DE10059490A1

DE10059490A1 - Exklusiv-Oder-Code (XOR-Code) und serielle Verkettungscodierer/-decodierer, die selbigen verwenden

Info

Publication number: DE10059490A1
Application number: DE10059490A
Authority: DE
Inventors: Sae-Joon Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-12-18
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2001-06-28
Also published as: GB2361608A; KR20010057145A; CN1301117A; GB0028421D0; JP2001203589A; US20010025361A1

Abstract

Ein XOR-Code und serielle Verkettungscodierer/ -decodierer werden vorgesehen. Mit dem XOR-Code werden die eingegebenen Informationsbits nach einer durch den Benutzer bestimmten Kombinationsordnung kombiniert und mit einer Coderate r durch eine Modulo-2-Operation codiert, wobei O < r 1 ist. Der XOR-Code ist in Echtzeit codierbar und decodierbar. Da der serielle Verkettungscodierer keinen Verschachteler benötigt, können die Informationsbits ferner ohne eine mit der Verarbeitungszeit eines Verschachtelers korrespondierenden Verzögerung codiert und dann übertragen werden.

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Codierer/ Decodierer, und besonders auf einen Exklusiv-Oder-(XOR)-Code und auf serielle Verkettungscodierer/-decodierer, die selbigen ver wenden.

2. Beschreibung des Stands der Technik

In einem digitalen Mobilkommunikationssystem ist es wahr scheinlich, dass aufgrund der Charakteristiken eines Funkkanals Bitfehler bei der Datenübertragung auftreten. Deshalb ist eine Kanalcodierung, die für die Korrektur der in einem Übertragungs kanal erzeugten Bitfehlern verwendet werden, eine der wichtig sten Techniken in einem Mobilkommunikationssystem. Ein in dem Mobilkommunikationssystem benutzter, konventioneller Kanalcode enthält einem Faltungscode, der durch einen Viterbi-Decodierer decodiert wird, aber kürzlich erhielt ein Turbo-Code aufgrund seiner ausgezeichneten Leistung eine hohe Bedeutung. Ein Turbo- Code bezieht sich auf einen fehlerkorrigierenden Code, der sich aus der parallelen Verkettung von Faltungscodes ableitet, und es ist bekannt, dass seine Korrekturkapazität näher an die Shannon- Grenze heranreicht, wenn die Spanne eines Verschachtelers größer wird.

Neben dem oben erwähnten Turbo-Code gibt es einen seriell verketteten Code, der aus einem Wiederholungscode und einem Fal tungscode besteht. Ein Beispiel eines seriell verketteten Codes ist ein Wiederholungsansammlungscode, der durch H. Tin und R. J. McEliece eingeführt wurde (Repeat-Accumulate Codes, AAECC-13, Nov. 1999).

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das einen Wiederholungsansamm lungscodierer und Wiederholungsansammlungsdecodierer zeigt.

Mit Bezug auf Fig. 1 enthält der Wiederholungsansammlungsco dierer einen Wiederholungscodierer 100, einen Verschachteler 102 und einen Ansammlungscodierer 104, während der Wiederholungsan sammlungsdecodierer einen Ansammlungsdecodierer 110, einen Entschachteler 112, einen Wiederholungsdecodierer 114 und einen Verschachteler 116 enthält. Der Wiederholungscodierer 100 kopiert jedes Bit der eingegebenen Information entsprechend einer Coderate r und gibt dann das kopierte Ergebnis aus. Unter der Annahme, dass z. B. die eingegebenen Informationsbits '10' und eine Coderate 1/3 sind, gibt der Wiederholungscodierer 100 '111000' aus. Der Verschachteler 102 verschachtelt die codierten Daten wiederholt nach einer vorbestimmten Regel. Der Ansamm lungscodierer 104 codiert durch Ansammlung der verschachtelten Daten nach einer vorbestimmten Regel. Die in dem Ansammlungs codierer 104 codierten Daten werden zu einem Codewort des gesam ten Codes, der über den Kanal zu übertragen ist. Da in diesem Fall die Coderate des Wiederholungscodierers 100 r und die Code rate des Ansammlungscodierers 1 ist, ist die Gesamtcoderate r.

Der Ansammlungsdecodierer 110, der Entschachteler 112 und der Wiederholungsdecodierer 114 decodieren die empfangenen Daten und zurückgeführten Daten unter Verwendung eines konventionellen Annahmefortpflanzungsalgorithmus (BPA, belief propagation algo rithm). Der Verschachteler 116 verschachtelt die decodierten Daten erneut nach derselben Regel wie der Verschachteler 102 auf der Sendeseite und führt die verschachtelten Daten zum Ansamm lungsdecodierer 110 zurück.

Während jedoch der Wiederholungscodierer 100 im Betrieb rela tiv einfach ist, sind die Hamming-Abstände zwischen den ausgege benen Daten klein, so daß Fehlerkorrektur erschwert wird. Des halb ist der Einsatz des Verschachtelers 102 erforderlich. Der Ansammlungscodierer 104 kann die eingegebenen Daten nicht trans formieren, da die eingegebenen Daten sequentiell angesammelt und codiert werden. Falls ferner die Coderate niedrig ist, erreichen der Wiederholungsansammlungscodierer und -decodierer hinsicht lich der Fehlerkorrekturkapazität eine theoretische Grenze.

Zusammenfassung der Erfindung

Um die obigen Probleme zu lösen, ist es ein Ziel der vorlie genden Erfindung, einen Exklusiv-Oder-(XOR-)Code vorzusehen, der modulo-2 arbeitet und mit einer durch einen Benutzer bestimmten Kombinationsordnung codiert, und einem seriellen Verkettungs codierer und seriellen Verkettungsdecodierer vorzusehen, die den XOR-Code verwenden.

Um die obigen Ziele zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung dementsprechend einen XOR-Code vor, wobei die eingege benen Informationsbits entsprechend einer durch den Benutzer bestimmten Kombinationsordnung kombiniert und mit einer Coderate r durch eine Modulo-2-Operation codiert werden, mit 0 < r ≦ 1.

Die vorliegende Erfindung sieht auch einen seriellen Verket tungscodierer vor, der den XOR-Code verwendet und einen XOR- Codierer enthält, welcher die eingegebene Information nach einer durch den Benutzer bestimmten Kombinationsordnung kombiniert und eine Modulo-2-Operation durchführt, um sie mit einer Coderate r zu codieren, mit 0 < r ≦ 1, und sie sieht auch einen Faltungsco de-Codierer vor, der die von dem XOR-Codierer ausgegebenen Daten nach einer vorbestimmten Faltungsformel codiert.

Die vorliegende Erfindung sieht auch einen seriellen Verket tungsdecodierer vor, der einen XOR-Code verwendet und einen Fal tungsdecodierer enthält, der eine mit den auf der Sendeseite eingegebenen Informationsbits korrespondierende Datensequenz in den empfangenen Daten decodiert und die codierten Daten mit den empfangenen Daten vergleicht, um einen Wert zu bekommen, welcher mit den empfangenen Daten am besten übereinstimmt, und einen XOR-Decodierer enthält, der Fehler in den von dem Faltungsdeco dierer ausgegebenen Daten unter Verwendung einer Paritätsprü fungsmatrix korrigiert, welche durch eine Codiermatrix auf der Sendeseite bestimmt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die obigen Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher werden durch die detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen, in denen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das einen Wiederholungsansamm lungscodierer und Wiederholungsansammlungsdecodierer zeigt.

Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, das einen seriellen Verket tungscodierer und einen seriellen Verkettungsdecodierer zeigt, die einen XOR-Code nach der vorliegenden Erfindung benutzen; und

Fig. 3 ein Beispiel der Operation des XOR-Codierers von Fig. 2 erläutert.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Mit Bezug auf Fig. 2 enthält ein serieller Verkettungscodie rer nach der vorliegenden Erfindung einen XOR-Codierer 200 und einen Faltungscode-Codierer 202. Ein serieller Verkettungsdeco dierer nach der Erfindung enthält einen Faltungscode-Decodierer 210 und einen XOR-Decodierer 212.

Der XOR-Codierer 200 kombiniert n Bits der eingegebenen Daten nach einer vorbestimmten Regel, um mit einer Modulo-2-Operation das Kombinationsergebnis zu erreichen, und gibt dann k Datenbits aus. Mit Bezug auf Fig. 3 werden die eingegebenen Informations bits i1, i2, i3 und i4 nach einer vorbestimmten Regel kombiniert und einer Modulo-2-Operation unterzogen, um ein codiertes Code wort x_i (mit i = 1, 2, . . .,7) auszugeben. Die Kombinationsregel ist wie folgt:

x₁ = i₁
x₂ = i₂
x₃ = i₃
x₄ = i₄
x₅ = i₁ ⊕ i₂ ⊕ i₄
x₆ = i₁ ⊕ i₃ ⊕ i₄
x₇ = i₂ ⊕ i₃ ⊕ i₄ (1)

wo ⊕ eine Modulo-2-Operation bezeichnet. Falls Gleichung (1) umgestellt wird, wird Gleichung (2) wie folgt gebildet:

= (i₁, i₂, i₃, i₄, i₁ ⊕ i₂ ⊕ i₄, i₁ ⊕ i₃ ⊕ i₄, i₂ ⊕ i₃ ⊕ i₄) (2)

Falls sie weiter generalisiert wird, wird Gleichung (3) wie folgt gebildet:

wo I_j = {k'|k' ∈ {1, 2, . . ., k}}, und k eine natürliche Zahl ist.

Der XOR-Code kann ein systematischer Hamming-Code sein, der durch eine Generatormatrix G definiert ist. Ein Ausgabevektor ist gleich G . In diesem Fall ist die Generatormatrix G eine systematische Matrix, die bewirkt, dass die ersten k Bits eines jeden Codeworts die eingegebenen Informationsbits ohne jede Transformation kopieren. Die Generatormatrix G, die mit Glei chung (2) korrespondiert, wird durch die folgende Matrix ausge drückt:

Der Faltungscode-Codierer 202 codiert die Ausgabe des XOR- Codierers 200 in Übereinstimmung mit einer Faltungsformel, die durch den Benutzer passend ausgewählt ist. Die Ausgabe des Fal tungscode-Codierers 202 ist ein Codewort des Gesamtcodes. Falls r1 und r2 die Coderaten des XOR-Codierers 200 bzw. des Faltungs code-Codierers 202 bezeichnen, wo 0 < r1 ≦ 1 und 0 < r2 ≦ 1 ist, ist die Gesamtcoderate r1 × r2. Die so codierten Daten werden über den Kanal übertragen.

Der Faltungscode-Decodierer 210 und der XOR-Decodierer 212 decodieren die empfangenen Daten unter Verwendung von BPA, was in der Technik wohlbekannt ist. Nach einem konventioneller. Maximum-a-posteriori-Decodierungsalgorithmus decodiert der Fal tungscode-Decodierer 210 die Datensequenz in den Empfangsdaten, die mit den auf der Sendeseite eingegebenen Informationsbits korrespondiert, und vergleicht die decodierten Daten mit den empfangenen Daten, um einen Wert zu erhalten, der mit den emp fangenen Daten am besten übereinstimmt. Der XOR-Decodierer 212 wendet BPA auf eine Paritätsprüfungsmatrix an, die als die systematische Matrix G bestimmt ist, um Fehler in den von dem Faltungscode-Decodierer 210 ausgegebenen Daten zu korrigieren.

Ein XOR-Code nach der vorliegenden Erfindung ist in Echtzeit zu codieren und zu decodieren. Da ein serieller Verkettungsco dierer, der den XOR-Code nach der Erfindung verwendet, keinen Verschachteler benötigt, können die eingegebenen Informations bits ferner ohne eine mit der Verarbeitungszeit eines Verschach telers korrespondierenden Verzögerung codiert und übertragen werden.

Claims

1. XOR-Code, wobei die eingegebenen Informationsbits nach einer durch den Benutzer bestimmten Kombinationsordnung kombiniert und mit einer Coderate r durch eine Modulo-2-Operation codiert wer den, wo 0 < r ≦ 1 ist.

2. Serieller Verkettungscodierer, der einen XOR-Code verwendet, und der serielle Verkettungscodierer enthält:
einen XOR-Codierer, der die eingegebenen Informationsbits nach einer durch den Benutzer bestimmten Kombinationsordnung kombiniert und auf dem Kombinationsergebnis eine Modulo-2- Operation durchführt, um sie mit einer Coderate r zu codieren, wo 0 < r ≦ 1 ist; und
einen Faltungscode-Codierer, der die Ausgabedaten des XOR- Codierers nach einer vorbestimmten Faltungsformel codiert.

3. Codierer nach Anspruch 2, wobei der XOR-Codierer eine Ein richtung für die Erzeugung eines systematischen Hamming-Codes ist.

4. Serieller Verkettungsdecodierer, der einen XOR-Code verwen det, und der serielle Verkettungsdecodierer enthält:
einen Faltungscode-Decodierer, der eine Datensequenz in den empfangenen Daten decodiert, die mit den auf einer Sendeseite eingegebenen Informationsbits korrespondiert, und die codierten Daten mit den empfangenen Daten vergleicht, um einen Wert zu bekommen, der mit den empfangenen Daten am besten übereinstimmt; und
einen XOR-Decodierer, der Fehler in den Ausgangsdaten des Faltungscode-Decodierers korrigiert und dabei eine Paritätsprü fungsmatrix verwendet, die durch die Codiermatrix auf der Sende seite bestimmt ist.