專利名稱：編碼輸入序列時(shí)用于執(zhí)行比特咬尾的編碼器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及在使用turbo碼的通信系統(tǒng)中編碼輸入序列時(shí)的比特咬尾。

背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)已經(jīng)持續(xù)發(fā)展多年了。近來(lái)備受關(guān)注的這樣一種通信系統(tǒng)是使用迭代誤差校正碼的通信系統(tǒng)。近年來(lái)受到關(guān)注的一種通信系統(tǒng)是使用turbo(渦輪)碼(一種迭代誤差校正碼)的通信系統(tǒng)。對(duì)于指定的信噪比，與使用交替碼的通信系統(tǒng)相比，使用迭代碼的通信系統(tǒng)常?？梢垣@得較低的誤碼率(BER)。
在這個(gè)發(fā)展領(lǐng)域中，持續(xù)的和首要的發(fā)展方向就是在通信系統(tǒng)中不斷地降低為實(shí)現(xiàn)指定的BER的信噪比。理想的目標(biāo)是在信道中達(dá)到香農(nóng)極限。香農(nóng)極限可看作在信道中使用的數(shù)據(jù)率，其具有可獲得在信道中無(wú)錯(cuò)傳輸?shù)闹付ǖ腟NR。換句話說(shuō)，香農(nóng)極限是對(duì)于指定的調(diào)制和碼率的信道容量的理論范圍。
Turbo碼的使用提供了相對(duì)較低的誤差率，然而其工作時(shí)的吞吐率較小，因此其大量應(yīng)用在通信信道中噪聲嚴(yán)重的通信系統(tǒng)中，在這種通信系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)近乎無(wú)誤的傳輸是首要目標(biāo)。某些適合turbo碼的初期應(yīng)用舞臺(tái)是與太空相關(guān)的，在此，精確的(理想無(wú)錯(cuò))通信一般被認(rèn)為是最重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。隨后，發(fā)展的方向朝著發(fā)展陸地可用的和用戶相關(guān)的應(yīng)用。盡管如此，沿襲太空相關(guān)運(yùn)用的傳統(tǒng)，turbo編碼環(huán)境的焦點(diǎn)繼續(xù)為獲得相關(guān)較低的誤碼平臺(tái)(ErrorFloor)，而不是具體地指向獲得更高的吞吐量。
最近地，這個(gè)技術(shù)的焦點(diǎn)朝著發(fā)展turbo碼及其變化版本，使其可支持更高吞吐總量，同時(shí)在turbo碼內(nèi)容中保留相關(guān)較低誤碼平臺(tái)。
功能的第一通信設(shè)備，另一端是具有解碼器功能的第二通信設(shè)備。在許多實(shí)施例中，這兩個(gè)通信裝置的一個(gè)或兩個(gè)包括解碼器和編碼器功能(如雙向通信系統(tǒng))。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種操作設(shè)備和方法，以下將結(jié)合至少多副附圖對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述，并在權(quán)利要求書中給出更完整的介紹。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了編碼輸入序列時(shí)用于執(zhí)行比特咬尾的編碼器，所述編碼器包括 用于接收輸入序列的緩沖器； 用于接收來(lái)自緩沖器的輸入序列并編碼所述輸入序列的turbo編碼器； 以及處理模塊，基于所述輸入序列，用于確定turbo編碼器的狀態(tài)和插入到輸入序列的至多一個(gè)符號(hào)，這樣在編碼輸入序列的第一符號(hào)之前turbo編碼器的狀態(tài)和在編碼輸入序列的最末符號(hào)或者插入到所述輸入序列的所述至多一個(gè)符號(hào)之后的turbo編碼器的狀態(tài)是一樣的，以及其中 當(dāng)處理模塊確定所述狀態(tài)時(shí)，所述緩沖器用于向turbo編碼器提供輸入序列； 所述turbo編碼器所處的狀態(tài)是由處理模塊在編碼輸入序列的第一符號(hào)之前和編碼輸入序列的最末符號(hào)或者插入到所述輸入序列的所述至多一個(gè)符號(hào)之后確定的。
優(yōu)選地，第一符號(hào)和第二符號(hào)中的至少一個(gè)僅包括一個(gè)比特。
優(yōu)選地，在所述緩沖器向所述turbo編碼器提供輸入序列后，所述處理模塊用于向turbo編碼器的輸入序列提供所述至多一個(gè)符號(hào)。
優(yōu)選地，所述編碼器進(jìn)一步包括 鑿孔模塊，用于在turbo編碼器輸出的編碼序列中鑿孔至少一個(gè)比特。
優(yōu)選地，根據(jù)輸入序列，所述處理模塊用于判定沒有符號(hào)需要插入到輸入序列，以確保在編碼輸入序列的第一符號(hào)之前turbo編碼器的狀態(tài)和在編碼輸入序列的最末符號(hào)之后turbo編碼器的狀態(tài)是一樣的。
優(yōu)選地，所述編碼器進(jìn)一步包括 與所述處理模塊相連的存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)運(yùn)行指令，所述指令用于控制所述處理模塊基于輸入序列確定所述turbo處理器的狀態(tài)，使得所述turbo處理器處于當(dāng)編碼輸入序列的第一符號(hào)的狀態(tài)和所述turbo處理器處于當(dāng)編碼輸入序列的最末符號(hào)的狀態(tài)。
優(yōu)選地，所述狀態(tài)是第一狀態(tài)； 所述輸入序列是第一輸入序列； 所述至多一個(gè)符號(hào)是第一至多一個(gè)符號(hào)； 在編碼第一輸入序列的第一符號(hào)以前和編碼第一輸入序列的最末符號(hào)或已插入到第一輸入序列的所述第一至多一個(gè)符號(hào)以后，所述turbo編碼器處于第一狀態(tài)； 且在編碼第二輸入序列的第一符號(hào)以前和編碼第二輸入序列的最末符號(hào)或已插入到第二輸入序列的所述第二至多一個(gè)符號(hào)以后，所述turbo編碼器處于第二狀態(tài)。
優(yōu)選地，所述turbo編碼器是m態(tài)編碼器，在此m是整數(shù)； 且至多一個(gè)符號(hào)插入到輸入序列以協(xié)助turbo編碼器執(zhí)行咬尾。
優(yōu)選地，所述turbo編碼器包括交錯(cuò)器； 并且，如果處理模塊判定必需，輸入序列的所有符號(hào)，還有插入到輸入序列的所述至多一個(gè)符號(hào)，在所述turbo編碼器的交錯(cuò)器中經(jīng)過(guò)交錯(cuò)。
優(yōu)選地，所述編碼器在通信裝置中實(shí)現(xiàn)，且所述通信裝置在至少一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、有線通信系統(tǒng)和光纖通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了當(dāng)編碼輸入序列時(shí)，用于執(zhí)行咬尾的編碼器，所述編碼器包括 turbo編碼器，用于接收輸入序列且編碼所述輸入序列或所述輸入序列和插入所述輸入序列的至多一個(gè)零值符號(hào)中的一個(gè)；以及 處理模塊，基于所述輸入序列，用于確定turbo編碼器的初始狀態(tài)，且向turbo編碼器提供初始狀態(tài)，這樣編碼所述輸入序列的第一符號(hào)之前turbo編碼器的初始狀態(tài)和編碼輸入序列的最末符號(hào)或插入到所述輸入序列的所述至多一個(gè)零值符號(hào)時(shí)turbo編碼器的結(jié)束狀態(tài)相同。
優(yōu)選地，第一符號(hào)和第二符號(hào)中的至少一個(gè)僅包括一個(gè)比特。
優(yōu)選地，所述編碼器進(jìn)一步包括 用于接收輸入序列的緩沖器，其中， 在所述處理模塊確定所述編碼器的初始狀態(tài)后，所述緩沖器將所述輸入序列發(fā)往所述turbo解碼器；以及 當(dāng)處理模塊判定必需時(shí)，在緩沖器向turbo解碼器提供輸入序列之后，處理模塊向所述turbo編碼器提供所述至多一個(gè)零值符號(hào)。
優(yōu)選地，所述turbo編碼器為m態(tài)編碼器，在此m是整數(shù)； 且至多一個(gè)符號(hào)插入到輸入序列以協(xié)助turbo編碼器執(zhí)行咬尾。
優(yōu)選地，所述編碼器在通信裝置中實(shí)現(xiàn)，且所述通信裝置在至少一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、有線通信系統(tǒng)和光纖通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種編碼輸入序列時(shí)，在編碼器中執(zhí)行咬尾的方法，所述方法包括 確定turbo編碼器的狀態(tài)和插入所述輸入序列的至多一個(gè)符號(hào)，這樣編碼所述輸入序列的第一符號(hào)之前turbo編碼器的狀態(tài)和編輸入序列的最末符號(hào)或如果需要，編碼插入到所述輸入序列的所述至多一個(gè)符號(hào)時(shí)turbo編碼器的狀態(tài)相同；以及 turbo編碼所述輸入序列或所述輸入序列和所述至多一個(gè)符號(hào)，如果需要，這樣一來(lái)在編碼所述輸入序列的第一符號(hào)之前turbo編器的狀態(tài)和編輸入序列的最末符號(hào)或如果需要，編碼插入到所述輸入序列的所述至多一個(gè)符號(hào)時(shí)turbo編碼器的狀態(tài)相同。
優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括第一符號(hào)和第二符號(hào)中的至少一個(gè)僅包括一個(gè)比特。
優(yōu)選地，所述至多一個(gè)符號(hào)包是僅包括一個(gè)比特的零值符號(hào)。
優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括 交錯(cuò)所述輸入序列的全部符號(hào)，包括所述至多一個(gè)符號(hào)，如果需要，當(dāng)執(zhí)行turbo編碼之后，插入到所述輸入序列。
優(yōu)選地，所述方法運(yùn)行在通信裝置中，且所述通信裝置在至少一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、有線通信系統(tǒng)和光纖通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的各種優(yōu)點(diǎn)、各個(gè)方面和創(chuàng)新特征以及具體實(shí)施例的細(xì)節(jié)，將在以下的說(shuō)明書和附圖中進(jìn)行詳細(xì)介紹


圖1示出了通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例； 圖2示出了通信系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例； 圖3和圖4示出了執(zhí)行turbo編碼的通信裝置的實(shí)施例； 圖5示出了在多種turbo編碼之間性能比較的實(shí)施例； 圖6示出了可在turbo解碼器中實(shí)現(xiàn)的Re1.6的第一分量解碼器的實(shí)施例； 圖7示出了雙二進(jìn)制turbo編碼器的實(shí)施例； 圖8示出了在編碼輸入序列的turbo編碼器中執(zhí)行咬尾的方法的實(shí)施例。

具體實(shí)施例方式 許多通信系統(tǒng)使用turbo碼。當(dāng)在這樣的turbo編碼器中執(zhí)行輸入序列的編碼時(shí)，人們常常希望能夠確保編碼器的開始和/或至少是結(jié)束狀態(tài)是一個(gè)已知的狀態(tài)。
在編碼輸入序列的結(jié)尾，編碼器可采用某些方法回到已知狀態(tài)，所述方法包括(1)為具有2^m個(gè)狀態(tài)的分量卷積編碼器(在此m為整數(shù))，在turbo編碼器的交錯(cuò)器的外部增加2m比特，(2)如名為″Close two constituent trellis ofa turbo encoder within the interleave block″，專利號(hào)為107,085,985的共同受讓人(commonly assigned)美國(guó)專利所提供的方法。
對(duì)于指定的輸入序列，當(dāng)所述編碼器的最初和最后狀態(tài)相同時(shí)，可稱為咬尾。同樣，對(duì)于turbo編碼信號(hào)的解碼，前向和后向turbo解碼方法依賴于編碼輸入序列生成turbo編碼信號(hào)過(guò)程中編碼器已知的最初和最后狀態(tài)。
咬尾終止便是用于此目的的，其在輸入序列編碼的開始和結(jié)束時(shí)給出相同的狀態(tài)。在此示出了一個(gè)方法用于執(zhí)行編碼器的咬尾終止，不增加任何額外的終止符號(hào)(或比特)。
雖然一些方法可為具有特定輸入序列塊大小的特定類型的turbo碼提供咬尾，但在面對(duì)不同的塊大小時(shí)，這些方法幾乎全部要重新設(shè)計(jì)。換句話說(shuō)，這些方法無(wú)法適應(yīng)輸入序列中任意數(shù)量的信息比特。
在某些應(yīng)用中，如LTE編碼器，人們希望可支持連續(xù)整數(shù)范圍內(nèi)的任意數(shù)量的信息比特(如Rel.16支持40-5114的數(shù)目)。如R1-062157[I]指出的，對(duì)于1/7的所有可能信息序列，Re1.6turbo編碼器[2]不能提供咬尾狀態(tài)。
在此，首先來(lái)說(shuō)一下所有turbo碼都存在的的相似問題。在此提出了詳細(xì)的分析用于從所有可能的8種狀態(tài)的turbo碼中選擇咬尾編碼器。接著，提出了新的方法，其能適應(yīng)所有可能信息序列并提供咬尾終止，且最多增加一個(gè)符號(hào)(或比特)，該符號(hào)能通過(guò)turbo編碼器的交錯(cuò)模塊。
雖然有很多可使用turbo碼的潛在應(yīng)用，在此提出了可用于3GPP信道碼以支持任意數(shù)量的信息比特的方法?？赏ㄟ^(guò)使用本發(fā)明方案來(lái)支持的比特的數(shù)量為例如用于WCDMA和HSDPA的40-5114，用于LTE的更多的比特。
關(guān)于UTRA-UTRAN長(zhǎng)程演進(jìn)(LTE)和3GPP系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)(SAE)的其它信息可以在下列的以太網(wǎng)網(wǎng)站上找到 www.3gpp.org 在一個(gè)建議的實(shí)施例中，當(dāng)前信道編碼使用8狀態(tài)turbo編碼和附加的6個(gè)終止比特，并且這6個(gè)終止比特未通過(guò)turbo編碼器的交錯(cuò)。為節(jié)省速率損失并改進(jìn)性能，可將咬尾遞歸卷積編碼器用作turbo編碼器的分量編碼器。
然而，很多技術(shù)運(yùn)行在這樣的假想上，對(duì)于任意數(shù)量的信息比特，遞歸卷積編碼器不可能具有比特咬尾狀態(tài)。
在此，提出了新的方法，通過(guò)所述方法可為遞歸卷積編碼器執(zhí)行咬尾以支持任何數(shù)量的信息比特。這個(gè)新方法的開銷或者是不向輸入序列種插入額外的符號(hào)(或比特)或者至多插入一個(gè)假位符號(hào)(dummy symbol)(或比特)。此外，插入的一個(gè)比特也進(jìn)行交錯(cuò)。采用這個(gè)方法，和其它方法相比沒有性能損耗。
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的目標(biāo)是無(wú)錯(cuò)地或可接受地低誤差率地從一個(gè)位置或子系統(tǒng)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到另一個(gè)。如圖1所示，數(shù)據(jù)可在多種通信系統(tǒng)磁性媒介、有線的、無(wú)線的、光纖、銅線和其它種類的媒介中通過(guò)多個(gè)信道發(fā)送。
圖1是描述通信系統(tǒng)100的實(shí)施例的示意圖。
參照?qǐng)D1，通信系統(tǒng)100的實(shí)施例是通信信道199，其通信連接位于通信信道199一端的通信裝置110(包括具有編碼器114的發(fā)射器112和具有解碼器118的接收器116)和位于通信信道199另一端的另一通信裝置120(包括具有編碼器128的發(fā)射器126和具有解碼器124的接收器122)。在某些實(shí)施例中，通信裝置110和120中的每一個(gè)可只包括發(fā)射器或接收器。通信信道199可通過(guò)各種類型的媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如使用衛(wèi)星碟形天線132和134的衛(wèi)星通信信道130，使用收發(fā)塔142和144和/或本地天線152和154的無(wú)線通信信道140，有線信道150，和/或使用電光(E/O)接口162和光電(O/E)接口164的光纖信道160。另外，可使用一種以上的媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)，連接在一起構(gòu)成通信信道199。
為降低通信系統(tǒng)中不希望的傳輸誤差，常使用糾錯(cuò)和信道編碼方案。通常，這些糾錯(cuò)和信道編碼方案包括在發(fā)射器中使用編碼器的和在接收器中使用解碼器。
圖2示出了通信系統(tǒng)200的另一實(shí)施例。參照?qǐng)D2，通信系統(tǒng)200包括通過(guò)通信信道299與另一裝置290連接的通信裝置210。通信裝置210包括編碼器221且也可包括解碼器。
通過(guò)通信信道299與通信裝置210連接的另一裝置290也可為另一通信裝置292，存儲(chǔ)介質(zhì)294(如在硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)中)，或能接收和/或發(fā)送信號(hào)的任何其它類型的裝置。在某些實(shí)施例中，信道299是用于在第一時(shí)間執(zhí)行第一信號(hào)的發(fā)送并在第二時(shí)間執(zhí)行第二信號(hào)的接收的雙向通信信道。如果需要，也可使用全雙工通信，在各個(gè)通信裝置210和裝置290中，可同時(shí)發(fā)送和/或接收。
通信裝置210的編碼器221包括turbo編碼器和處理模塊230。處理模塊230可與存儲(chǔ)器240連接以存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)處理模塊230執(zhí)行某些功能的操作指令。通常，基于特定的輸入序列，處理模塊230可判斷turbo編碼器應(yīng)該從哪個(gè)狀態(tài)開始，以在編碼輸入序列時(shí)支持咬尾。
還需要注意的是，處理模塊230可按電路精確地實(shí)現(xiàn)?？蛇x的，處理模塊可在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或類似裝置使用的軟件中精確地實(shí)現(xiàn)。在其它的一些實(shí)施例中，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，處理模塊230也可又硬件和軟件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。
在其它的一些實(shí)施例中，處理模塊230可使用共用處理裝置、個(gè)人處理裝置或多個(gè)處理裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣一個(gè)處理裝置可以是微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、微型計(jì)算器、中央處理單元、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、可編程邏輯裝置、狀態(tài)機(jī)、模擬電路、數(shù)字電路和/或任何根據(jù)操作指令處理信號(hào)(數(shù)字和/或模擬)的裝置。處理，模塊230可與存儲(chǔ)器240連接，存儲(chǔ)器240用于存儲(chǔ)當(dāng)開始編碼輸入序列時(shí)，能使處理模塊230執(zhí)行合適的使用狀態(tài)的判定，以確保turbo編碼器220執(zhí)行咬尾操作的操作指令。
這樣一個(gè)存儲(chǔ)器240可為單個(gè)存儲(chǔ)裝置或多個(gè)存儲(chǔ)裝置。這樣一個(gè)存儲(chǔ)器240可為只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器、閃存和/或可存儲(chǔ)數(shù)字信息的任何存儲(chǔ)器。應(yīng)注意到，當(dāng)處理模塊230通過(guò)狀態(tài)機(jī)、模擬電路、數(shù)字電路和/或邏輯電路執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)功能時(shí)，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的相應(yīng)操作指令將與包括狀態(tài)機(jī)、模擬電路、數(shù)字電路和/或邏輯電路的電路一起植入。
在編碼器221中，turbo編碼器220用于接收輸入序列并編碼(1)所述輸入序列，或者編碼輸入序列并在其中插入至多一個(gè)零值符號(hào)(或比特)。
基于所述輸入序列，處理模塊230用于判定turbo編碼器220的初始狀態(tài)，為turbo編碼器220提供所述初始狀態(tài)，這樣在編碼輸入序列的第一符號(hào)之前turbo編碼器220的初始狀態(tài)和編碼輸入序列的最末符號(hào)或插入所述輸入序列的所述至多一個(gè)零值符號(hào)時(shí)turbo編碼器220的狀態(tài)是相同的。
圖3和圖4示出了執(zhí)行turbo編碼的通信裝置300和400的實(shí)施例。
參照?qǐng)D3，通信裝置300包括當(dāng)使用turbo碼編碼輸入序列時(shí)，用于執(zhí)行咬尾的編碼器。通信裝置300包括緩沖器310、處理模塊330、turbo編碼器320，以及還包括存儲(chǔ)器340和鑿孔模塊350。
緩沖器310用于接收將要用于編碼的輸入序列。Turbo編碼器320用于接收來(lái)自緩沖器310的輸入序列并編碼所述輸入序列?；谒鲚斎胄蛄校幚砟K330用于判定turbo編碼器320的狀態(tài)和插入到輸入序列中的至多一個(gè)符號(hào)，這樣在編碼輸入序列的第一符號(hào)之前turbo編碼器320的初始狀態(tài)和編碼輸入序列的最末符號(hào)或編碼插入所述輸入序列的所述至多一個(gè)零值符號(hào)時(shí)turbo編碼器320的結(jié)束狀態(tài)是相同的。換句話說(shuō)，Turbo編碼器320用于接收來(lái)自緩沖器310的輸入序列，編碼參考標(biāo)號(hào)301所標(biāo)識(shí)的輸入序列或由參考標(biāo)號(hào)302標(biāo)記的插入的至多一個(gè)零值符號(hào)(或比特)。當(dāng)至多一個(gè)零值符號(hào)(或比特)插入到輸入序列時(shí)，修正的輸入序列可看作擴(kuò)展的輸入序列302。
當(dāng)處理模塊判定狀態(tài)時(shí)，緩沖器310用于向turbo編碼器320提供輸入序列，并且turbo編碼器320所處的狀態(tài)由處理模塊在編碼輸入序列的第一符號(hào)之前和編碼輸入序列的最末符號(hào)或插入所述輸入序列的所述至多一個(gè)零值符號(hào)之后判定。如果需要，鑿孔模塊350用于在turbo編碼器303輸出的編碼序列中鑿孔一個(gè)或多個(gè)比特。
參照?qǐng)D4，通信裝置400使用包括第一分量編碼器411和第二分量編碼器412，交錯(cuò)器(π)410和鑿孔模塊450的turbo編碼陣列。讓u0，u1.....uk-1為輸入到turbo碼的編碼器其中之一(如第一分量編碼器411)的輸入序列(參考如u401)，使得S0，S1.....Sk為對(duì)應(yīng)狀態(tài)序列。當(dāng)且僅當(dāng)S0＝Sk時(shí)，編碼是用于這個(gè)指定信息序列的咬尾(或電路)。
向第一分量編碼器411和交錯(cuò)器(π)410提供輸入序列401。第一分量編碼器411的輸出如c1421所示。提供交錯(cuò)器(π)410的輸出到第二分量編碼器412，第二分量編碼器412的輸出如c2422所示。c1421和c2422的每個(gè)都提供給鑿孔模塊431，在此鑿孔c1421和/或c2422的0、1或更多比特以生成輸出c′1431和c′2432。如u 401在示意圖頂部顯示的信息比特，也能作為通信裝置400的輸出使用。
圖5示出了在不同類型的turbo編碼之間的性能比較500的實(shí)施例。在這個(gè)公開示例中，在測(cè)定BER(比特誤差率)與Eb/N0(每個(gè)比特能量Eb與光譜噪聲密度N0的比)之間關(guān)系的情況下描述性能示意圖。在一些其他的通信系統(tǒng)應(yīng)用中，性能可通過(guò)BER(比特誤差率)和Eb/N0來(lái)表示。術(shù)語(yǔ)Eb/N0是數(shù)字通信系統(tǒng)中SNR(信噪比)的測(cè)量。在觀察這些性能曲線時(shí)，對(duì)于任何指定的Eb/N0(或SNR)都可確定BER，從而提供解碼過(guò)程中性能的相對(duì)簡(jiǎn)明的陳述。
從[3]引用的圖5中的性能曲線顯示了采用咬尾編碼的好處。此圖中描述了一些不同的編碼，包括傳遞函數(shù)束縛(transfer function bound)(如參考標(biāo)號(hào)510所示)，未編碼BPSK(二進(jìn)制相移鍵控)(如參考標(biāo)號(hào)511所示)，編碼BPSK(如參考標(biāo)號(hào)513所示，圈定3條編碼BPSK性能曲線)，具有未知起始和結(jié)束狀態(tài)的VA(維比特算法)解碼器(如參考標(biāo)號(hào)501所示)，具有使用6-比特來(lái)終止所述編碼器的VA解碼器(如2個(gè)分量編碼器各3比特)(如參考標(biāo)號(hào)512所示)，VA BCJR(Bahl-Cocke-Jelinek-Raviv)算法3(如參考標(biāo)號(hào)504所示)和咬尾VA解碼器503。
圖6示出了能在turbo編碼器中實(shí)現(xiàn)的Re1.6的第一分量編碼器600的實(shí)施例。
在此使用了如[4-6]中所述的卷積編碼器的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)的定義。根據(jù)這個(gè)實(shí)現(xiàn)咬尾最小編碼器的充要條件，在此提出了一種新的方法適應(yīng)任意數(shù)量的信息序列。
考慮速率為k0/n0的m次卷積編碼器，令輸入序列如下 u＝(u0...uN-1，)在此，且輸出序列x＝(x0，...，xn-1)在此 此外，令St＝(S(t)m-1，...，S(t)0)為t時(shí)態(tài)的編碼狀態(tài)。那么存在被稱為編碼器狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)的m×m矩陣A，m×k0矩陣B，k0×m矩陣C，k0×n0矩陣D，如， (公式1) 且這個(gè)卷積編碼器的生成矩陣為 C(A，B，C，D)＝G(x)＝D+C(x-1Im-A)-1B(公式2) 實(shí)例1認(rèn)為圖6中描述了Re1.6turbo編碼器中的卷積編碼器。編碼器有3次且如 在[7]中，給出了用于具有指定塊大小的任何信息序列編碼器實(shí)現(xiàn)咬尾的充分條件。以下，我們證明了這個(gè)條件對(duì)于最小次數(shù)的編碼器是必要的(如狀態(tài)數(shù)目不能再減少)。
定理1令矩陣(A，B，C，D)為具有最小次數(shù)m的卷積編碼器的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)。當(dāng)且僅當(dāng)AN+Im是可逆轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)編碼器可用于塊大小N≥m的任何信息序列咬尾。
證明，令u＝(u0...uN-1，)為數(shù)目為N的任何信息序列。令(Sm-1(N)，...，S0(N))T為使用指定信息序列的編碼最終狀態(tài)，與公式1比較，我們得到 這樣，當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)，編碼對(duì)于指定序列是咬尾的。這表示當(dāng)且僅當(dāng)有線性方程系統(tǒng)的解決方法時(shí)，編碼對(duì)于指定序列是咬尾的。
(公式3) 在此Im為m×m二元單位矩陣，另一方面，通過(guò)[6]。當(dāng)且僅當(dāng)m矩陣B，AB....，Am-1B為線性無(wú)關(guān)時(shí)，次數(shù)m為最小。這表示當(dāng)對(duì)于所有數(shù)目為N的可能輸入次序有N≥m時(shí)，

能溢出整個(gè)空間{0，1}m。這表示當(dāng)且僅當(dāng)AN+Im是可逆時(shí)，(公式3)可用于解決所有可能的信息序列。
不存在用于任何turbo碼的咬尾狀態(tài) 定理2給出對(duì)于最小次數(shù)分量編碼器的任何turbo編碼器E，存在這樣的正整數(shù)P，使得E沒有給出用于某些數(shù)目為tP(t＞0)的信息序列的咬尾終止。
證明，令(A，B，C，D)為具有2m狀態(tài)的指定turbo碼的卷積編碼器的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榇嬖谟邢迶?shù)目的m×m二元單位矩陣，在此存在兩個(gè)正整數(shù)u和v，使得Au＝Av。假設(shè)u＜v，那我們獲得Au(A(v-u)+Im)＝0，令P＝v-u，我們得到 a)Au和AP+Im都是不可逆的 b)Au可逆，但AP+Im＝0(如不可逆) c)AP+Im可逆，但Au＝0。這表示，G(x)＝D+B(x-1Im-A)-1C為多項(xiàng)矩陣[8]。因而，編碼器是非遞歸的。這與turbo碼的實(shí)際定義矛盾[9]。
因此，AP+Im必須為非遞歸的，此外對(duì)于任意整數(shù)t＞0，假設(shè) AtP+Im＝(AP+Im)(A(t-1)P+A(t-2)P+...+Im)是可逆的。那么存在這樣的m×m矩陣V使得 (AP+I)(A(t-1)P+A(t-2)P+...+Im)V＝Im 也就是說(shuō)AP+Im是可逆的，其與先前的結(jié)論矛盾。因此，AtP+Im也是不可逆的。這樣通過(guò)定理1，turbo編碼器沒有給出用于某些數(shù)目為tp的信息序列的咬尾。
根據(jù)定理2，不需選擇用于咬尾目的的其它turbo碼。
8狀態(tài)(m＝3)turbo碼 在這個(gè)情況下，我們研究所有可能用于turbo碼的3次卷積編碼器，并試圖找出哪一個(gè)最適合咬尾。讓我們回顧兩種m×m矩陣的類似處。兩個(gè)m×m矩陣A1，A2是相似的，如果存在這樣的可逆矩陣S，如A1＝SA2S-1。容易證明具有狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)(A，B，C，D)和(SAS-1，SB，CS-1，D)的碼具有同樣的編碼器矩陣G(x)(也可見[10])。所有的3×3矩陣組可分割為多類，每類包括所有相似的矩陣。這些類也可分為3大類，即(1)冪零矩陣類，(2)不可逆且冪不為零類，(3)可逆矩陣類。實(shí)際上，有14類。因此，我們只需考慮可代表各個(gè)類的14個(gè)矩陣。
(1)冪零矩陣(3個(gè)代表) 明顯地，這些矩陣是不可逆的并將不能看作是turbo碼的分量編碼器。
(2)不可逆且冪不為零(5個(gè)代表) 使用這些4狀態(tài)矩陣的編碼器將給出不連貫的存儲(chǔ)。具有不連貫的存儲(chǔ)的編碼器將不會(huì)給出turbo碼需要的最好的d2[10]。
因?yàn)锳83+I3是不可逆的，根據(jù)定理1，編碼器(A，B，C，D)既不是最小次數(shù)，對(duì)于某些信息序列也不是咬尾的。例如，a)取B＝[1 1 1]T，我們得到BA＝
T并且BA2＝[1 0 1]T，那么(公式3)沒有用于數(shù)目大于2的多個(gè)信息序列的解決辦法；b)取B＝[1 1 0]T，那么編碼器可減少到具有和的2次編碼器(A′B′C′D′)。
(3)可逆(6個(gè)代表) A9＝I3其給出不連貫的存儲(chǔ)編碼器。
使用這些矩陣的編碼器具有不連貫存儲(chǔ)器。
Re1.6的turbo碼使用使用A13作為狀態(tài)矩陣的卷積編碼器。更進(jìn)一步我們得到， 圖7示出了二元turbo編碼器700的實(shí)施例。二元turbo編碼器[11]在二元turbo編碼器700中使用A14作為其分量編碼器。而且，我們得到 更進(jìn)一步地，我們可獲得以下命題 命題1令A(yù)＝A13或A14。那么對(duì)于任何正整數(shù)n＝7q+i，0≤i≤6，
我們可擴(kuò)展命題1到以下。
定理2令m＝2，3，4，5，6。存在m×m二元矩陣A，使得此外，對(duì)于任何這樣的矩陣A和任何正整數(shù)n＝pq+i，0≤i≤p-1，在此，p＝2m-1，
用于任意信息長(zhǎng)度的新咬尾終止方法。
用于任意數(shù)目的信息符號(hào)的推薦咬尾終止。
執(zhí)行咬尾的新的途徑基于命題1。下面我們僅給出用于m＝3的方法，因?yàn)榇蠖鄶?shù)可能的3GPP LTE可適應(yīng)8狀態(tài)的turbo碼。對(duì)于m＝2和m＞3的情況，采用的方法相同。
令(A，B，C，D)為8狀態(tài)卷積編碼器的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)，其中A與最后部分列出的A13或A14相似。
(1)預(yù)先計(jì)算對(duì)于i＝1，2，3，4，5，6的下列狀態(tài) (2)將以上的42索引狀態(tài)對(duì)作為查找表L(i，b(2))＝Si，b預(yù)先存儲(chǔ)，在此，b＝1，2，3，4，5，6，7且b(2)為b的3比特二元表示。此外，令L(i，0)＝0狀態(tài)。
(3)用于信息塊大?。絢的咬尾編碼方法。令u0，u1...uk-1為信息符號(hào)(或比特)。
(a)令m＝(k mod(7))，如果m＝0，再插入一個(gè)符號(hào)uk＝0并使N＝K+1且M＝1，否則令N＝K且M＝m。
(b)根據(jù)Sinitial狀態(tài)編碼信息符號(hào)u0，u1...uk-1查找最后狀態(tài)Sfinal(并不存儲(chǔ)編碼符號(hào))。然后采用查找表查找初始狀態(tài)S0＝L(M，Sfinal-AMSinitial)。在某些實(shí)施例中，如果需要，Sinitial狀態(tài)可選擇為零。
(c)使用S0作為初始狀態(tài)來(lái)編碼u0，u1...uN-1。
在此提出的新的咬尾終止方法在先前方法之上提供了顯著的進(jìn)步。這個(gè)新的方法和其它方法相比提供了更多的靈活性。例如，在此提供的咬尾終止的方法可適應(yīng)任何塊大小或任何數(shù)目的輸入序列(也就是說(shuō)輸入序列中任意數(shù)目的信息符號(hào)或比特)。另外，在此提出的新方法與其它方法相比具有更少的開銷。只需要至多一個(gè)符號(hào)(或1比特)的開銷。在大多數(shù)情況下，根本沒有開銷，如不需要額外的符號(hào)(或比特)確保咬尾終止。同樣在此提供的新的方法與其它如3GPP Rel.6 turbo碼和其他turbo碼中使用的僅僅增加2m開銷終止符號(hào)(或比特)用于2m(如2^m)狀態(tài)卷積碼的方法相比，具有相對(duì)更好的吞吐量或數(shù)據(jù)率。那些僅僅增加2m開銷終止符號(hào)(或比特)的方法減少了吞吐量和數(shù)據(jù)率。在此提供的新的方法與其它方法相比還具有相對(duì)更好的性能。在此提出的新方法中，所有的比特(包括可能插入到輸入序列中的至多一個(gè)符號(hào)(或比特))在turbo編碼中可交錯(cuò)。與其它方法如那些使用2m開銷終止符號(hào)(或比特)(如在一個(gè)8狀態(tài)編碼器中需要6個(gè)終止符號(hào)或比特，各個(gè)分量編碼器36個(gè)終止符號(hào)或比特)比較，那些2m開銷終止符號(hào)(或比特)是不可交錯(cuò)。在此提出的新方法中，輸入序列的所有符號(hào)或比特(包括可能插入到輸入序列中的至多一個(gè)符號(hào)(或比特))都經(jīng)過(guò)交錯(cuò)。
由上可知，沒有現(xiàn)有技術(shù)方法可為所有分量編碼器(例如在turbo編碼器中使用的)提供所有信息序列大小的咬尾操作的方法。
在此，產(chǎn)生了可用于turbo編碼器的用于所有可能數(shù)目的輸入序列的咬尾終止的新的方法。在一個(gè)實(shí)例中，可運(yùn)用于3GPP LTE turbo編碼使用的所有的輸入序列數(shù)目。另外，僅需要至多一個(gè)符號(hào)或比特插入到輸入序列以獲得咬尾功能。其它在先技術(shù)方法，當(dāng)使用其分量編碼器具有2m(如2^m)狀態(tài)的turbo編碼器操作時(shí)，需要至少2m符號(hào)或比特。
對(duì)于一個(gè)實(shí)例，當(dāng)考慮3GPP LTE turbo編碼時(shí)，那么根據(jù)在此提出的新方法，至多一個(gè)假位符號(hào)或比特添加到1/7的所有可能輸入序列數(shù)目。在(3GPPLTE turbo編碼)那個(gè)應(yīng)用中，沒有額外的符號(hào)或比特(例，根本沒有插入)需要添加到另外6/7的所有可能輸如序列數(shù)目。這個(gè)新方法允許對(duì)于包括任意數(shù)目的信息塊的輸入序列的咬尾終止。在此提出的新的咬尾終止的方法可用于支持其輸入序列中具有任意信息比特的turbo編碼系統(tǒng)。實(shí)際上，在此提出的新的方法可運(yùn)用于支持任意數(shù)目的信息比特的所有通信系統(tǒng)。例如，設(shè)計(jì)用于3GPP LTE的turbo編碼，其支持多種按大小排列的輸入序列數(shù)目，可從這個(gè)新方法的性能中明顯獲益以適應(yīng)任何輸入序列數(shù)目。
此外，在此提出的新方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，與在turbo編碼器的交錯(cuò)器以外執(zhí)行終止相比，沒有引入不希望的損失(如，在這些現(xiàn)有技術(shù)方法中，用于終止的至少2m符號(hào)或比特不經(jīng)過(guò)turbo編碼器的交錯(cuò)器)。
圖8描述了在編碼輸入序列的turbo編碼器中用于執(zhí)行咬尾的方法800的實(shí)施例。在步驟810中，方法800始于判定turbo編碼器的狀態(tài)和用于插入到輸入序列中的至多一個(gè)符號(hào)，這樣在編碼輸入序列的第一符號(hào)之前的turbo編碼器的狀態(tài)和編碼輸入序列的最末符號(hào)或如果需要，編碼插入到輸入序列中的至多一個(gè)符號(hào)時(shí)的turbo編碼器的狀態(tài)相同。接著，如步驟820所示，方法800turbo編碼輸入序列或輸入序列和至多一個(gè)符號(hào)(如果需要)，這樣在turbo編碼器處于編碼輸入序列的第一符號(hào)之前的狀態(tài)，或者處于編碼輸入序列的最末符號(hào)或如果需要，插入到輸入序列的至多一個(gè)符號(hào)之后的狀態(tài)。
本發(fā)明的描述過(guò)程還借助方法步驟的方式來(lái)描述特定功能的執(zhí)行過(guò)程及其相互關(guān)系。為便于描述，文中對(duì)這些功能性模塊和方法步驟的邊界和順序進(jìn)行了專門的定義。在使這些功能及其關(guān)系可正常工作的前提下，也可重新定義他們的邊界和順序。但這些對(duì)邊界和順序的重新定義都將落入本發(fā)明的主旨和所聲明的保護(hù)范圍之中。
本發(fā)明的描述過(guò)程借助功能性模塊的方法來(lái)描述某些重要功能的執(zhí)行過(guò)程。為便于描述，文中對(duì)這些功能性模塊邊界進(jìn)行了專門的定義。在使這些功能可正常工作的前提下，也可重新定義他們的邊界。類似地，流程圖中的步驟也是為描述某些重要功能而專門定義的。為將這些流程圖的應(yīng)用得到擴(kuò)展，可重新定義流程圖中模塊的邊界和順序，同時(shí)，重新定義后，這些模塊仍然完成原來(lái)的重要功能。這種對(duì)功能性模塊和流程圖步驟和順序的重新定義也都將落入本發(fā)明的主旨和所聲明的保護(hù)范圍之中。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，可通過(guò)離散元件、特定用途集成電路、執(zhí)行適用軟件的處理器以及其他類似物及其組合來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些功能模塊以及其它所示的模塊、原理框圖和組件。
此外，本發(fā)明是通過(guò)一些實(shí)施例進(jìn)行描述的，但本發(fā)明不局限于這些實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變或修改。
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權(quán)利要求
1、一種編碼輸入序列時(shí)用于執(zhí)行比特咬尾的編碼器，其特征在于，所述編碼器包括
用于接收輸入序列的緩沖器；
用于接收來(lái)自緩沖器的輸入序列并編碼所述輸入序列的turbo編碼器；
以及處理模塊，基于所述輸入序列，用于確定turbo編碼器的狀態(tài)和插入到輸入序列的至多一個(gè)符號(hào)，這樣在編碼輸入序列的第一符號(hào)之前turbo編碼器的狀態(tài)和在編碼輸入序列的最末符號(hào)或者插入到所述輸入序列的所述至多一個(gè)符號(hào)之后的turbo編碼器的狀態(tài)是一樣的，以及其中
當(dāng)處理模塊確定所述狀態(tài)時(shí)，所述緩沖器用于向turbo編碼器提供輸入序列；
所述turbo編碼器所處的狀態(tài)是由處理模塊在編碼輸入序列的第一符號(hào)之前和編碼輸入序列的最末符號(hào)或者插入到所述輸入序列的所述至多一個(gè)符號(hào)之后確定的。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼器，其特征在于，第一符號(hào)和第二符號(hào)中的至少一個(gè)僅包括一個(gè)比特。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼器，其特征在于，在所述緩沖器向所述turbo編碼器提供輸入序列后，所述處理模塊用于向turbo編碼器的輸入序列提供所述至多一個(gè)符號(hào)。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼器，其特征在于，進(jìn)一步包括
鑿孔模塊，用于在turbo編碼器輸出的編碼序列中鑿孔至少一個(gè)比特。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼器，其特征在于，基于輸入序列，所述處理模塊用于判定沒有符號(hào)需要插入到輸入序列，以確保在編碼輸入序列的第一符號(hào)之前turbo編碼器的狀態(tài)和在編碼輸入序列的最末符號(hào)之后turbo編碼器的狀態(tài)相同。
6、一種當(dāng)編碼輸入序列時(shí)，用于執(zhí)行咬尾的編碼器，其特征在于，所述編碼器包括
turbo編碼器，用于接收輸入序列且編碼
所述輸入序列；
或所述輸入序列和插入所述輸入序列的至多一個(gè)零值符號(hào)中的一個(gè)；以及
處理模塊，基于所述輸入序列，用于確定turbo編碼器的初始狀態(tài)，且向turbo編碼器提供初始狀態(tài)，這樣編碼所述輸入序列的第一符號(hào)之前turbo編碼器的初始狀態(tài)和編碼輸入序列的最末符號(hào)或插入到所述輸入序列的所述至多一個(gè)零值符號(hào)時(shí)turbo編碼器的結(jié)束狀態(tài)相同。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的編碼器，其特征在于，第一符號(hào)和第二符號(hào)中的至少一個(gè)僅包括一個(gè)比特。
8、根據(jù)權(quán)利要求6所述的編碼器，其特征在于，進(jìn)一步包括
用于接收輸入序列的緩沖器，以及
在所述處理模塊確定所述編碼器的初始狀態(tài)后，所述緩沖器將所述輸入序列發(fā)往所述turbo解碼器；以及
當(dāng)處理模塊判定必需時(shí)，在緩沖器向turbo解碼器提供輸入序列之后，處理模塊向所述turbo編碼器提供所述至多一個(gè)零值符號(hào)。
9、一種編碼輸入序列時(shí)，在編碼器中執(zhí)行咬尾的方法，其特征在于，所述方法包括
確定turbo編碼器的狀態(tài)和插入到所述輸入序列的至多一個(gè)符號(hào)，這樣編碼所述輸入序列的第一符號(hào)之前turbo編碼器的狀態(tài)和編碼輸入序列的最末符號(hào)或如果需要，編碼插入到所述輸入序列的所述至多一個(gè)符號(hào)時(shí)turbo編碼器的狀態(tài)相同；以及
turbo編碼所述輸入序列或所述輸入序列和所述至多一個(gè)符號(hào)，如果需要，這樣一來(lái)在編碼所述輸入序列的第一符號(hào)之前turbo編碼器的狀態(tài)和編碼輸入序列的最末符號(hào)或如果需要編碼插入到所述輸入序列的所述至多一個(gè)符號(hào)時(shí)turbo編碼器的狀態(tài)相同。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包括
第一符號(hào)和第二符號(hào)中的至少一個(gè)僅包括一個(gè)比特。
全文摘要
本發(fā)明涉及編碼輸入序列時(shí)用于執(zhí)行比特咬尾的編碼器和方法。在此提出了新方法，對(duì)于大多數(shù)情況，根本不需向輸入序列插入額外的符號(hào)以確保turbo編碼器根據(jù)咬尾運(yùn)行(如，在此turbo編碼器的起始和結(jié)束狀態(tài)相同)。在最壞的情形中，只需要單個(gè)符號(hào)(或單個(gè)比特)以插入到輸入序列。其中，所有輸入序列的輸入比特在turbo編碼中都是可交錯(cuò)的。在至多一個(gè)符號(hào)(或1比特)需要插入到輸入序列的例子中，那時(shí)的至多一個(gè)符號(hào)(或1比特)在turbo編碼中也是可交錯(cuò)。此外，在此的這個(gè)方法可適用于任何數(shù)目的輸入序列以獲得咬尾。
文檔編號(hào)H03M13/29GK101562457SQ200710180618
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月28日
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