前向纠错(FEC)代码的设备和方法。更具体地说，本发明涉及用于产生具有可变速率的FEC代码的设备和方法。
背景技术
通常，将无线数据通讯系统分类为移动通讯系统(MCS)、无线局域网(WLAN)、广域网(WAN)或城域网(MAN)，它们都基于移动通讯技术。对于移动通讯系统，作为同步码分多址(CDMA)移动通讯系统的标准化组织的第三代伙伴计划2(3GPP2)，和作为异步通用移动电信系统(UMTS)移动通讯系统的标准化组织的第三代伙伴计划(3GPP)也正在独立地开发用于高速数据传输的系统。而且，对于WLAN、WAN和MAN，在IEEE 802.11到IEEE802.16标准化的领域中人们正在进行各种尝试以高速发送无线数据。
下面将对作为在上述通讯标准中被尝试的自适应调制和编码(AMC)进行说明。而且，还将说明IEEE 802.16a系统、基于CDMA移动通讯系统的CDMA2000 1x EV-DV(数据和语音的演变)系统、和正在韩国进行开发的用于2.4GHz频带的高速数据传输的高速便携因特网(HPi)系统，它们的所有都包括了在相关技术领域中基本上最先进的系统。
首先，将描述IEEE 802.16a系统。IEEE 802.16a系统是使用正交频分多址(OFDMA)的系统。
图1是在使用正交频分复用(OFDM)的IEEE 802.16a系统中用于发送高速数据的物理信道的结构的框图。参照图1，发送到用户User1、User2、...、Userm的所有物理信道都具有相同的结构。因此，在图1中，将相同的参考标记分配给相同的元件，并且将诸如a、b、...、m的不同字母添加到参考标记的结尾作为用于指示各个用户和他们相关的物理信道的指示符。在用户User1、User2、...、Userm的物理信道中所使用的参数可以具有相同的值或者不同的值。例如，各个物理信道可以在输入包大小、代码率、调制顺序和传输持续时间上彼此不同。下面将通过示例的方法对第一用户User1的物理信道进行说明。
在物理信道中，将发送到第一用户User1的数据User1_Data输入到循环冗余校验(CRC)加法器101a，并且CRC加法器101a将CRC加入到输入的用户数据User1_Data中，从而接收端可以检测由于信道传输过程中的噪声而产生的错误。将加入了CRC的用户数据输入到尾部位加法器103a，并且尾部位加法器103a将结尾的几个位(tail bits)加入到加入了CRC的用户数据中。CRC是用于校正由于信道传输过程中的噪声而产生的错误的纠错代码，并且通常用于前向纠错(FEC)。通常，将卷积代码或turbo码用于在无线通讯系统中所使用的FEC。这些代码使用作为用于在格子(trellis)图上的‘0’状态的对应代码的结束部分的尾部位。因此，加入了结尾位的数据是由FEC编码器105a进行了FEC编码的数据。在相关的参考文献中已经充分地公开了这种情况，所以在这里将省略其详细描述。
随后，为了将FEC编码器105a的输出信号的数量匹配于分配给每个用户的调制码元(symbol)的数量，码元重复和收缩(puncturing)部件107a对FEC编码的数据执行码元重复和收缩。将经历了重复和收缩的码元输入到信道交织器109a以将信道中发生的突发错误转换为随机错误，并且信道交织器109a将输入的码元进行信道交织。将信道交织的码元输入到调制器111a，并且该调制器111a调制信道交织过的码元。将调制过的码元输入到子载波或者子信道映射器以及NOS或者NOOS映射器120。子载波或者子信道映射器以及NOS或者NOOS映射器120对于分配给每个用户的传输持续时间，对调制过的码元执行子载波或者子信道映射以及NOS(时隙数量)或者NOOS(OFDM码元数量)映射。子载波或者子信道映射器以及NOS或者NOOS映射器120同时处理所有用户的数据。将从子载波或者子信道映射器以及NOS或者NOOS映射器120输出的码元输入到逆快速傅立叶变换器(IFFT)130，并且IFFT 130对输入的码元进行逆快速傅立叶变换。以这种方式，将每个用户的数据转换为一个载波信号并且发送到射频(RF)单元(未示出)。
在上述描述中，“NOS”或者“NOOS”指定分配给每个用户的传输持续时间，并且根据用户数据量是可以变化的。因此，NOS或者NOOS的增加导致分配给一个包的传输时间的增加。此外，“子信道”指定了在正交频分复用(OFDM)中所使用的一组子信道。构成一个子信道的子载波不一定，总是被安排在频域中的矩形序列中，并且通常根据特定的模式多个子载波构成一个子信道。例如，当将给定频带被分割为2048个正交频率时，如果存在第1到第2048个子载波，则可以用第1、第8、第16、第32、和第64子载波的5个载波来配置一个子信道。子信道的这种配置和构成子信道的子载波的数量根据标准而变化。
图2是用于说明在当今的HPi高速数据系统中传输数据到用户的物理信道的结构的框图。从结构上来说图2基本上与图1相同，除了图2的结构没有加入CRC和尾部位。这是因为可以在介质访问控制(MAC)层执行CRC功能。因此，在图2中的元件205、207、209、211、220和230分别对应于图1中的元件105、107、109、111、120和130。当图1和图2两者的结构具有多个调制器和多个FEC代码率时，它们需要用于确定保证提供给每个用户最佳性能的代码率和调制顺序的方案。
如图1和图2所示，在用于包传输服务的物理信道中，需要调制器。此外，使用FEC代码以克服由在无线通讯信道中发生的噪声而导致的数据错误。但是，在用于包传输服务的当前物理信道中，通常使用带有固定速率的FEC代码，特别是，使用用于给定速率的最佳代码。这是因为用于包传输服务的物理信道具有诸如加性白高斯噪声(AWGN)信道的静止信道的特征。因此，不太需要考虑使用自适应速率的FEC代码。例如，作为高速无线数据服务标准的IEEE 802.16a不保证移动站的移动性并且仅仅使用6个FEC代码率。在IEEE 802.16a物理信道标准中充分公开了该标准的详细说明，通过参考将其整个内容在此合并。虽然移动通讯系统使用二进制turbo码，但是IEEE802.16a使用双二进制(duo-binary)turbo码。
下面将更详细描述双二进制turbo码。图3是用于产生速率R＝1/2的双二进制turbo码的设备的方框图，而图4是产生速率R＝1/3的双二进制turbo码的设备的方框图。
如图3所示，R＝1/2的双二进制turbo编码器并行接收两个信息码元A和B。将并行接收的两个信息码元A和B共同输入到第一构成编码器301和turbo交织器302中。turbo交织器302交织2个并行输入的信息码元A和B，并且将交织的信息码元输出到第二构成编码器303。将两个并行输入的信息码元A和B作为系统码元原样输出，并且第一构成编码器301和第二构成编码器303使用两个输入的信息码元A和B分别产生奇偶码元C1和C2。结果，将两个输入的信息码元作为系统码元原样输出，并且每个构成编码器产生一个奇偶码元。因此，编码器的代码率是1/2。
图4的R＝1/3的双二进制turbo编码器并行接收两个信息码元A和B。将两个并行输入的信息码元A和B共同输入到第一构成编码器401和turbo交织器402。turbo交织器402交织该两个并行输入的信息码元A和B，并且将交织的信息码元输出到第二构成编码器403。将两个并行输入的信息码元A和B作为系统码元原样输出，第一构成编码器401和第二构成编码器403使用两个输入的信息码元A和B分别产生奇偶码元C11；C12和C21；C22。结果，将两个输入的信息码元作为系统码元原样输出，并且每个构成编码器产生两个奇偶码元。因此，编码器的代码率是1/3。
下面将详细说明在图3和4的双二进制turbo编码器中所执行的编码方法。假设要被编码的信息码元的尺寸是N_EP，并且分别以A_i和B_i表示通过将尺寸是N_EP的信息码元二等分而产生的N_EP/2个信息码元对(其中i＝0、1、...、N_EP/2)。在这种情况中，双二进制turbo编码器通过第一构成编码器301(或者401)将码元对A_i和B_i编码并且输出奇偶码元C1(或者奇偶码元对C11；C12)作为编码结果。随后，turbo交织器302(或者402)交织N_EP/2个信息码元对A_i和B_i，并且将交织的信息码元对输出到第二构成编码器303(或者403)。第二构成编码器303(或者403)编码输入的信息码元对，并且将奇偶码元C2(或者奇偶码元对C21；C22)作为编码结果输出。结果，对于N_EP个输入的信息码元，R＝1/2双二进制turbo编码器输出2N_EP个码字码元并且R＝1/3双二进制turbo编码器输出3N_EP个码字码元。
本领域的普通技术人员通常知道在高代码率的性能增益方面双二进制turbo代码稍稍强于二进制turbo代码。当同其信息码元尺寸是N_EP的二进制turbo代码比较时，其信息码元尺寸也是N_EP的双二进制turbo代码在格子长度(也就是帧长度)方面减小到1/2，在解码延迟方面产生了1/2的减少。但是不利的是，在较低代码率的性能方面双二进制turbo代码弱于二进制turbo代码。此外，因为对于格子图中的每个状态使用4个分支，所以双二进制turbo代码在解码复杂性方面高于二进制turbo代码。
但是，作为同步移动通讯标准的CDMA2000 1x EV-DV(数据和语音的演变)保证移动站的移动性。对于保证移动性的系统，不仅应该考虑由无线通讯信道中发生的噪声导致的数据错误，而还应该考虑用于克服由衰落导致的数据错误的各种方案。例如，为了使得发送器能够积极地应对在衰落信道环境中发生的信噪比(SNR)中的动态变化，深入地考虑用于在所有时间发送相同传输包的包调制方案和改变FEC代码的代码率的AMC方案。例如，在CDMA2000 1x EV-DV中，将准互补turbo代码(QCTC)用于物理信道作为自由地支持可变代码率的方案。在如图5所示将根据特定规则从给定母代码编码的代码码元重新排列之后，QCTC指定带有由码元选择器选择的各种代码率的一组turbo代码。
参照图5，下面将说明选择作为CDMA2000 1x EV-DV系统的标准的QCTC的操作。当将信息流500输入到具有速率R＝1/5的turbo编码器510中时，turbo编码器510使用母代码对N_EP个输入的信息码元执行turbo编码。结果，turbo编码器510产生5×N_EP个代码码元。通过代码码元分离器512将所产生的代码码元解复用为5个子块。用参考标记514表示分离的代码码元。将代码码元514分割为系统码元组(或子块X)以及多个奇偶码元组(或者子块Y0、Y1、Y’0和Y’1)。各个码元组进行部分位反转顺序(PBRO)交织。这里，各个子块进行独立的交织。将其称为“子块交织”。参考标记516a、516b、516c、516d和516e表示用于执行PBRO交织的独立装置。
在PBRO交织的码元中，原样地输出系统码元，并且由交错器518a和518b将PBRO交织的奇偶码元交错地重新排列。以这种方式实现重新排列：将两码元交错一次。也就是，交错器518a通过交错奇偶码元Y0和Y’0形成新的组。类似地，交错器518b交错地重新排列在每个子块中产生的奇偶码元Y1和Y’1，从而形成新的组。因此，通过交错而产生的每个组具有2×N_EP的尺寸。
随后，以正常的顺序来排列包括交织的系统码元和两个交错的奇偶组的子块，然后进行连接，因此产生一个新的序列。这里，以“QCTC码元”和参考标记520来表示这种操作。通过上述的系列处理，完成了用于产生QCTC代码的码元重新排列。随后，QCTC码元选择器522通过从5×N_EP个码元中选择随机的码元来产生具有各种代码率的QCTC代码。传统的二进制QCTC设计标准考虑之处是在衰落信道中的所接收信号的性能提高。通过不仅将代码性能而且将信道交织性能进行优化来体现QCTC设计标准。通常通过子块交织和交错来实现信道交织。
根据当前的HPi标准，调制方案和FEC代码率现在有大约120种不同的可能组合。但是，还没有提出用于产生和确定支持可能组合的FEC代码(也就是，具有不同代码率的turbo代码)的方案。特别是，还没有提出OFDM/OFDMA系统的用于根据调制方案和与每个数据速率对应的FEC代码率之间的关系来改变FED代码率的方法。此外，当使用混合自动重复请求(HARQ)时，还没有提出用于产生各种冗余的方案。
对于在移动通讯系统中所使用的二进制turbo代码，也就是，在CDMA2000 1x EV-DV标准中所定义的二进制turbo代码，已经提出了QCTC作为用于在上述环境中提供各种代码的方案。但是，对于二进制turbo代码基本上优化了QCTC。因此，当将诸如双二进制turbo代码的非二进制turbo代码用作母代码时需要独立的优化。特别是，使用双二进制turbo代码需要其中考虑系统码元的特征的交织和码元分类。
因此，需要一种用于在高速无线数据系统中产生所期望的代码并且将所期望的代码解码的设备和方法。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种用于产生准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)的设备和方法，以及一种用于在其中使用不同包尺寸进行数据传输的高速无线数据系统中解码QC-DBTC代码的设备和方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于产生具有不同代码率的双二进制turbo代码的设备和方法，以及一种在其中使用HARQ的OFDMA高速无线包数据通讯系统中解码双二进制turbo代码的设备和方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于产生双二进制turbo代码的设备和方法，以及一种在其中使用不同包尺寸的OFDMA高速无线包数据通讯系统中解码双二进制turbo代码的设备和方法，并且其中根据信道状态、缓存器状态、可获得的子信道(子载波)的数量、OFDM码元的数量、和传输持续时间来选择多个FEC编码方案之一和多个调制方案之一。
根据本发明的第一个方面，提供一种用于产生子包的设备。该设备包括：编码器，用于编码信息码元，其中将信息码元交替馈入该编码器的两个输入端口；码元分离器，用于将所有编码的码元解复用为两个系统码元子块和两对奇偶码元子块；信道交织器，用于分开地交织子块；码元组产生器，用于产生一对交织的奇偶码元子块的第一逐码元复用的序列、另一对交织的奇偶码元子块的第二逐码元复用的序列和两个交织的系统码元子块的两个系统的序列；以及码元选择器，用于从两个系统的序列、第一逐码元复用的序列和第二逐码元复用的序列中选择预定数量的码元。
根据本发明的第二方面，提供一种用于产生子包的方法。该方法包括步骤：编码信息码元，其中将所述信息码元交替地馈入编码器的两个输入端口；将所有编码的码元解复用为两个系统码元子块和两对奇偶码元子块；分开地交织子块；产生一对交织的奇偶码元子块的第一逐码元复用的序列、另一对交织的奇偶码元子块的第二逐码元复用的序列和两个交织的系统码元子块的两个系统的序列；并且从两个系统的序列、第一逐码元复用的序列和第二逐码元复用的序列中选择预定数量的码元。
根据本发明的第三方面，提供一种用于产生准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)的设备。该设备包括：双二进制turbo编码器，其具有多个构成编码器，用于接收信息码元流，并且用于根据给定代码率产生多个系统码元流和多个奇偶码元流，其中从与其关联的构成编码器来产生奇偶码元流，并且来自构成编码器之一的奇偶码元流与来自另一个构成编码器的奇偶码元流对应；四码元(quad-symbol)映射器，将系统码元流四映射(quad-map)到一个码元流；信道交织器，用于独立地交织四映射的系统码元流和来自构成编码器的奇偶码元流，对四映射的系统码元流进行四逆映射(quad-demap)，交错在来自交织的奇偶码元流中的、彼此对应的奇偶码元流中的码元，并且将四逆映射的系统码元流串行连接为交错的奇偶码元流；以及双二进制turbo代码产生器，用于重复串行连接的码元流，并且用于根据代码率和选择信息来从重复的码元流中选择预定数量的码元从而产生QC-DBTC代码。
根据本发明的第四方面，提供一种用于产生准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)的方法。该方法包括步骤：接收信息码元流并且根据给定代码率产生多个系统码元流和多个奇偶码元流；将所产生的码元流分离为系统码元流和奇偶码元流；将分离的系统码元流四映射到一个码元流；分开地交织四映射的码元流和奇偶码元流；四逆映射交织的系统码元流；成对交错奇偶码元流；将交错的奇偶码元流连接为四逆映射的系统码元流；以及根据给定数据速率从连接的码元中选择要被发送的码元。
根据本发明的第五方面，提供一种用于通过使用准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)编码器根据给定代码率将信息码元流进行编码来产生代码码元并且从所产生的代码码元中选择要被发送的所有或者某些代码码元的设备。所述设备包括：QC-DBTC编码器，用于接收信息码元流并且根据预定的代码率产生QC-DBTC码元；分离器，用于将QC-DBTC编码器的输出码元分离为多个系统码元流和多个奇偶码元流，其中所述系统码元流被连接为一个码元流；多个交织器，用于分开地交织奇偶码元流；系统码元流交织器，用于交织连接的系统码元流；交错器，用于成对地交错奇偶码元流；连接器，用于将系统码元流交织器的输出串行连接为交错器的输出；以及码元选择器，用于根据给定数据速率从连接的码元中选择要被发送的码元。
根据本发明的第六方面，提供一种用于通过使用准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)编码器根据给定代码率将信息码元流进行编码来产生代码码元并且从所产生的代码码元中选择要被发送的所有或者某些代码码元的方法。所述方法包括步骤：接收信息码元流并且根据预定的代码率产生QC-DBTC码元；将QC-DBTC编码器的输出码元分离为多个系统码元流和多个奇偶码元流，其中所述系统码元流被连接为一个码元流；分开地交织奇偶码元流；交织连接的系统码元流；成对地交错奇偶码元流；将交织的系统码元流串行连接为交错的奇偶码元流；以及根据给定数据速率从连接的码元中选择要被发送的码元。
根据本发明的第七个方面，提供一种用于通过使用准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)编码器根据给定代码率将信息码元流进行编码来产生代码码元并且从所产生的代码码元中选择要被发送的所有或者某些代码码元的设备。所述设备包括：QC-DBTC编码器，具有多个构成编码器，用于接收信息码元流，并且用于根据给定代码率产生多个系统码元流和多个奇偶码元流，其中从与其关联的构成编码器中产生奇偶码元流，并且来自一个构成编码器的奇偶码元流与来自另一个构成编码器的奇偶码元流对应；分离器，用于将QC-DBTC编码器的输出分离为系统码元流和奇偶码元流；多个交织器，用于独立地交织系统码元流和奇偶码元流；交错器，用于成对交错从不同构成编码器产生的奇偶码元对；连接器，用于将交织的系统码元流串行连接为交错的奇偶码元流；以及码元选择器，用于根据给定数据速率从连接的码元中选择要被发送的码元
根据本发明的第八个方面，提供一种用于通过使用准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)编码器根据给定代码率将信息码元流进行编码来产生代码码元并且从所产生的代码码元中选择要被发送的所有或者某些代码码元的方法。所述方法包括步骤：通过QC-DBTC编码器接收信息码元流，并且根据给定代码率产生多个系统码元流和多个奇偶码元流，其中从与其关联的构成编码器中产生奇偶码元流，并且来自一个构成编码器的奇偶码元流与来自另一个构成编码器的奇偶码元流对应；将QC-DBTC编码器的输出分离为系统码元流和奇偶码元流；分开地交织系统码元流和奇偶码元流；成对地交错奇偶码元对；将交织的系统码元流连接为交错的奇偶码元流；以及根据给定数据速率从连接的码元中选择要被发送的码元。
根据本发明的第九方面，提供一种用于将全部或者某些接收的、通过使用准互补双二进制turbo代码(DC-DBTC)编码器根据给定代码率编码信息码元流而产生的代码码元进行解码的设备。所述设备包括：选择器，用于将预定的代码码元插入到与所接收的码元中收缩的码元对应的位置；解交错器，用于解交错由选择器产生的码元中的奇偶码元；四码元(quad-symbol)映射器，用于四映射由选择器产生的码元中的系统码元；多个解交织器，用于分开地解交织四映射的系统码元流和解交错的奇偶码元流；四码元逆映射器，用于对解交织的系统码元流进行四逆映射；代码码元连接器，用于将四码元逆映射器的输出连接为解交织的奇偶码元流；以及QC-DBTC解码器，用于对连接的码元流进行DC-DBTC解码。
附图说明
通过结合附图阅读下面的详细描述，本发明的上述和其他目的、特点和优点将变得显而易见，其中：
图1示出了在使用正交频分复用(OFDM)的IEEE 802.16a系统中用于发送高速数据给用户的物理信道的结构的框图；
图2示出了在当前HPi高速数据系统中用于发送数据给用户的物理信道的结构的框图；
图3示出了用于产生速率R＝1/2的双二进制turbo代码的设备的框图；
图4示出了用于产生R＝1/3的双二进制turbo代码的设备的框图；
图5示出了在CDMA2000 1x EV-DV系统中的QCTC码元产生器的框图；
图6示出了根据本发明的实施方式的、具有代码率R＝1/3并且使用双二进制turbo代码的QC-DBTC编码器的结构框图；
图7示出了在根据本发明的实施方式的QC-DBTC系统中的接收器的结构的框图；
图8示出了在根据本发明的另一个实施方式的QC-DBTC系统中的发射器结构的框图；和
图9示出了在根据本发明的另一个实施方式的QC-DBTC系统中的发射器结构的框图。
在所有的附图中，应该理解相似的附图标记指示相似的部件、元件和结构。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明几个示例实施方式。在下面的说明中，为了简洁，已经省略了对合并在这里的已知功能和结构的详细描述。
图6示出了根据本发明的实施方式的、具有代码率R＝1/3并且使用双二进制turbo代码的QC-DBTC编码器的结构框图。参照图6，下面将详细描述根据本发明实施方式的、具有代码率R＝1/3并且使用双二进制turbo代码的QC-DBTC编码器的结构和操作。在图6中，turbo编码器610在结构上与参照图4描述的turbo编码器基本相同。图4示出了用于产生R＝1/3的双二进制turbo代码的设备的框图。因此，将参照图4来描述turbo编码器610的内部结构。
在图6中示出的QC-DBTC编码器在结构上类似于使用二进制turbo代码的传统QCTC编码器，除了包括处理系统码元的过程。需要此过程是因为在如图3和4所示的双二进制turbo代码的情况中，将N_EP个系统码元分为每个都包括N_EP/2个系统码元的系统码元流A和B。在由turbo交织器402 turbo交织之后由第二构成编码器403，或者由第一构成编码器401将各自的码元A_i和B_i成对编码。也就是，将每个信息流对A和B定义为通过对每个构成编码器的格子图上的一个转换过程而定义的信息流对，并且将码元流的尺寸定义为N_EP/2。因此，接收信息流对的QC-DBTC编码器根据码元对A_i和B_i来执行码元分类，如图6所示。也就是，在被块交织之前将A_i和B_i映射为四码元。
下面将详细描述编码过程。为了方便，这里将参照速率R＝1/3的双二进制turbo代码来进行描述。但是，还可以将该编码过程应用于具有代码率1/2或其他代码率的双二进制turbo代码，而不必改变双二进制turbo代码的编码方式或结构。代码率的变化仅仅增加奇偶码元组的数量从而降低代码率。
编码过程
步骤1：输出双二进制turbo代码的码元分类
参照图6，使用R＝1/3双二进制turbo代码作为母代码的turbo编码器610对于N_EP个输入信息码元执行turbo编码。该turbo编码过程与传统的双二进制turbo编码过程基本相同。因此，双二进制turbo编码器610产生3×N_EP个代码码元。参考标记612示出了将双二进制turbo编码器610的输出码元分离为系统码元和奇偶码元并且再连接分离的码元的过程。在以这种方式所产生的代码码元中，将系统码元分为每个都包括N_EP/2个码元的两个系统码元流A和B，并且将奇偶码元分为每个都包括N_EP/2个码元的四个奇偶码元流C11、C12、C21和C22，如图6所示。注意在QC-DBTC编码方案中的系统码元的子块的数量比图5的传统QCTC编码方案中的子块的数量多一个。下面将描述输入的系统码元的映射关系。如果用S(k)(其中k＝0，1，2，3，...，N_EP-1)表示输入的系统码元，用下面示出的等式(1)和等式(2)分别定义A_i和B_i：
A_i＝S(2i)其中i＝0，1，2，3，...，N_EP/2-1     (1)
B_i＝S(2i+1)其中i＝0，1，2，3，...，N_EP/2-1   (2)
步骤2：系统码元的四码元映射
如图6所示，根据下面将要更详细说明的四码元映射表来将系统码元流A和B映射为四码元。由四码元映射器630以这种方式来执行四码元映射：将A_i和B_i映射到m_i(其中i＝0，1，2，3，...，N_EP/2-1)。这等效于根据等式(1)和等式(2)来计算A_i和B_i。因此，新产生的系统码元流M具有N_EP/2的尺寸。A_i，B_i和m_i之间存在各种的可能映射规则。这里，使用通过二进制表示用于将A_i和B_i映射到m_i的映射规则作为可能的映射规则的典型例子。不论使用什么样的映射规则，重要的是：通过如传统的二进制QCTC一样的四码元映射，新的系统码元流M具有N_EP/2的尺寸，并且将每个四码元映射到第i个系统码元对A_i和B_i。在下面的表1中示出了四码元映射表。
表1
(A_i，B_i)i＝0，1，2，3，...，N_EP/2-1   m_1，i＝0，1，2，3，...，N_EP/2-1   映射规则
(0，0)   m_i＝0   2×A_i+B_i
(0，1)   m_i＝1   2×A_i+B_i
(1，0)   m_i＝2   2×A_i+B_i
(1，1)   m_i＝3   2×A_i+B_i
表1示出了系统码元A_i和B_i，与四码元m_i之间的映射规则的例子。
步骤3：奇偶码元的分类
随后，将代码码元分离为系统码元组(或者子块M)以及多个奇偶码元组(或者子块Y0，Y1，Y’0，和Y’1)，然后解复用为5个子块。这里，将该操作定义为“代码码元分离”，并且用图6中的参考标记614表示。代码码元分离器614在操作上与传统QCTC码元分离器514基本相同。可以用下面示出的等式(3)到等式(6)来表示由代码码元分离器614所执行的操作。
Y0_i＝C11_i其中i＝0，1，2，3，...，N_EP/2-1       (3)
Y1_i＝C12_i其中i＝0，1，2，3，...，N_EP/2-1       (4)
Y′0_i＝C21_i其中i＝0，1，2，3，...，N_EP/2-1     (5)
Y′1_i＝C22_i其中i＝0，1，2，3，...，N_EP/2-1     (6)
步骤4：子块交织和交错
随后，各个子块进行分开的交织，并且将此称为“子块交织”。由PBRO交织器616a、616b、616c、616d和616e来实现子块交织。这里，所有的子块具有N_EP/2的相同尺寸。随后，将在每个子块中产生的奇偶码元Y0和Y’0进行交错然后进行重新排列，以产生新的组。类似地，将在每个子块中产生的奇偶码元Y1和Y’1也进行交错然后进行重新排列，以产生新的组。这里每个组或者奇偶码元流具有N_EP/2的尺寸。由交错器618a和618b实现交错。
步骤5：系统码元的四码元逆映射
随后，通过根据表1将四码元逆映射回二进制码元A_i’和B_i’，从由子块交织所新产生的系统码元流M’来计算N_EP/2个系统码元。参照表1，可将A_i和B_i分别当作A_i’和B_i’。例如，将m_i＝3映射到(A_i，B_i)＝(1，1)。如上所述，存在有各种可能的映射规则，而本发明对于映射规则没有限制。可以用下面的等式(7)来表示m_i的映射。
m_i’→(A_i’B_i’)，其中i＝0，1，2，3，...，N_EP/2-1      (7)
由四码元逆映射器640来实现根据等式(7)或者其他方法的四逆映射。
步骤6：QC-DBTC码元连接
随后，将包括交织的系统码元和两个交错的奇偶组的子块以正常的顺序进行重新排列然后进行连接，从而产生一个新序列。这里，用“QC-DBTC码元”和图6中的参考标记620来表示这个操作。通过上述系列过程，完成了用于产生QC-DBTC代码的码元重新排列。可以用下面的等式(8)来表示QD-DBTC码元重新排列。
QC-DBTC＝{A′|B′|ITR(Y0，Y′0)|ITR(Y1，Y′1)}      (8)
在等式(8)中，{a|b}表示通过串行连接两个序列‘a’和‘b’而获得新序列，而ITR(a，b)表示两个序列‘a’和‘b’的相互交错。也就是，以a_0、b_0、a_1、b_1、a_2、b_2、...、a_M、b_M的顺序交错序列‘a’和‘b’。
步骤7：QC-DBTC码元选择
随后，QC-DBTC码元选择器622通过从3×N_EP个码元中选择随机码元来产生具有不同代码率的QC-DBTC代码。在由本申请人提交的韩国专利申请No.P2001-0007357、标题为“Code Generating Apparatus and Method in aCode System”中充分公开了用于产生具有不同代码率的QC-DBTC代码的方案，通过参考在这里合并其整个内容。
如上所述，QC-DBTC在步骤2和步骤5与传统二进制QCTC不同。下面是使用四码元映射的原因。
首先，使用四码元映射使得系统码元组的尺寸等于奇偶码元组的尺寸。因此，发射器仅仅包括一个子块交织装置。也就是，使用相同的子块尺寸为子块交织的参数和算法的简化做出了贡献。通常，PBRO交织用作子块交织。
其次，因为使用四码元映射使得系统码元组的尺寸等于奇偶码元组的尺寸，所以接收器也仅仅包括一个子块交织装置。接收器最好使用在发射器中所使用的交织的逆函数来进行子块交织，并且，通常使用交织的逆函数导致解交织的实施复杂性的增加。此外，使用不同的子块尺寸导致其实施复杂性成比例增加。因此，使用相同的子块尺寸使得能够使用单个逆函数，对于降低接收器的复杂性做出了贡献。
第三，与用于分开地子块交织系统码元流A和B的方案比较，使用四码元映射可以提高信道交织深度。在相关参考文献中充分公开了信道交织深度的增加通常提高交织性能。特别是，信道交织深度是移动通讯系统中的重要性能参数，如参照传统二进制QCTC在上面所述，QCTC具有将FEC编码和信道交织集成为一个方案的结构。因此，即使QCTC具有相同的编码增益，最好其结构也能够提高信道交织的性能。在这种情况中，四码元映射结构能够将系统码元的信道交织区扩展到N_EP。但是，从信道交织区来说，用于分开地子块交织系统码元流A和B的方案限于N_EP/2。
图7示出了在根据本发明的实施方式的QC-DBTC系统中的接收器的结构的框图。参照图7，下面将详细地描述在根据本发明实施方式的QC-DBTC系统中的接收器的结构和操作。
接收器执行发射器中所使用的QC-DBTC的逆过程，并且从所接收的码字码元中恢复N_EP个系统码元。参照图7，下面将描述恢复系统码元的过程。QC-DBTC码元选择器710将所接收的码元q0、q1，...，qM01转换为包括奇偶码元和系统码元的四码元。用参考标记712表示四码元。因为四码元分开地包括系统码元和奇偶码元，系统码元被原样输出并且奇偶码元被分为交错的码元714a和714b。通过解交错过程将交错的码元714a和714b分离为对应的奇偶码元。通过四码元映射器730将系统码元映射为四码元。将通过交错过程分离的奇偶码元流和系统码元流输入到它们关联的PBRO处理器716a、716b、716c、716d和716e，并且PBRO处理器716a、716b、716c、716d和716e将输入的码元进行PBRO重新排列。PBRO处理器716a、716b、716c、716d和716e的输出码元718等于图6的代码码元分离器614的输出码元。
这里应该注意，因为N_EP个系统码元q_k(其中k＝0，1，2，3，.....，N_EP-1)具有实数值(real value)，所以与发射器不同，接收器不能如表1中所示的那样将系统码元进行四码元映射到(0，0)，(0，1)，(1，0)，(1，1)。因此，与A_i’和B_i’对应的码元位置(q_k，q_k+1)(其中k＝0，2，4，.....，N_EP-2)被连接为一个码元对(q_k，q_k+1)，其中将该码元对当作四码元并且实现N_EP/2尺寸的PBRO交织。也就是，被完美地完成的就是简单地匹配q_k和q_k+1的码元位置。在表2中示出了这样的映射规则的例子。
表2
  (q_k，q_k+1)k＝0，2，...，N_EP-2 m_i，i＝0，1，2，...，N_EP/2-1   映射规则
  (q_k，q_k+1) m_i＝(q_k，q_k+1)   i＝k/2
以相同的方式，通过解交错将奇偶码元分割为4个奇偶块，并且通过PBRO子块解交织将奇偶块分别分割为Y0、Y1、Y’0和Y’1，然后转换为C11、C12、C21和C22。而且，通过PBRO子块解交织将系统码元M’恢复为它们原来的顺序。
随后，四码元解映射器740通过发射器的逆过程将m_i(其中i＝0，1，2，...，N_EP-1)转换为(A_i，B_i)。随后，将通过连接A、B、C11、C12、C21和C22而获得的所有3N_EP个代码码元输入到双二进制turbo编码器722。作为参考，当代码率高于1/3时，实际所发送的码元数量小于3N_EP，并且在这种情况中，将擦除码元添加到与没有发送码元的码元位置对应的q_i并且在上述过程中执行QC-DBTC重复操作。
图8示出了在根据本发明的另一个实施方式的QC-DBTC系统中的发射器结构的框图。在图8中，仅仅详细示出了用于将系统码元的尺寸扩展到N_EP的方案。
如图8所示，该方案与传统QCTC方案在结构上基本相同，但是不同之处在于图8的方案使用二进制turbo编码器。而且与图6的结构相比较，图8的结构不包括四码元映射器和四码元解映射器。除了没有了四码元映射器和四码元解映射器外，图8的结构与图6的结构基本相同，所以将仅仅描述在结构上和功能上的这些不同之处。如能够从图8中看出的，从与系统码元关联的PBRO子块交织器816a的尺寸来说，从turbo编码器810输出的代码码元之中的系统码元为两倍，而用于传统QCTC码字的所有PBRO子块交织器616a到616e具有相同的尺寸。以A_0，B_0，A_1，B_1，A_2，B-2，....，A_(N_EP/2-1)，B_(N_EP/2-1)的顺序交替地排列系统码元流A和B，然后将它们输入到PBRO子块交织器816a。这种结构的优点是，基于每个二进制码元也就是基于每个位来执行信道交织，从而提高信道交织的随机性。但是，这种方案的缺点在于，因为用于系统码元的子块在尺寸上与用于奇偶码元的子块不同，所以发射器和接收器两者都需要两个PBRO子块交织装置。但是，因为在图6所示的QC-DBTC方案中将信道交织深度扩展为N_EP，所以可以忽略图8的基于位的信道交织器深度和扩展的信道交织深度之间的差异。
在另一个实施方式中，仅仅使用二进制turbo编码器而QCTC代码产生设备的结构保持不变。在这个实施方式中，因为与QCTC方案不同，从二进制turbo编码器输出的系统码元的数量是两倍，所以将子块交织器的数量增加到2(M0和M1)。因此，所有子块交织器具有N_EP/2的相同尺寸，与图6中的那些相同。在图9中示出了这样的方案。这里，将仅仅描述图9和图6的结构和功能之间的不同。
图9的方案具有用于系统码元的两个PBRO子块交织器。在图9中，用于系统码元的子块交织器916a1和916a2具有与用于奇偶码元的子块交织器916b、916c和916d相同的尺寸。因此，系统码元流A和B在它们关联的子块M0和M1中顺序地进行排列，经历独立的PBRO子块交织，然后被顺序地排列在QC-DBTC码元流中。
这种结构的优点是，基于每个二进制码元也就是基于每个位来执行信道交织，并且所有的子块可以使用相同尺寸的PBRO交织装置。但是，这种方案的缺点是，因为用于系统码元的子块具有N_EP/2的小尺寸并且在QC-DBTC码元流中被并行排列，所以与图6的传统方案比较，信道交织深度被限制在N_EP/2。
如上所述，本发明可以在高速无线数据系统中产生具有不同代码率的代码，在所述高速无线数据系统中在传输之前使用用于选择多个调制方案之一和多个FEC编码方案之一的双二进制turbo代码作为母代码。在HARQ中，本发明可以提供带有简单QC-DBTC编码器的各种子码字和冗余，从而将系统的传输效率最大化。
虽然已经参照本发明的某些示例实施方式示出和说明了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不偏离由所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改。

Claims (19)

1.一种用于产生子包的设备，包括：
编码器，用于编码信息码元，其中将信息码元交替馈入该编码器的两个输入端口；
码元分离器，用于将所有编码的码元解复用为两个系统码元子块和两对奇偶码元子块；
信道交织器，用于分开地交织子块；
码元组产生器，用于产生一对交织的奇偶码元子块的第一逐码元复用的序列、另一对交织的奇偶码元子块的第二逐码元复用的序列和两个交织的系统码元子块的两个系统序列；以及
码元选择器，用于从两个系统序列、第一逐码元复用的序列和第二逐码元复用的序列中选择预定数量的码元。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述编码器根据1/3代码率将信息码元进行编码。
3.一种用于产生子包的方法，包括步骤：
编码信息码元，其中将所述信息码元交替地馈入编码器的两个输入端口；
将所有编码的码元解复用为两个系统码元子块和两对奇偶码元子块；
分开地交织子块；
产生一对交织的奇偶码元子块的第一逐码元复用的序列、另一对交织的奇偶码元子块的第二逐码元复用的序列和两个交织的系统码元子块的两个系统序列；以及
从两个系统序列、第一逐码元复用的序列和第二逐码元复用的序列中选择预定数量的码元。
4.根据权利要求3所述的方法，其中根据1/3代码率将信息码元进行编码。
5.一种用于产生准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)的设备，包括：
双二进制turbo编码器，其具有多个构成编码器，用于接收信息码元流，并且用于根据给定代码率产生多个系统码元流和多个奇偶码元流，其中从与其关联的构成编码器来产生奇偶码元流，并且来自构成编码器之一的奇偶码元流与来自另一个构成编码器的奇偶码元流对应；
四码元映射器，将系统码元流四映射到一个码元流；
信道交织器，用于独立地交织四映射的系统码元流和来自构成编码器的奇偶码元流，对四映射的系统码元流进行四逆映射，交错在来自交织的奇偶码元流中的、彼此对应的奇偶码元流中的码元，并且将四逆映射的系统码元流串行连接为交错的奇偶码元流；以及
双二进制turbo代码产生器，用于重复串行连接的码元流，并且用于根据代码率和选择信息来从重复的码元流中选择预定数量的码元从而产生QC-DBTC代码。
6.根据权利要求5所述的设备，其中从所述四码元映射器输出的四映射的系统码元流是系统码元流尺寸的1/2。
7.根据权利要求5所述的设备，其中从所述四码元映射器输出的四映射的系统码元流在尺寸上等于QC-DBTC代码。
8.根据权利要求5所述的设备，其中从所述四码元映射器输出的四映射的系统码元流在尺寸上等于奇偶码元流。
9.根据权利要求5所述的设备，其中所述信道交织器包括：
多个交织器，用于将从构成编码器输出的四映射的系统码元流和奇偶码元流进行独立地交织；
四码元解映射器，用于将四映射的系统码元流进行解四映射；
交错器，用于将交织的奇偶码元进行交错；以及
码元连接器，用于将解四映射的码元串行连接为交错的码元。
10.根据权利要求5所述的设备，其中所述双二进制turbo编码器的代码率是1/3。
11.一种用于产生准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)的方法，包括步骤：
接收信息码元流并且根据给定代码率产生多个系统码元流和多个奇偶码元流；
将所产生的码元流分离为系统码元流和奇偶码元流；
将分离的系统码元流四映射到一个码元流；
独立地交织四映射的码元流和奇偶码元流；
四逆映射交织的系统码元流；
成对交错奇偶码元流；
将交错的奇偶码元流连接为四逆映射的系统码元流；以及
根据给定数据速率从连接的码元中选择要被发送的码元。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述交织步骤还包括步骤：
将四映射的系统码元流和奇偶码元流进行独立地交织；
将四映射的系统码元流进行解四映射；
将交织的奇偶码元进行交错；以及
将解四映射的系统码元流串行连接为交错的奇偶码元流。
13.一种用于通过使用准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)编码器根据给定代码率将信息码元流进行编码来产生代码码元并且从所产生的代码码元中选择要被发送的所有或者某些代码码元的设备，该设备包括：
QC-DBTC编码器，用于接收信息码元流并且根据预定的代码率产生QC-DBTC码元；
分离器，用于将QC-DBTC编码器的输出码元分离为多个系统码元流和多个奇偶码元流，其中所述系统码元流被连接为一个码元流；
多个交织器，用于独立地交织奇偶码元流；
系统码元流交织器，用于交织连接的系统码元流；
交错器，用于成对地交错奇偶码元流；
连接器，用于将系统码元流交织器的输出串行连接为交错器的输出；以及
码元选择器，用于根据给定数据速率从连接的码元中选择要被发送的码元。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述分离器将系统码元流交错为一个系统码元流。
15.根据权利要求13所述的设备，其中系统码元流交织器在尺寸上是用于交织奇偶码元流的交织器的两倍。
16.一种用于通过使用准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)编码器根据给定代码率将信息码元流进行编码来产生代码码元并且从所产生的代码码元中选择要被发送的所有或者某些代码码元的方法，所述方法包括步骤：
接收信息码元流并且根据预定的代码率产生QC-DBTC码元；
将QC-DBTC编码器的输出码元分离为多个系统码元流和多个奇偶码元流，其中所述系统码元流被连接为一个码元流；
独立地交织奇偶码元流；
交织连接的系统码元流；
成对地交错奇偶码元流；
将交织的系统码元流串行连接为交错的奇偶码元流；以及
根据给定数据速率从连接的码元中选择要被发送的码元。
17.一种用于通过使用准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)编码器根据给定代码率将信息码元流进行编码来产生代码码元并且从所产生的代码码元中选择要被发送的所有或者某些代码码元的设备，所述设备包括：
QC-DBTC编码器，具有多个构成编码器，用于接收信息码元流，并且用于根据给定代码率产生多个系统码元流和多个奇偶码元流，其中从与其关联的构成编码器中产生奇偶码元流，并且来自一个构成编码器的奇偶码元流与来自另一个构成编码器的奇偶码元流对应；
分离器，用于将QC-DBTC编码器的输出分离为系统码元流和奇偶码元流；
多个交织器，用于独立地交织系统码元流和奇偶码元流；
交错器，用于成对交错从不同构成编码器产生的奇偶码元对；
连接器，用于将交织的系统码元流串行连接为交错的奇偶码元流；以及
码元选择器，用于根据给定数据速率从连接的码元中选择要被发送的码元。
18.一种用于通过使用准互补双二进制turbo代码(QC-DBTC)编码器根据给定代码率将信息码元流进行编码来产生代码码元并且从所产生的代码码元中选择要被发送的所有或者某些代码码元的方法，所述方法包括步骤：
通过QC-DBTC编码器接收信息码元流，并且根据给定代码率产生多个系统码元流和多个奇偶码元流，其中从与其关联的构成编码器中产生奇偶码元流，并且来自一个构成编码器的奇偶码元流与来自另一个构成编码器的奇偶码元流对应；
将QC-DBTC编码器的输出分离为系统码元流和奇偶码元流；
独立地交织系统码元流和奇偶码元流；
成对地交错奇偶码元对；
将交织的系统码元流连接为交错的奇偶码元流；以及
根据给定数据速率从连接的码元中选择要被发送的码元。
19.一种用于将全部或者某些接收的、通过使用准互补双二进制turbo代码(DC-DBTC)编码器根据给定代码率编码信息码元流而产生的代码码元进行解码的设备，所述设备包括：
选择器，用于将预定的代码码元插入到与所接收的码元中收缩的码元对应的位置；
解交错器，用于解交错由选择器产生的码元中的奇偶码元；
四码元映射器，用于四映射由选择器产生的码元中的系统码元；
多个解交织器，用于独立地解交织四映射的系统码元流和解交错的奇偶码元流；
四码元逆映射器，用于对解交织的系统码元流进行四逆映射；
代码码元连接器，用于将四码元逆映射器的输出连接为解交织的奇偶码元流；以及
QC-DBTC解码器，用于对连接的码元流进行DC-DBTC解码。
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