專利名稱：三維鏈接乘積碼的性能改進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種三維鏈接乘積碼(3-DIMENSIONAL CONCATENATEDPRODUCT CODE)的方法。
背景技術(shù)：
近幾十年來(lái)，光學(xué)傳輸系統(tǒng)的容量迅速增加。通過(guò)改善光學(xué)部件、對(duì)極限物理效應(yīng)作出補(bǔ)償，從而將低比特率系統(tǒng)更新成高比特率系統(tǒng)的能力是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)革新的關(guān)鍵所在。
差錯(cuò)控制編碼(ECC，F(xiàn)EC)的引入是一種非常有效的工具，它成功地改善了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)男阅芎涂煽啃浴樾畔⑽患由先哂嘈ｒ?yàn)位和改進(jìn)的解碼技術(shù)提供了增加傳輸距離的可能性，它還使得系統(tǒng)相對(duì)諸如溫度變化和聲振動(dòng)之類的能損害傳輸性能的不利條件更加穩(wěn)固。由于各種復(fù)雜性原因，硬解碼優(yōu)選變?yōu)檐浗獯a。Bose-Chaudhuri-Hocquenghem碼(BCH)或擴(kuò)展BCH碼之類的編碼易于使用，因此它們是優(yōu)選的。為了提高編碼增益，可使用鏈接碼。但是這類碼在接到特殊差錯(cuò)模式時(shí)會(huì)變得很敏感。這些差錯(cuò)模式得不到修正，就會(huì)導(dǎo)致位差錯(cuò)率升高(差錯(cuò)驟發(fā))。
W.Wesley Peterson、Oldenburg Verlag在1967年Seiten第117-123頁(yè)的“Prufbare und korrigierbare Codes”中解釋了乘積編碼的基本原理。
此外，還可以使用三維乘積碼做進(jìn)一步的改進(jìn)。在三個(gè)等式中都涉及每一個(gè)位以及因此的每個(gè)差錯(cuò)。
本發(fā)明涉及一種既能改善三維鏈接乘積碼的性能又能減少差錯(cuò)驟發(fā)的方法。
本發(fā)明提供了一種依照權(quán)利要求1的改善位差錯(cuò)率(BER)以及由此的編碼增益的方法。該方法可通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)實(shí)施解碼過(guò)程，然后讓信息位和(至少一組)校驗(yàn)位交錯(cuò)，最后實(shí)施內(nèi)部編碼過(guò)程，在此這些編碼中的至少一個(gè)是三維乘積碼。利用三維外部乘積碼、依照本發(fā)明的交錯(cuò)器(interleaver)和內(nèi)部的三維外部乘積碼能獲得最佳性能。
交錯(cuò)器應(yīng)當(dāng)是可實(shí)現(xiàn)的，它具備較低設(shè)計(jì)復(fù)雜性和較低的存儲(chǔ)要求。
對(duì)行和列實(shí)施所述的交錯(cuò)過(guò)程同時(shí)又考慮三維碼的第一層，能中止該層的行和列中的差錯(cuò)突發(fā)。
如果在具有相同取向的每層編碼中交錯(cuò)是不同的，這甚至還能斷開第三維中的“差錯(cuò)突發(fā)(error burst)”。
另一有利的交錯(cuò)方法是讓平行的代碼矩陣層移動(dòng)不同的位數(shù)，然后讓行或列移動(dòng)不同數(shù)量。
例如，為了獲得容易執(zhí)行的交錯(cuò)器，讓三維碼中第一層的第一列保持不變，其余列的元素(位)循環(huán)地移動(dòng)一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)等位置，這樣通過(guò)交錯(cuò)器將第一行的元素轉(zhuǎn)換成對(duì)角線元素。然后，在完成了該第一交錯(cuò)步驟后，讓第一行元素的位置保持不變，讓其它行的元素移動(dòng)一、二、三個(gè)等位置。
對(duì)于其余的層，可將第一行元素的位置移動(dòng)一個(gè)位置，將其余行的元素移動(dòng)2、3、4個(gè)等位置(列、行和層能互換)。
另一交錯(cuò)過(guò)程開始將這些層移動(dòng)1、2、3個(gè)等位置，繼續(xù)將朝這些層正交取向的行或列移動(dòng)0、1、2、3個(gè)等位置。
對(duì)于三維碼而言，差錯(cuò)糾正率為一個(gè)或兩個(gè)的ECH一碼是優(yōu)選的。
通過(guò)參照以下描述以及附圖，將使本發(fā)明變得更顯明。


圖1是鏈接編碼系統(tǒng)的示意圖；圖2是三維乘積碼的示意圖；圖3是永久差錯(cuò)模式；圖4是代碼矩陣的示范性元素；圖5是移位過(guò)程的例子；圖6是依照該例子的代碼矩陣和交錯(cuò)后的代碼矩陣的示范性元素；圖7是代碼矩陣和交錯(cuò)后的代碼矩陣的示范性元素；圖8是交錯(cuò)后的代碼矩陣的第二個(gè)例子。
優(yōu)選實(shí)施例詳述圖1表示具有鏈接碼設(shè)備的傳輸系統(tǒng)的示意圖。將信息位“a”饋送給外部編碼器2的輸入1，該外部編碼器是包括交錯(cuò)器3和內(nèi)部編碼器4在內(nèi)的串行鏈接路的第一元件。假定至少有一個(gè)代碼是三維乘積碼，而另一代碼是一或二維乘積碼。但對(duì)于最佳效果而言，外部和內(nèi)部代碼應(yīng)當(dāng)是三維乘積碼。
將信息位“a”和所產(chǎn)生的校驗(yàn)位“c”饋送給調(diào)制器5，調(diào)制器將這些位(信息)轉(zhuǎn)換成物理信號(hào)“s”，這些信號(hào)借助傳輸路徑傳輸?shù)轿挥诮邮諅?cè)的解調(diào)器7。由于傳輸路徑是非理想狀態(tài)的，這些信號(hào)會(huì)受到信號(hào)減損SI的干擾，例如受到傳輸路徑的外部微擾或物理效應(yīng)的影響。解調(diào)器7將接到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成(二進(jìn)制的)位“r”，這些位又被饋送到內(nèi)部解碼器8、解交錯(cuò)器(deinterleaver)(反相交錯(cuò)器)9和外部解碼器10的串行鏈接路中。然后在輸出11上發(fā)射該經(jīng)過(guò)校正的信息位aCOR。
在圖2中示出了三維乘積碼的代碼矩陣，它是由外部編碼器2產(chǎn)生的。代碼矩陣的大小為N×N×N個(gè)位，并包含K×K×K個(gè)信息位，對(duì)于每個(gè)碼向量(列或行)而言，所產(chǎn)生的校驗(yàn)位CR、CC和CT至少能校正一個(gè)差錯(cuò)。
信息位和校驗(yàn)位構(gòu)成了碼向量Vi，j；Vi，k；Vj，k，每個(gè)碼向量Vi，j；Vi，k；Vj，k都包含一串相鄰信息位(ai，j，f(k)；ai，f(j)，k；af(i)，j，k)和相鄰校驗(yàn)位CT＝Ci，j，f(k)；CC＝Ci，f(j)，k；CR＝Cf(i)，j，k)。例如，碼向量Vj，k包含信息位af(i)，j，k，其中j、k＝常數(shù)，且所有的i＝1-K位，校驗(yàn)位CR＝Cf(i)，j，k，i＝(K+1)-N，j，k＝常數(shù)。
對(duì)校驗(yàn)位CC的校驗(yàn)可用于校驗(yàn)校驗(yàn)位。當(dāng)然，還可將非平方代碼字矩陣和不同的代碼用于行和列中。對(duì)每一維都要對(duì)碼元素、信息位和校驗(yàn)位的索引進(jìn)行連續(xù)地編號(hào)。
圖3中示出了以單差錯(cuò)-校正碼作為分量碼的乘積碼的永久8-差錯(cuò)-事件的例子。在一行或一列中存在兩個(gè)差錯(cuò)的情況下，單-差錯(cuò)-校正碼就過(guò)載了，它的解碼器很可能添加新差錯(cuò)。在所示的8-差錯(cuò)-事件中，乘積碼也將是過(guò)載的，這是因?yàn)樵谒邢嚓P(guān)的碼向量中出現(xiàn)了兩個(gè)差錯(cuò)。因此，這些差錯(cuò)將不會(huì)由乘積碼單獨(dú)校正，無(wú)論如何都要使用多次迭代。差錯(cuò)模式是永久性的，它會(huì)導(dǎo)致差錯(cuò)驟發(fā)。對(duì)于能校正兩個(gè)或多個(gè)差錯(cuò)的分量碼而言，存在著相應(yīng)的永久差錯(cuò)模式。
但是，由于交錯(cuò)器和內(nèi)部編碼、解碼級(jí)的存在，這些僅對(duì)乘積碼而言是永久性的差錯(cuò)模式可在整個(gè)鏈接中進(jìn)行解析。
我們現(xiàn)在考慮圖4中的三維乘積碼字。代碼元素a、c可用代表它們的原始位序列的數(shù)字來(lái)代替。立方體的前面表示第一X層X1(索引k＝1，不變)。將下面的層(平行的片)編為X2-X5。層Y包含所有帶有常數(shù)i的代碼元素，其中i為1-5，層Z包含所有帶有常數(shù)j的代碼元素，其中j為1-5。
圖5表示一種可行的交錯(cuò)方法。通過(guò)與這些層相應(yīng)的字母X、Y、Z來(lái)描述代碼元素的可能移位操作，代碼元素或?qū)拥囊莆环较蛴妹艽a1-4表示?？紤]該交錯(cuò)過(guò)程的第一個(gè)例子，將每一層都包含具有常數(shù)索引i的代碼元素的Y-層(i-常數(shù)-層)移動(dòng)0、1、 2、3和4個(gè)位置。然后將原始代碼矩陣下所示的代碼元素插入立方體上部。該例子中，在j-向方向上的列仍包含相同的位且k-向上的行不變的同時(shí)，僅讓所有i-行(相應(yīng)的Z-層)的元素交錯(cuò)。
圖6以列表形式表示進(jìn)行該移位操作前后的初級(jí)代碼元素。每一X-層(k＝1，2，3，4，5)包含25個(gè)數(shù)。所有X層中僅讓列元素移動(dòng)相同的數(shù)，所有的Y層在Y2方向上分別移動(dòng)0、1、2、3、4個(gè)位置。這樣X-層的所有行和Z-層(相應(yīng)于Y-層)的所有(水平)行仍包含相同的位。這種交錯(cuò)并不十分有效。該交錯(cuò)過(guò)程對(duì)突發(fā)差錯(cuò)有用，但對(duì)圖3所示的差錯(cuò)模式無(wú)效。
另一有效的交錯(cuò)過(guò)程是要在每一層中區(qū)別地移動(dòng)代碼元素，并加入附加移位過(guò)程來(lái)交錯(cuò)列代碼元素。
在圖表7中示出了一種有效的過(guò)程。在第一X1-層(k＝1)中，列1-5中元素的位置移動(dòng)了0、1、2、3和4個(gè)位置。然后讓行1-5中的位置移動(dòng)0、1、2、3和4個(gè)位置。
在下一層X2-層(k＝2)中，列1-5中的元素位置再次移動(dòng)0、1、2、3和4個(gè)位置，另一方面讓所有行中的元素移動(dòng)1、2、3、4、0個(gè)位置等等。
這與依照?qǐng)D6讓所有的Y-層第一次移動(dòng)0、1、2、3、4個(gè)位置的情況一致，然后讓X層的行移動(dòng)不同的值，且對(duì)于每一X-層都不同。
在完成了交錯(cuò)后，每一個(gè)碼向量(行和列)僅包含第一代碼矩陣的一個(gè)代碼元素。
圖8中示出了另一交錯(cuò)的可行性。在第一交錯(cuò)步驟中，讓所有的Y層在Y1方向(圖5)上移動(dòng)0-4個(gè)位置，然后讓與該Y層垂直的i-行進(jìn)行移位，對(duì)新的X-層X1而言是0到4個(gè)位置，對(duì)第二X-層X2(根據(jù)移位代碼元素的數(shù)目，模數(shù)為N)而言是1到0個(gè)位置，對(duì)第三X-層而言是2到1個(gè)位置等等。在完成了交錯(cuò)后，每個(gè)代碼向量又僅含第一代碼矩陣的一個(gè)代碼元素。因?yàn)锳、C立方體的相鄰位得到很好的分離，這種交錯(cuò)方式對(duì)突發(fā)差錯(cuò)而言是良好的解決方案。
當(dāng)然，交錯(cuò)可從各種層開始，最后達(dá)到類似結(jié)果。對(duì)于突發(fā)校正能力而言，必需考慮傳輸代碼元素時(shí)用的序列。此外，讓層或代碼元素移動(dòng)0-4個(gè)位置(例子中所示)的順序可變?yōu)殡S機(jī)序列，但是對(duì)不同層、行或列而言，其移位過(guò)程必需是不同的。
權(quán)利要求
1.一種改善鏈接碼的差錯(cuò)校正的方法，它包括以下步驟存儲(chǔ)信息位(aijk)，它們構(gòu)成了立方信息矩陣(A＝aijk；i，j，k＝1，2，…n)，通過(guò)外部代碼產(chǎn)生所述立方信息矩陣(A)的校驗(yàn)位(Cijk)，由此獲得第一碼向量(Vi，j；Vi，k；Vj，k)，每個(gè)第一碼向量(Vi，j；Vi，k；Vj，k)包含一串相鄰信息位(ai，j，f(k)；ai，f(j)，k；af(i)，j，k)和所述校驗(yàn)位CT＝Ci，j，f(k)；CC＝Ci，f(j)，k；CR＝Cf(i)，j，k)，信息矩陣(A)和校驗(yàn)位構(gòu)成了代碼矩陣(A，C)，循環(huán)地交錯(cuò)信息位(aijk)和對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)位(Cijk)，以獲得具有第二碼數(shù)量(Wij；Wik；Wjk)的交錯(cuò)代碼矩陣(B，C*＝bijk，c*ijk)，由此交錯(cuò)代碼矩陣(B，C*＝bijk，c*ijk)的第二碼向量(Wij；Wik；Wjk)僅含每個(gè)對(duì)應(yīng)的第一碼向量(Vi，j；Vi，k；Vj，k)的一個(gè)信息位(aijk)，以及利用內(nèi)碼對(duì)交錯(cuò)代碼矩陣(B，C*)的位進(jìn)行編碼，其中外碼和內(nèi)碼中至少有一個(gè)是三維乘積碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中外碼和內(nèi)碼是三維乘積碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述存儲(chǔ)的信息位(aijk)(i，j，k＝1，2，…5)構(gòu)成了立方信息矩陣(A)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中信息位(aijk)以及相應(yīng)地校驗(yàn)位(Cijk)的交錯(cuò)包括以下步驟循環(huán)地讓列(j＝1，2，…)和行(i＝1，2，…)中的所述信息位移動(dòng)不同的值(0，1，2，…，n)，并且對(duì)于具有所述交錯(cuò)代碼矩陣(A，C)的相同取向的每個(gè)平行的層(X1-X5一層k為常數(shù)1，2，3，4，5)來(lái)說(shuō)移動(dòng)是不同的，從而獲得所述交錯(cuò)代碼矩陣(B，C*＝bijk，cijk)，由此交錯(cuò)代碼矩陣(B，C*＝bijk，cijk)的每個(gè)第二碼向量(Wij；Wik；Wjk)僅含每個(gè)相應(yīng)的第一碼向量(Vi，j；Vi，k；Vj，k)的一個(gè)信息位(aijk)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中，信息位(aijk)和相應(yīng)校驗(yàn)位(Cijk)的交錯(cuò)包括以下步驟循環(huán)地對(duì)具有相同維數(shù)的所述代碼矩陣(A，C＝aijk，Cijk)中的每個(gè)平行層(j＝常數(shù)1，2，3，4，5，或k＝常數(shù)1，2，3，4，5)的所述信息位(aijk)以及相應(yīng)地校驗(yàn)位(Cijk)移動(dòng)不同的值(0，1，2，…，n)，以獲得第一代碼矩陣，然后將正交層的行或?qū)?yīng)的列移動(dòng)不同值，該移動(dòng)對(duì)每個(gè)正交層來(lái)說(shuō)都不同，或者反之亦然，從而獲得交錯(cuò)代碼矩陣(B，C*＝bijk，cijk)，由此交錯(cuò)代碼矩陣(B，C＝bijk，cijk)的每個(gè)第二碼向量(Wij；Wik；Wjk)都僅包含每個(gè)相應(yīng)第一碼向量(Vi，j；Vi，k；Vj，k)的一個(gè)信息位(aijk)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5所述的方法，其中，在行與下一行、列與下一列和層與下一層之間，移動(dòng)的位置數(shù)改變1。
7.根據(jù)任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，它包括通過(guò)內(nèi)碼對(duì)交錯(cuò)后的代碼矩陣進(jìn)行解碼的步驟，通過(guò)內(nèi)碼對(duì)代碼矩陣進(jìn)行解交錯(cuò)、對(duì)代碼矩陣進(jìn)行解碼的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，利用迭代解碼過(guò)程。
全文摘要
該方法包含以下步驟通過(guò)外碼從用信息矩陣表示的信息位(a)中產(chǎn)生校驗(yàn)位(c)，循環(huán)地對(duì)信息位(a)和校驗(yàn)位(c)進(jìn)行移位，從而獲得交錯(cuò)的編碼矩陣，然后通過(guò)內(nèi)碼對(duì)交錯(cuò)后的代碼矩陣的位進(jìn)行編碼，在此外碼或內(nèi)碼中至少有一個(gè)是乘積碼。
文檔編號(hào)H03M13/29GK1496009SQ0312552
公開日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月20日
發(fā)明者A·費(fèi)爾伯特, N·斯托亞諾維克, A 費(fèi)爾伯特, 醒橋滴 申請(qǐng)人:西門子公司