具纠错电路、交织器和穿孔或重复器的传输系统 【技术领域】
本发明总的说来涉及数字通信系统，更具体地说，涉及一种通过对数字输入进行编码产生位数比数字输入多的编码输入的通信系统。前向纠错(FEC)就是以这种方式工作的，卷织编码是前向纠错系统的一个例子。
背景技术
在卷积编码系统中，数字输入由卷积编码电路编码，从而使每K个输入到卷积编码电路中的比特产生大于K的n个比特的输出。卷积编码电路编码速率的定义是，输入的K个比特与输出的n个比特的比值，因此，举例说，每一个输入到卷积编码电路中的比特产生两个比特的输出时，编码速率为1/2。比特数的这个增加使信号比特速率减小。
一般卷积编码的算法有各色各样，每一种算法都有特定的编码速率。有时可能要求将编码速率调节得使电路输出端地数据速率与其余具有关通信信道的通信线路的要求相适应。例如，为提高码率，大家知道可以令经卷积编码的输出通过具从卷积编码输出除去所选择二进制位的删除模式的穿孔电路。不然如要降低码率也可令输出通过重复电路重复所选取的输出比特。
美国专利US5,668,820和US5,511,082公别公开了一种具上述那种穿孔卷积编码系统的数字通信系统。
本发明具体涉及一种输出经过编码且编码输出信号的一系列字经过交织处理的编码装置。交织处理是众所周知的改善传输系统误码性能的一种方法。通信系统在灵活性方面的要求日益增加，例如要求能处理不同性能的数据，例如在比特速率、交织深度不同和数据速率变化的数据。在具有交织的编码输出的编码设备中采用一般的可变速率卷积编码电路(或其它FEC编码电路)要求交织电路能适应卷积编码器的输出比特速率。因此本申请人意识到数据的交织处理应在编码之后、数据流速率匹配之前(即穿孔或比特重复之前)进行。然而，这带来了这样的问题，速率匹配电路进行的穿孔或比特重复对交织电路产生的比特结构可能不合适。举例说，可能为对二进制比特进行穿孔处理而选取的二进制位会在数字输入中产生有关相同或毗邻位的信息。这增加了传输过程中在输入信号的该部分方面出错的可能性。
【发明内容】
按照本发明的第一方面，本发明提供了一种供调节数据块中比特数的速率匹配电路，数据块包括多个交织字，交织字由交织电路对编码输出进行交织处理产生，编码输出则由编码电路对数字输入进行编码产生，编码输出的比特数比数字输入多，速率匹配电路有一个比特数调节装置，用速率匹配模式调节数据块中的比特数从而产生数据码比特供在传输信道的各帧期间传输，其特征在于，配备有匹配模式选择装置，供根据编码电路和交织电路的特性选择速率匹配模式。
重复模式是指(由多个1和多个0组成的)表明应重复相应数据块中的哪一些二进制比特的模式。
按照本发明，交织电路是作为可变速率数据源的码率固定或速率值有限的编码电路的接口的，因而无需是自适应的。这时穿孔电路或重复电路对交织字进行处理，其目的是调节输出比特速率使其适宜在传输信道上传输。接着，选取删除或重复模式，使得(i)穿孔处理在删除二进制比特的情况下对输入穿孔电路之前编码和交织过的数字电路至少有害的影响最小；或(ii)在重复各比特的情况下，重复特别有利于传输的输出而且不集中在数字输入的一部分。
此外，按照本发明，影响输入信号速率匹配的单一穿孔或重复级，而且还可(通过改变前向纠错特性)用来控制输入信号的传输质量和控制适合于后续传输的输出比特速率，例如和传输信道的最大比特速率相匹配。这样就无需为业务质量的需要和考虑信道容量而另设速率匹配级。
数据块中各交织字的模式可相对数据块中毗邻的一个或多个交织字有所偏移。数据块交织电路避免重复/删除模式以编码输出字各毗邻二进制位作为重复/删除目标的一个方法是以交织数据块各毗邻字内的不同二进制比特作为交织目标。
模式可根据交织电路交织深度的变化选择。
编码最好包括卷积编码，删除或重复模式则应考虑，例如卷积编码电路固定的长度。
速率匹配电路使输出比特速率可加以控制，这在要在单一载波上复用一系列数字输入时尤其排上用场。为此，一个通信系统可以包括多个编码器和一个多路复用器，各编码器供对各数字输入进行编码，多路复用器供组合编码器输出的数据，以便接着由传输系统在单传输信道上传输。可以选取不同编码器不同数据速率的输出，组合数据速率与传输信道的信道容量相当。
按照本发明的第二方面，本发明提供的编码装置有一个按本发明制取的速率匹配电路，还有一个交织电路和一个编码电路。
按照本发明的第三方面，本发明提供了一种供对本发明编码装置编码的信号进行解码的解码装置，这种解码装置有一个重建交织字的数据重建电路、一个去交织电路和一个信道解码器。
按照本发明的第四方面，本发明提供的通信系统，其发信机有一个本发明的编码装置，其传输系统供传输编码装置输出的数据字。系统的收信机装有解码装置。
按照本发明的第五方面，本发明提供了一种操纵速率匹配电路以调节数据块中二进制比特数的方法，数据块包括多个交织字，交织字由交织电路对编码电路对数字输入进行编码产生的编码输出进行交织处理产生，编码输出的比特数多于数字输入的比特数，速率匹配电路用速率匹配模式调节数据块中的比特数n，从而产生数据比特，供传输信道各帧过程中传输，其特征在于，速率匹配模式是根据编码电路和交织电路的特性选择的。
附图简介
现在参看附图举例说明本发明。附图中：
图1示出了用编码装置使传输系统工作所需要的各组成部分的示意图；
图2是比特流通过编码装置传送的示意图；
图3示出了使本发明的解码装置工作所需要的各组成部分的示意图。
发明的一些实施例
图1示出了对数字输入进行编码从而增加比特数的编码装置的一个实施例。这是赋予前向纠错能力的一般方法，卷积编码是这种方法的一般实例。如图1中所示，信道编码级(例如卷积编码)之后接着是帧间交织，交织后的输出经过速率匹配程序，这可以是穿孔或比特重复。穿孔或比特重复程序是用，以交织电路16矩阵一系列二进制位人为删除/重复目标的删除/重复模式进行的。模式是根据编码和交织操作选择的，使数字输入的所有二进制比特可从交织电路16输出端不作为目标的比特获取。
图1示出的通信系统10供在单一信道上传输两数据输入12，22来的数据。各数据输入与各编码装置13，23相联系、编码装置13，23进行输入的卷积编码，也进行速率匹配，从而使编过码的数据可被调制到信道容量最大的可用传输信道上。
各编码装置13，23有相应的信道编码电路14，24。图1实例中的信道编码电路对数据输入进行卷积编码。这里可采用一般的卷积编码电路，由此电路将K个输入的比特转换成大于K的n个输出比特，这样做的好处是可以进行前向纠错。编码速率可用编码电路的输入比特数与输出比特数的比值表示，一般卷积编码电路现行的编码速率为例如1/2，1/3，1/4。卷积编码电路通常包括移位寄存器、函数发生器、存储器和多路复用器。卷积编码电路的各输出比特根据编码电路的固定长度(存储器长度)对输入信号原给定量的二进制位履行周知的功能。这除对输入比特进行的一些函数变换外还可以是输入比特直接往输出上的映射，从而提供另外的纠错能力。不然，输入比特也可以不直接映射。编码电路的输出可由相应的解码电路解码，以便除纠错操作适用的另一些数据外再生原数据输入。
卷积编码过的输出字提供给交织电路16，26以便与一系列卷积输出字组合，产生包括一些相应的交织字组成的数据块。交织电路最简单的形式包括一个块交织器，其作用是用一系列(对应于交织深度的)输入字逐行充填交织矩阵并逐列输出数据。此外还有其它交织方案。这个过程通常使数据的传输不太容易因传输信道中断而出错。
交织过的输出提供给速率匹配电路18，28，由电路18，28有效地改变卷积编码电路的码率，从而使输出比特速率可以更精确加以控制。这个速率匹配过程可以是对交织过的数据块进行穿孔处理(即除去二进制位)，也可以是比特的重复。大家知道，为提高码速率可以对卷积编码过的输出进行穿孔处理，这方面的实例见美国专利US5,511,082。
编码装置上述那种结构的好处是，编码操作之后是速率匹配操作，因而交织电路16，26受数据源的位速率支配的输入位速率不变，而且其位速率因卷积编码电路14，24而降低，因此可以无需自适应交织电路。
本发明是根据交织电路和编码电路的操作情况选择速率匹配模式的，这将参看图2更详细地说明。
速率匹配电路18，28还可以调节特定数据输入的信道编码过程使其与特定业务质量的要求(例如关于传输信道误码性能的要求)相当。速率匹配电路18，28还共同用来确保信号的总位速率一旦多路复用不致超过传输信道的容量。这样，单速率匹配操作不仅可用来确保组合数据信息能顺利传送，而且还可用来达到传输信道在个别数据输入方面的特定要求。在达到个别数据信道的误码性能和组合数据率两者之间是要折衷选择的，但这是在各编码装置只有单一速率匹配电路的情况下才这样考虑的。
两编码装置13，23的输出由多路复用电路30多路复用在一起，使其可以在单信道上传输。多路复用电路的输出实际上是供在整个信道上传输的数据帧，这个帧的大小可相当于一个交织数据块。帧数据可由帧内交织电路32交织，以便接着由一般的调制和传输电路34传输。
参看图2更详细地说明图1中所示编码装置13，23的工作过程。
为举例说明起见，图2A示出了一系列提供给编码装置的输入数据比特。这些二进制位可按预定数量的二进制位组成的一些字或按连续的数据流排列，如图中所示。
信道编码电路14，24对输入数据流进行卷积编码，并产生位数更多的比特流。在图2所示的实例中，卷积编码电路将长度为K的数据流转换成长度为n的数据流，可以看出，这一下使待传输的比特的数目增加到n/k倍。编码数字经过交织处理，且在图2所示的实例中，帧内交织电路16对编码数据流的8位字进行交织处理，应用深度为4的数据组交织算法。这样，交织电路逐行将比特充填入4列×8行组成的交织矩阵中。
图2C中所示的数据块组经过删除或重复模式的处理，这为的是改变位速率，从而使所有信号当多路复用在一起时产生能为现有传输信道处理的数据流。
申请人认识到应选择删除或重复模式，使所删除或重复的比特无需恢复数字输入的所有比特。
例如，假设采用小固定长度的卷积编码电路。这样做的效果是，编码数据与输入数据之间的变换几乎是直接的，从而使各毗邻的编码数据可以提供有关数字输入信号各毗邻比特的信息。应避免删除或重复毗邻的输入比特，其原因如下：(i)在删除比特的情况下，传输时在输入数据该部分出错的可能性增加；(ii)在重复比特的情况下，为了使重复可以改善传输的整个误码性能，应将额外的容量均匀分配到输入数据流中。穿孔速率低时可以避免删除数字输入中的各毗邻比特。
只删除或重复交织电路16，26的输出可能会取得坏结果，这视乎交织深度(列数)和，删除/重复速率而定。举例说，若在(逐列)读出图2C所示的数据组，结果会删除或重复第一行(A11至A14)和第五行(A31至A34)中的四个毗邻比特。
因此，在图2D所示的删除/重复模式中，在交织矩阵各行上这种比特最大的情况下选择了要删除或重复的比特。在图2中所示的具体实例中，各交织字44的删除模式对数据块内各毗邻交织的一个或多个字不适用。举例说，交织字44a应用了(10000100)的删除/重复模式，而交织字44b应用了(01000010)的删除/重复模式，等等。通过使毗邻各列的模式不一致，可以避免删除或重复各毗邻比特的问题，而且可以直接采用有关模式。
在更一般的情况下，所选删除/重复模式的细节取决于交织矩阵的大小和删除或重复量。具体地说，交织矩阵可以比图2中所示的简单实例销微大一点。至于列数为N的矩阵，通过逐行在整个矩阵中选取每P个比特中的一个比特可以得出适当的删除/重复模式。若P例如等于N+1，可得出与图2D类似的模式，各毗邻列偏移一行。
此外，交织电路16，26可以比上述例举的更复杂。本技术领域的行家们知道，适用于本发明的编码装置的其它交织电路很多，例如在读出之前重新安排交织矩阵的各列。因此，考虑到交织电路的性能，需要修改删除/重复模式。这样做的一个方法是确定最大删除/重复速率(例如每P位1位)并往设定每第P个比特的交织电路中加输入数据流。这时，交织电路的输出即为适用的删除/重复模式。可以看出，图2D的删除/重复模式应该也可以通过往交织电路16，26中加入每第五个比特都固定的数据流得出。
图2D中所示的模式可代表穿孔或比特重复容许的最大量。在此情况下，穿孔或重复速率较低时，为达到所要求的最终比特速率，可只选择一定份量的删除或重复比特。
可以取穿孔极限作为总极限，也可以确定各数据输入信道的穿孔极限，甚至以不断变化的形式确定。在此情况下，可以设计决定性的精确穿孔用的算法或变换法，以达到任何特定的穿孔速率。这里也可以考虑采用不均匀的穿孔栅格。
最大交织深度的穿孔或重复模式可以确定，通信系统中不同编码装置不同交织深度的模式可以取这样的定义：较大模式减少了的列数。这时要传输的各帧可根据交织深度与其中一个可能有的穿孔列(例如44a，44b)联系起来，而各帧的个别穿孔或重复则可通过接收电路只从各编码电路已知的交织深度确定而无需别外发出信号。
虽然图中示出的是多路复用在一起、有待在单一信道上传输的两个输入信道，但当然也可以多路复用在一起数量多得多的输入信道。
这里，卷积编码作为编码方法的特定实例进行说明，但虽然本技术领域的行家们都知道，还有其它FEC方案，例如分组编码或德波编码。
本发明可具体应用于从移动电信站至基地站的上行线路信号，其中移动站能支持不同类型的数据源。上面介绍的是直通式块交织器组数，但还有其它各种可选用的交织方式是本技术领域的行家们所熟悉的。无论选用何种交织方式，本发明提供的重复或删除模式考虑了交织操作的效果，因而是在考虑到原数据序列的基础上选择删除/重复模式的。
此外，为建立一个完整的通信系统，收信系统还需要有一个解码装置作为其一个组成部分。图3是解码装置一个实例的原理图，它有一个数据恢复电路接收经去复用的输入。恢复后的数据提供给去交织电路52和信道解码器54。
穿孔传输时，数据恢复电路50将各穿孔二进制位充以空白位。这样可以进行去交织来恢复编码输入序列，但有些位是空白的。解码电路能从已知的交织矩阵和已知的穿孔模式推出空白位的位置，从而可在原数据序列恢复过程中忽略所述空白位。
传输有重复位的位流时，数据恢复电路50会解除这些位的重复处理，但也会用这些重复处理估计各出错的可能性较低的二进制位。从收到的多个重复位中推出有关二进制位最大可能值时可以采用软组合法。
上述编码系统可只供蜂窝系无绳电话网中的上行线路的传输使用，也可供这种电话网中上行和下行线路传输信道使用。这种系统可在UMTS(通用移动远程通信系统)无绳通信网中使用。
工业上的用途
本发明适用于象UMTS之类的无线电通信系统。