[发明专利]用于降低穿孔卷积码的误码率(BER)的预编码技术

说明书

发明领域

本发明涉及一种穿孔卷积码系统(punctured convolutionalcoding system)，和更具体地，涉及对穿孔卷积码系统进行预编码以降低该系统的误码率性能的技术。

发明背景

卷积码通常被用作误差控制码，用以试验和保护在传输过程中附加有噪声，干扰等的数据。该卷积码系统的基本前提是发送比描述该信息所需更多的比特，其中冗余或额外的比特用于防止噪声和/或干扰对数据的污染。性能通过误差的概率来测量，并都用下面公式所确定的误码率(BER)来表示：

可接受的BEL水平是随着所被传输信息的类型而变化的。例如，在一个无线信道上输出信息的语音编码器可以经受3％的BER，而在另一端的听者仍可以很容易地理解所传输的语音。

误差校正卷积码系统的设计一般包括具有与所要传输的数据的保护条件相一致，并适应于所希望的平均或最差信道条件的某一速率和校正能力的固定卷积码。这种固定卷积码通常被称为母卷积码，或简单称为母码，并通常由一个编码器施加于数据。卷积码速率通常由公式k/n来定义，其中k为解码器在一个时刻所接收的输入比特数，而n为解码器在一个时刻产生的输出比特数，其中k＞n。从而，l比特的输入块导致1n/k比特的输出块，而无任何一般性的实际损失，其中1假设为k的倍数。

在系统的接收端，一个卷积解码器接收所发射的信息信号并常规地计算出哪一种码字最有可能发生。在传统的解码器中，在传统的编码系统中常常采用维特比解码器。一个去编码器(与编码器相反)有效地对导致发送的信息信号的所接收信号进行去编码。发送的信息信号将具有一个与之有关的误码率(BER)，优选地，等于或低于可接受的水平。

然而，在许多情形中，因为将要发送的数据可能具有不同的误差保护需求，所以希望在编码率中存在更多的灵活性。例如，可以希望使用对于将要发送的不同类型的信息具有不同的编码率，诸如，但是不限于，语音，控制信息，数据传输等。

对于实际目的，还可以希望使用一个编码器和一个解码器，它们都可以在不改变它们基本结构的前提下被改造。通常，解码器的复杂性是主要考虑的问题，这是因为通常是解码器占据在编码系统的接收机端的最大存储空间。在编码率中的灵活性和解码器的简单性都可以通过如穿孔公知的技术来实现。

穿孔通过不发送某个代码比特，或，更为公知的，通过穿孔代码来实现该穿孔过程。穿孔过程导致实际发射的代码比特数目的降低，并导致编码率高于初始的母码率。例如，假定在系统中使用1/2比率的母卷积码，由于正在发送的信息类型，希望发送使用3/4比率的卷积码的信息。然而，为了维持解码率的简单性，希望使用由于1/2比率卷积码的解码器，这是因为这种解码器在设计上更简单并且比一个用于3/4比率代码的解码器在操作上较不复杂。更低的复杂性转变为较小的电流和/或存储器要求。通过将1/2卷积码穿孔为一个有效的3/4卷积码，可以满足这两个要求。

在上面的例子中，将要发送的信息被输入到将1/2的母码率施加于信息信号的编码器中。如果将要发送的信息包括100比特，则编码器将输出作为编码信号的200比特。该编码信号然后被传统地穿孔以获得一个具有3/4的有效卷积码率的穿孔信号。在此例子中，穿孔过程将200比特的编码信号减少为在信道上传输的133比特的穿孔信号以获得一个3/4(100/133=3/4)的有效卷积码率。穿孔过程是现有技术中公知的，并且因此，不需要再详细描述一个用于将200比特编码信号降低到133比特穿孔信号的穿孔技术。

在接收机端，一个1/2卷积码率的解码器可以被用于通过传统地切断解码器的一些分接头或传统地跳过解码过程中的一些步骤来来解密133比特(3/4比率)。使用1/2比率的卷积码率解码器并切断一些分接头比使用对3/4卷积码率特殊设计的解码器更加简单。从而，获得与3/4的卷积码率相当的传输质量，同时维持在解码器中的简单性。

一般地具有1/2或1/3的低卷积码率的母码一般在ASIC或DSP中有效地实现。然而，在一个给定系统中，至少2-3附加码比率是可以期望用于诸如语音，控制，数据传输等的各种信息，例如，2/3,5/6等等。对于在解码端的简单性，希望由相同的母码穿孔这些附加比率。

具有传统击穿过程的问题是在比率=A的有效穿孔卷积码并不是与在相同比率=A的母卷积码同样好，即，具有比在相同比率=A的母卷积码更高的BER。例如，在上述例子中，该3/4比率的穿孔卷积码具有一个比通过擦除实现的并用作母码的3/4比率卷积码更高的BER。