Настоящее изобретение относится в целом к технологии кодирования/декодирования в системе связи и, в частности, касается устройства и способа кодирования/декодирования для системы мобильной связи с CDMA (МДКР множественный доступ с кодовым разделениением каналов), где используется код с исправлением ошибок.
В системе IMT-2000 (Международная система мобильной электросвязи-2000), являющейся системой мобильной связи будущего, данные пользователя, используемые при передаче речи, изображений и данных, пересылаются вместе с данными управления, необходимыми для выполнения указанных услуг связи. Для повышения качества предоставляемых услуг связи важно минимизировать ошибки, возникающие во время передачи таких данных. Для минимизации ошибок, возникающих при передаче данных, используют коды с исправлением ошибок, которые позволяют скорректировать битовые ошибки в данных. Поскольку использование кодов с исправлением ошибок способствует минимизации битовых ошибок при передаче данных, важно использовать оптимальные коды с исправлением ошибок.
Обычно в качестве кодов с исправлением ошибок используются линейные коды, поскольку их рабочие характеристики легко анализировать. Мерой эффективности линейных кодов служит распределение расстояния Хемминга для кодовых слов кодов с исправлением ошибок. "Расстояние Хемминга" - это последовательный ряд ненулевых символов в кодовом слове. То есть, для некоторого кодового слова ‘0111’ последовательный ряд единиц (1), содержащихся в кодовом слове, составляет 3, так что расстояние Хемминга здесь равно 3. Расстояние Хемминга, имеющее минимальное из всех значений, называется "минимальным расстоянием", при этом увеличение минимального расстояния кодового слова повышает эффективность исправления ошибок кодового слова. Другими словами, "оптимальный код" означает код, имеющий оптимальную эффективность исправления ошибок.
В статье "An Updated Table of Minimum-Distance Bounds for Binary Linear Codes" (A.E. Brouwer и Тоm Verhoeff, IEEE Transactions on Information Theory, VOL 39, NO 2, March 1993) раскрыто минимальное межкодовое расстояние, которое зависит от входных и выходных значений двоичных линейных кодов и адаптировано для создания оптимальных кодов в зависимости от количества кодированных символов, формируемых путем кодирования входных информационных битов.
В этой статье раскрыт линейный код (12, 5), для которого количество входных информационных битов составляет 5, а количество выходных кодированных символов - 12, причем его оптимальный код имеет минимальное расстояние, равное 4. Таким образом, при использовании линейного кода (12, 5) необходимо принимать во внимание как использование оптимального кода с минимальным расстоянием 4, так и создание оптимального кода с минимальным расстоянием 4, не забывая о необходимости максимально возможного упрощения аппаратных средств.
Вдобавок, в этой статье раскрыт линейный код (24, 6), у которого количество входных информационных битов составляет 6, а количество выходных кодированных символов равно 24. Его оптимальный код имеет минимальное расстояние, равное 10. Таким образом, при использовании линейного кода (24, 6) необходимо принимать во внимание как использование оптимального кода с минимальным расстоянием 10, так и создание оптимального кода с минимальным расстоянием 10, при условии максимально возможного упрощения аппаратных средств.
Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа кодирования для получения оптимального кодового слова (12, 5) в системе мобильной связи, использующей код с исправлением ошибок.
Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа для определения позиций прокалывания, используемых при создании оптимального кодового слова (12, 5) путем прокалывания кодового слова Рида-Мюллера первого порядка, содержащего 16 кодированных символов.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа для декодирования принимаемого кодового слова (12, 5) в системе мобильной связи, использующей код с исправлением ошибок.
Следующей задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа кодирования для создания оптимального кодового слова (24, 6) в системе мобильной связи, использующей код с исправлением ошибок.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа для определения позиций прокалывания, используемых при создании оптимального кодового слова (24, 6) путем прокалывания кодового слова Рида-Мюллера первого порядка, содержащего 32 кодированных символа.
Следующей задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа для декодирования принятого кодового слова (24, 6) в системе мобильной связи, использующей код с исправлением ошибок.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается устройство для кодирования 5-битового потока входных информационных битов в кодовое слово (12, 5), содержащее 12 кодированных символов. Устройство включает в себя кодер Рида-Мюллера для приема потока входных информационных битов и создания кодового слова Рида-Мюллера первого порядка, содержащего 16 кодированных символов; и "прокалыватель" для выдачи оптимального кодового слова (12, 5) путем "прокалывания" (изъятия) 4 последовательных кодированных символов в потоке из 16 кодированных символов, включающих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, начиная с кодированного символа, выбранного из 1-го, 3-го, 5-го, 7-го, 9-го и 11-го кодированных символов.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается устройство для кодирования 5-битовогопотока входных информационных битов в кодовое слово (12, 5), содержащее 12 кодированных символов. Устройство включает в себя кодер Рида-Мюллера для приема потока входных информационных битов и формирование кодового слова Рида-Мюллера первого порядка, содержащего 16 кодированных символов; и прокалыватель для выдачи оптимального кодового слова (12, 5) путем прокалывания выбранного кодированного символа из 2-го, 3-го, 6-го и 7-го кодированных символов в потоке из 16 кодированных символов, включающего кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, а также прокалывания 3 кодированных символов с интервалами в 2 символа, начиная с выбранного кодированного символа.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается устройство для кодирования 5-битового потока входных информационных битов в кодовое слово (12, 5), содержащее 12 кодированных символов. Устройство включает в себя кодер Рида-Мюллера для приема потока входных информационных битов и формирования кодового слова Рида-Мюллера первого порядка, содержащего 16 кодированных символов; и прокалыватель для выдачи оптимального кодового слова (12, 5) путем прокалывания выбранного кодированного символа из 0-го, 1-го, 2-го, 4-го, 5-го и 6-го кодированных символов в потоке из 16 кодированных символов, включающих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, а также прокалывания 3 кодированных символов с интервалами в 3 символа, начиная с выбранного кодированного символа.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предлагается устройство для кодирования 6-битового потока входных информационных битов в кодовое слово (24, 6), содержащее 24 кодированных символа. Устройство включает в себя кодер Рида-Мюллера для приема потока входных информационных битов и формирования кодового слова Рида-Мюллера первого порядка, содержащего 32 кодированных символа; и прокалыватель для выдачи оптимального кодового слова (24, 6) путем выбора кодированного символа из 2-го, 6-го и 10-го кодированных символов в потоке из 32 кодированных символов, включающих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, и прокалывания выбранного кодированного символа, 6 кодированных символов с интервалами в 2 символа, начиная с выбранного кодированного символа, а также прокалывания кодированного символа с интервалом в 1 символ, начиная с последнего символа из 6 проколотых кодированных символов.
Вышеуказанные и другие задачи, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из последующего подробного описания вместе с сопроводительными чертежами, на которых:
фиг.1 - структура устройства кодирования согласно первому варианту настоящего изобретения;
фиг.2 - подробная структура кодера Рида-Мюллера, показанного на фиг.1;
фиг.3 - структура устройства декодирования согласно первому варианту настоящего изобретения;
фиг.4 - структура устройства кодирования согласно второму варианту настоящего изобретения;
фиг.5 - подробная структура кодера Рида-Мюллера, показанного на фиг.4; и
фиг.6 - структура устройства декодирования согласно второму варианту настоящего изобретения.
Далее со ссылками на сопроводительные чертежи описывается предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. В последующем описании хорошо известные функции или конструкции подробно не описываются, чтобы не затемнять существо изобретения ненужными деталями.
Настоящее изобретение предполагает два различных варианта своего воплощения. В первом варианте реализуется устройство кодирования для создания оптимального кодового слова (12, 5) и устройство декодирования для декодирования созданного кодового слова (12, 5) в системе мобильной связи, использующей код с исправлением ошибок. Во втором варианте реализуется устройство кодирования для создания оптимального кодового слова (24, 6) и устройство декодирования для декодирования созданного кодового слова (24, 6) в системе мобильной связи, использующей код с исправлением ошибок. В этих вариантах оптимальное кодовое слово создается путем прокалывания символов в определенных местах среди кодированных символов, включающих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка. В первом варианте создается кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, включающее 16 кодированных символов, путем приема потока информационных битов, содержащего 5 битов, а затем создается кодовое слово (12, 5) путем прокалывания 4 кодированных символов из 16 кодированных символов. Во втором варианте создается кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, включающее в себя 32 кодированных символа, путем приема потока информационных битов, содержащего 6 битов, а затем создается кодовое слово (24, 6) путем прокалывания 8 кодированных символов из 32 кодированных символов.
Первый вариант
Первый вариант настоящего изобретения обеспечивает схему для создания кодового слова путем использования в качестве оптимального кода с исправлением ошибок для системы мобильней связи МДКР линейного кода (12, 5) и последующего декодирования созданного кодового слова (12, 5). Например, в первом варианте в качестве кода с исправлением ошибок используется код Рида-Мюллера первого порядка (12, 5), полученный путем прокалывания 4 символов из 16 кодированных символов, включающих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка длиной 16. Хотя существует огромное количество вариантов создания кода Рида-Мюллера первого порядка (12, 5), можно не только максимально упростить аппаратные средства, но также создать оптимальное кодовое слово, используя способ создания кода Рида-Мюллера первого порядка и последующего прокалывания созданного кода Рида-Мюллера первого порядка, как в первом варианте настоящего изобретения. Радикальное уменьшение длины кода Рида-Мюллера первого порядка позволяет максимально упростить аппаратные средства. Вдобавок, можно не только существенно упростить аппаратное обеспечение, но также создать код, оптимизированный с точки зрения эффективности исправления ошибок путем прокалывания кодового слова Рида-Мюллера первого порядка. Как было установлено выше, в данном варианте настоящего изобретения в качестве кода с исправлением ошибок используется код Рида-Мюллера первого порядка, при этом здесь для кода Рида-Мюллера первого порядка используют биортогональное кодовое слово.
Как было установлено выше, кодовое слово (12, 5) создается путем прокалывания 4 символов из 16 кодированных символов (биортогональных кодовых символов), включающих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка длиной 16. Минимальное расстояние dmin кодового слова зависит от позиций, на которых выполняется прокалывание 4 символов из 16 биортогональных кодовых символов. Как было упомянуто ранее, минимальное расстояние кодового слова относится к расстоянию, имеющему минимальное значение среди всех значений расстояния Хемминга для данного кодового слова, причем увеличение минимального расстояния повышает эффективность исправления ошибок линейного кода с исправлением ошибок. Таким образом, важно правильно определить позиции прокалывания, чтобы создать биортогональное кодовое слово (12, 5), имеющее максимальную эффективность исправления ошибок в кодовом слове Рида-Мюллера первого порядка длиной 16.
Шаблоны прокалывания для 4 позиций прокалывания, необходимых для создания оптимального кодового слова (12, 5), можно вычислить эмпирическим путем. Имеется 16 типовых шаблонов прокалывания: {1, 2, 3, 4}, {3, 4, 5, 6}, {5, 6, 7, 8}, {7, 8, 9, 10}, {9, 10, 11, 12}, (11, 12, 13, 14}, {2, 4, 6, 8}, {3, 5, 7, 9}, {6, 8, 10, 12}, {7, 3, 11, 13}, {0, 3, 6, 9}, {1, 4, 7, 10}, {2, 5, 8, 11}, {4, 7, 10, 13}, {5, 8, 11, 14} и {6, 9, 12, 15}. Кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка содержит 16 кодированных символов с 0-го по 15-й. Например, шаблон прокалывания {1, 2, 3, 4} представляет собой шаблон для прокалывания 4 последовательных кодированных символов из 16 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, с интервалом в 1 символ, начиная с 1-го кодированного символа. Шаблон прокалывания {2, 4, 6, 8} представляет собой шаблон для прокалывания 4 последовательных кодированных символов из 16 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, с интервалами в 2 символа, начиная со 2-го кодированного символа. Шаблон прокалывания {0, 3, 6, 9} представляет собой шаблон для прокалывания 4 последовательных кодированных символов из 16 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, с интервалами в 3 символа, начиная с 0-го кодированного символа. Таким образом, каждый из 16 шаблонов прокалывания отличается определенной закономерностью. В 6 шаблонах прокалывания {1, 2, 3, 4}, {5, 4, 5, 6}, {5, 6, 7, 8}, {7, 8, 9, 10}, {9, 10, 11, 12} и (11, 12, 13, 14} позиции прокалывания кодированных символов отделены одинаковым интервалом, равным 1. В 4 шаблонах прокалывания {2, 4, 6, 8}, {3, 5, 7, 9}, {6, 8, 10, 12} и {7, 9, 11, 13} позиции прокалывания кодированных символов отделены одинаковым интервалом, равным 2. В 6 шаблонах прокалывания {0, 3, 6, 9}, {1, 4, 7, 10}, {2, 5, 8, 11}, {4, 7, 10, 13}, {5, 8, 11, 14} и {6, 9, 12, 15} позиции прокалывания кодированных символов отделены одинаковым интервалом, равным 3. Если в передатчике системы мобильной связи в процессе кодирования используются шаблоны прокалывания, имеющие указанные закономерности, то приемник, связанный с этим передатчиком, также должен использовать во время декодирования шаблоны прокалывания с этими же закономерностями на основе предварительного соглашения. Это соглашение обычно регламентируется протоколом обмена. Однако можно также предоставить возможность передатчику информировать приемник о позициях прокалывания.
На фиг.1 показана структура устройства кодирования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Обратимся к фиг.1, где в устройстве кодирования согласно варианту настоящего изобретения используется кодер (12, 5) 100 для выдачи 12 кодированных символов путем приема 5-битового потока информационных битов. Кодер (12, 5) 100 включает биортогональный кодер (16,5) 110 и прокалыватель 120. Биортогональный кодер (кодер Рида-Мюллера) 110 в устройстве кодирования (12, 5) 100 кодирует 5-битовый поток входных информационных битов а0, а1, а2, а3 и а 4, преобразуя его в кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка (поток кодированных символов) длиной 16. Прокалыватель 120 принимает поток кодированных символов длиной 16, выдаваемых биортогональным кодером 110, и прокалывает 4 кодированных символа на позициях прокалывания, соответствующих заранее определенному шаблону прокалывания, из числа 16 кодированных символов. В результате прокалыватель 120 выдает поток из 12 кодированных символов в виде оптимального кодового слова (12, 5).
Например, при использовании шаблона прокалывания, где позиции прокалывания отделены интервалом, равным 1, прокалыватель 120 прокалывает 4 последовательных кодированных символа в потоке из 16 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, начиная с символа, выбранного из 1-го, 3-го, 5-го, 7-го, 9-го и 11-го кодированных символов. Когда в потоке из 16 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, выбирается 1-й кодированный символ, прокалыватель 120 прокалывает 1-й, 2-й, 3-й и 4-й кодированные символы. Когда в потоке из 16 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, выбирается 3-й кодированный символ, прокалыватель 120 прокалывает 3-й, 4-й, 5-й и 6-й кодированные символы. Когда в потоке из 16 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, выбирается 5-й кодированный символ, прокалыватель 120 прокалывает 5-й, 6-й, 7-й и 8-й кодированные символы. Когда в потоке из 16 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, выбирается 7-й кодированный символ, прокалыватель 120 прокалывает 7-й, 8-й, 9-й и 10-й кодированные символы. Когда в потоке из 16 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, выбирается 9-й кодированный символ, прокалыватель 120 прокалывает 9-й, 10-й, 11-й и 12-й кодированные символы. И, наконец, когда в потоке из 16 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, выбирается 11-й кодированный символ, прокалыватель 120 прокалывает 11-й, 12-й, 13-й и 14-й кодированные символы.
На фиг.2 показана подсобная структура кодера 110 Рида-Мюллера, показанная на фиг.1. Обратимся к фиг.2, где кодер 110 Рида-Мюллера включает генератор ортогональных кодовых слов, содержащий генератор 210 кода Уолша и умножители 230-260; генератор 200 кода, состоящего только из единиц (1), и умножитель 220; а также сумматор 270. Генератор ортогональных кодовых слов создает ортогональные кодовые слова, каждое из которых содержит 16 кодированных символов, путем умножения 4 битов из 5-битового потока входных информационных битов на связанные с ними базовые ортогональные коды W1, W2, W4 и W8. Генератор ортогональных кодовых слов включает генератор 210 кода Уолша для создания кода Уолша, типового ортогонального кода, и умножители 230-260. Генератор 200 кода генерирует код, состоящий только из единиц (1), и этот код умножается в умножителе 220 на один оставшийся бит потока входных информационных битов. Сумматор 270 выдает кодовое слово с инвертированной фазой из ортогональных кодовых слов (кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка) путем выполнения операции "исключающее ИЛИ" с кодовыми словами, выдаваемыми из умножителя 220, и ортогональными кодовыми словами.
5 входных информационных битов а0, а1, а2, а3 и а4 подаются соответственно на умножители 220, 230, 240, 250 и 260. Генератор 200 кода формирует код из всех единиц (1), а генератор 210 кода Уолша одновременно формирует коды Уолша W1, W2, W4 и W8 длиной, равной 16. Код со всеми единицами (1) и коды Уолша W1, W2, W4 и W8 подаются также на соответствующие умножители 220, 230, 240, 250 и 260. То есть, код со всеми единицами (1) подается на умножитель 220, код Уолша W1 на умножитель 230, код Уолша W2 на умножитель 240, код Уолша W4 на умножитель 250 и код Уолша W8 на умножитель 260. Здесь генератор 200 кода формирует код из всех единиц (1), чтобы создать биортогональный код путем преобразования ортогонального кода в ортогональный код с инвертированной фазой. Можно также использовать другие коды, если их удастся применить для создания биортогонального кода путем преобразования ортогонального кода в ортогональный код с инвертированной фазой.
Умножитель 220 умножает входной информационный бит а0 на код из всех единиц (1) на посимвольной основе. Умножитель 230 умножает входной информационный бит а1 на код Уолша W1 на посимвольной основе. Умножитель 240 умножает входной информационный бит а2 на код Уолша W2 на посимвольной основе. Умножитель 250 умножает входной информационный бит а3 на код Уолта W4 на посимвольной основе. Умножитель 260 умножает входной информационный бит а4 на код Уолша W8 на посимвольной основе.
В сумматор 270 подаются 5 кодовых слов, каждое из которых содержит 16 кодированных символов, включая одно кодовое слово, являющееся результатом умножения оставшегося одного бита из потока входных информационных битов на сигнал из единиц (1), и четыре ортогональных кодовых слова, выдаваемых умножителями 220-260. Сумматор 270 выполняет операцию "исключающее ИЛИ" над 5-ю кодовыми словами, каждое из которых содержит 16 кодированных символов, выдаваемых умножителями 220-260 на посимвольной основе, и выдает одно кодовое слово длиной 16, то есть кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка.
На фиг.3 представлена структура устройства декодирования согласно первому варианту настоящего изобретения. Обратимся к фиг.3, где поток кодированных символов длиной, равной 12, принятый от передатчика, подается в блок 310 вставки нулей в декодере (12, 5) 300. Блок 310 вставки нулей, принимающий поток кодированных символов длиной 12, вставляет нулевые (0) биты в позиции прокалывания, использованные прокалывателем 120 в кодере (12, 5) 100 передатчика, и подает поток символов с вставленными нулями в блок 320 обратного быстрого преобразования Адамара. Например, если прокалыватель 120 в кодере (12, 5) 100 проколол 0-й, 3-й, 6-й и 9-й кодированные символы, то блок 310 вставки нулей в декодере (12, 5) 300 вставит нулевые биты в вышеуказанные 4 позиции прокалывания в потоке кодированных символов длиной 12, а затем выдаст поток кодированных символов длиной 16. Здесь блок 310 вставки нулей должен знать позиции, в которые должны быть вставлены нулевые биты, то есть позиции прокалывания, используемые прокалывателем 120. В данной процедуре блок 310 вставки нулей обеспечивается информацией о позициях прокалывания от передатчика. Блок 320 обратного преобразования Адамара сравнивает поток кодированных символов длиной 16, выдаваемый блоком 310 вставки нулей, с кодовым словом Рида-Мюллера первого порядка для оценки достоверности их соответствия и выдает вычисленные достоверности для кодовых слов Рида-Мюллера первого порядка и входные информационные биты для кодовых слов Рида-Мюллера первого порядка. Здесь все кодовые слова Рида-Мюллера первого порядка означают 32 кодовых слова, в том числе кодовые слова кода Уолша длиной 16 и 16 кодовых слов, вычисленных путем инвертирования кодовых слов Уолша длиной 16. Таким образом, вычисляются 32 достоверности. Эти достоверности и входные информационные биты для кодовых слов Рида-Мюллера первого порядка образуют пары, количество которых равно количеству кодовых слов Рида-Мюллера первого порядка. Эти пары достоверностей и входных информационных битов, выдаваемых блоком 320 обратного преобразования Адамара, подаются в компаратор 330. Компаратор 330 выбирает из полученных достоверностей ту, которая имеет максимальное значение, и выдает в качестве декодированных битов входные информационные биты, связанные с выбранной достоверностью.
В первом варианте, вдобавок к вышеуказанному шаблону прокалывания {0, 3, 6, 9}, предлагается 15 других шаблонов прокалывания для оптимальных позиций прокалывания. При изменении шаблона прокалывания также изменяются позиции вставки для блока 310 вставки нулей в декодере 300. Например, если прокалыватель 120 в кодере (12, 5) 100 прокалывает последовательно 4 кодированных символа, начиная с выбранного кодированного символа из 1-го, 3-го, 5-го, 7-го, 9-го и 11-го кодированных символов из числа 16 кодированных символов, и выдает оптимальное кодовое слово (12, 5), блок 310 вставки нулей в декодере (12, 5), декодирующем 12-битовый поток кодированных символов и выдающем 5-битовый кодированный поток, выполняет операцию вставки нулей следующим образом. А именно, блок 310 вставки нулей выдает 16-битовый поток кодированных символов путем вставки нулевых (0) битов в позиции 12-битового потока кодированных символов, соответствующие позициям 4 последовательных кодированных символов, начиная с выбранного кодированного символа из 1-го, 3-го, 5-го, 7-го, 9-го и 11-го кодированных символов из числа 16 кодированных символов. Кроме того, позиции прокалывания определяют таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность кодера и простую закономерность чередования позиций прокалывания, что позволяет упростить аппаратную реализацию кодера в передатчике и декодера в приемнике.
Второй вариант
Второй вариант настоящего изобретения обеспечивает схему для создания кодового слова путем использования для системы мобильной связи МДКР в качестве оптимального кода с исправлением ошибок линейного кода (24, 6) и последующего декодирования созданного кодового слова (24, 6). Например, во втором варианте в качестве кода с исправлением сшибок используется код Рида-Мюллера первого порядка (24, 6), полученный путем прокалывания 8 символов из 32 кодированных символов, включающих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка длиной 32. Хотя существует огромное количество вариантов создания кода Рида-Мюллера первого порядка (24, 6), можно не только упростить аппаратные средства, но также создать оптимальное кодовое слово, используя способ создания кода Рида-Мюллера первого порядка и последующего прокалывания созданного кода Рида-Мюллера первого порядка, как описано ниже во втором варианте настоящего изобретения. Радикальное уменьшение длины кода Рида-Мюллера первого порядка позволяет максимально упростить аппаратное обеспечение системы. Вдобавок, можно не только дополнительно упростить аппаратные средства, но также создать код, оптимизированный с точки зрения эффективности исправления ошибок, путем прокалывания кодового слова Рида-Мюллера первого порядка. Как было установлено выше, в данном варианте настоящего изобретения в качестве кода с исправлением сшибок используется код Рида-Мюллера первого порядка, а здесь для кода Рида-Мюллера первого порядка используется биортогональное кодовое слово.
Как было установлено выше, кодовое слово (24, 6) создается путем прокалывания 8 символов из 32 кодированных символов (биортогональных кодовых символов), включающих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка длиной 32. Минимальное расстояние dmin, кодового слова зависит от позиций прокалывания, где прокалывают 8 символов из 32 биортогональных кодовых символов. Как было упомянуто ранее, минимальное расстояние кодового слова относится к минимальному среди всех значений расстоянию Хемминга для данного кодового слова, причем увеличение минимального расстояния повышает эффективность исправления ошибок линейного кода с исправлением ошибок. Таким образом, важно правильно определить позиции прокалывания, чтобы создать биортогональное кодовое слово (24, 6), имеющее наилучшую эффективность исправления ошибок в кодовом слове Рида-Мюллера первого порядка длиной 32.
Шаблоны прокалывания для определения 8 позиций прокалывания, необходимых для создания оптимального кодового слова (24, 6), можно вычислить эмпирическим путем. Имеется 3 типовых шаблона прокалывания: {2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 21}, {6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 25}, и {10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 29}. Кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка содержит 32 кодированных символа с 0-го по 31-й. Например, шаблон прокалывания {2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 21} представляет собой шаблон для прокалывания в потоке из 32 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, 2-го кодированного символа, прокалывания 6 кодированных символов с интервалами в 3 символа, начиная со 2-го кодированного символа, а также прокалывания кодированного символа с интервалом в 1 символ, начиная с последнего символа из 6 проколотых кодированных символов. Шаблон прокалывания {6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 25} представляет собой шаблон для прокалывания в потоке из 32 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, 6-го кодированного символа, прокалывания 6 кодированных символов с интервалами в 3 символа, начиная с 6-го кодированного символа, а также прокалывания кодированного символа с интервалом в 1 символ, начиная с последнего символа из 6 проколотых кодированных символов. Шаблон прокалывания {10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 29} представляет собой шаблон для прокалывания в потоке из 32 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, 10-го кодированного символа, прокалывания 6 кодированных символов с интервалами в 3 символа, начиная с 10-го кодированного символа, а также прокалывания кодированного символа на интервале в 1 символ, начиная с последнего символа из 6 проколотых кодированных символов. Эти шаблоны прокалывания используются в совокупности для выбора одного из кодированных символов: 2-го, 6-го или 10-го в потоке из 32 кодированных символов, включающих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, после чего прокалывают выбранный кодированный символ, 6 кодированных символов с интервалами в 3 символа, начиная с выбранного кодированного символа, и кодированный символ с интервалом в 1 символ, начиная с последнего символа из 6 проколотых кодированных символов. Если в передатчике системы мобильной связи в процессе кодирования используются шаблоны прокалывания, имеющие указанные закономерности, то приемник, связанный с этим передатчиком, также должен использовать во время декодирования шаблоны прокалывания с теми же закономерностями на основе предварительного соглашения. Это соглашение обычно регламентируется с помощью протокола обмена. Однако можно также предоставить возможность передатчику информировать приемник о позициях прокалывания.
На фиг.4 показана структура устройства кодирования согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Обратимся к фиг.4, где в устройстве кодирования согласно второму варианту настоящего изобретения используется кодер (24, 6) 1100 для выдачи 24 кодированных символов путем приема 6-битового потока информационных битов. Кодер (24,6) 1100 включает биортогональный кодер (32, 6) 1110 и прокалыватель 1120. Биортогональный кодер 1110 (кодер Рида-Мюллера) в 1100 кодере (24, 6) кодирует 6-битовый поток входных информационных битов а0, а1, а2, а3, а4 и а5, преобразуя его в кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка (поток кодированных символов) длиной 32. Прокалыватель 1120 принимает поток кодированных символов длиной 32, выдаваемых биортогональным кодером 1110, и прокалывает 8 кодированных символов в потоке кодированных символов длиной 32 на позициях прокалывания, соответствующих заранее определенному шаблону прокалывания. В результате прокалыватель 1120 выдает поток из 24 кодированных символов в виде оптимального кодового слова (24, 6).
Например, прокалыватель 1120 выбирает один из кодированных символов: 2-й, 6-й или 10-й, в потоке из 32 кодированных символов, включающих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, а затем прокалывает выбранный кодированный символ, 6 кодированных символов с интервалами в 3 символа, начиная с выбранного кодированного символа, и кодированный символ с интервалом в 1 символ, начиная с последнего символа из 6 проколотых кодированных символов. Когда в потоке из 32 кодированных символов, выключающих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, выбирается 2-й кодированный символ, прокалыватель 1120 прокалывает 2-й, 5-й, 8-й, 11-й, 14-й 17-й, 20-й и 21 кодированные символы. Когда в потоке из 32 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, выбирается 6-й кодированный символ, прокалыватель 1120 прокалывает 6-й, 9-й, 12-й, 15-й, 18-й, 21-й, 24-й и 25-й кодированные символы. Когда в потоке из 32 кодированных символов, содержащих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, выбирается 10-й кодированный символ, прокалыватель 1120 прокалывает 10-й, 13-й, 16-й, 19-й, 22-й, 25-й, 28-й и 29-й кодированные символы.
На фиг.5 показана подробная структура кодера 1110 Рида-Мюллера, показанная на фиг.4. Обратимся к фиг.5, где кодер 1110 Рида-Мюллера включает генератор ортогональных кодовых слов, содержащий генератор 1210 ортогональных кодов и умножители 1220-1270; генератор 1200 кода со всеми единицами (1) и сумматор 1280. Генератор ортогональных кодовых слов создает ортогональные кодовые слова, каждое из которых содержит 32 кодированных символа, путем умножения 5 битов из 6-битового потока входных информационных битов на связанные с ними базовые ортогональные коды (типовой ортогональный код Уолша) W1, W2, W4, W8 и W16 соответственно. Генератор ортогональных кодовых слов включает генератор 1210 кода Уолша для создания кода Уолша, типового ортогонального кода, и умножители 1230-1270. Генератор 1200 кода генерирует код из всех единиц, и этот код умножается в умножителе 1220 на оставшийся один бит из потока входных информационных битов. Сумматор 1280 выдает кодовое слово с инвертированной фазой из ортогональных кодовых слов, кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, путем выполнения операции "исключающее ИЛИ" с кодовыми словами, выдаваемыми из умножителя 1220, и ортогональными кодовыми словами.
6 входных информационных битов а0, а1, а2, а3, а4 и а5 подаются соответственно на умножители 1220, 1230, 1240, 1250, 1260 и 1270. Генератор кода 1200 формирует код из всех единиц (1), а генератор 210 кода Уолша одновременно формирует коды Уолша W1, W2, W4, W8 и W16 длиной, равной 32. Код со всеми единицами (1) и коды Уолша W1, W2, W4, W8 и W16 подаются также на соответствующие умножители 1220, 1230, 1240, 1250, 1260 и 1270. То есть код со всеми единицами (1) подается на умножитель 1220, код Уолша W1 на умножитель 1230, код Уолша W2 на умножитель 1240, код Уоша W4 на умножитель 1250, код Уолша W8 на умножитель 1260, а код Уолша W16 на умножитель 1270. Здесь генератор 1200 кода формирует код из всех единиц (1), чтобы создать биортогональный код путем преобразования ортогонального кода в ортогональный код с инвертированной фазой. Можно также использовать другие коды, если их удастся применить для создания биортогонального кода путем преобразования ортогонального кода в ортогональный код с инвертированной фазой.
Умножитель 1220 умножает входной информационный бит а0 на код из всех единиц (1) на посимвольной основе. Умножитель 1230 умножает входной информационный бит а1 на код Уолша W1 на посимвольной основе. Умножитель 1240 умножает входной информационный бит а2 на код Уолша W2 на посимвольной основе. Умножитель 1250 умножает входной информационный бит а3 на код Уолша W4 на посимвольной основе. Умножитель 1260 умножает входной информационный бит а4 на код Уолша W8 на посимвольной основе. Умножитель 1270 умножает входной информационный бит а5 на код Уолша W16 на посимвольной основе.
В сумматор 1280 подаются 6 кодовых слов, каждое из которых содержит 32 кодированных символа, включая одно кодовое слово, являющееся результатом умножения оставшегося одного бита из потока входных информационных битов на сигнал из всех единиц (1), и пять ортогональных кодовых слов, выдаваемых умножителями 1220-1270. Сумматор 1280 выполняет операцию "исключающее ИЛИ" над 6 кодовыми словами, выдаваемыми умножителями 1220-1270 на посимвольной основе, и выдает одно кодовое слово длиной 32, то есть кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка.
На фиг.6 представлена структура устройства декодирования согласно второму варианту настоящего изобретения. Обратимся к фиг.6, где поток кодированных символов длинной, равной 24, принимаемый от передатчика, подается в блок 1310 вставки нулей в декодере (24, 6) 1300. Блок 1310 вставки нулей, принимающий поток кодированных символов длиной 24, вставляет нулевые (0) биты в позиции прокалывания, используемые прокалывателем 1120 в кодере (24, 6) 1100 передатчика, и подает поток символов с вставленными нулями в блок 1320 обратного быстрого преобразования Адамара. Например, если прокалыватель 1120 в кодере (24, 6) 1100 проколол 2-й, 5-й, 8-й, 11-й, 14-й, 17-й, 20-й и 21-й кодированные символы, то блок 1310 вставки нулей в декодере (24, 6) 1300 вставит нулевые биты в вышеуказанные 8 позиций прокалывания в потоке кодированных символов длиной 24, а затем выдаст поток кодированных символов длиной 32. Здесь блок 1310 вставки нулей должен знать позиции, в которые должны быть вставлены нулевые биты, то есть позиции прокалывания, используемые прокалывателем 1120. В данной процедуре блок 1310 вставки нулей обеспечен информацией о позициях прокалывания от передатчика. Блок 1320 обратного преобразования Адамара сравнивает поток кодированных символов длиной 32, выдаваемый блоком 1310 вставки нулей, с кодовым словом Рида-Мюллера первого порядка для вычисления достоверности их согласования и выдает вычисленные достоверности для кодовых слов Рида-Мюллера первого порядка и входные информационные биты для кодовых слов Рида-Мюллера первого порядка. Здесь все кодовые слова Рида-Мюллера первого порядка означают 64 кодовых слова, в том числе кодовые слова кода Уолша длиной 32 и 32 кодовых слова, вычисленных путем инвертирования кодовых слов Уолша длиной 32. Таким образом, вычисляются 64 достоверности. Эти достоверности и входные информационные биты для кодовых слов Рида-Мюллера первого порядка образуют пары, количество которых равно количеству кодовых слов Рида-Мюллера первого порядка. Эти пары достоверностей и входных информационных битов, выдаваемых блоком 1320 обратного преобразования Адамара, подаются в компаратор 1330. Компаратор 1330 выбирает из полученных достоверностей максимальную, а затем выдает в качестве декодированных битов входные информационные биты, связанные с выбранной достоверностью.
Второй вариант вдобавок к вышеуказанному шаблону прокалывания {2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 21} предлагает 2 других шаблона прокалывания для оптимальных позиций прокалывания. При изменении шаблона прокалывания также изменяются позиции вставки блока 1310 вставки нулей в декодере 1300 на фиг.6. Например, если прокалыватель 1120 в кодере (24, 6) 1100 выдает оптимальное кодовое слово (24, 6) путем выбора позиции кодированного символа из 2-й, 6-й или 10-й позиции кодированного символа в потоке из 32 кодированных символов и прокалывания выбранного кодированного символа, 6 кодированных символов с интервалами в 3 символа, начиная с выбранного кодированного символа, и кодированного символа с интервалом в 1 символ, начиная с последнего символа из 6 кодированных символов, то блок 1310 вставки нулей в декодере (24, 6), декодирующем 24-битовый поток кодированных символов и выдающем 6-битовый кодированный поток, выполняет операцию вставки нулей следующим образом. А именно, блок 1310 вставки нулей выбирает позицию кодированного символа из 2-й, 6-й или 10-й позиции кодированного символа в потоке из 32 кодированных символов, включающих кодовое слово Рида-Мюллера первого порядка, и выдает 32-битовый поток кодированных символов путем вставки нулевых (0) битов на позиции 24-битового потока кодированных символов, в соответствии с выбранным кодированным символом, 6 кодированными символами с интервалами в 3 символа, начиная с выбранного кодированного символа, и кодированным символом с интервалом в 1 символ, начиная с последнего символа из 6 кодированных символов. Кроме того, позиции прокалывания определяют таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность кодера и простую закономерность чередования позиций прокалывания, что позволяет существенно упростить аппаратные средства кодера в передатчике и декодера в приемнике.
Как было описано выше, в системе мобильной связи МДКР согласно настоящему изобретению может быть обеспечено оптимальное минимальное расстояние путем оптимального кодирования/декодирования кодов с исправлением ошибок, что дает возможность повысить эффективность исправления ошибок. Вдобавок, можно упростить структуру аппаратных средств кодирования/декодирования путем определения позиций прокалывания с помощью определенной закономерности, что способствует существенному упрощению аппаратных средств.
Хотя данное изобретение было продемонстрировано и списано со ссылками на конкретный предпочтительный вариант его осуществления, специалистам в данной области техники очевидно, что в него могут быть внесены различные изменения по форме и в деталях, не выходящие за рамки существа и объема изобретения, определенных прилагаемой формулой изобретения.
Изобретение относится к устройствам и способам кодирования/декодирования в системе мобильной связи МДКР (множественный доступ с кодовым разделением каналов). Техническим результатом является создание способа и устройства кодирования для получения оптимального кодового слова в системе мобильной связи. Технический результат достигается тем, что передатчик кодирует 5 входных информационных бита, преобразуя их в 16 кодированных символов с помощью кода Рида-Мюллера первого порядка, и прокалывает 4 кодированных символа из 16 кодированных символов с тем, чтобы сформировать кодовое слово, имеющее минимальное расстояние кодового слова, а приемник принимает проколотые кодированные символы, т.е кодовое слово, вставляет нулевые (0) биты в проколотые позиции и вычисляет достоверности согласования между кодированными символами с вставленными нулями со всеми кодовыми словами Рида-Мюллера первого порядка и выдает 5 входных информационных бита для кодированных символов, соответствующие максимальной достоверности. 12 н.п. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.
| А.Е.Brouwer et al | |||
| "An Updated Table of Minimmum-Distance Bound for Binary Linear Codes", IEEE Transactions on Information Theory, Vol.39, No.2, 2 March 1993 | |||
| R.H.Morelos-Zaragoza et al | |||
| "Unegual Error Protection Capabilities of Some Binary Primitive BCH Codes", IEEE Intemations symposium on Information Theory, Page 501, 1994 | |||
| СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЛИНИИ СВЯЗИ С ПЕРЕМЕННОЙ СКОРОСТЬЮ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ, СПОСОБ ПОДДЕРЖАНИЯ ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТИ ВЫВОДА ДАННЫХ ИЗ СВЕРТОЧНОГО КОДЕРА ПРИ ПЕРЕМЕННОЙ СКОРОСТИ ВВОДА ДАННЫХ, СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ПЕРВОГО УСТРОЙСТВА СВЯЗИ С ПОМОЩЬЮ ВТОРОГО УСТРОЙСТВА СВЯЗИ | 1994 |
|
RU2128397C1 |
| Кодек на основе кода Рида - Маллера первого порядка | 1990 |
|
SU1777243A1 |
| Декодер кодов Рида-Маллера первого порядка | 1987 |
|
SU1474854A1 |
