EA002212B1

EA002212B1 - Способ кодирования ячейки кодом произведения для спутникового приложения

Info

Publication number: EA002212B1
Application number: EA200000510A
Authority: EA
Inventors: Фабьен Бюда; Эмманюэль Лемуа
Original assignee: Алькатель
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2002-02-28
Also published as: EA200000510A3; EP1059757A1; CN1277494A; JP2001028549A; EA200000510A2; CA2310997A1

Abstract

Изобретение относится к способу кодирования короткой ячейки посредством кода произведения, обеспечивающего хороший компромисс между мощностью передатчика и шириной полосы, необходимой в контексте спутниковой передачи. Согласно изобретению код строки и код столбца, образующие код произведения, являются двоичными линейными блочными кодами, выбранными таким способом, что один из них имеет способность к исправлению одной ошибки, а другой имеет способность к исправлению двух ошибок.

Description

Настоящее изобретение относится к области кодирования данных, а более конкретно - к способу, который позволяет кодировать блоки данных посредством кода произведения с использованием специальных семейств кодов строк и кодов столбцов. В частности, изобретение применимо к кодированию ячеек АТМ (53байтовых ячеек).

Кодирование кодом произведения является известной формой кодирования, которая служит для кодирования данных, которые необходимо передавать, например, по радио. На фиг. 1 и 2 показан принцип кодирования произведением.

В настоящем изобретении рассматривается кодируемый блок, имеющий 90 бит данных, обозначенных 11 - 190. Биты имеют структуру в виде матрицы (фиг. 1), которая содержит число к1 строк и число к2 столбцов, где к1 = 9 и к2 = 10. Кодирование кодом произведения состоит в применении первого блочного кода (который известен как код строки) к каждой строке к1 для того, чтобы получить дополнительные биты, показанные как 111 (фиг. 2), соответствующие кодированию каждой строки к1. Например, биты <311, 112 и <113 соответствуют кодированию бит 11 - 110. В этом случае, п2 = 13 представляет собой полное число столбцов после применения кода, и п2 - к2 = 3 представляет собой число дополнительных столбцов, полученных в результате применения кода. В зависимости от используемого блочного кода вырабатывается к1(п2 - к2) дополнительных бит. Эти биты размещаются вслед за битами, из которых они были получены, таким образом получая матрицу, имеющую к1 строк и п2 столбцов.

После этой первой операции кодирования применяется второй вид блочного кодирования (который называется кодированием столбцов) к столбцам п2 для того, чтобы получить (п1-к1)п2 дополнительных бит. Таким образом, дополнительные биты 1с1 (фиг. 2) получают путем кодирования столбцов к2, и более 6 дополнительных бит 11с1 получают путем кодирования (п2-к2) столбцов. В этом случае, значение п1 равно 11 и п1-к1 = 2. Например, кодирование данных в первом столбце матрицы (фиг. 1) приводит к появлению дополнительных бит 1с 1 и 1с2.

Код произведения определяется на основании параметров (п1, к1 ) и (п2, к2) кодов строк и столбцов. Эффективность г кода произведения равна произведению эффективностей кода строки и кода столбца, которые входят в его состав. То есть, в этом случае к1*к2 г ------п1*п2

Другой характеристикой блочного кода является его способность к исправлению ошибок ΐ. Она непосредственно зависит от минимального расстояния Хемминга 1_т1п, которое имеет отношение к рассматриваемому блочному коду,

В частности

где [х] обозначает целую часть х.

В известном уровне техники коды произведения используются, в частности, для кодирования ячеек АТМ. Для коротких ячеек этого типа необходимо использовать соответствующее кодирование, причем оказывается, что сверточные коды или коды Рида Соломона недостаточно хорошо приспособлены для кодирования ячеек АТМ, и они имеют весьма посредственные характеристики.

В заявке на патент Франции РК №2769776 описывается способ кодирования блока данных, содержащих первую зону и вторую зону. Способ состоит в применении кода произведения к блоку данных, определенному следующим образом:

- первый блочный код применяют к первой зоне блока данных,

- второй блочный код применяют ко второй зоне блока данных, и

- третий блочный код применяют к данным, полученным с помощью первых двух операций кодирования в направлении, перпендикулярном к первым двум кодам.

С помощью кодов произведения, общепринятым на практике является применение кода строки, имеющего способность к исправлению ошибок ΐ=1, и применение кода столбца, имеющего ту же самую способность к исправлению ошибок ΐ=1 . Эта практика имеет недостаток, который заключается в том, что эффективность для кода произведения получается всегда больше 0,5 несмотря на выбранный код. К сожалению, при спутниковой передаче, для того чтобы получить хороший компромисс между мощностью, которая необходима для передачи, и шириной полосы, которую занимает сигнал, необходимо иметь эффективность кода как можно ближе к 0,5.

Конкретной задачей настоящего изобретения является получение семейств кодов строк и кодов столбцов, которые позволяют получить скорость кодирования, которая адаптирована для спутниковой передачи.

Более конкретно, одной из задач изобретения является определение семейства кодов произведения с исправлением ошибок, и таким образом кодов строк и кодов столбцов составляющих его так, что при применении к короткой ячейке достигается эффективность кода произведения, близкая к 0,5, Чтобы выбрать код, удовлетворяющий задачам настоящего изобретения, необходимо выполнить следующие условия

И*к2>1_се11 (1) '_{Г =} Ш^._О5' (2) . п1*п2 где 1_се11 - число бит в ячейке.

Условие (1) выражает тот факт, что код произведения применяется к блокам, по меньшей мере, с размером ячейки, которые имеют дополнительными биты, в частности, биты, которые в дальнейшем описании называются битами заполнения, и которые не принадлежат ячейке, дополнительно добавленные в нее для того, чтобы заполнить их с количеством информации, необходимым для применения кода. Предпочтительно использовать коды, для которых произведение параметров к1 и к2 приближается к значению 1_се11

Условие (2) определяет, что произведение эффективностей кода строки, умноженных на эффективность кода столбца, должно быть ближе к 0,5 для того, чтобы получить кодирование, которое подходило бы для спутниковой передачи.

Предпочтительно, не передавать какиелибо биты заполнения, которые добавляют для получения количества информации, необходимого для применения кода. Этот способ приводит к укорочению кода произведения. Декодер распознает непереданную последовательность, которую необходимо добавить для того, чтобы декодировать последовательность правильно полученных бит. С учетом вышеописанного, условие (2) имеет вид

(2)

Кроме того, для того чтобы точно адаптировать эффективность кода, необходимо избегать передачи определенных избыточных бит, причем число пропуска равно п_рипс1, с использованием способа прокалывания кода, который применяется к коду произведения. При этих обстоятельствах, условие (2) имеет вид

(2)

Эти и другие упомянутые выше задачи решаются с помощью способа кодирования ячейки, которая состоит из бит, посредством кода произведения, при условии, что ячейка представлена в виде матрицы в целях кодирова ния и, согласно которому, в частности

a) применяют первый двоичный линейный блочный код к одному размеру матрицы (состоящей из строк или столбцов), содержащей ячейку, и

b) применяют второй двоичный линейный блочный код к другим размерам матрицы (состоящей из столбца или строки), содержащей ячейку.

Используемые линейные блочные коды удовлетворяют следующему критерию: одни из них имеют способность к исправлению одной ошибки (1=1), а другие имеют способность к исправлению двух ошибок (1=2).

Двоичные линейные блочные коды, преимущественно, соответствуют кодам БоузаЧоудхури-Хоквенхама (Возе-Сйаибйигу-НосдиепцНаш) ВСН с длиной η и размером к, при этом коды ВСН, принадлежащие любому одному из следующих семейств: (п, к), (п, к-1), (п+1, к), (п8, к-δ) или (п-δ, к-1-δ) и (п+1-δ, к-δ), где к, п и 8 являются целыми числами, и где 8<к, определяют вышеупомянутый критерий.

Способ изобретения состоит, предпочтительно, в чередовании данных, полученных на этапе а) перед этапом Ь).

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут ясны из дальнейшего описания предпочтительного варианта осуществления, представленного с помощью не ограничивающего примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых фиг. 1 и 2 изображают принцип кодирования путем произведения;

фиг. 3 изображает пример кода произведения, согласно изобретению, который применяется к кодированию ячейки АТМ; и фиг. 4 изображает характеристики эффективности семейства кодов ВСН, согласно настоящему изобретению.

Фиг. 1 и 2 описаны выше со ссылкой на известный уровень техники.

В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения коды строки или столбца, которые используются для построения кода произведения, представляют собой двоичные коды ВСН (п, к), их расширенные коды (п+1, к), их очищенные коды (п, к-1 ) и укороченные коды (п-8, к-δ), (п-8, к-1-δ) и (п+1-8, к-δ) их кодов, где к, п и 8 - целые числа, и 8<к.

Расширенные коды получают путем добавления бита четности к каждому слову кода ВСН, который имеет нечетное минимальное расстояние Хемминга. Другими словами, его порождающий полином д(х) не содержит коэффициента (х+1). Очищенный код получают из кода ВСН, который имеет д(х) в качестве порождающего полинома, где д(х) не содержит коэффициента (х+1). Очищенный код получают посредством нового порождающего полинома (х+1) д(х).

Член кода ВСН используется ниже для любого из вариантов, описанных выше.

Пара кодов, образующих код произведения настоящего изобретения, содержит расширенный код ВСН (26, 32), чья способность к исправлению ошибок составляет 1=1, и расширенный код ВСН (21, 32), чья способность к исправлению ошибок составляет 1=2. Список основных кодов ВСН и их способность к исправлению ошибок приведены на с. 437 второго издания работы Джона Дж. Проакис Цифровая связь, опубликованной в издательстве Мак Гроу Хилл (Э1дйа1 сошшишсаБоп Ьу .1о11п О. Ргоак18, риЬ118Йеб Ьу Мас Огам НШ).

На фиг. 3 изображена ячейка (31) АТМ, содержащая 424 бита, размещенных в целях кодирования в матрице с размером 21 строка на 26 столбец для случая, где код ВСН (32, 21), имеющий к=2, выбирается в качестве кода стро ки, и код ВСН (32, 26), имеющий 1=1, выбирается в качестве кода столбца. Кроме того, можно рассмотреть случай с перестановкой кодов строки и столбца. Способ, посредством которого ячейка АТМ, которая размещается в матрице, в этом случае заполняет первую строку последовательно слева направо, затем вторую и так далее до тех пор, пока все биты ячейки не будут размещены в матрице. В данном случае, первые 16 строк заполняются полностью битами ячейки АТМ, тогда как 17-ая ячейка содержит последние 8 бит ячейки АТМ. Оставшиеся места матрицы (32) могут быть заполнены вспомогательными случайными битами заполнения, которые не обязательно будут передаваться и служат для укорочения кода произведения. Этот способ размещения был описан из-за его простоты, однако, в целом можно определить некоторый другой способ размещения при условии, что средство декодирования применяется для различения бит ячейки АТМ из любых бит заполнения или бит прокалывания и для восстановления ячейки АТМ правильным способом после декодирования.

Эффективность кода произведения, основанная на коде строки ВСН (32, 26) и коде столбца ВСН (32, 21) равна

Фиг. 4 состоит из фиг. 4а, 4Ь, 4с, 46, 4е и 4ί и изображает характеристики пар кодов, составляющих код произведения. Эти схемы должны рассматриваться попарно (4а, 4Ь), (4с, 46), (4е, 41), где каждая пара показывает результат моделирования для конкретных семейств кодов строки и столбца.

На графиках направление Х представляет собой уменьшение значения для кода строки, и направление Υ графика представляет собой уменьшение значения для кода столбца. Для каждой комбинации кода строки и кода столбца, направление Ζ1 на графиках фиг. 4а, 4с и 4е показывает число бит кода, выработанных с помощью кода, тогда как направление Ζ2 на графиках 4Ь, 46 и 41 показывает эффективность кода.

Для пары (4а, 4Ь), коды строк и коды столбцов получают путем укорочения кода ВСН (32, 26), и они оба имеют способность к исправлению ошибок 1=1. Эффективности различных кодов, которые рассматриваются в этом случае, находятся в диапазоне приблизительно от 0,55 до приблизительно 0,65.

Для пары (4с, 46), коды строк и коды столбцов получают путем укорочения кода ВСН (32,21), и они оба имеют способность к исправлению ошибок 1=2. Эффективности различных кодов, которые рассматриваются в этом случае, находятся в диапазоне от приблизительно 0,30 до приблизительно 0,45.

Для пары (4е, 41), коды строк получают путем укорочения кодов ВСН (32, 26), и все они имеют способность к исправлению ошибок 1=1, тогда как коды столбцов получают путем укорочения кода ВСН (32, 21), и все они имеют способность к исправлению ошибок 1=2. Эффективности различных кодов, которые рассматриваются в этом случае, находятся в диапазоне от приблизительно 0,45 до приблизительно 0,52.

Из различных графиков видно, что для комбинаций кодов, в которых одни из них имеют способность к исправлению ошибок 1=1, а другие имеют способность к исправлению ошибок 1=2, то есть графики по фиг. 4е и 41, условия (1) и (2) для кодирования ячейки АТМ для спутниковой передачи выполняются намного лучше, чем для кодов, имеющих способность к исправлению ошибок 1=1, графики по фиг. 4а и 4Ь, или для кодов, имеющих способность к исправлению ошибок 1=2 (графики по фиг. 4с и 46).

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ кодирования ячейки с помощью кода произведения, при этом ячейка содержится в матрице, чьи строки и столбцы представляют собой один размер матрицы, согласно которому применяют первый двоичный линейный блочный код к одному размеру упомянутой таблицы, применяют второй двоичный линейный блочный код к другому размеру матрицы, причем двоичные линейные блочные коды представлены своей способностью к исправлению ошибок, отличающийся тем, что один из упомянутых двоичных линейных блочных кодов имеет способность к исправлению одной ошибки, хотя другие из упомянутых двоичных линейных блочных кодов имеют способность к исправлению двух ошибок.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые двоичные линейные блочные коды являются блочными кодами Боуза-Чоудхури-Хоквенхама (ВСН) или их вариациями, причем один из них имеет способность к исправлению одной ошибки, а другие имеют способность к исправлению двух ошибок.
3. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что код произведения, который применяется к упомянутой ячейке, имеет эффективность, близкую к 0,5.
4. Способ по любому одному из пп.1-3, отличающийся тем, что ячейка, которую необходимо кодировать, является 53-байтовой ячейкой (ячейкой АТМ).
5. Способ по любому одному из пп.1-4, отличающийся тем, что ячейку передают в системе связи, которая включает в себя спутник.
6. Способ по любому одному из пп.1-5, отличающийся тем, что матрица, содержащая ячейку, также содержит и другие биты для заполнения.
7. Способ по любому одному из пп.1-5, отличающийся тем, что матрица, содержащая ячейку, также содержит биты прокалывания.