[发明专利]编码数据的方法和装置

说明书

本发明涉及数字通信系统，特别涉及对用以提供动态可变通过率的系统进行差错校正的方法。

无线数字通信系统在本技术领域中是公知的。该通信系统典型地使用射频（RF）信号从第一位置到第二位置传送信息，呈现在该系统设计者面前有无数个技术上的挑战。具体地说，这些使用移动单元的系统因各种形式的损坏信号质量而受到损害（例如平均的被接收信号强度的不可接受的电平和多径衰落）。被接收信号强度按照发送单元和接收单元之间的距离的函数、参与的通信单元之间不同的发送功率、和来自相同或邻近频率上其它传输的干扰而改变。此外，多径衰落是一种按照在覆盖区域周围通信单元的相对运动的函数改变被接收信号质量的特性。由于在该覆盖区域内通信单元的运动，长期平均信号质量可能由于发射机-接收机路径中各障碍物的高度差而变化。

信息典型地利用多种编码方案之一在这些强占无线数据通信信道上传输。这些编码方案经常被称为“差错控制编码”，它把冗余信息元素注入到信号中。这样，经常由于上述的传播问题造成的差错能够通过在接收端的该冗余信息的适当处理得以校正。例如，图1示出了一个典型的数据编码系统，用于对将从一数据通信单元发送的信息进行编码。信息比特被输入到一个数据编码器（102），例如一个公知的K/n比率卷积编码器，然后按照一种编织算法（例如一种公知的卷积码）对该信息进行处理。即对每K个输入比特，该编码器（102）产生n个编码输出比特，如图1所示的。原始信息对经该信道转发的实际数据数量的比率即K/n在本技术领域中常被称为“编码率”。

编码之后，已编码信息被输入到一个码元映射器（104），以准备经通信信道传输数据。具体地说，该码元映像器把已编码数据分成m个比特的多个群，然后处理这些群以提供调制码元。亦即一组m个数据比特和2^m调制码元的每个之间的关系被称为“映像”。公知的M元码元映射的例子包括四相移相键控（QPSK）（其中m为2）和16正交振幅调制（16QAM）（这里m是4）。

准备用于传输的输出码元由一个调制器（图1中未示出）来执行。一般地，该调制器要求一个最小信道带宽，它取决于数据码元的传输速率。对于二维码元，该最小带宽等于该码元速率（例如通过一信道传输每秒4000个二维码元所需的最小带宽为4000Hz）。应该注意到，在实际上，需要一些附加的带宽，典型地是附加20～50%。

一般说来，一个数据传输系统的集合（aggregate）通过率可以定义为“信息比特率与最小所需带宽之比”。通过率也等效于被每二维码元编码的信息比特的数量（或平均数量）。作为一个例子，对于编码系统100，该集合通过率能够被推算为mk/n比特/秒/Hz。

因无线频谱是有限的，故尽可能有效地使用它是有利的。为此，最好根据信道情况（例如信噪比或SNR）以尽可能高的通过率发信号。通过率与SNR之间的折衰在本领域中是公知的，即通过率越高，接收机成功解调和解码被发送信号所要求的SNR越高。这通常是真实的，与所使用的特定的编码/调制方法无关。

在图1的编码系统（100）的情况下，高通过率既可以通过使用具有大m值的码元映射器实现，也可通过使用一个高编码率来实现。一个具有大m的码元映射器典型地被看作是一个高阶调制方案。这种方案是允许较高的通过率和更有效地使用信道，但在接收机中以较高的信噪比为代价。再次参考编码系统100，通过率还因增加编码率k/n而增加。例如，在更强占（hostile）的低信号电平环境中，可能需要1/4率编码方案，而在中等和高信号电平下，一个较高通过率的1/2率编码方案可能提供可接受的性能。

在许多数据传输的应用中，能够动态地改变通过率是十分有利的。在无线系统中，由于上述的理由，信道情况例如信噪比相对于时间变化很大。在这种情况下，最好根据信道情况改变通过率以更有效地使用频谱。还有，在待发送的数据比特的集合中可能有几个比特子级或群，它们每个都有其自己要求的可靠性。这样的一个例子是数字语音系统，其中典型地具有两个或三个比特集，每个均具有其自己的阈值差错概率（根据对重建的语音感知的重要性）。在这样的情况下，为每个比特级提供不同的通过率可能是有利的，还为更有效地利用稀有的频谱资源创造条件。然而，利用现有技术实现可变通过率方案或者是费用极高，频谱效率低，或者导致性能不良，如在下面所描述的。