專利名稱：實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地講涉及通信的前向糾錯(FEC)技術(shù)，更具體地講是涉及抗干擾編碼的譯碼技術(shù)。
背景技術(shù)：
抗干擾編碼的譯碼技術(shù)是一個尚在發(fā)展的研究領(lǐng)域，具體表現(xiàn)在兩個方面，第一，迄今為止的抗干擾編碼大體上都屬于代數(shù)編碼，現(xiàn)在還在探索更高效率的抗干擾編碼。第二，抗干擾編碼的譯碼技術(shù)目前還不理想，公認的性能比較優(yōu)良的譯碼方法中，普遍存在實現(xiàn)技術(shù)太復(fù)雜、譯碼速率偏低、FEC水平欠理想的現(xiàn)象，不適應(yīng)現(xiàn)代通信及電子技術(shù)的發(fā)展需求，亟待在抗干擾編碼的譯碼技術(shù)方面有所創(chuàng)新。
在現(xiàn)代通信與數(shù)字信號處理領(lǐng)域內(nèi)，A.J.Viterbi教授的貢獻是人所共知的，IS-95標準就是以他為代表的一批通信和信號處理專家提出的。A.J.Viterbi教授提出的最大似然卷積譯碼器算法，可以作為FEC的典型譯碼器技術(shù)。據(jù)“CDMA擴頻通信原理”[A.J.Viterbi著，李世鶴、鮑剛、彭容譯，人民郵電出版社第130～132頁]。該譯碼器“需要兩套數(shù)據(jù)存儲，一套是度量存儲器用于存儲路徑狀態(tài)Mi(k)，另一套是路徑寄存器用于存儲每個節(jié)點的選擇值，最后再通過回朔過程完成整個譯碼過程。當卷積編碼器的狀態(tài)數(shù)K增大時，度量存儲器和路徑寄存器長度也隨之增長”。據(jù)“數(shù)據(jù)通信工程”[中國通信學會主編 人民郵電出版社 汪潤生、周師熊等編著的第263頁]“維特比譯碼方案對于約束長度短的編碼非常有效，但是對于約束長度長的編碼就復(fù)雜得幾乎無法實現(xiàn)”。據(jù)“HMM連續(xù)語音識別中Viterbi算法的優(yōu)化及應(yīng)用”[電子技術(shù)2001年第2期 第48～51頁 作者上海交通大學電子工程系 袁俊]。該論文提出“經(jīng)典的Viterbi算法在數(shù)學上用前向迭代的方法完美地解決了隱式馬爾可夫的解編碼問題。但在實際應(yīng)用到連續(xù)語音識別系統(tǒng)聲學層解碼時，該算法的計算量仍是相當可觀的”。據(jù)“WCDMA系統(tǒng)中Turbo碼譯碼器的FPGA實現(xiàn)”[北京郵電大學學報 2002年3月 第25卷第1期 第22～26頁 作者姜軍等]。該論文提出“譯碼器已成為第三代移動通信系統(tǒng)中接收機基帶處理部分的重點和難點之一”。該文介紹“已實現(xiàn)的Turbo碼譯碼器滿足當前世界的第三代(3G)移動通信技術(shù)WCDMA使用水平，業(yè)務(wù)速率為144Kbps，硬件規(guī)模比現(xiàn)有技術(shù)降低一半(據(jù)稱僅采用APEXTMEP20KFPGA芯片外掛3片64k*16bits的靜態(tài)RAM)，譯碼延遲小(約7ms)、誤碼性能優(yōu)異(2.1*10-6)”。
透過上述資料可以看出FEC在實用化方面有長足進步。同時也應(yīng)該承認目前FEC技術(shù)水平無論在業(yè)務(wù)速率、譯碼時延、糾錯水平、硬件可實現(xiàn)性等方面與現(xiàn)代最新通信業(yè)務(wù)需求存在相當大的差距。正視這個差距，積極研究FEC技術(shù)很有必要。為此，本發(fā)明以抗干擾編碼的譯碼器的設(shè)計技術(shù)為目標，選擇抗干擾編碼中最具代表性的卷積碼作為試驗對象，進行了具體譯碼技術(shù)研究。希望結(jié)合實際的譯碼技術(shù)研究，為抗干擾編碼的譯碼技術(shù)提供新鮮的思路和具體方法。選擇研究卷積碼的譯碼技術(shù)的意義如下；第一，美國Qualcomm(高通)公司提出的數(shù)字蜂窩擴頻碼分多址系統(tǒng)(CDMA)被通信工業(yè)協(xié)會(TIA)接受為IS-95標準。在世界范圍內(nèi)，公認該標準在移動通信和個人通信的發(fā)展史上具有里程碑式的影響。IS-95標準選擇的抗干擾編碼是卷積碼。第二，F(xiàn)EC一直是通信及電子技術(shù)領(lǐng)域的熱門技術(shù)之一。在深空通信以及最現(xiàn)代的電子應(yīng)用技術(shù)中(如語音識別、數(shù)字廣播…)都采用了具有前向糾錯的譯碼技術(shù)。在這些應(yīng)用技術(shù)中，卷積碼也是一種經(jīng)常被采用的抗干擾編碼。第三，在基于偽隨機編碼(擴頻)的碼分通信中，前向糾錯編碼和交織處理是提高性能的關(guān)鍵技術(shù)。由于FEC可以兼顧糾正獨立錯誤和突發(fā)錯誤，而交織技術(shù)僅僅用于改善突發(fā)錯誤，相比之下，F(xiàn)EC提高性能的作用更全面，所以FEC的性能水平更值得關(guān)注。第四，目前的FEC總體技術(shù)水平不適應(yīng)當前及未來通信領(lǐng)域的發(fā)展需求，鑒于CDMA將是21世紀無線通信中最主要的多址接入手段?，F(xiàn)在應(yīng)該提出一種“實時高速卷積譯碼器”的設(shè)計方法。第五，所有抗干擾編碼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有明顯的規(guī)律性和相互關(guān)聯(lián)性，卷積碼也不例外。同時卷積碼還具有自身的特點，卷積碼是由時序網(wǎng)絡(luò)生成的記憶性信源。充分利用抗干擾編碼的規(guī)律性和關(guān)聯(lián)性，尤其是記憶性信源的特點，可能形成最佳譯碼器的設(shè)計方法。第六，通常認為碼分通信具有天然的保密性特點。但是如果沒有自主知識產(chǎn)權(quán)，就沒有真正的保密性可言。第七，在移動通信的應(yīng)用領(lǐng)域，提高有效用戶密度、低輻射、低功耗一直是被關(guān)注的問題。CDMA移動通信在這些方面已具備技術(shù)優(yōu)勢，提高FEC的水平將進一步擴展其優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
在進行技術(shù)性分析之前，首先限定一個論述范圍FEC屬于通用的通信技術(shù)，可用于多種通信系統(tǒng)。但是，抗干擾編碼是以大幅度降低編碼效率(r)為代價的(通常r＝1/2或1/3)。一般的通信系統(tǒng)受資源分配的限制難于采用FEC技術(shù)[如頻分多址(FDMA)和時分多址(TDMA)]，只有CDMA能夠在保持處理增益(擴頻增益)的條件下，利用內(nèi)部冗余度實現(xiàn)FEC編碼，這也是CDMA在網(wǎng)絡(luò)概念上的優(yōu)勢之一。前已述及，CDMA將是21世紀無線通信中最主要的多址接入手段。為突出CDMA在網(wǎng)絡(luò)概念上的這一優(yōu)勢，以及為突出未來應(yīng)用目的，本文將結(jié)合CDMA技術(shù)分析FEC的作用，而暫時不再把FEC作為通用技術(shù)來分析。限定討論范圍只是為了利于技術(shù)分析，不影響本發(fā)明的技術(shù)成果的通用性。
為了清楚地描述本發(fā)明的設(shè)計思想，本文從分析FEC設(shè)計技術(shù)的難點入手，然后分析和評價當前的FEC的相關(guān)技術(shù)，最后提出本發(fā)明的設(shè)計思想和方法。
按照信息論的觀點，滿足下述條件的正交信號集均可以作為區(qū)分信號的手段。 式中t表示時間函數(shù)。
{fk(t)，k＝1，2...，n}是信道的輸出信號，表示一個正交信號集。
{fl(t)，l＝1，2...，n}表示一個正交矢量集。
k是正交信號集的各分量的足標，l是正交矢量集的各分量的足標。
滿足正交條件的非互斥信號集稱為復(fù)雜正交信號集，利用復(fù)雜正交信號集的正交性質(zhì)來區(qū)分信號的系統(tǒng)稱為波形分割系統(tǒng)。當信號為數(shù)字形式時，則稱為碼型分割系統(tǒng)，簡稱碼分系統(tǒng)。在實用化的通信領(lǐng)域，則形成碼分多址技術(shù)(CDMA)。
碼分系統(tǒng)不是以頻域或者時域的互斥條件區(qū)分信號的，所以碼分系統(tǒng)可以為全部用戶同時提供全部帶寬、全部時間的服務(wù)。換言之全部信道對每個用戶的每時每刻都是開放的，不存在任何硬性限制，用戶可以隨時隨地呼叫網(wǎng)內(nèi)任何其他用戶。唯一的限制就是“同時通信的用戶數(shù)”，當“同時通信的用戶數(shù)”超過設(shè)計指標時，用戶依然可以建立通信，僅僅是通信質(zhì)量的輕微劣化，所以說這種限制也是軟邊緣的。碼型分割的“非互斥”的通信方式?jīng)Q定了碼分系統(tǒng)是在負信噪比環(huán)境下工作，系統(tǒng)必須在一片噪雜中實現(xiàn)正常通信。在限定的帶寬內(nèi)，為提高系統(tǒng)利用率，總希望盡可能增大用戶數(shù)量(提高有效用戶密度)。而隨著用戶密度增加，總干擾密度(I0)勢必隨之上升，直接影響通信質(zhì)量。為了控制總干擾密度(I0)，又要求限制每個用戶所傳送的功率，即限制比特能量Eb。簡言之，通信系統(tǒng)的利用率越高，維持正常工作所需要的Eb/I0越低。在碼分通信中，譯碼器的FEC是保證滿足最低性能要求的Eb/I0下正常通信的關(guān)鍵。譯碼器的FEC技術(shù)就是在上述技術(shù)期望下工作的，這種技術(shù)期望同樣具有軟邊緣特點。對于給定差錯率的一個碼分通信系統(tǒng)，偽噪聲編碼單元的“處理增益”可視為一個常量，使通信質(zhì)量劣化的變量因素只有依靠譯碼器的FEC解決。為滿足低Eb/I0水平的低差錯率目標，譯碼器的FEC設(shè)計要求非常嚴格。一個比較形象的比喻就是“CDMA總是在玩擦邊球”，而譯碼器的FEC則是“守門員”。
碼分系統(tǒng)的編碼有兩個目的，其一，改善信息傳輸?shù)男?有效性編碼)。其二，提高信息傳輸?shù)目煽啃?可靠性編碼或抗干擾編碼)。偽噪聲編碼屬于有效性編碼，卷積碼屬于抗干擾編碼。在實用化的碼分系統(tǒng)中，兩種編碼技術(shù)的進展水平不相當，前向糾錯技術(shù)更欠成熟。欠成熟的主要表現(xiàn)如下，第一，譯碼器的FEC結(jié)構(gòu)太復(fù)雜、太難于實現(xiàn)。第二，目前的前向糾錯水平欠理想。第三，糾錯處理的延遲偏大，限制了碼分通信的最高速率，遠不適應(yīng)現(xiàn)在及未來的用戶需求水平。第四，F(xiàn)EC設(shè)計觀念有待發(fā)展。FEC的設(shè)計技術(shù)似乎已經(jīng)形成一個不良模式FEC能力越強技術(shù)就越復(fù)雜，糾錯時延就越大，甚至達到難于實現(xiàn)的程度。在具有超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)能力的時代，竟然“復(fù)雜得幾乎無法實現(xiàn)”的電子技術(shù)能有幾個呢？可見譯碼器的FEC已成為碼型分割技術(shù)實用化的瓶頸。造成FEC設(shè)計如此復(fù)雜的可能有兩個，第一，目前還沒有找到高效的抗干擾編碼，這是數(shù)學家的事情。第二，目前還沒有找到簡單可靠的譯碼方法，這是本發(fā)明參與探討的問題。
FEC設(shè)計技術(shù)的難度表現(xiàn)在以下幾個方面第一，碼分通信屬于通信最新技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)技術(shù)還處于發(fā)展階段(例如至今還未找到在有效性和可靠性兩方面最佳統(tǒng)一的編碼方法)。第二，對于一個確定的CDMA系統(tǒng)，偽噪聲編碼單元的“處理增益”可視為一個常量，使通信質(zhì)量劣化的變量因素主要依靠FEC解決。第三，在追求高性能的FEC能力時，還必須避免不利的副產(chǎn)物。第四，迄今為止，所有關(guān)于FEC的譯碼器設(shè)計方法似乎都是以概率分析為基礎(chǔ)，很少注意卷積碼所特有的記憶性信源的特點。
對于FEC設(shè)計技術(shù)的難度的第三和第四方面需要進行以下簡單補充說明。關(guān)于第三點的補充說明在追求高性能的FEC能力時，有可能出現(xiàn)兩個不利的副產(chǎn)物，第一，通常而言，前向糾錯能力越強，門限效應(yīng)越尖銳。第二，編、譯碼時延增長?！伴T限效應(yīng)”是前向糾錯中特有一種現(xiàn)象“當信噪比優(yōu)于系統(tǒng)設(shè)計值時，錯誤概率很小。而信噪比劣于系統(tǒng)設(shè)計值時，錯誤概率突然嚴重惡化”。譯碼器的FEC設(shè)計技術(shù)中，必須注意這個潛在威脅。因為FEC的設(shè)計目標應(yīng)該是“提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本”，即通信系統(tǒng)投資FEC的目的是希望FEC發(fā)揮雪中送炭的作用。如果出現(xiàn)門限效應(yīng)就會使FEC背離投資目標，成為“信噪比有利時，F(xiàn)EC錦上添花。信噪比不利時，F(xiàn)EC落井下石?！?。為避免事與愿違，一般的通信系統(tǒng)更傾向于采用傳統(tǒng)技術(shù)(檢錯結(jié)合反饋重發(fā))，而不投資于前向糾錯。不過，傳統(tǒng)的反饋重發(fā)也并非萬全之策。當錯誤頻繁時，整個通信過程將進入“檢錯-重發(fā)-檢錯-重發(fā)”的死循環(huán)過程。嚴重情況下，收發(fā)雙方的檢錯信息也將失去聯(lián)絡(luò)能力。如此看來，可以得到如下結(jié)論面對嚴重干擾的情況，傳統(tǒng)技術(shù)只有“束手待斃”，而FEC則可以通過不斷地提高自身的糾錯水平，日漸成熟，最終克服嚴重干擾的影響。如果能夠?qū)崿F(xiàn)理想的FEC水平，碼分通信的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼜V泛。
關(guān)于第四點的補充說明本發(fā)明人不理解，也不贊同“CDMA擴頻通信原理”[A.J.Viterbi著，第127～128頁]的有關(guān)論述“…用同樣的概念在非記憶信道中解決卷積碼的最佳解碼是多么容易，…由于信道是非記憶的，條件概率或似然函數(shù)…而且在先驗等概條件下尋找所有可能序列中誤碼率最小的路徑…”。本發(fā)明人認為第一，如果其中的“非記憶信道”僅僅是指信道的噪聲在各個時刻互相獨立，則是可理解的。第二，通信的基本問題是根據(jù)給定的信源和信道設(shè)計最佳的變換器和反變換器，使之達到最佳的通信性能。按照這個觀點，卷積編碼器和卷積譯碼器是一對用于抗干擾目的的變換器和反變換器。因此設(shè)計卷積譯碼器就必須分析卷積編碼器的特性。第三，譯碼器接收的卷積碼來自發(fā)送端的編碼器，卷積編碼器是時序網(wǎng)絡(luò)，卷積碼是按照嚴格規(guī)律生成的信息，一個具有嚴格規(guī)律性和相互關(guān)聯(lián)性的信號不應(yīng)該被視為隨機信息信號。如果因為信源的信息序列是隨機事件，由此而認為譯碼器接收的卷積碼也是隨機事件是欠妥當。第四，雖然傳輸過程中存在比較嚴重的加性干擾和乘性干擾，也不能根本改變卷積碼的記憶性信源性質(zhì)。
為統(tǒng)一認識，有必要對信源信息序列和卷積碼的性質(zhì)進行一些簡單分析。所謂的“信源的信息序列是隨機事件”應(yīng)是一種泛指，對于一個正在進行傳輸?shù)男旁葱畔⑿蛄卸?，則要采取適當?shù)姆治觥?br> 設(shè)a是一個非負實數(shù)，如果a=Σj=-∞N-1aj2j----(2)]]>其中aj＝(0，1)，j＝N-1，N-2，...，則非負實數(shù)a的二進制表示式a＝(a(N-1)，a(n-2)，...，a(1)，a(0)；a(-1)，a(-2)，...)(3)式中a(j)的足標為非負數(shù)的對應(yīng)a的整數(shù)部分，a(j)的足標為負數(shù)的對應(yīng)a的小數(shù)部分。
如果用式(3)表示二進制信息序列時，應(yīng)該賦予新的含義a(j)的足標為正數(shù)，視為a的歷史信元。a(j)的足標為0，視為a的當前信元。a(j)的足標為負數(shù)，視為a的未來信元。很明顯式(3)表示的二進制數(shù)字序列就是一個正在進行傳輸?shù)男旁葱畔⑿蛄小Ｈ绻咽?3)以a(0)為界劃分為兩個部分，則形成a’＝(a(N-1)，a(n-2)，...，a(1)，a(0))(4)a”＝(a(-1)，a(-2)，...) (5)可見式(4)表示的是信源信息序列的歷史信元和當前信元部分，是已發(fā)生的確定的信源信息，不應(yīng)視為隨機事件部分。式(5)表示的是信源信息序列的未來信元部分，應(yīng)視為隨機事件部分。因此用完整的式(3)表示的信源信息序列是隨機事件。由于卷積碼是信源信息和卷積監(jiān)督矩陣生成的，其中的“信源信息”應(yīng)該是已發(fā)生的確定的信源信息，所以卷積碼不可能是隨機信息。如果在這個認識上一致，就可以討論譯碼方法問題了。
參照“科學技術(shù)詞典”[上?？茖W技術(shù)出版社 下冊 第2357頁]對于概率一詞的解說“在自然現(xiàn)象和社會現(xiàn)象中，有一些現(xiàn)象就其個別來看是無規(guī)則的，但是通過大量的試驗和觀察后，就其整體來看卻呈現(xiàn)一種嚴格的非偶然的規(guī)律性。概率論就是從數(shù)量的側(cè)面來研究大量的隨機現(xiàn)象，并從中獲得這些隨機現(xiàn)象所服從的規(guī)律。”可見概率(probability)是精確的數(shù)學概念，但是其結(jié)果表示的是大概(probable)-“獲得隨機現(xiàn)象所服從的規(guī)律”。譯碼器的FEC功能是糾正錯誤碼元，是處理個別現(xiàn)象的過程。如果使用概率的觀點去分析卷積譯碼技術(shù)，則是用“獲得隨機現(xiàn)象所服從的規(guī)律”的工具去處理非隨機的個別現(xiàn)象，明顯有選錯工具之嫌。倘若確實是工具選擇不當，則必然導致“在先驗等概條件下尋找所有可能序列中誤碼率最小的路徑...”的局面，難于避免設(shè)計技術(shù)復(fù)雜、糾錯水平有限等問題。在卷積譯碼技術(shù)方面，與維特比算法齊名的技術(shù)是擇大輸出判決，它是利用m序列的各個平移等價序列之間的相關(guān)系數(shù)變化進行判決糾錯。具體方法雖然完全不同，但依然是基于概率分析方法，所以也非常復(fù)雜。本發(fā)明人認為選擇的技術(shù)方法欠合理，可能是導致譯碼器的FEC設(shè)計難度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、糾錯處理時間長、糾錯水平有限等一系列問題的根本癥結(jié)。對此本發(fā)明人有過深切體會。
綜上所述，F(xiàn)EC設(shè)計技術(shù)的難度有客觀原因，同時也不排除設(shè)計者觀點的正確性問題。為此本發(fā)明從分析卷積碼的編碼器入手，分析卷積碼的規(guī)律性和關(guān)聯(lián)性，尤其著重分析記憶特性的表現(xiàn)。再根據(jù)“接收是發(fā)送的逆過程”的一般規(guī)律，勾勒出譯碼器基本結(jié)構(gòu)。經(jīng)過大量的關(guān)于抗干擾編碼的規(guī)律性、關(guān)聯(lián)性、記憶性的全面分析和復(fù)雜推算，最終獲得了獨創(chuàng)性的成果。具體陳述如下。
本發(fā)明的方向是提高抗干擾編碼的譯碼器的FEC功能。為此約定；系統(tǒng)已經(jīng)為譯碼器提供正常工作的時鐘同步、字同步條件。本發(fā)明人清楚時鐘同步和字同步技術(shù)保證譯碼器正常工作的基礎(chǔ)，但是字同步技術(shù)是碼分通信的研究專題之一，超出本發(fā)明的內(nèi)容。不過，這不妨礙本發(fā)明的部分技術(shù)成果將來用于字同步技術(shù)中。
在抗干擾編碼的編碼器上，監(jiān)督碼元由其編碼監(jiān)督矩陣唯一地確定。換言之，給定了編碼監(jiān)督矩陣，就可以由信源信息和編碼監(jiān)督矩陣求出監(jiān)督碼元。監(jiān)督碼元和信源信息碼元共同構(gòu)成抗干擾編碼信息序列。譯碼器是編碼器的逆過程，自然采用相同的監(jiān)督矩陣，由接收的監(jiān)督碼元和譯碼監(jiān)督矩陣恢復(fù)信源信息。如果暫時不考慮FEC功能，可見編碼器和譯碼器的基本構(gòu)成非常簡單，僅包括監(jiān)督矩陣、信源信息、監(jiān)督碼元三個單元，其中監(jiān)督矩陣承擔著信源信息和監(jiān)督碼元之間變換的中間人角色。三者之中，信源信息和監(jiān)督碼元都非常直觀，監(jiān)督矩陣又是什么呢？應(yīng)該清楚，任何抗干擾編碼的監(jiān)督矩陣都可以分為常量構(gòu)件和變量構(gòu)件兩部分，常量構(gòu)件是監(jiān)督矩陣中不跟隨輸入信息序列變化的部分，變量構(gòu)件是監(jiān)督矩陣中跟隨輸入信息序列變化的部分。具體到卷積編譯碼器上，常量構(gòu)件就是線性移位寄存器，變量構(gòu)件就是線性移位寄存器的狀態(tài)值。由于編碼器的輸入信號是信源信息，所以編碼器的線性移位寄存器的狀態(tài)值就是當前信元之前的(K-1)信元值，狀態(tài)值的計算式為Z＝a(K-1)*2(K-2)+a(K-2)*2(K-3)+...，a(1)*2(K-K)(6)式中Z表示狀態(tài)值，K為約束長度，a取值0或者1。a的足標表示線性移位寄存器的各個位值。全部足標均為正數(shù)，表明線性移位寄存器的各狀態(tài)值是信源信息的歷史信元組成。如果以H表示對應(yīng)于卷積譯碼監(jiān)督矩陣的變量構(gòu)件的集合，A表示一個同構(gòu)的線性移位寄存器的狀態(tài)值作為元素構(gòu)成的集合，兩者將構(gòu)成一一映射關(guān)系fH→A f-1A→H為了有所區(qū)分，本文約定在抗干擾編碼的監(jiān)督矩陣中，編碼監(jiān)督矩陣的變量構(gòu)件稱為基準數(shù)據(jù)，譯碼監(jiān)督矩陣的變量構(gòu)件被稱為從屬數(shù)據(jù)。例如在涉及卷積監(jiān)督矩陣的具體討論中，卷積編碼器的線性移位寄存器的狀態(tài)值被稱為基準數(shù)據(jù)，卷積譯碼器的線性移位寄存器的狀態(tài)值被稱為從屬數(shù)據(jù)。
把監(jiān)督矩陣分為常量構(gòu)件和變量構(gòu)件兩部分，有利于分析監(jiān)督碼元和監(jiān)督矩陣的特點，有利于縮小關(guān)鍵性設(shè)計技術(shù)的范圍，有利于尋找最佳設(shè)計方法。例如卷積編碼器和卷積譯碼器的線性移位寄存器完全相同，又是非?？煽亢头€(wěn)定的部分，是監(jiān)督矩陣中不跟隨信源信息序列變化的部分，所以可視為卷積監(jiān)督矩陣的常量構(gòu)件，在FEC中可以忽略影響的部分。而基準數(shù)據(jù)和從屬數(shù)據(jù)是獨立運行的動態(tài)數(shù)據(jù)，只有基準數(shù)據(jù)≡從屬數(shù)據(jù)，才可以保證編碼器、譯碼器的監(jiān)督矩陣完全相同。編碼器、譯碼器的監(jiān)督矩陣相同，則信源信息和卷積碼之間的正反變換就非常準確、非?？煽苛?。例如卷積編碼器的基準數(shù)據(jù)就是信源信息的歷史信元序列，基準數(shù)據(jù)≡從屬數(shù)據(jù)，表明譯碼器已經(jīng)實現(xiàn)最終目標-恢復(fù)信源信息序列。
上述關(guān)于抗干擾編碼的分析是適合于時序網(wǎng)絡(luò)的，例如卷積編碼器就是屬于時序網(wǎng)絡(luò)。按照定義，一個時序網(wǎng)絡(luò)是有記憶性的網(wǎng)絡(luò)，其輸出不僅和當前時刻的信元相關(guān)，而且與前面時刻的S個信元相關(guān)。至此已經(jīng)清楚，卷積編碼器是一個時序網(wǎng)絡(luò)，完全是由于卷積監(jiān)督矩陣具有上述特點決定的。以[H]表示抗干擾編碼的編碼監(jiān)督矩陣，抗干擾編碼信息序列的矩陣方式表示為 式(7)中的(x)表示抗干擾編碼信息序列的碼元，足標(k+m)表示序號，其中包括基干個信息碼元，其余為監(jiān)督碼元。足標i具有幀或者段的含義。
有關(guān)抗干擾編碼的譯碼技術(shù)研究表明，大部分抗干擾編碼都是采用校驗矩陣[S]作為判據(jù)的，校檢矩陣[S]表示為 式(8)中的(e)表示可能出現(xiàn)的加性干擾或者乘性干擾。可以看出校檢矩陣[S]與抗干擾編碼信息序列的碼元(x)無關(guān)，僅與傳輸媒介產(chǎn)生的干擾(e)有關(guān)。
已經(jīng)建立的理論表明如果譯碼器接收的抗干擾編碼信息序列沒有出現(xiàn)誤碼，則校驗矩陣[S]等于編碼監(jiān)督矩陣[H]。反之，校驗矩陣[S]不等于編碼監(jiān)督矩陣[H]。二者之間的關(guān)系非常緊密，可見校檢矩陣同樣可以視為常量構(gòu)件和變量構(gòu)件兩部分。參見


可以清楚，校驗矩陣的常量構(gòu)件就是校驗電路，其變量構(gòu)件就是校驗電路的輸出狀態(tài)值(稱為校驗數(shù)據(jù))。由于校驗矩陣[S]與傳輸媒介產(chǎn)生的干擾(e)有關(guān)，其變量構(gòu)件(校驗數(shù)據(jù))必然與傳輸媒介產(chǎn)生的干擾(e)有關(guān)。為了區(qū)分干擾(e)對校驗矩陣[S]的變量構(gòu)件的影響，本文約定沒有誤碼期間的校驗矩陣[S]的變量構(gòu)件稱為無誤校驗數(shù)據(jù)，有誤碼期間的校驗矩陣[S]的變量構(gòu)件被稱為有誤校驗數(shù)據(jù)。FEC的傳統(tǒng)處理方法是根據(jù)校驗矩陣[S]≠[H]實現(xiàn)檢錯，依靠糾錯能力確定誤碼位置，予以糾正。相比于傳統(tǒng)技術(shù)，維特比算法和擇大輸出判決的明顯進步是不糾纏于具體誤碼位置。本發(fā)明則是根據(jù)無誤碼期間[S]＝[H]的條件，從抗干擾編碼信息序列中解析無誤校驗數(shù)據(jù)，由于無誤校驗數(shù)據(jù)＝基準數(shù)據(jù)，從而直接獲得正確譯碼結(jié)果。
抗干擾編碼就是在信源信息碼元序列中添加監(jiān)督碼元，形成抗干擾編碼信息序列，抗干擾編碼信息序列的內(nèi)部具有嚴格的規(guī)律性和關(guān)聯(lián)性。如果編碼監(jiān)督矩陣是一個時序網(wǎng)絡(luò)，其輸出的抗干擾編碼信息序列不僅和當前時刻的信元相關(guān)，而且與前面時刻的S個信元相關(guān)[S稱為記憶長度]。例如卷積編碼器就是一個時序網(wǎng)絡(luò)，其輸出(卷積碼)不僅和當前時刻的信元相關(guān)，而且與前面時刻的S個信元相關(guān)。應(yīng)該想到，當前信元和前面時刻的(K-1)個信元共同構(gòu)成就是移位寄存器的狀態(tài)值。所以只要S≥K(約束長度)，就意味著瞬間接收的正確卷積碼可以提供編碼器的移位寄存器狀態(tài)值的全部信息。
在有關(guān)抗干擾編碼的理論分析中，常常提到抗干擾編碼符合先驗等概分布條件。例如卷積碼也符合先驗等概分布，進一步的分析表明，其分布規(guī)律與約束長度K和編碼效率r無關(guān)。設(shè)集合A包括編碼監(jiān)督矩陣的線性移存器的所有狀態(tài)值(基準數(shù)據(jù))，則集合A中共包括2(K-1)個元素。若以卷積碼作為互斥條件進行分類，可以構(gòu)成2(1/r)個子集，每個子集包括2(K-1-(1/r))個元素。編碼監(jiān)督矩陣的基準數(shù)據(jù)嚴格按照規(guī)律性轉(zhuǎn)移，由此決定了卷積碼按照嚴格的規(guī)律性轉(zhuǎn)換。一組前后次序銜接的基準數(shù)據(jù)嚴格對照著一組前后次序銜接的卷積碼，利用交集的概念可以獲得如下表達式AJ＝{a1，a2，...，a(p-1)，ap}(9)p＝2(K-(1/r))/4(J-1)(10)式中，足標J稱為校驗碼字深度。按照層次性的概念，校驗碼字深度就是監(jiān)督碼元的連續(xù)層次數(shù)。足標p表示集合AJ的元素數(shù)量序號。
抗干擾編碼的規(guī)律性同時也反映著抗干擾編碼的相互關(guān)聯(lián)性。具體的相互關(guān)聯(lián)性主要表現(xiàn)在編碼監(jiān)督矩陣(或生成矩陣)的特征方面。
由于抗干擾編碼監(jiān)督矩陣具有層次性和周期性的特征，生成的抗干擾編碼信息序列必將具有明顯的層次性和周期性特征。已經(jīng)論證如果基準數(shù)據(jù)≡從屬數(shù)據(jù)，就可以保證編、譯碼器的監(jiān)督矩陣完全相同。編、譯碼器的監(jiān)督矩陣保持相同，則信源信息序列和抗干擾編碼信息序列之間的變換就非常準確、非?？煽苛?。所以譯碼器的設(shè)計目標就是盡力使從屬數(shù)據(jù)和基準數(shù)據(jù)保持一致，根本不必判別誤碼位置，也無須牽掛是否恢復(fù)了信源信息序列。
譯碼器的最終設(shè)計目標清楚而且簡單，問題依然存在?，F(xiàn)在譯碼器只擁有監(jiān)督矩陣的可靠的常量構(gòu)件和抗干擾編碼信息序列(存在誤碼)，如何根據(jù)這殘缺不全的條件獲得編碼器的變量構(gòu)件-基準數(shù)據(jù)呢？在編碼器和譯碼器之間，抗干擾編碼信息序列是唯一的聯(lián)系紐帶。只有通過抗干擾編碼信息序列獲得“基準數(shù)據(jù)”的信息，為此必須分析譯碼器接收的抗干擾編碼信息序列具有什么特點。
設(shè)發(fā)送抗干擾編碼信息序列如下...C0，C1，C2，...，Cn，C(n+1)，C(n+2)，...
式中的C表示抗干擾編碼信息序列碼元，足標0，1，...，(n+1)表示抗干擾編碼信息序列的碼元序號。
由于傳輸過程中存在衰耗和各種干擾，到達接收端的抗干擾編碼信息序列已經(jīng)不能保持原來狀態(tài)。為反映這種影響，設(shè)接收的抗干擾編碼信息序列序列如下...W0，W1，W2，...，Wn，W(n+1)，W(n+2)，...
當沒有干擾或者干擾強度不足以造成誤碼時，接收碼字＝發(fā)送碼字。當出現(xiàn)干擾并造成誤碼時，接收碼字≠發(fā)送碼字。在一次通信過程中，隨著干擾強弱有無的變化，接收碼字忽而等于發(fā)送碼字(此刻[S]＝[H])。忽而不等于發(fā)送碼字(此刻[S]≠[H])。很明顯，譯碼器唯有利用接收正確碼字的瞬間([S]＝[H])去解決問題，因為只有這個瞬間譯碼器是缺而不殘的。缺少的就是基準數(shù)據(jù)的信息，這個信息應(yīng)該隱藏在瞬間接收的正確碼字中，只要抗干擾編碼器是一個時序網(wǎng)絡(luò)。如果這個分析正確，說明這個瞬間的譯碼器是不缺也不殘的。
根據(jù)上述分析，“監(jiān)督碼元由其編碼監(jiān)督矩陣唯一地確定”可以映射為“監(jiān)督碼元由其編碼監(jiān)督矩陣的變量構(gòu)件唯一地確定”。在譯碼器一側(cè)，逆定理“變量構(gòu)件由其抗干擾編碼唯一地確定”也可能成立，譯碼器有可能通過接收的無誤碼字獲得基準數(shù)據(jù)。例如在卷積編譯碼器中，當約束長度K比較大時，以卷積碼作為互斥條件進行分類的子集數(shù)量遠小于每個子集包括的元素數(shù)量。很顯然，為實現(xiàn)“變量構(gòu)件由其卷積碼唯一地確定”的目的，卷積譯碼器采用的校驗碼字深度(J)必須長。可喜的是這個分析結(jié)果獲得已建立的理論支持“卷積碼序列的半無窮序列的特性(或連環(huán)特性)，允許譯碼使用的校驗碼字比約束長度K長很多?！崩霉?9)和(10)可以計算校驗碼字深度J和變量構(gòu)件唯一性的關(guān)系A(chǔ)J＝{a1，a2，...，a(p-1)，ap}(9)p＝2(K-(1/r))/4(J-1)(10)以K＝9，r＝1/3，J＝2為例，可以算出AJ＝{a1，a2，...，a15，a16}以K＝9，r＝1/3，J＝3為例，可以算出AJ＝{a1，a2，a3，a4}以K＝9，r＝1/3，J＝4為例，可以算出AJ＝{a1}最后的計算表明，對于K＝9，r＝1/3的情況，校驗碼字深度J＝4就可以實現(xiàn)“變量構(gòu)件由其卷積碼唯一地確定”的目的。換言之，對于K＝9，r＝1/3的情況，只要為譯碼器提供4層連續(xù)正確的接收碼字(若r＝1/3，就是12比特)，譯碼器立即可以求出基準數(shù)據(jù)。根據(jù)以上現(xiàn)象，需要一個新術(shù)語-最大校驗碼字深度Jmax，用于表示能夠唯一地確定變量構(gòu)件的碼字層數(shù)。已經(jīng)論證，基準數(shù)據(jù)就是信源的當前信元之前的(K-1)信元值，譯碼器求出基準數(shù)據(jù)，意味著一次準確譯出(K-1)個信源信息碼元，這是前所未有的譯碼效果。更重要的是本例的K＞Jmax的表明這個譯碼方法還具有4位判決增益，判決增益是因為兩者的收斂速度不同的必然結(jié)果。
按照本發(fā)明設(shè)計的卷積譯碼器的糾錯水平如何呢？具體分析包括兩方面的能力，第一，糾正獨立錯誤(隨機噪聲引起)的能力，第二，糾正突發(fā)錯誤(脈沖噪聲或者深衰落等引起)的能力。在糾正獨立錯誤方面仍以K＝9，r＝1/3，Jmax＝4為例，假設(shè)在25比特中出現(xiàn)一個碼元錯誤(平均誤碼率＝4*10-2)，接收卷積碼的正確率為7∶1。實際上在錯誤碼元之后的第4個正確的卷積碼一出現(xiàn)，譯碼器立即就可以解析出基準數(shù)據(jù)，很顯然錯誤碼元位于判決增益的覆蓋區(qū)域內(nèi)，必然被糾正?？梢妼τ谄骄`碼率＝4*10-2的獨立錯誤，可以達到100％的糾錯水平。在糾正突發(fā)錯誤方面如果25比特中出現(xiàn)了12個持續(xù)錯誤碼元(平均誤碼率＝5*10-1)，由于其后的13個碼元沒有誤碼，相當于4個卷積碼絕對正確，所以譯碼器依然可以實現(xiàn)100％地糾錯。最不利的是每12比特中出現(xiàn)一個碼元錯誤(平均誤碼率＝1。2*10-1)的情況，接收卷積碼的正確率為3∶1，不能滿足校驗碼字深度J≥4的條件，譯碼器不能解析出基準數(shù)據(jù)。
根據(jù)以上現(xiàn)象，為衡量本發(fā)明的糾錯能力，需要一個新術(shù)語-無誤校驗碼字深度Q。無誤校驗碼字深度Q表示譯碼器連續(xù)接收的無誤監(jiān)督碼字層數(shù)。如果持續(xù)碼元錯誤數(shù)量為x，約束長度為K，編碼效率為r，則只要x*r＜K-Jmax，且Q≮Jmax，譯碼器就可以實現(xiàn)100％的FEC糾錯能力。以公式表達的實現(xiàn)100％糾錯目標所耐受的最高平均誤碼率水平為糾正獨立錯誤不劣于(x/(Jmax/r+x))*100％ (11)糾正突發(fā)錯誤不劣于(x/r)/(Jmax/r+x)*100％(12)在特定條件下，糾正突發(fā)錯誤的能力優(yōu)于糾正獨立錯誤的現(xiàn)象是強記憶網(wǎng)絡(luò)所具有的特點。強記憶信源的特征是信源的信元序列具有強烈的相關(guān)性，以致根據(jù)其中一部分符號就可以推測出其余的符號。強記憶信源可以不傳送被推測的信號，從而節(jié)省傳輸時間。既然強記憶信源可以不傳送被推測的信號，譯碼器糾正突發(fā)錯誤的能力優(yōu)于糾正獨立錯誤的現(xiàn)象就不足為奇了。
通過上述分析，可以看出本發(fā)明具有顯著優(yōu)點，第一，通過運算邏輯解析出基準數(shù)據(jù)實現(xiàn)了直接譯碼技術(shù)，電路結(jié)構(gòu)非常簡單。第二，F(xiàn)EC介入的最大處理時間Tmax≤Jmax*(1/r)*tb(tb表示基本時鐘)，處理速度非常高。第三，只要x*r＜K-Jmax，且Q≮Jmax，譯碼器就可以實現(xiàn)100％的FEC糾錯能力。第四，徹底避免了門限效應(yīng)，因為FEC的門限效應(yīng)是持續(xù)誤碼造成譯碼器誤判之后無法控制的惡性擴散結(jié)果。按照本發(fā)明的技術(shù)，即使在深度衰落或者傳輸中斷之后，只要系統(tǒng)的定時鎖相電路保持正常相位偏差之內(nèi)，譯碼器依靠接收的正確碼字可以立即解析出基準數(shù)據(jù)，回歸到正常的工作環(huán)境。
本發(fā)明的試驗證明，依據(jù)抗干擾編碼信息序列的相互關(guān)聯(lián)性，采用一些處理技巧可以實現(xiàn)更高的判決增益。下面描述說明書附圖卷積編譯碼試驗系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。這是一個K＝9，r＝1/3的卷積編碼的試驗系統(tǒng)，是參照CDMA移動臺的一個實用標準[“CDMA(碼分多址)移動通信技術(shù)”第43頁 人民郵電出版社孫立新 邢寧霞編著]。

圖1是卷積編譯碼試驗系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；圖1是卷積編譯碼試驗系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；本發(fā)明的試驗系統(tǒng)用于驗證卷積譯碼器的抗干擾編碼效果，不包括用于碼分多址(CDMA)的內(nèi)容，所以試驗系統(tǒng)可以由一個卷積編碼器和一個譯碼器組成。卷積編碼器和卷積譯碼器通過通信媒介連接起來，包括編碼監(jiān)督矩陣(1-1)、并串變換器(1-2)、串并變換器(1-3)、初判電路(1-4)、校驗電路(1-5)、校驗比較電路(1-6)、譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)。其中編碼監(jiān)督矩陣(1-1)和并串變換器(1-2)構(gòu)成卷積編碼器。串并變換器(1-3)、初判電路(1-4)、校驗電路(1-5)、校驗比較電路(1-6)、譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)構(gòu)成卷積譯碼器。其中的校驗電路(1-5)、校驗比較電路(1-6)共同構(gòu)成FEC的主體單元-校驗矩陣[S]。
試驗系統(tǒng)連接描述信源信息經(jīng)a1點連接到編碼監(jiān)督矩陣(1-1)，編碼監(jiān)督矩陣(1-1)連接到并串變換器(1-2)，并串變換器(1-2)連接到傳輸媒介，傳輸媒介連接到串并變換器(1-3)，串并變換器(1-3)連接到初判電路(1-4)，初判電路(1-4)連接到譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的串行輸入端。串并變換器(1-3)還連接到校驗電路(1-5)，校驗電路(1-5)連接到校驗比較電路(1-6)，校驗比較電路(1-6)的并行輸出端C1C2...Ck連接到譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的并行輸入端，校驗比較電路(1-6)的控制端C0連接到譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的并行輸入控制端。譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的串行輸出端連接到譯碼輸出端。
參照圖1及其各部件的功能描述。
-編碼監(jiān)督矩陣(1-1)由(K-1)位的移位寄存器和若干半加器組成的一個線性移位寄存器。編碼效率r＝1/3，即對應(yīng)一個信源信息碼元，并行生成3位卷積碼字。
-并串變換器(1-2)由一個并行輸入、串行輸出的移位寄存器構(gòu)成。其輸入為編碼監(jiān)督矩陣生成的3位卷積碼字，其輸出為串行碼元傳送到傳輸媒介。
-串并變換器(1-3)由一個串行輸入、并行輸出的移位寄存器構(gòu)成。其輸入為串行接收碼字，其輸出為多位的并行接收碼字。并行輸出的位數(shù)多少決定于Jmax的值，其輸出分別提供給初判電路(1-4)和校驗電路(1-5)。
-初判電路(1-4)由一個半加器矩陣組成。其輸入是并行的接收碼字，輸出是一位初譯值。初譯值傳送給譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的串行輸入端。
-校驗電路(1-5)由一個半加器矩陣和若干位寄存器組成。其輸入是并行的接收碼字，其輸出是并行的校驗數(shù)據(jù)。校驗數(shù)據(jù)傳送給校驗比較電路(1-6)的并行輸入端。
校驗比較電路(1-6)由一個多位并行比較器組成。其輸入是并行的校驗數(shù)據(jù)，其輸出的校驗數(shù)據(jù)傳送給譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的并行輸入端。其比較結(jié)果控制著譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的并行輸入控制端。
譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)由一個具有串并行輸入、串行輸出的移位寄存器和若干半加器組成。其串行輸入、串行輸出的線性移位寄存器構(gòu)成一個基本譯碼器電路，相當于編碼監(jiān)督矩陣的逆過程結(jié)構(gòu)。其并行輸入、串行輸出的線性移位寄存器構(gòu)成FEC功能主體執(zhí)行單元。譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的串行輸出端是最終譯碼結(jié)果。
實施方式 下面通過參照說明書附圖對本發(fā)明的試驗系統(tǒng)進行描述，該實例能夠充分反映和說明新型譯碼器設(shè)計技術(shù)的全部特點。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會對本發(fā)明的特點、優(yōu)點有更清楚的理解。
卷積編碼器和卷積譯碼器的工作過程描述信源信息輸入到編碼監(jiān)督矩陣(1-1)，編碼監(jiān)督矩陣(1-1)把信源信息變換為并行卷積碼，并行卷積碼經(jīng)并串變換器(1-2)以串行方式發(fā)送至通信媒介。串行卷積碼經(jīng)通信媒介到達譯碼器的串并變換器(1-3)，串并變換器(1-3)以多位并行接收碼字的方式輸出，并行輸出的位數(shù)決定于譯碼器的最大校驗碼字深度Jmax。串并變換器(1-3)提供給初判電路(1-4)進行逐位判決，初判電路(1-4)的判決結(jié)果稱為初譯值。串并變換器(1-3)同時提供給校驗電路(1-5)解析基準數(shù)據(jù)。校驗電路(1-5)內(nèi)部階梯分布的校驗碼字深度依次增高，校驗碼字深度越高解析的基準數(shù)據(jù)越長。校驗電路(1-5)是本發(fā)明的FEC重要部件，其內(nèi)部的比較器矩陣根據(jù)串并變換器(1-3)提供的接收碼字進行復(fù)雜的邏輯計算，計算結(jié)果就是其并行輸出端連接著校驗比較電路(1-6)。
前已述及，譯碼器唯有利用瞬間接收的正確卷積碼去獲得基準數(shù)據(jù)的信息。正常瞬間有長有短，所以校驗電路(1-5)內(nèi)部階梯分布著不同深度的校驗碼字結(jié)構(gòu)。若正常瞬間長(Q≮Jmax)，校驗電路(1-5)解析的各階梯基準數(shù)據(jù)相符(數(shù)據(jù)長度不同，不能相等)，校驗比較電路(1-6)判決采用校驗電路(1-5)最高階梯的解析值-解析的基準數(shù)據(jù)。若正常瞬間短(如Q≮Jmax-1)，校驗電路(1-5)低階梯解析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相符，校驗比較電路(1-6)判決采用低階梯的解析值...余此類推。如果校驗電路各階梯的解析值完全不一致，校驗比較電路(1-6)判知接收卷積碼出現(xiàn)連續(xù)誤碼，校驗比較電路(1-6)的控制端＝Low，關(guān)閉譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的并行輸入端。此刻依靠初判電路(1-4)進行逐位判決，判決結(jié)果送入譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的輸入端。初判電路(1-4)的簡單判決結(jié)果稱為初譯值，由于其準確度有限(假設(shè)對錯參半)，形成一個譯碼模糊區(qū)，初判電路(1-4)的目的在于維持譯碼的過程。假設(shè)初譯值碼元是錯的，它將在譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)中逐漸向高位值移動，只要錯判的碼元沒有到達譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的串行輸出端，就沒有造成錯判的事實。當錯判的碼元在譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)中逐漸向高位值移動過程中，接收卷積碼滿足了(Q≮Jmax)，校驗電路(1-5)立即解析出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，校驗比較電路(1-6)判決采用校驗電路的最高解析值-基準數(shù)據(jù)。在此同時，校驗比較電路(1-6)的控制端C0＝High，啟動譯碼器的并行輸入控制端，強制采用基準數(shù)據(jù)填寫譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的從屬數(shù)據(jù)，判決增益使初判電路(1-4)錯判的碼元被及時修正，譯碼模糊區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樽g碼清晰區(qū)。如果初判電路(1-4)的錯判的碼元在譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)中逐漸向高位值移動過程中，接收卷積碼只能滿足(Q≮Jmax-1)，校驗電路(1-5)解析的低階梯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相符，校驗比較電路(1-6)判決采用低階梯的解析值，雖然解析的低階梯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相對短，判決增益變小，但是依然可以糾正部分初判電路(1-4)錯判的碼元。
按照本發(fā)明設(shè)計的試驗系統(tǒng)的糾錯水平更理想。其原因有兩個，第一，依據(jù)卷積碼的相互關(guān)聯(lián)性，采用一些處理技巧可以實現(xiàn)更高的判決增益。當約束長度K＝9，r＝1/3，Jmax＝5時，判決增益＝8。第二，實際的初判電路(1-4)的判決性能明顯優(yōu)于50％，即使不考慮校驗電路的及時修正作用，在譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的輸出端的初譯值錯判率也是比較低的。
按照本發(fā)明的“實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計技術(shù)”設(shè)計的譯碼器具有全面的優(yōu)越性。具體表現(xiàn)在以下幾方面。第一，主體電路非常簡單。僅包括一個帶有并行存取的雙向線性移位寄存器，三個并行存取的寄存器以及數(shù)十個半加器。第二，譯碼速度非常高。因為主體電路全部是簡單邏輯電路，沒有存儲單元和處理器，所以譯碼最高速率接近器件的速度。第三，糾錯能力理想。在設(shè)計能力范圍之內(nèi)可以實現(xiàn)100％的糾錯。第四，徹底避免了門限效應(yīng)。門限效應(yīng)是由于卷積譯碼器的從屬數(shù)據(jù)混亂的產(chǎn)物。卷積譯碼器依靠校驗電路可以及時解析出基準數(shù)據(jù)，也就表示可以及時結(jié)束混亂局面，徹底避免了門限效應(yīng)。第五，可以作為字同步技術(shù)。因為字同步技術(shù)基于接收卷積碼序列本身在同步和非同步狀態(tài)下的顯著差別來鑒別是否處于同步狀態(tài)。階梯分布的校驗電路之間的顯著差別可以作為鑒別是否處于同步狀態(tài)的方法。第六，本發(fā)明的設(shè)計方法為選擇更大的約束長度K提供了可實現(xiàn)空間。第七，判決增益糾正了譯碼模糊區(qū)使之成為譯碼清晰區(qū)，也就提供了自譯碼清晰區(qū)繼續(xù)向前進行良性回朔糾錯的重要基礎(chǔ)條件。第八，本發(fā)明的設(shè)計思路和設(shè)計技術(shù)完全可以用于其他抗干擾編碼的譯碼技術(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計方法，包括抗干擾編碼的編碼器和抗干擾編碼的譯碼器；之間使用傳輸媒體連接起來，其特征在于抗干擾編碼的編碼器和抗干擾編碼的譯碼器的基本電路結(jié)構(gòu)為逆過程，而FEC主體電路是抗干擾編碼的譯碼器獨有的；該抗干擾編碼的編碼器包括編碼監(jiān)督矩陣(1-1)、并串變換器(1-2)；該抗干擾編碼的譯碼器包括串并變換器(1-3)、初判電路(1-4)、校驗電路(1-5)、校驗比較電路(1-6)、譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)；其中編碼監(jiān)督矩陣(1-1)、并串變換器(1-2)和串并變換器(1-3)、初判電路(1-4)、譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的串行輸入串行輸出構(gòu)成基本電路結(jié)構(gòu)；校驗電路(1-5)、校驗比較電路(1-6)、譯碼監(jiān)督矩陣(1-7)的并行輸入串行輸出構(gòu)成FEC主體電路。
2. 按照權(quán)利要求1的實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計方法，其特征在于編碼監(jiān)督矩陣和譯碼監(jiān)督矩陣是一對抗干擾編碼的監(jiān)督矩陣。
3. 按照權(quán)利要求1的實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計方法，其特征在于編碼監(jiān)督矩陣的編碼變量構(gòu)件(基準數(shù)據(jù))是信源信息序列的函數(shù)。
4. 按照權(quán)利要求1的實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計方法，其特征在于譯碼監(jiān)督矩陣的譯碼變量構(gòu)件(從屬數(shù)據(jù))是接收碼字的函數(shù)。
5. 按照權(quán)利要求1的實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計方法，其特征在于最大校驗碼字深度(Jmax)和編碼監(jiān)督矩陣相關(guān)。
6. 按照權(quán)利要求1的實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計方法，其特征在于在無誤校驗碼字深度Q≥Jmax的條件下，通過校驗電路生成的變量構(gòu)件(校驗數(shù)據(jù))是無誤校驗數(shù)據(jù)，無誤校驗數(shù)據(jù)全等于基準數(shù)據(jù)。
7. 按照權(quán)利要求1的實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計方法，其特征在于無誤校驗數(shù)據(jù)是譯碼監(jiān)督矩陣的從屬數(shù)據(jù)的并行輸入數(shù)據(jù)信源。
8. 按照權(quán)利要求1的實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計方法，其特征在于初判電路根據(jù)接收碼元生成初譯值，初譯值是譯碼監(jiān)督矩陣的從屬數(shù)據(jù)的串行輸入數(shù)據(jù)信源。
9. 按照權(quán)利要求1的實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計方法，其特征在于譯碼監(jiān)督矩陣的判決增益糾正了譯碼模糊區(qū)使之成為譯碼清晰區(qū)，也就提供了由譯碼清晰區(qū)繼續(xù)向前進行良性回朔糾錯的重要基礎(chǔ)條件。
10. 按照權(quán)利要求1的實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計方法，其特征在于無誤校驗數(shù)據(jù)在同步和非同步狀態(tài)下的顯著差別，可以作為字同步技術(shù)的新方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了實時高速抗干擾編碼的譯碼器設(shè)計新方法，包括抗干擾編碼的編碼器和譯碼器，編碼器和譯碼器的基本電路結(jié)構(gòu)為逆過程，而FEC主體電路是譯碼器獨有的。包括編碼監(jiān)督矩陣、串并變換、并串變換、初判電路、校驗電路、校驗比較電路和譯碼監(jiān)督矩陣。利用無誤碼的校驗矩陣直接解析出信源信息碼元是本發(fā)明的重要思想。
文檔編號H03M13/23GK1392669SQ0212604
公開日2003年1月22日 申請日期2002年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月12日
發(fā)明者王繼深 申請人:王繼深, 王苑熙